Sobre el Significado de la Gráfica Z/ESR vs Frecuencia en Condensadores

[paliz]

Estoy leyendo un articulo de Murata que habla sobre las Características de Impedancia/Frecuencia/ESR en los Condensadores, hasta que llegué a la Figura 5, que es la siguiente,

Corríjanme si me equivoco, pero según esa gráfica, ¿la reactancia (es decir Z) y la esr son iguales en los condensadores electrolíticos sin importar a que frecuencia operen? ¿Es así?

 

[Dr. Zoidberg]

¿la reactancia (es decir Z) y la esr son iguales en los condensadores electrolíticos sin importar a que frecuencia operen? ¿Es así?

Eso parece....al menos para los capacitores de 10uF que muestra ese gráfico, y a partir de los 10kHz.
El problema con la ESR es que es un efecto derivado de la construcción y así, es variable para cada tipo de fabricación de los electrolíticos...

 

[paliz]

Si, eso he estado leyendo. Los diferentes valores que definen un condensador real difieren mucho del material que se utiliza para fabricarlo.

Estuve leyendo que la relación entre la reactancia y la esr es algo que llaman Factor de Disipación y esto varía dependiendo de la reactancia que a su vez depende de la frecuencia de operación que vaya a trabajar el condensador.

 

[Eduardo]

La impedancia es Z = raiz(esr^2+1/(wC)^2) , como el término 1/(wC) disminuye con la frecuencia, a frecuencias altas te queda prácticamente Z=esr

En las curvas correspondientes a film, tenés además una componente inductiva (ESL) Z = raiz(esr^2 + (wL-1/(wC))^2) , como L es del orden de nanoHenrys su efecto se nota recién a altas frecuencias.

 

[paliz]

La impedancia es Z = raiz(esr^2+1/(wC)^2) , como el término 1/(wC) disminuye con la frecuencia, a frecuencias altas te queda prácticamente Z=esr

En las curvas correspondientes a film, tenés además una componente inductiva (ESL) Z = raiz(esr^2 + (wL-1/(wC))^2) , como L es del orden de nanoHenrys su efecto se nota recién a altas frecuencias.

Pero en condensadores electrolíticos ¿cuánto sería una frecuencia alta? porque hay una gráfica del mismo artículo que dice que donde z se cruza con la esr es en la frecuencia de resonancia.

 

[Eduardo]

Pero en condensadores electrolíticos ¿cuánto sería una frecuencia alta?

Depende de la capacidad del condensador y su ESR.
Considerás "baja" frecuencia cuando la reactancia capacitiva es mucho mayor que la esr, es decir mientras 1/(wC) >> esr
Considerás "alta" frecuencia cuando no se cumple lo anterior. Tenés una zona gris donde son comparables y según la aplicación servirá o no.

porque hay una gráfica del mismo artículo que dice que donde z se cruza con la esr es en la frecuencia de resonancia.

Eso es cuando influye la ESL, como podés ver en las curvas.

 

[cosmefulanito04]

Y por esa inductancia parásita que depende de la construcción del capacitor, dependiendo del diseño, para filtrar ruidos por ej. de una línea de alimentación, suele ser buena idea poner varios capacitores de distintas tecnologías en paralelo, por eso se suelen ver varios rangos de valores.

 

[paliz]

Sigo dándole vueltas a este tema y es por la duda que tengo sobre porque ciertos medidores de esr utilizan frecuencias bajas para medir la esr del condensador.

Y hasta ahora lo que he encontrado es lo siguiente:

- De acuerdo a ciertos artículos que he encontrado sobre el tema, cuando se hace el análisis de la respuesta en frecuencia para medir la esr de un condensador, difiere de los resultados de las formulas para el cálculo de éste.

-- Y esto es debido a la tecnología del material con que se construye el condensador. Por ejemplo para los condensadores electrolíticos, parece ser que existe cierta linearidad en la esr en el rango de frecuencias de 100Hz y 100Khz.

- Siendo así, esto explicaría que para los diseños de tester esr de uso corriente (hobbistas), no necesitan llegar a 100Khz aunque el error de medición no fuese muy grande.

- Y que además estos tester estarían diseñados para medir solo condensadores del tipo electrolítico de aluminio que operan en rangos de temperaturas entre 25ºC y 85ºC.

 

[Eduardo]

Sigo dándole vueltas a este tema y es por la duda que tengo sobre porque ciertos medidores de esr utilizan frecuencias bajas para medir la esr del condensador.

En la medición habitual de la ESR se asume que el condensador se comporta como este modelo:

Lo que en general es una buena aproximación. Los medidores usan frecuencias altas porque así la reactancia capacitiva de un condensador malo o en mal estado será bastante menor que la ESR.

Pero no siempre es así, hay veces que el modelo del condensador degradado se corresponde mas a uno de este tipo:

(ojo , ese factor /10 es simplemente de ejemplo. Aunque la relación es de ese orden)
Acá vas muerto con alta frecuencia, porque la ESR que terminás midiendo es la primer resistencia que es mucho menor que la "real" y el medidor te daría por bueno un condensador medio seco.

En casos así conviene baja frecuencia , aunque lo mejor sería poder ir seleccionando frecuencias, pues la "baja frecuencia" no es la misma para un electrolítico de 10uF que para uno de 6800uF.

A mi personalmente no me gusta el medidor clásico (por este problema justamente) y prefiero una medición con onda cuadrada y osciloscopio pues ves inmediatamente el estado del condensador.