Kondensatory są uniwersalnymi i podstawowymi elementami obwodów analogowych i cyfrowych. Jedną z ich najważniejszych funkcji jest odsprzęganie. Integralność sygnału częstotliwościowego Twojej płyty zależy od tego, jak obliczysz wartość kondensatora odsprzęgającego, więc bardzo ważne jest, aby obliczenie to było poprawne. Ten artykuł wyjaśnia, jak obliczyć tę wartość, a także najbardziej efektywne typy kondensatorów do zadań odsprzęgania. Przejdźmy od razu do rzeczy!
Co to jest Decoupling Capacitor
Kondensatory są pasywne elementy, które przechowują energię elektryczną, a zatem kondensator odsprzęgający jest elementem elektrycznym, który działa jako zbiornik energii elektrycznej. Napięcie obwodu może spaść tymczasowo, jeśli jego wymagania dotyczące obciążenia przełączają się stale. Kondensatory odsprzęgające mogą dostarczać energię przy wymaganym napięciu. Ta funkcja wyjaśnia, dlaczego niektórzy określają je jako kondensatory obejściowe. Mogą one ominąć zasilanie, aby działać jako tymczasowe źródła zasilania.
Elektrolityczny kondensator odsprzęgający
Funkcje kondensatorów odsprzęgających
Kondensatory odsprzęgające mają następujące funkcje.
Eliminują wysokie częstotliwości
Podstawową funkcją kondensatora odsprzęgającego jest eliminacja zakłóceń o wysokiej częstotliwości, takich jak sygnały RF, które mogą dostać się do urządzeń poprzez promieniowanie elektromagnetyczne.
Zazwyczaj te kondensatory siedzą między VCC i pinów masy na płytkach drukowanych urządzeń o wysokiej częstotliwości, aby odfiltrować AC częstotliwości hałasu.
Dostarczanie zasilania DC do urządzeń aktywnych
Jak wyjaśniono wcześniej, ciągłe przełączanie on/off w urządzeniach aktywnych generuje szum o wysokiej częstotliwości, który przechodzi do linii zasilania. Ponieważ kondensator odsprzęgający może przechowywać i rozładowywać energię, tworzy obwód zasilania DC, który dostarcza energię do urządzenia aktywnego. Zasilanie to tłumi propagację szumu elektrycznego, prowadząc sygnały szumu do ziemi.
Stabilizacja napięcia
Kondensatory odsprzęgające działają jak zasilacze awaryjne, zapobiegając nadmiernemu przepływowi prądu przez IC w przypadku skoku napięcia.
Rodzaje kondensatorów do zadań odsprzęgających
Podstawowe czynniki, które należy rozważyć przed wyborem kondensatora odsprzęgającego to najniższa częstotliwość sygnału AC i wartość rezystora. Biorąc to pod uwagę, idealne kondensatory odsprzęgające obejmują następujące.
Kondensatory elektrolityczne
Duże kondensatory elektrolityczne w zakresie 1-100 µF są idealne do odsprzęgania szumów o niskiej częstotliwości. Jednostki te nie powinny znajdować się w odległości większej niż dwa cale od układu scalonego, ponieważ magazynują energię i błyskawicznie ją uwalniają.
Kondensatory elektrolityczne
Ale ich spolaryzowana natura sugeruje, że nie mogą one obsługiwać ponad 1 V odwrotnej tendencji bez doświadczania uszkodzenia. Dodatkowo mają stosunkowo duże prądy upływu, chociaż te upływy zależą od.
Rozmiar elektryczny
Projekt
Napięcie znamionowe w zależności od przyłożonego napięcia
Jednak prądy upływu nie wpływają znacząco na odsprzęganie.
Kondensatory elektrolityczne aluminiowe
Kondensatory te są idealne do odsprzęgania w obwodach elektronicznych o niskiej i średniej częstotliwości. Są one dostępne w szerokim zakresie wartości pojemności, mają wysoki stosunek pojemności do objętości i są niedrogie.
Aluminiowe kondensatory elektrolityczne
Mają one jednak wysoką zastępczą rezystancję szeregową w niskich temperaturach i doświadczają zużycia związanego z temperaturą. Kondensatory AE są typowe w elektronice użytkowej.
