A che serve un condensatore di disaccoppiamento vicino a un condensatore di serbatoio?

58

Ho visto alcuni circuiti in cui viene utilizzato un condensatore di disaccoppiamento e un condensatore di serbatoio, come questo (C4 e C5):

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Ho letto del disaccoppiamento dei condensatori e per me sembra che siano destinati a rimuovere piccole fluttuazioni della tensione di alimentazione. Poi ho pensato: non era anche quello lo scopo di un condensatore del serbatoio ? Perché il condensatore del serbatoio non sarebbe in grado di filtrare le piccole fluttuazioni, se fosse in grado di filtrare le grandi fluttuazioni?

Quindi mi sento come se avessi un malinteso di base qui. Qual è lo scopo di un condensatore di disaccoppiamento accanto a un condensatore del serbatoio, quando supponiamo di posizionarli entrambi ugualmente vicino alla parte che consuma energia? O l'unico vantaggio del condensatore di disaccoppiamento è che è più piccolo e può quindi essere facilmente posizionato più vicino alla parte che consuma energia?

capacitor decoupling-capacitor decoupling

2

Camil, non preoccuparti. Come ha detto @ m.Alin, è bene aspettare un giorno circa per vedere quali risposte raccolgono prima di decidere quale si desidera accettare. So di saltare spesso le domande che hanno accettato la risposta, dal momento che sono "fatte" e il mio tempo è meglio speso altrove. Mi aspetto che anche altri lo facciano. Non dimenticare di accettare la mia risposta in seguito però :-)

— Olin Lathrop,

3

Domanda quasi duplicata: electronics.stackexchange.com/questions/25280/…

— The Photon

2

Quando leggi le risposte, ricorda che puoi ottenere 0,1 uF come ceramica in un pacchetto 0402, ma 100 uF probabilmente saranno un elettrolitico A o più grande.

— The Photon,

1

related electronics.stackexchange.com/q/3879/142

— endolith,

1

Correlati: electronics.stackexchange.com/q/21686/17592

53

Il motivo più probabile per cui ciò viene fatto è perché, nella vita reale, i condensatori non hanno una larghezza di banda infinita. In generale, maggiore è la capacità del condensatore, minore sarà in grado di reagire alle alte frequenze, mentre i condensatori di piccolo valore reagiscono meglio alle frequenze più elevate, come mostrato nel grafico seguente. L'utilizzo di due condensatori di valore diverso insieme è appena fatto per migliorare la risposta del filtraggio.

Grafico dell'impedenza rispetto alla frequenza per vari condensatori

— Kvegaoro
fonte

1

Questo è un bel grafico. Mi chiedo come sarebbe 100uf su di esso (sembra che non ci sia motivo di usare un cappello da 100 nf!). E da dove viene il grafico?

— Bobbi Bennett,

@Bobbi 0.1 uF = 100 nF

— m. Il

1

@ m.Alin, noti che c'è solo una piccola parte dello spettro in cui 0.1uF ha Z inferiore a 2.2uF? Immagino che un 200uF con la sua impedenza in serie sarebbe un po 'più alto di 0,1 Ohm a 10 Mhz, ma non è sul grafico.

— Bobbi Bennett,

@BobbiBennett hai ragione, sembra che non ci sia quasi alcun vantaggio di 100nF quando lo si confronta con 2.2uF. Tuttavia, tieni presente che questo è un diagramma logaritmico, quindi il vantaggio è più grande di quanto potresti dire. Inoltre, la dimensione di un 100nF potrebbe essere un vantaggio.

4

Questo grafico mostra valori diversi nello stesso pacchetto. 100 uF probabilmente arriveranno in un pacchetto più grande, quindi la curva induttiva sarà più a sinistra. 0,1 uF è probabilmente disponibile in un pacchetto più piccolo, che sposta la sua curva induttiva più a destra.

— The Photon,

29

Come dici tu, un tappo di disaccoppiamento e un tappo del serbatoio di massa dell'alimentatore servono due scopi diversi. Hai ragione nel dire che il tappo di disaccoppiamento deve essere fisicamente vicino al consumatore del potere che sta disaccoppiando. Il limite di massa può essere ovunque sulla rete elettrica poiché si occupa di correnti a bassa frequenza.

Tuttavia, l'ipotesi errata che si sta assumendo presuppone che il posizionamento schematico implichi il posizionamento fisico. Non In un buon schema, ci sarà qualche suggerimento per il posizionamento fisico. In questo caso non possiamo dire se il condensatore di disaccoppiamento (C5) sia fisicamente vicino a IC1 (dove dovrebbe essere) o no.

