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2011年8月 1日 (月)

コンデンサーの周波数特性のはなし2

コンデンサーの周波数特性とは
 前回の周波数特性のはなしにつづく内容ですが、今回は太陽誘電の部品選定ツールを使って、SMDセラミックコンデンサーの周波数特性で主に内部損失に関係が深い ESR (抵抗成分)について調べてみます。
ハード的には
 まずお決まりのサイズ別ですが、今回は 1uF のコンデンサーの周波数特性をサイズ別に見てみます。1ufsize
 特性インピーダンスはサイズ別に変化がなかったので1種のみにしましたが、ESRは各サイズで表示されています。まず目に付くには一番サイズが大きい 432サイズの黒いラインです。最も抵抗値が低い周波数は 1MHzで0.003Ω程度になって最小値です。また、一番小さなサイズの 105 (赤ライン)では3MHz〜10MHz付近までフラットに0.01Ω以下になっているのが特色です。
 ここで注意が必要なのは、105の低域の特性です。図には50KHzまでしか書いてないのですが、これ以下はさらに ESR が悪化してくると予想されます。小型で便利かと思ってオーディオ帯域で使おうと思っても低域がまるで出ないとか、思わぬ発振をしたとかいうトラブルが出る恐れがあります。
小型で縦横が反対のコンデンサー
20110801_112429
 右図のような形で、普通のSMDコンデンサーのサイド側に電極を付け、抵抗を減らそうと言う狙いです。特性図を下に示しますが、50KHz以上ですが、ESRが半分近くになっています。主にデジタル信号の領域で良好な特性が出ることから、近年 CPUのチップ上に実装されるものも見られます。
1uflwnorm
また、村田製作所では 通過型のEMIフィルタをチップ部品で開発していますが、このコンデンサーと同様サイド側をGNDにして ESRを減らし、高い周波数での特性改善を行っています。電源ラインに使うものから、信号ラインに使える急峻な周波数特性をもったものもありますので、コンデンサーだけではノイズ除去出来ない信号ラインなどは有効です。
20110803_143613
 オーディオ帯域では OSコンなどの導電性高分子をつかった電解コンデンサーや、フィルムコンデンサーなどが主力ですね。


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コメント

ESRを減らすのが目的だったのですね。

ワタシャ、物理的な大きさで生じる寄生インダクタンスを
減らす方法(つまり直列共振点を上げる方法)と思っていました。

2枚目の図から、縦横を変えても大してインダクタンスは減りませんね。


未確認ですが、高誘電率の誘電体を使用するとその中の電気の速度が
遅くなるので、低い誘電率の大型コンデンサと比べて誘電率を上げて
サイズを小さくしたコンデンサでも、寄生インダクタンスは変わらないと
聞いた事が有ります。
真偽の程、御存知でしたら お教えください。

コンデンサーの誘電体材質についてはあまり詳しくないですが、高誘電率の基板は、ストリップラインの幅を狭くでき、浮遊容量を減らせるので、高い周波数のMMICのチップなどで使われますね。また調べてみます。

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