Wartość kondensatora odsprzęgającego-Kondensatory tantalowe
Kondensatory tantalowe mają wysokie wartości pojemności i są mniej podatne na zużycie związane z temperaturą. Dodatkowo jednostki te mają wyższe współczynniki pojemności-objętości i niższy równoważny opór szeregowy niż kondensatory elektrolityczne z aluminium.
Stałe kondensatory tantalowe
Na minusie, kondensatory tantalowe są kosztowne i ograniczone do zastosowań niskonapięciowych nie przekraczających 50V. Są one powszechne w zastosowaniach wymagających wysokiej niezawodności.
Kondensatory ceramiczne montowane powierzchniowo
Kondensatory ceramiczne o niskiej indukcyjności w zakresie 0,01-0,1 µF nadają się do odsprzęgania szumów o wysokiej częstotliwości z zasilania. Te małe jednostki są podłączane bezpośrednio do pinu zasilania układu scalonego i są dostępne w kilku klasach wartości µF o wysokim napięciu znamionowym (do 200V) i wysokiej stałej dielektrycznej.
Kondensatory ceramiczne do montażu powierzchniowego
Jednostki te charakteryzują się niską stratą, szeroką tolerancją temperaturową i niską równoważną rezystancją szeregową (ESR). Dodatkowo są niezawodne, stabilne i wytrzymują szeroki zakres napięć.
Montowane powierzchniowo MLCC (wielowarstwowe kondensatory ceramiczne)
MLCC charakteryzują się niską indukcyjnością, co czyni je idealnymi do bocznikowania i filtrowania przy 10MHz. Dostępne są w szerokim zakresie wartości pojemności i pakietów, wszystkie odpowiednie do odsprzęgania w projektach obwodów o wysokiej częstotliwości.
Kondensatory followed
Kondensatory filmowe jak teflon, polipropylen, poliester i polistyren mają ograniczone zastosowania, ponieważ są drogie w budowie. Jednak są one mniej podatne na zużycie i są idealne dla wysokich prądów/napięć i aplikacji odsprzęgających sygnały audio.
Kondensatory z folii poliestrowej
Co to jest kondensator bocznikowy
Kondensatory bocznikowe i odsprzęgające mają wiele podobieństw, co wyjaśnia, dlaczego większość ludzi używa tych terminów zamiennie. Kondensatory bocznikujące bocznikują sygnały szumu AC, filtrują je powyżej określonej częstotliwości lub eliminują wszystkie sygnały AC.
Wartość kondensatora odsprzęgającego-Kondensatory te są idealne do usuwania niepożądanych sygnałów w sygnałach wejściowych lub napięciach zasilających obwody analogowe i cyfrowe. Dlatego też ich zastosowania obejmują.
Konwerter prądu stałego na prąd stały
Oczyszczanie dźwięku między wzmacniaczami i głośnikami
Filtry górnoprzepustowe i dolnoprzepustowe
Sprzęganie i odsprzęganie sygnałów
Konwerter prądu stałego na prąd stały. Uwaga na kondensatory
Różnice między kondensatorem odsprzęgającym a bocznikowym
Chociaż większość ludzi używa tych terminów zamiennie, kondensatory bocznikujące i odsprzęgające mają kilka różnic.
Kondensatory obejściowe bocznikują sygnały szumów o wysokiej częstotliwości w sygnale wejściowym obwodu poprzedniego stopnia.
Kondensatory montowane na płytce drukowanej
Z kolei kondensatory odsprzęgające wygładzają sygnał wyjściowy, stabilizując go, aby zapobiec powrotowi zakłóceń do źródła zasilania.
Możesz użyć pojedynczego kondensatora elektrolitycznego do bocznikowania (bypassowania), ale wygładzanie sygnału wyjściowego wymaga dwóch typów kondensatorów.
Jak wybrać wartość kondensatora odsprzęgającego
Liczba kondensatorów odsprzęgających używanych w układzie zależy od liczby pinów masy i zasilania oraz obecnych sygnałów I/O. Powinieneś wybrać typ kondensatora z wystarczającą ilością częstotliwości samorezonansowych w oparciu o częstotliwość roboczą lub szerokość pasma sygnału.
