Zaloguj się
Wszystkie
6 listopada 2026
1
Impedancja w pigułce
Impedancja Z opisuje, jak element przeciwstawia się przepływowi prądu przemiennego. Ma dwie składowe: rezystancję R, na której energia zamienia się w ciepło, i reaktancję X, w której energia jest na przemian magazynowana i oddawana. Zapisuje się ją jako Z = R + jX albo jako moduł |Z| i kąt fazowy φ między napięciem a prądem. Reaktancja idealnego kondensatora wynosi X = −1/(2πfC), a idealnej cewki X = 2πfL – obie zależą od częstotliwości f. Z tego prostego faktu wynika najważniejsza zasada tego artykułu: impedancję zawsze mierzy się przy określonej częstotliwości i określonym poziomie sygnału, a wynik podany bez tych dwóch informacji jest niepełny.
Miernik nie widzi pojemności ani indukcyjności wprost. Mierzy napięcie i prąd (z przesunięciem fazowym), oblicza z nich R i X, a dopiero potem przelicza je na wartości elementów według przyjętego modelu zastępczego – szeregowego albo równoległego. Do oceny strat służą dwa parametry: współczynnik strat D (dla kondensatora w modelu szeregowym D = 2πfC·ESR) i dobroć Q = 1/D, używana zwykle dla cewek (Q = 2πfL/R).
Element rzeczywisty
Rzeczywisty kondensator to pojemność C połączona szeregowo z rezystancją zastępczą ESR (ang. Equivalent Series Resistance) – sumą rezystancji wyprowadzeń, okładzin i elektrolitu – oraz z indukcyjnością zastępczą ESL (ang. Equivalent Series Inductance) wyprowadzeń i konstrukcji. Charakterystykę impedancji takiego elementu w funkcji częstotliwości pokazuje rysunek 1. Przy małych częstotliwościach dominuje pojemność i impedancja maleje ze wzrostem częstotliwości. Przy częstotliwości rezonansu własnego (SRF, ang. Self-Resonant Frequency) reaktancje pojemności i indukcyjności znoszą się i zostaje sama ESR. Powyżej rezonansu kondensator zachowuje się jak cewka. Podobnie cewka ma rezystancję uzwojenia i pojemność międzyzwojową, a powyżej swojego rezonansu staje się kondensatorem.
Przykład liczbowy. Kondensator elektrolityczny 100 µF ma ESR równą 0,1 Ω. Przy 120 Hz jego reaktancja wynosi 1/(2π·120·100·10–6) ≈ 13,3 Ω – jest ponad stokrotnie większa od ESR, więc pomiar przy tej częstotliwości mówi głównie o pojemności. Przy 100 kHz reaktancja spada do ok. 0,016 Ω, czyli jest sześć razy mniejsza od ESR – pomiar mówi już głównie o ESR. Dlatego producenci podają pojemność kondensatorów elektrolitycznych przy 120 Hz lub 1 kHz, a ESR i impedancję kondensatorów do zasilaczy impulsowych – przy 100 kHz, czyli w zakresie częstotliwości pracy przetwornic. Drugi przykład: ceramiczny kondensator 1 µF z indukcyjnością ESL = 1 nH ma rezonans własny przy ok. 5 MHz; powyżej tej częstotliwości już nie filtruje, lecz zachowuje się jak cewka.
Metody pomiaru – od najprostszej
Metoda czasowa. Element ładuje się przez znany rezystor lub znanym prądem i mierzy czas, po którym napięcie osiągnie określony próg. Na tej zasadzie działa większość multimetrów z funkcją pomiaru pojemności i proste mierniki z generatorem 555, jak mikroprocesorowy miernik pojemności AVT2725 z EdW (zakres od ułamków pikofarada do 5 mF, dokładność ok. 3%), a także warsztatowy multitester AVT5954 z EP 10/2022. Metoda jest prosta i szybka, ale mierzy pojemność „przy prądzie stałym”: nie widzi ESR ani zależności od częstotliwości, a duży upływ kondensatora zafałszowuje wynik.
Metoda rezonansowa. Badany element tworzy z elementem wzorcowym obwód rezonansowy, a miernik liczy jego częstotliwość. Daje dobrą rozdzielczość przy małych pojemnościach i indukcyjnościach – na tej zasadzie działa popularny miernik LC z magazynu Silicon Chip, rozbudowany o pomiar ESR w konstrukcji opisanej w EdW 5/2026. Ograniczenie: elementy o dużych stratach tłumią obwód tak, że rezonans staje się nieostry albo w ogóle nie powstaje.
Metoda impulsowa dla ESR. Kondensator przełącza się między ładowaniem a rozładowaniem prądem o znanej wartości. W chwili przełączenia napięcie na kondensatorze skacze o wartość równą iloczynowi zmiany prądu i ESR, a pojemność nie zdąży się jeszcze zmienić.
Wysokość skoku jest więc miarą ESR. Tak działa przystawka do oscyloskopu AVT2404 z EdW, w której ESR ocenia się z wysokości skoku napięcia widocznego na oscylogramie, i wiele mierników warsztatowych wzorowanych na konstrukcji Boba Parkera (pierwotnie w Electronics Australia, wersja Mk.2 w Silicon Chip). Do tej grupy należy też prosty miernik ESR Manfreda Mornhinwega, opisany m.in. na Habrze, którego autor podaje użyteczną regułę warsztatową: kondensator elektrolityczny z ESR powyżej 1…2 Ω uznaje się za uszkodzony (sam zaznacza przy tym, że sprawne kondensatory o pojemności do 100 µF mogą mieć ESR rzędu 2…3 Ω, więc w razie wątpliwości trzeba sięgnąć do danych producenta). Mierniki ESR pracują przy małym napięciu pomiarowym, dzięki czemu często można nimi badać kondensatory bez wylutowywania.
Mostek. Klasyczny mostek prądu przemiennego (odmiana mostka Wheatstone’a) równoważy się ręcznie, aż wskaźnik zera pokaże brak napięcia w przekątnej; wartość elementu odczytuje się z nastaw elementów wzorcowych. Metoda jest dokładna, ale żmudna i pracuje w wąskim zakresie częstotliwości.
Metoda techniczna wektorowa (I–V). Miernik mierzy napięcie na elemencie i prąd płynący przez niego (zwykle jako spadek napięcia na rezystorze wzorcowym) wraz z przesunięciem fazy, a impedancję oblicza z ich stosunku. To najprostsza metoda, która wyznacza obie składowe impedancji.
Mostek samorównoważący. Rozwinięcie metody I-V stosowane w laboratoryjnych miernikach LCR (rysunek 2). Generator podaje napięcie na jeden zacisk badanego elementu. Drugi zacisk jest dołączony do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego, który przez rezystor zakresowy w pętli sprzężenia zwrotnego utrzymuje na nim potencjał masy (masa pozorna). Prąd elementu płynie więc w całości przez rezystor zakresowy, a impedancja to stosunek napięcia na elemencie do napięcia na rezystorze, pomnożony przez znaną rezystancję. Wymiana rezystora zakresowego pozwala objąć zakres od miliomów do ok. 100 MΩ.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
