Estoy interesado en estimar la frecuencia de corte de un condensador en un circuito RC simple. Dado que el condensador y la resistencia están en serie, ¿puedo simplemente agregar el valor de ESR al valor de la resistencia?
Por ejemplo, si el ESR es 0.5Ω y mi carga es 1kΩ, ¿el valor R en mi cálculo es 1000.5Ω?
¿Es insignificante la ESR en este caso? ¿O hay un apéndice "En realidad, en la práctica real ..."?
Respuestas:
Si está tratando de hacer un filtro RC, su R deliberada debería ser mucho más grande que la ESR (resistencia en serie equivalente) del condensador; de lo contrario, tendrá otros efectos que dañarán su circuito de todos modos. Sí, en teoría, agrega el ESR a su resistencia externa como en su ejemplo. Pero si esto realmente importa, entonces estás demasiado cerca del límite. Su ejemplo es bueno porque muestra que el ESR está muy por debajo del nivel de ruido. Tienes mucha más pendiente en otras áreas que las representadas por el 1/2 Ohm agregado al 1 kΩ externo.
Eche un vistazo a cualquier buena hoja de datos de condensadores y verá que cada condensador solo funciona correctamente hasta cierto límite de frecuencia. Para cerámicas de montaje en superficie pequeñas, esto suele ser a unos 100 MHz. A menudo, esto se mostrará como gráficos de impedancia, donde la magnitud de la impedancia del condensador se muestra en función de la frecuencia. Para el condensador ideal, esto sería inversamente proporcional a la frecuencia para siempre. Para los condensadores reales, hay un límite de baja impedancia, luego la impedancia comienza a aumentar nuevamente a medida que aumenta la frecuencia.
Hay todo tipo de efectos incluidos en el gráfico de impedancia. Estos incluyen detalles de la inductancia parasitaria dieléctrica, inevitable, y probablemente solo en un sentido limitado ESR. Recuerde el "equivalente" en ESR. La mayor parte no es una resistencia en serie real debido a la construcción de la tapa, sino una forma simplificada de presentar una serie de otros efectos, particularmente detalles que ocurren en el dieléctrico.
En resumen, algo tan simple como un solo número de ESR ya no se mantiene cuando te acercas a la frecuencia de impedancia mínima y más allá, o la frecuencia de autorresonancia. Si te alejas lo suficiente de ellos, entonces el ESR será ruido para un filtro RC. Por el contrario, si encuentra que un poco de ESR realmente marcaría una diferencia significativa, entonces es una pista sólida de que está ejecutando el límite en un régimen donde ya no es solo un condensador. Recuerde que incluso los buenos límites son de ± 10%, por lo que es mejor que una ESR que sea el 1% de la resistencia externa deliberada, de lo contrario, tiene un problema de tolerancia en su circuito de todos modos.
Hay dos lugares comunes en los que la ESR sí importa, ninguno de los cuales tiene mucho que ver con los filtros RC. El primero es lograr la estabilidad de un regulador lineal cuando la tapa está al otro lado de su salida. Los LDO antiguos se diseñaron suponiendo que habría una tapa electrolítica o tal vez de tantalio en la salida. Se puede contar con estos para tener un ESR finito. Este ESR fue considerado para compensar el lazo de control en el regulador. Sin ella, algunos reguladores se vuelven inestables. Los LDO más modernos están diseñados asumiendo tapas de cerámica en la salida, que tienen un ESR muy bajo. Estos reguladores están diseñados específicamente para trabajar con una capacitancia de salida de hasta 0 ESR. Ese es el único tipo en el que puede colocar con seguridad una tapa de cerámica en la salida, ya que generalmente no puede contar con que tengan un ESR mínimo garantizado. Las hojas de datos generalmente solo garantizan la ESR máxima,
El segundo lugar es cuando de repente descarga grandes pulsos de corriente en una tapa, como sucede en muchas fuentes de alimentación conmutadas. Los tiempos actuales de la ESR representan un aumento aparente momentáneo en el voltaje de la tapa, que a menudo debe considerarse cuidadosamente.