Wartość kondensatora odsprzęgającego-Zrozumienie Self-Resonant Frequency
Kondensator odsprzęgający pozostaje pojemnościowy do częstotliwości samorezonansowej, a następnie zamienia się w induktor powyżej tej częstotliwości. Impedancja urządzenia osiąga najniższą wartość przy tej częstotliwości.
Niższa pojemność i indukcyjność daje wyższą częstotliwość rezonansową. Małe elementy montowane powierzchniowo mają niższą pasożytniczą indukcyjność, co daje im wyższą częstotliwość rezonansu własnego.
Idealnie, wartość kondensatora odsprzęgającego dla niskich częstotliwości powinna mieścić się w przedziale 1-100 µF. Z drugiej strony, zakres wysokiej częstotliwości pojemności odłączania hałasu powinien wynosić od 0,01 do 0,1 f
Należy pamiętać o następujących czynnikach
ESR i ESL
ESR i ESL oznaczają odpowiednio równoważne rezystory kaskadowe i równoważne algorytmy kaskadowe Ponieważ kondensatory powinny dostarczać natychmiastowego prądu, należy wybrać kondensatory niskiego ESL i ESR
Wymiary opakowania
Małe pojemności zmniejszają wielkość pętli i zmniejszają liczbę induktorów pętli
Wartość kondensatora odsprzęgającego-Jak wybrać wymiary dla pojemności sprzężonej
Można określić wielkość pojemności sprzęgającej na podstawie następujących czynników
Cyfrowy PDN
Poprawne umiejscowienie pojemności i obliczenie dokładnego rozmiaru pojemności w oparciu o impedancję sieci dystrybucji i ładunek wymagany przez przełącznik IC pozwalają zminimalizować szum i tętnienie Obliczenia wymagają następującego wzoru
Pojemność zamocowania zewnętrznego na PCB
Jednak wzór jest efektywny tylko wtedy, gdy przepustowość sygnału nie przekracza częstotliwości samoharmonicznej Wzór przepustowości sygnału to liczba osób
0,35/ Czas wzrostu sygnału
Analogowy PDN
Ciągłe ładowanie i rozładowywanie pojemności odłączającej zapewnia stały zasilacz dla symulowanego układu IC Poniższa formuła przedstawia wielkość kondensatora w tych ustawieniach symulacji
Pobierany prąd jest funkcją zwiększającą częstotliwość i napięcie IC
Wartość kondensatora odsprzęgającego-Opór PDN
Pojemność odłączania działa efektywnie nad określonym zakresem częstotliwości Opór tego kondensatora maleje liniowo wraz ze spadkiem częstotliwości i na odwrót Pasożytnicze indukcje prowadzą do zwiększenia impedancji
Pojemność otworu przelotowego zainstalowana na płycie drukowanej
Można określić wielkość pojemności odłączania na podstawie docelowego impedancji PDN, korzystając z następującego wzoru
Napięcie tętnienia PDN i impedancja docelowego PDN są funkcjami kondensatora Dlatego rozwiązywanie problemu jest skomplikowane, ponieważ obliczanie pojemności wymaga wielokrotnych iteracji
Jednak powyższy wzór jest dokładny, ponieważ zawiera efekt częstotliwości rezonansowej kondensatora odłączonego, który jest spowodowany pasożytniczym efektem
Podczas obliczania różnych docelowych wartości PDN dla C i F otrzymujemy optymalną wartość C, aby osiągnąć najniższy cel PDN dla wszystkich zakresów częstotliwości
Podręcznik danych IC zawiera precyzyjne odłączanie wartości kondensatorów
Wartość kondensatora odsprzęgającego-Jak wybrać wartość pojemności obejściowej
Reaktor kondensatora powinien być jedną dziesiątą lub mniejszą rezystancją równoległą Prąd jest często przepływany wzdłuż ścieżki o najniższej oporności, dlatego kondensator powinien mieć mniejszą rezystancję, aby przełączyć sygnał prądu zmiennego na ziemię Oblicz wartość kondensatora obejścia za pomocą poniższego wzoru
Wiąż się
Podsumowując, kondensatory odłączania są kluczowe dla wydajności i niezawodności obwodu Dlatego przed projektowaniem obwodów należy dokładnie obliczyć ich wartości Koniec tego artykułu Jeśli masz pytania lub komentarze, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji