¿Cómo funcionan los condensadores de desacoplamiento y a granel? ¿Qué diferencia hacen al agregarlos al circuito? ¿Alguien puede ayudarme a usar un circuito simple que muestre el efecto del desacoplamiento y los condensadores a granel en un circuito? (Necesito una explicación como que el primer circuito no debe contener estos capacitores y los resultados deben mostrarse y el segundo circuito los contendrá y me gustaría ver y comparar el efecto de agregarlos).
Respuesta
En cierto sentido, no hay diferencia cualitativa. La diferencia es de escala, tanto actual como temporal.
Se utiliza un condensador a granel para evitar que la salida de un suministro caiga demasiado durante los períodos en los que la corriente no está disponible. Para suministros lineales alimentados por línea, esto ocurriría durante los períodos (digamos, 10 s de mseg) en que el voltaje de línea es cercano a cero. También se aplica al circuito en su conjunto. Es decir, un conjunto de componentes electrónicos que contiene varias tarjetas de circuito puede tener un solo conjunto de condensadores a granel en la fuente de alimentación.
Los condensadores de desacoplamiento, por otro lado, se utilizan localmente (como 1 por chip lógico en algunos sistemas) y están destinados a suministrar corriente durante períodos mucho más breves (normalmente 10 s de nseg para sistemas TTL) y corrientes mucho más pequeñas. Como resultado, los tapones de desacoplamiento suelen ser mucho más pequeños que los tapones a granel.
Esta no es una regla estricta y rápida: para algunas piezas analógicas de alta velocidad se recomienda una combinación de diferentes valores de desacoplamiento, con los valores más pequeños proporcionando los tiempos de compensación más cortos, y también se utilizan límites más grandes . Los convertidores A / D de alta velocidad se utilizan a menudo para recomendar una combinación de 0,1 uF / 10 uF. Muchas placas lógicas tienen una combinación de valores dispersos. Las CPU, en particular, a menudo están rodeadas de electrolíticos de gran tamaño (10 – 100 uF), con un montón de pequeñas tapas de cerámica SMD justo debajo del chip.
En cuanto a los circuitos de demostración, solo las tapas a granel facilitan la demostración «s. Tome una salida de transformador de, digamos, 6 VCA, y páselo por un puente rectificador. Cargue la salida del puente con una resistencia de potencia (como, 10 ohmios) y observe el voltaje a través de la resistencia; caerá a cero 120 veces por segundo (100 si su frecuencia de línea es 50 Hz). Ahora coloque un límite a granel de 10,000 uF en la salida del puente, y la salida será mucho más suave, con caídas de 120 Hz, se verá como un diente de sierra, pero en general el voltaje será mucho más suave.
El desacoplamiento es más difícil. Intente configurar un amplificador de amplificador operacional en una placa de prueba sin soldadura utilizando un amplificador operacional de alta velocidad y cables largos que van desde la placa de prueba hasta la fuente de alimentación. Hay una buena posibilidad de que la salida oscile sin entrada. Si coloca tapas de cerámica de 0.1 uF de los suministros a tierra y lo hace directamente en los pines de suministro del amplificador operacional, esto a menudo resolverá el problema. O no, placas de prueba sin soldadura no son buenos para trabajos de alta velocidad, incluso si tiene cuidado, y algunos amplificadores operacionales son muy estables, pero es la mejor sugerencia que se me ocurre.
Respuesta
Muy brevemente, se trata de lograr un equilibrio entre las impedancias y ESR de varios tipos de condensadores para cumplen con los requisitos de la fuente de alimentación de un circuito / chip dado.
Las tapas de desacoplamiento son un nivel de refuerzo intermedio de la fuente de alimentación, y normalmente en los 10 o 100 de nF & casi siempre cerámica / cerámica multicapa, y se colocan lo más cerca posible de las clavijas de alimentación de los chips. Su pequeño tamaño, baja ESR, & proximidad al Los pines del chip minimizan la inductancia & les permite suministrar breves picos de corriente exigidos por el chip.
