Wie funktionieren Entkopplungs- und Massenkondensatoren? Welchen Unterschied machen sie beim Hinzufügen zur Schaltung? Kann mir jemand helfen, eine einfache Schaltung zu verwenden, die den Effekt von Entkopplungs- und Volumenkondensatoren auf eine Schaltung zeigt? (Ich benötige eine Erklärung, da die erste Schaltung diese Kondensatoren nicht enthalten darf und die Ergebnisse angezeigt werden müssen und die zweite Schaltung sie enthalten darf und den Effekt des Hinzufügens sehen und vergleichen möchte.)
Antwort
Es gibt gewissermaßen keinen qualitativen Unterschied. Der Unterschied besteht in der Skalierung sowohl des Stroms als auch der Zeit.
Ein Massenkondensator wird verwendet, um zu verhindern, dass der Ausgang einer Versorgung in Zeiten, in denen kein Strom verfügbar ist, zu weit abfällt. Bei netzbetriebenen linearen Versorgungen würde dies während der Zeiträume (z. B. 10 ms) auftreten, in denen die Netzspannung nahe Null ist. Dies gilt auch für die gesamte Schaltung. Das heißt, eine Elektronikbaugruppe, die mehrere Schaltungskarten enthält, kann einen einzelnen Satz von Massenkondensatoren in der Stromversorgung aufweisen.
Entkopplungskondensatoren werden andererseits lokal verwendet (wie beispielsweise 1 pro Logikchip in einigen Systeme) und sollen Strom für viel kürzere Zeiträume (typischerweise 10 Sekunden für TTL-Systeme) und viel kleinere Ströme liefern. Infolgedessen sind Entkopplungskappen typischerweise viel kleiner als Massenkappen.
Dies ist keine feste Regel. Für einige analoge Hochgeschwindigkeitsteile wird eine Mischung verschiedener Entkopplungswerte empfohlen, wobei die kleinsten Werte die kürzesten Kompensationszeiten bieten und auch größere Kappen verwendet werden . Hochgeschwindigkeits-A / D-Wandler, die häufig verwendet werden, um eine Kombination von 0,1 uF / 10 uF zu empfehlen. Viele Logikplatinen haben eine Mischung von Werten, die verstreut sind. Insbesondere CPUs sind häufig von großen (10 – 100 uF) Elektrolyten umgeben, mit einer ganzen Reihe kleiner SMD-Keramikkappen direkt unter dem Chip.
Bei Demonstrationsschaltungen sind nur Bulk-Kappen eine einfache Demo „s. Nehmen Sie einen Transformatorausgang von beispielsweise 6 VAC und lassen Sie ihn durch einen Brückengleichrichter laufen. Laden Sie den Ausgang der Brücke mit einem Leistungswiderstand (z. B. 10 Ohm) und überprüfen Sie die Spannung am Widerstand – er fällt 120 Mal pro Sekunde auf Null (100, wenn Ihre Netzfrequenz 50 Hz beträgt). Setzen Sie nun eine Bulk-Kappe von 10.000 uF auf den Brückenausgang, und der Ausgang ist mit 120-Hz-Einbrüchen viel glatter – er sieht aus wie ein Sägezahn -, aber im Allgemeinen ist die Spannung viel glatter.
Entkopplung ist schwieriger. Versuchen Sie, einen Operationsverstärkerverstärker auf einem lötfreien Steckbrett mit einem Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker und langen Drähten vom Steckbrett zum Netzteil einzurichten. Es besteht eine gute Chance, dass der Ausgang ohne Eingang oszilliert. Wenn Sie 0,1 uF Keramikkappen von den Netzteilen auf Masse legen und dies direkt an den Versorgungsstiften des Operationsverstärkers tun, wird das Problem häufig behoben. Oder auch nicht – lötfreie Steckbretter Nicht gut für Hochgeschwindigkeitsarbeiten, auch wenn Sie vorsichtig sind und einige Operationsverstärker sehr stabil sind, aber es ist der beste Vorschlag, den ich machen kann.