Personalmente non disegnerei uno schema in questo modo esattamente per questo motivo, e penso che farlo sia irresponsabile. Tuttavia, il software di acquisizione schematica genererà lo stesso elenco di reti in entrambi i modi, quindi i dettagli sono davvero all'altezza del posizionamento. Senza un diagramma di layout della scheda, semplicemente non puoi dirlo. Di solito avvicino fisicamente le calotte di disaccoppiamento alle loro parti per dare un suggerimento che questo è ciò che intendo e che ci ho pensato. Questo è un problema che menziono quando parlo di come disegnare buoni schemi su https://electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 .

Sfortunatamente, ci sono molti schemi mal disegnati là fuori.

— Olin Lathrop
fonte

3

Ci sono molti schemi mal disegnati per essere sicuri, ma mi aspetterei che un buon progettista di schede sappia come impaginare i cappucci di bypass indipendentemente dal posizionamento fisico sullo schema; posizionare a volte i cappucci di bypass vicino ai componenti può essere utile, ma in alcuni altri casi aggiunge solo disordine.

— supercat,

6

@Supe: Fintanto che il progettista della scheda sa che dovrebbero essere i cappucci di bypass. Se non lo fai notare in qualche modo, stai correndo le tue possibilità. A volte i cappucci di bypass possono aggiungere disordine e puoi rimuoverli in un angolo, ma almeno mettere una nota lì spiegando che.

— Olin Lathrop,

3

Quando i problemi di accoppiamento e disaccoppiamento sono essenziali per le prestazioni di un progetto, non darei mai per scontato che il progettista del consiglio di amministrazione saprebbe cosa fare per il posizionamento senza che venga detto esplicitamente. +1 alla risposta di Olin solo per averlo sottolineato. -1 a supercat per suggerire qualcosa di diverso. (Gatto cattivo!)

— Jim,

1

Quando diciamo che i condensatori di bypass dovrebbero essere vicini, quanto la distanza lo influenzerà realisticamente? Esistono studi o alcuni test? Il problema principale è la resistenza della traccia o la capacità della traccia o qualcos'altro ...? Ridurre al minimo l'interferenza EM?

— mezzanotteBlu

2

@midn: il problema principale è l'induttanza delle tracce.

— Olin Lathrop,

22

Quando due o più condensatori di disaccoppiamento di valori diversi vengono utilizzati in parallelo, è necessario considerare la risonanza parallela che si verifica tra le due reti.

Clayton Paul ha descritto questo fenomeno. Si consideri un accoppiamento parallelo dei condensatori C1, C2, con valori diversi e C1 >> C2 con L1 e L2 parassiti attorno allo stesso L1 = L2 (figura 1.A).

Fig. 1

$f_1$ $f_2$

$f_1$ $f_1$

$f_2$ $f_2$

$f_1 < f < f_2$

Inserisci qui la descrizione dell'immagine

Pertanto, possiamo concludere che il disaccoppiamento verrà migliorato a frequenze superiori (e inferiori) alla frequenza alla quale risuonano entrambe le reti di condensatori.
Il disaccoppiamento in realtà peggiorerà ad alcune frequenze tra queste due frequenze di risonanza, a causa del picco di impedenza causato dalla rete di risonanza parallela, il che è negativo.

— neutrino
fonte

12

La principale differenza tra piccoli condensatori e grandi condensatori elettrolitici è la loro risposta in frequenza. I condensatori elettrolitici hanno specifiche scarse per le frequenze più alte e possono eventualmente guastarsi a causa del rumore ad alta frequenza. A loro volta, le alte frequenze che il condensatore elettrolitico filtra solo parzialmente, potrebbero trovarsi nella gamma udibile superiore dell'amplificatore.

Il piccolo condensatore filtra facilmente il rumore ad alta frequenza, ma ovviamente ha scarso effetto quando si tratta di filtraggio dell'ondulazione dell'alimentazione di rete a bassa frequenza.

— jippie
fonte

5

Non tutti i condensatori sono uguali ... I condensatori di grandi dimensioni più grandi non possono rispondere così rapidamente a causa di ESR ed ESL (resistenza e induttanza serie equivalenti) che dipendono dalla loro composizione.

Naturalmente c'è la possibilità di avvicinarsi come dici tu, ma in generale un buon schema avrà capacità più voluminose, più lente e più grandi quanto più ti allontani dal circuito. anche le frequenze corrispondenti che devono essere gestite diminuiscono, se eseguite correttamente.

Ciò che limita le piccole capacità di disaccoppiamento è l'auto-risonanza del cappuccio stesso e l'induttanza dei fili di collegamento nella confezione (sempre a seconda della confezione).

Questo schema di ridimensionamento gerarchico continua all'interno del circuito integrato con nodi critici con condensatori locali per eventi a frequenza più elevata. Naturalmente questi cappellini all'interno sono i più costosi e più piccoli di tutti.

— segnaposto
fonte