Pero, ¿qué recarga las tapas de desacoplamiento? A menudo, la misma razón por la que necesita tapas de desacoplamiento (los planos de potencia de las pistas & no pueden «no suministrar los picos de corriente debido a su propia inductancia inherente) es la razón por la que necesitan otro nivel intermedio de refuerzo de la fuente de alimentación, «capacitancia masiva», para ayudar a las «tapas de desacoplamiento» a recuperar su carga lo suficientemente rápido. Estas pueden variar significativamente en capacidad, desde unos pocos uF hasta cientos o incluso miles de uF, dependiendo de los requisitos únicos del circuito.
Respuesta
Intentaré una explicación amigable para los novatos.
La mayoría de los dispositivos electrónicos no consumen corriente constante del suministro. Algunos consumen corriente en ráfagas rápidas, como un chip / CPU lógico que generará un pico de corriente en cada ciclo de reloj, otros, como un amplificador, consumirán corriente dependiendo de la señal y lo que requiere la carga.
Ahora, estos circuitos normalmente necesitan que el voltaje de su fuente de alimentación esté dentro de ciertos límites para funcionar correctamente. Si el voltaje cae demasiado, entonces la CPU podría fallar, por ejemplo. O, si el voltaje de suministro tiene demasiado ruido, su amplificador de bajo ruido ya no será de bajo ruido.
La relación de esto con los condensadores de desacoplamiento es simple:
Tienes un regulador de voltaje. Algunos son más rápidos que otros, pero todos tienen un tiempo de respuesta distinto de cero. Cuando la corriente de carga varía, no reacciona instantáneamente. Si la corriente de carga varía rápidamente, entonces necesita un capacitor en la salida de su regulador para mantener estable el voltaje de salida. Algunos reguladores también requieren capacitores específicos para un funcionamiento adecuado.
Este capacitor generalmente se llama «bulk cap». Dependiendo de la aplicación, será algo así como 10-100µF (a veces más) y su propósito es almacenar suficiente energía para alimentar el circuito hasta que el regulador reaccione a un rápido cambio en la demanda de corriente.
Lo siguiente es la inductancia de suministro. Espero que sepas que el voltaje a través de una inductancia es -L * di / dt. Esto significa que las variaciones rápidas de corriente a través de la inductancia de trazos largos darán como resultado caída de voltaje no despreciable cuando la corriente cambia rápidamente.
Una tapa de desacoplamiento local con una inductancia baja (es decir, montaje de superficie de cerámica) colocada cerca del chip soluciona este problema. Su valor es pequeño, por lo que almacena muy poca energía, pero ese no es su propósito. Solo está para proporcionar una baja inductancia ayuda a la tapa de volumen.
Ahora, dependiendo del circuito, podría tener un LDO con solo una tapa que alimenta un chip, o un PC mobo donde tiene toneladas de tapas de volumen y cientos de cerámica.
Otro papel muy importante de las tapas de desacoplamiento es la gestión de EMI: hacen que los bucles de corriente de alta velocidad sean pequeños, lo que reduce la EMI radiada. Cuando se colocan correctamente, también se pueden utilizar para garantizar que las altas corrientes di / dt no conviertan su suelo en un campo minado.
Respuesta
Una explicación alternativa (dos caras de la misma moneda) es que filtran los picos causados por el cambio de las puertas lógicas. En general, es una buena práctica arrojar algunos electrolíticos o tántalo de 0.1uF y colocar junto a los dispositivos lógicos también cerámica de 100nF. El problema es que los electrolíticos no son un condensador perfecto y su respuesta de alta frecuencia no es tan buena, por lo que la inclusión de una tapa de cerámica de bajo valor en paralelo con el electrolítico extiende la respuesta de frecuencia para que la combinación general sea más efectiva para eliminar los picos. Los picos contienen altas frecuencias.
Si no usa tapas de desacoplamiento, es probable que su diseño lógico no funcione.