¿Qué significa capacitancia negativa?

Veo condensador electrolítico de medición de capacitancia negativa a altas frecuencias (40 kHz). ¿Cómo debo interpretar eso?

El dispositivo es LCR Meter Hantek 1832C . No pude encontrar nada al respecto en el manual .

La capacitancia negativa es imposible físicamente. Podría ser un error en el algoritmo de medición del medidor (que, naturalmente, no estaría cubierto en el manual), o tal vez un problema de calibración (que puede estar cubierto).
Cuando sus mediciones muestran que la corriente de CA va a la zaga del voltaje de CA (para una sola frecuencia), el dispositivo bajo prueba se comporta (a) como un inductor (con pérdidas) o (b) como un capacitor negativo (con pérdidas). La decisión entre (a) y (b) se puede tomar cuando se varía la frecuencia. Solo los circuitos activos (convertidores de impedancia, NIC o GIC) pueden crear una capacitancia negativa.
La capacitancia negativa tendría una reactancia imaginaria positiva INVERSAMENTE proporcional a la frecuencia. Por lo tanto, NO es lo mismo que la inductancia.

Respuestas (4)

Se llama "capacitancia", pero en realidad no es capacitancia.

Cuando se aplica un voltaje sinusoidal, a cualquier frecuencia específica, al capacitor, resulta una corriente sinusoidal, a la misma frecuencia.

La relación entre la corriente y el voltaje aplicado tiene dos partes: difiere en fase por una cantidad fija y tiene una magnitud que es proporcional al voltaje con algún factor.

Es matemáticamente conveniente representar estas dos cantidades (la diferencia de fase y el factor) por un solo número complejo llamado "impedancia", denotado "Z". La derivación es demasiado larga para esta respuesta, pero busca en Google "frecuencias negativas" si quieres entender cómo funciona. La impedancia es conveniente porque permite expresar la relación entre voltaje y corriente extendiendo la ley de Ohm a números complejos: V = IZ, donde el voltaje y la corriente son sinusoides de una frecuencia particular.

Una resistencia ideal tiene una impedancia real constante (lo que significa que Z no tiene un componente imaginario) en todas las frecuencias, por lo que la parte real de la impedancia a menudo se denomina "resistencia".

Un inductor o capacitor ideal tiene una impedancia puramente imaginaria (lo que significa que Z no tiene un componente real) en cada frecuencia. La componente imaginaria se llama "reactancia" y no es constante. Sin embargo, tanto para los inductores como para los capacitores, la reactancia es inversamente proporcional a la frecuencia, por lo que (la parte imaginaria de Z)/f a menudo se denomina "inductancia" si es positiva, o "capacitancia" si es negativa.

Entonces, su medidor solo mide Z a una frecuencia específica y etiqueta -Im (Z) / f como "capacitancia". No significa que tengas un capacitor negativo. Tampoco significa que tengas un inductor. Simplemente indica que la fase de la corriente se está retrasando con respecto al voltaje a esa frecuencia.

Esos medidores aplican una sinusoide al componente bajo prueba; mida las partes real e Im de la impedancia y calcule una 'capacitancia'. Esta es solo la capacitancia que tendría una impedancia equivalente A ESA FRECUENCIA. El medidor no puede (nadie puede hacerlo si los cálculos se realizan a solo 1 frecuencia) para determinar qué componentes precisos hay.
Tenga en cuenta las palabras en mayúsculas en el comentario anterior. ¡Muy importante!

Veo condensador electrolítico de medición de capacitancia negativa a altas frecuencias (40 kHz). ¿Cómo debo interpretar eso?

La capacitancia negativa se puede considerar como inductancia, por lo que, a frecuencias altas, parece que podría estar midiendo la inductancia en serie efectiva (ESL) del condensador electrolítico. Estrictamente hablando, estará midiendo la reactancia inductiva menos la reactancia capacitiva y esto luego se convierte en capacitancia negativa cuando la reactancia inductiva es un valor más alto que la reactancia capacitiva. Ejemplo: -

