Análisis de la impedancia del condensador y las características de frecuencia de ESR

1. Introducción
Las características de frecuencia de la impedancia de un condensador (| Z |) y la resistencia en serie equivalente (ESR) son críticas para evaluar su rendimiento en el diseño del circuito, particularmente en la supresión de ruido y la estabilización de voltaje. Este artículo explica sistemáticamente estas características comparando condensadores ideales y reales, respaldados por fórmulas y gráficos.

2. Comportamiento ideal del condensador
La impedancia de un condensador ideal es puramente capacitiva:

donde Ω es frecuencia angular y capacitancia cis. Como se muestra en la Figura 1, ∣z∣Decress Inversamente con frecuencia (Figura 2), y ESR es cero (sin pérdidas).

3. Comportamiento real del condensador
Los condensadores reales exhiben efectos parásitos (Figura 3):

ESR: Causado por la pérdida dieléctrica y la resistencia al electrodo.
ESL: Inductancia parasitaria de electrodos o cables.
Su respuesta de frecuencia sigue a una curva en V (Figura 4):

Rango de baja frecuencia (región capacitiva) : ∣z∣ = 1/ωc, ESR dominado por pérdida dieléctrica.
Punto de resonancia : ∣z∣Reaches mínimo (∣z∣ = esr), definiendo la frecuencia auto-resonante.
Rango de alta frecuencia (región inductiva) : ∣z∣ = ωl, ESR afectado por el efecto de la piel.

4. Comparación de tipos de condensadores
Para condensadores de 10 μF (Figura 5):

Electrolítico de aluminio: Alto ESR a altas frecuencias (debido a la resistividad de los electrolitos).
Cerámica multicapa: Excelente rendimiento de alta frecuencia con bajo ESR.
Condensadores de cine: Bajo ESL, ideal para aplicaciones de alta frecuencia.

5. Conclusión
En los circuitos de alta frecuencia, el ESR y el ESL deben considerarse cuidadosamente. Los diseñadores deben seleccionar condensadores según los requisitos de frecuencia, como la cerámica multicapa para el desacoplamiento y los electrolíticos de aluminio para el filtrado de baja frecuencia.