Un condensatore di disaccoppiamento può essere troppo grande?

Per il mio progetto contenente un ATtiny85 funzionante a 32.768 kHz usando un cristallo esterno per l'orologio, ho pensato di includere un condensatore di disaccoppiamento 1 uF vicino al pin di alimentazione MCU per una buona misura. Tuttavia, leggendolo sembra che molte persone raccomandino un condensatore da 0,1 uF. L'uso di un limite di valore troppo grande (ad es. 1 uF) può causare danni o funzionerebbe bene?

Il tipo è più importante del valore: se si tratta di una parte in ceramica a montaggio superficiale di dimensioni ridotte (ad es. 0805 o inferiore), non vi sono svantaggi per un condensatore di valore maggiore.

Confronta i seguenti due condensatori Murata 0603 X7R simili (uno in alto è 1uF in basso è 100nF):

Se osservi un'impedenza ragionevole come 1 ohm, 1uF è <1 ohm per 250 kHz a 600 MHz e 100 nF da circa 1,8 MHz a 400 MHz, quindi 1 uF è migliore ovunque (un regolatore decente riempirà le frequenze più basse e un chip lento come l'ATtiny non creerà alcun vantaggio con un contenuto di frequenza più elevato di cui preoccuparsi), quindi probabilmente va bene lo stesso.

È necessario andare sul sito Web del produttore del tappo e scaricare software o utilizzare programmi basati sul Web per ottenere il comportamento effettivo, di solito viene omesso dai fogli di dati nella sua piena gloria perché ci sono troppe possibilità. Si noti che la capacità di 1uF sarà effettivamente inferiore a causa della tensione di polarizzazione che non mi sono preoccupato di impostare (è solo un esempio) ma dovresti.

A 32.768kHz, la risposta è un condensatore più grande (il tuo 1uF) dovrebbe andare bene.

Alle alte frequenze (in modo più accurato, velocità di transizione elevate sui pin del dispositivo), è necessario un condensatore più piccolo per fornire una bassa impedenza a queste frequenze di bordo (per evitare la caduta di potenza interna), sebbene a velocità di bordo veramente elevate, i condensatori funzionino al di sopra di risonanza comunque.

Di solito forniamo un condensatore di bypass di massa (alcuni uF) da qualche parte vicino, con i dispositivi di valore più piccolo il più vicino possibile ai pin di alimentazione del dispositivo.

Vedi questa risposta per maggiori dettagli sull'auto-risonanza MLCC.

Potresti voler leggere sulle correnti di dispersione.

Se lo stai utilizzando su un cristallo da 32.768 kHz, è probabile che ti interessi molto del consumo medio di corrente a lungo termine.

Nella mia ricerca molto limitata, la corrente di dispersione è generalmente più alta nei condensatori più grandi, sebbene sembri principalmente correlata alla tecnologia di costruzione effettiva.

Una rapida ricerca di cifre reali mi porta a questo articolo di muRata con alcuni suggerimenti. Mostra che la corrente di dispersione aumenta di capacità, ma elenca solo valori per condensatori da 1 µF.

Solo tu puoi rispondere se tali piccole quantità di questioni attuali o no, e devi cercare un valore più rappresentativo per il tuo tipo specifico di condensatore. Potrebbe essere più importante per le applicazioni di supercondensatore rispetto alle applicazioni alimentate a batteria.

La differenza di prezzo tra un condensatore di grandi dimensioni in grado di fornire determinate quantità di carica con la stessa rapidità di un condensatore più piccolo e un condensatore di grandi dimensioni con prestazioni inferiori, spesso supererà il costo di un condensatore più piccolo. Pertanto, l'utilizzo di un tappo più piccolo insieme a un tappo più grande inferiore di solito consente di ottenere prestazioni migliori a un prezzo inferiore rispetto all'uso di un tappo. Cercare di arrangiarsi con un limite massimo spesso implica che uno avrà prestazioni ad alta frequenza inferiori o spenderà più di quanto dovrebbe.

Per quanto riguarda se la quantità totale di capacità può essere troppo grande, questa è una funzione dell'alimentatore. Un tappo con bassa resistenza in serie assorbirà essenzialmente tutta la corrente che può ottenere fino a quando non viene caricato. Se si collegassero un sacco di tappi per un totale di 1000 uF a una fonte di alimentazione limitata a 10 mA, sarebbero necessari 300 ms secondi affinché le barre di alimentazione del dispositivo raggiungessero i tre volt e durante quel periodo il tappo assorbirebbe i 10 mA completi. Se l'alimentazione potesse emettere 1A senza difficoltà, tuttavia, i tappi si ricaricherebbero alla massima tensione in soli 3 ms anziché 300.

Si noti inoltre che se un dispositivo (o sottosistema con i propri cappucci del filtro) viene spesso acceso, usato brevemente e quindi spento per un tempo sufficiente a scaricare il tappo, tutta l'energia utilizzata per alimentare i tappi sarà essenzialmente sprecato quando il dispositivo o il sottosistema è spento. Raddoppiare la dimensione dei tappi del filtro raddoppierebbe la quantità di spreco.

Pensa ad ATtiny come a un resistore variabile (carico dinamico). Tutti gli alimentatori del mondo reale hanno resistenza alla sorgente più il filo al dispositivo e una certa induttanza dal filo e PS. Se ATtiny assorbe più corrente perché si accendono più transistor (ciò può accadere nel periodo di tempo ns), causerà una caduta di tensione dalla resistenza e induttanza del filo, che può essere difettosa. Quindi viene posizionato un condensatore di filtro per mantenere costante la tensione, l'ATtiny assorbirà un po 'di energia dal condensatore per la breve durata di cui ha bisogno.

$R=V*I$

Ora pensa a se posizioni un condensatore gigante in parallelo con ATtiny, non sarà molto diverso da un piccolo resistore. Tuttavia, influirà sul tempo di avvio del circuito. Se si mette un condensatore da 1F in parallelo con ATtiny, potrebbero essere necessari alcuni minuti per caricarsi a seconda della fornitura! Un 1uF dovrebbe andare bene. Tieni presente che anche i condensatori hanno una resistenza in serie che non è considerata in questo semplice modello.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

In termini generali, il limite di valore inferiore è presente perché ha una frequenza di auto risonanza superiore. Alle frequenze inferiori, sembra elettricamente un berretto. Sopra, sembra un induttore.

Non lasciarti ingannare dai grafici di impedenza che mostrano solo l'impedenza ma non il GENERE di impedenza.

Pensa che i tappi più grandi sono un serbatoio per riempire la carica a causa di cose come l'assorbimento di corrente di picco, e quelli più piccoli come essere lì per assorbire gli effetti delle brevi transizioni (impulsi di corrente) e impedire la loro conduzione al resto del circuito.

Questo non è rigorosamente preciso ma è una regola empirica adeguata.

PUOI AVERE MOLTO CAPACITÀ. Tuttavia, tutto dipende dal tipo di alimentazione. Nel vecchio ponte a diodi e in un alimentatore con cappuccio levigante, maggiore è la capacità disponibile, minore è l'angolo di conduzione del diodo durante la rettifica della rete. A loro volta angoli di conduzione brevi portano a maggiori correnti di picco (poiché la media rimane la stessa, i picchi devono essere più elevati quando la corrente scorre per un tempo più breve). L'effetto è che puoi superare i valori nominali di corrente di picco sui diodi e cuocerli.

In questi giorni con i moderni convertitori di modalità switch, una cosa del genere è molto rara e in genere qualcosa di cui non devi preoccuparti.

In particolare con qualcosa come un runnig ATTiny a pochi kHz da un cristallo dell'orologio non hai molto di cui preoccuparti. (Un ARM funzionante a 1 GHz sarebbe una questione diversa e molta più cura e attenzione sarebbero giustificate).