  • Si el ESL es de 1 μH, a 40 kHz tiene una reactancia de 0,251 Ω.
  • Si la capacitancia es (digamos) 100 μF, tiene una reactancia de 0.04 Ω a 40 kHz
  • Dado que ambos están en serie, la reactancia neta es 0,251 Ω - 0,04 Ω = 0,211 Ω.
  • Esto podría mostrarse como menos 18,9 μF.
  • O, en un medidor más sofisticado, podría mostrarse como 0,84 μH
No estoy de acuerdo con que la capacitancia negativa sea inductancia.
@ScottSeidman OK, tal vez debería decir que la capacitancia negativa puede considerarse inductancia. He hecho ese cambio por cierto.
Transformaciones diferentes. -1/sC frente a sC. Dos cosas diferentes. Un polo contra un cero
@ScottSeidman, ¿sigues en desacuerdo con mis palabras alteradas?
Sí. Una capacitancia negativa no es una inductancia, y el CD no debe considerarse como tal.
@ScottSeidman No estoy tratando de decir que una capacitancia negativa se equipare en todas las circunstancias a una inductancia positiva; La pregunta era "¿Cómo debo interpretar eso?" y estoy dando una interpretación de lo que significa un valor mostrado de capacitancia negativa en estas circunstancias. RTFQ.
Señores, no hay contradicción. La capacitancia negativa de @ScottSeidman sería, por ejemplo. se carga desde un voltaje de CC a través de una resistencia con una corriente que aumenta exponencialmente. Los fabricantes de energía libre y los predicadores del apocalipsis tal vez podrían usar la idea, pero los inductores positivos son inútiles como reemplazo de los verdaderos capacitores negativos. Un medidor C no tan perfectamente construido que opera en una frecuencia fija puede mostrar un inductor o efectivamente a esa frecuencia circuitos inductivos más complejos como capacitancia negativa. El interrogador debe probar la medición con un inductor conocido.
@ user287001, un condensador negativo se cargaría exponencialmente a un voltaje negativo con seguridad.
Creo que hay un poco de sutileza aquí: la técnica de medición en sí misma hace que la inductancia aparezca como capacitancia negativa en la lectura. Esto no significa que la inductancia positiva y la capacitancia negativa sean equivalentes en el análisis de circuitos. Es un artefacto de medición y algo que debe saber para interpretar correctamente los resultados de la medición.

Si mide la reactancia a una sola frecuencia, no podrá distinguir entre capacitancia negativa e inductancia positiva.

Básicamente, el medidor está convirtiendo la parte imaginaria de la reactancia (Im(Z)) en 'capacitancia' usando C = -1/(2 π f Im(Z)). Si Im(Z) es positivo (lo que ocurre con una inductancia), el medidor mostrará una capacitancia negativa.

El medidor podría medir a diferentes frecuencias (de hecho, puede, pero no combina los resultados) y combinar los resultados que podría analizar para un circuito equivalente del componente (por ejemplo, alguna red de R, C, L), pero eso es muy difícil e innecesario en un medidor LCR.

¿Puede un VNA distinguirlo? Si es así, creo que sería genial indicarle a OP instrucciones sobre cómo medir sus componentes para obtener resultados más confiables.
En realidad, solo la medición sucedería de manera muy diferente. Conectar un medidor inicia un transitorio que, en caso de capacitancia negativa, se expandiría exponencialmente en lugar de decaer hacia un estado sólido. Las reactancias de inductancia positiva y capacitancia negativa no son distinguibles.
Un VNA mostrará mediciones de impedancia frente a frecuencia. No hay una conversión única de esto a un circuito equivalente, pero si supuso una C en serie con una L y una R, ciertamente podría 'ajustar' esto alrededor de las frecuencias de interés y ver los valores 'puros' de C y L.

Dado que su capacitor es electrolítico, la CA no es una buena manera de medirlo. Los electrolíticos nunca deben tener carga inversa, que es lo que hará la CA. Una buena manera de medir la capacidad es por tasa de descarga a través de una resistencia conocida. Conecte el capacitor y una resistencia conocida a través de un osciloscopio y mida el tiempo requerido para que el capacitor se descargue a 1/e (37%) de un voltaje inicial. Luego haga los cálculos usando la fórmula r = ct, donde r es la constante de tiempo, c es la resistencia conocida y t es la capacitancia.

No recomiendo probar la clasificación de voltaje a menos que esté tomando muestras de un lote grande; la prueba de voltaje es destructiva ya veces huele muy mal.

Además, si el voltaje nominal es de varios cientos de voltios, no cargues el capacitor y juegues a atraparlo como hicimos en la tienda de electrónica de la escuela secundaria (1955).🥴

Si destruyó el capacitor mediante la aplicación de CA, es posible que pueda volver a formarlo mediante la aplicación de un voltaje que aumente lentamente con la polaridad correcta. IIRC, la rampa debe tomar varias horas y el volaje final debe mantenerse durante la noche.
Se requiere CA para comparar capacitores por su capacidad para amortiguar pulsos cortos
¿Qué significa capacitancia negativa?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v