Коэффициент рассеивания

В физике коэффициент рассеяния (КД) является мерой скорости потери энергии моды колебаний (механической, электрической или электромеханической) в диссипативной системе . Это обратная величина коэффициента качества , который представляет собой «качество» или долговечность колебаний.

Объяснение

Электрическая потенциальная энергия рассеивается во всех диэлектрических материалах, обычно в форме тепла . В конденсаторе , изготовленном из диэлектрика, помещенного между проводниками, типичная модель сосредоточенных элементов включает в себя идеальный конденсатор без потерь, соединенный последовательно с резистором, называемым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), как показано ниже. ^[1] ESR представляет потери в конденсаторе. В хорошем конденсаторе ESR очень мало, а в плохом конденсаторе ESR велико. Однако ESR иногда является минимальным требуемым значением. Обратите внимание, что ESR — это не просто сопротивление, которое можно измерить на конденсаторе с помощью омметра . ESR — это производная величина, имеющая физическое происхождение как в явлениях электронов проводимости диэлектрика, так и в явлениях дипольной релаксации. В диэлектрике только один из электронов проводимости или дипольной релаксации обычно доминирует над потерями. ^[2] В случае, когда электроны проводимости являются доминирующими потерями, тогда

{\text{ESR}}={\frac {\sigma }{\varepsilon \omega ^{2}C}}

где

$\sigma$ - объемная проводимость диэлектрика ,
$\varepsilon$ - диэлектрическая проницаемость диэлектрика без потерь, а
$\omega =2\pi f$ - угловая частота переменного тока i ,
$C$ это емкость без потерь.

Если конденсатор используется в цепи переменного тока , то коэффициент рассеяния из-за неидеальности конденсатора выражается как отношение резистивной потери мощности в ESR к реактивной мощности, колеблющейся в конденсаторе, или

{\text{DF}}={\frac {i^{2}{\text{ESR}}}{i^{2}\left|X_{c}\right|}}=\omega C\,{\text{ESR}}={\frac {\sigma }{\varepsilon \omega }}={\frac {1}{Q}}

При представлении параметров электрической цепи в виде векторов в комплексной плоскости, известных как фазоры , коэффициент рассеяния конденсатора равен тангенсу угла между вектором импеданса конденсатора и отрицательной реактивной осью, как показано на соседней диаграмме. Это приводит к параметру, известному как тангенс угла потерь tan δ, где

{\frac {1}{Q}}=\tan(\delta )={\frac {\text{ESR}}{\left|X_{c}\right|}}={\text{DF}}

Альтернативно, можно получить из частоты, на которой был определен тангенс угла потерь, и емкости ${\text{ESR}}$

{\text{ESR}}={\frac {1}{\omega C}}\tan(\delta )

Так как в хорошем конденсаторе обычно мало, и часто выражается в процентах. ^[^{необходима цитата}^] ${\text{DF}}$ $\delta \sim {\text{DF}}$ ${\text{DF}}$

${\text{DF}}$ приближается к коэффициенту мощности , когда намного меньше , что обычно и бывает. ${\text{ESR}}$ $X_{c}$

${\text{DF}}$ будет варьироваться в зависимости от диэлектрического материала и частоты электрических сигналов. В керамике с низкой диэлектрической постоянной ( low-κ ) температурной компенсацией типично значение 0,1–0,2%. В керамике с высокой диэлектрической постоянной может быть 1–2%. Однако более низкое значение обычно является показателем качества конденсаторов при сравнении аналогичного диэлектрического материала. ${\text{DF}}$ ${\text{DF}}$ ${\text{DF}}$

Смотрите также

Ссылки

^ "Основные соображения: DF, Q и ESR". Архивировано из оригинала 2009-08-22 . Получено 2008-11-29 .
^ S. Ramo, JR Whinnery и T. Van Duzer, Поля и волны в коммуникационной электронике , 3-е изд., (John Wiley and Sons, Нью-Йорк, 1994). ISBN 0-471-58551-3