Коэффициент рассеивания

В физике коэффициент диссипации ( DF) является мерой скорости потерь энергии режима колебаний (механических, электрических или электромеханических) в диссипативной системе . Это обратная величина добротности , которая представляет «качество» или долговечность колебаний.

Объяснение

Электрическая потенциальная энергия рассеивается во всех диэлектрических материалах, обычно в виде тепла . В конденсаторе , изготовленном из диэлектрика, помещенного между проводниками, типичная модель элемента с сосредоточенными параметрами включает идеальный конденсатор без потерь, включенный последовательно с резистором, называемым эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), как показано ниже. ^[1] ESR представляет собой потери в конденсаторе. У хорошего конденсатора ESR очень мало, а у плохого ESR велико. Однако СОЭ иногда является минимальным требуемым значением. Обратите внимание, что ESR — это не просто сопротивление, которое можно измерить омметром на конденсаторе . ЭПР - это производная величина, имеющая физическое происхождение как в электронах 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

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

где

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

Реальный конденсатор имеет модель идеального конденсатора без потерь с сосредоточенными элементами, включенного последовательно с эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). Тангенс потерь определяется углом между вектором импеданса конденсатора и отрицательной реактивной осью.

Если конденсатор используется в цепи переменного тока , коэффициент потерь из-за неидеального конденсатора выражается как отношение резистивных потерь мощности в ESR к реактивной мощности, колеблющейся в конденсаторе, или

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

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

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

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

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

Поскольку в хорошем конденсаторе обычно невелика, и часто выражается в процентах. ^{[ нужна цитата ]} ${\displaystyle {\text{DF}}}$ ${\displaystyle \delta \sim {\text{DF}}}$ ${\displaystyle {\text{DF}}}$

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

${\displaystyle {\text{DF}}}$будет варьироваться в зависимости от диэлектрического материала и частоты электрических сигналов. Для керамики с низкой диэлектрической проницаемостью ( low-κ ) типична термокомпенсирующая керамика, составляющая 0,1–0,2%. В керамике с высокой диэлектрической проницаемостью может составлять 1–2%. Однако более низкое значение обычно является показателем качества конденсаторов при сравнении аналогичных диэлектрических материалов. ${\displaystyle {\text{DF}}}$ ${\displaystyle {\text{DF}}}$ ${\displaystyle {\text{DF}}}$

Смотрите также

• Испытание на диэлектрическую стойкость
• Генератор импульсов

Рекомендации

1. «Основные соображения: DF, Q и ESR». Архивировано из оригинала 22 августа 2009 г. Проверено 29 ноября 2008 г.
2. С. Рамо, Дж. Р. Уиннери и Т. Ван Дузер, Поля и волны в коммуникационной электронике , 3-е изд. (Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк, 1994). ISBN 0-471-58551-3