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Kurz gesagt geht es darum, ein Gleichgewicht zwischen den Impedanzen und ESRs verschiedener Kondensatortypen herzustellen die Stromversorgungsanforderungen einer bestimmten Schaltung / eines bestimmten Chips erfüllen.
Entkopplungskappen sind eine Ebene der Zwischenverstärkung der Stromversorgung und typischerweise in den 10er oder 100er Jahren von nF & fast immer Keramik / Mehrschichtkeramik und so nahe wie möglich an den Stromanschlüssen von Chips platziert. Ihre geringe Größe, niedriger ESR, & Nähe zum Die Pins des Chips minimieren die Induktivität. & ermöglicht es ihnen, kurze Stromspitzen zu liefern, die vom Chip gefordert werden.
Aber was lädt die Entkopplungskappen auf? Oft ist der gleiche Grund, warum Sie Entkopplungskappen benötigen (die Leistungsfelder & können die Stromspitzen aufgrund ihrer eigenen inhärenten Induktivität nicht liefern), der Grund dafür, dass eine andere
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Ich werde eine noob-freundliche Erklärung versuchen.
Die meisten Elektronikgeräte ziehen keinen konstanten Strom aus der Versorgung. Einige ziehen Strom in schnellen Bursts, wie z. B. ein Logikchip / eine CPU, die bei jedem Taktzyklus eine Stromspitze zieht, andere wie ein Verstärker Strom abhängig vom Signal und den Anforderungen der Last.
Diese Schaltkreise benötigen normalerweise eine Versorgungsspannung, die innerhalb bestimmter Grenzen liegt, um ordnungsgemäß zu funktionieren Wenn die Spannung zu stark durchhängt, kann die CPU beispielsweise abstürzen. Wenn die Versorgungsspannung zu stark verrauscht ist, ist Ihr rauscharmer Verstärker nicht mehr rauscharm.
Das Verhältnis zur Entkopplung von Kondensatoren ist einfach:
Sie haben einen Spannungsregler. Einige sind schneller als andere, aber alle haben eine Reaktionszeit ungleich Null. Wenn sich der Laststrom ändert, reagiert er nicht sofort. Wenn sich der Laststrom schnell ändert, benötigen Sie einen Kondensator am Ausgang Ihres Reglers, um die Ausgangsspannung stabil zu halten. Einige Regler benötigen auch spezielle Kondensatoren für den ordnungsgemäßen Betrieb. P. >
Dieser Kondensator wird normalerweise als „Bulk Cap“ bezeichnet. Je nach Anwendung beträgt er etwa 10-100 µF (manchmal mehr) und dient dazu, genügend Energie zu speichern, um den Stromkreis mit Strom zu versorgen, bis der Regler auf eine schnelle Reaktion reagiert Änderung des Strombedarfs.
Als nächstes folgt die Versorgungsinduktivität. Ich hoffe, Sie wissen, dass die Spannung an einer Induktivität -L * di / dt beträgt. Dies bedeutet, dass schnelle Stromschwankungen an der Induktivität langer Spuren dazu führen Ein nicht zu vernachlässigender Spannungsabfall, wenn sich der Strom schnell ändert.
Eine lokale Entkopplungskappe mit niedriger Induktivität (dh Keramikoberflächenhalterung) in der Nähe des Chips behebt dieses Problem. Ihr Wert ist klein und daher sehr speicherfähig wenig Energie, aber das ist nicht sein Zweck. Es ist nur da, um zu liefern Eine Hilfe mit niedriger Induktivität für die Bulk-Kappe.
Abhängig von der Schaltung können Sie nun einen LDO mit nur einer Kappe für einen Chip oder einen PC-Mobo mit Tonnen von Bulk-Kappen und Hunderten von Kappen haben Keramik.
Eine weitere sehr wichtige Rolle beim Entkoppeln von Kappen ist das EMI-Management: Sie machen Hochgeschwindigkeitsstromschleifen klein, wodurch die EMI-Strahlung reduziert wird. Bei richtiger Platzierung können sie auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass hohe Di / Dt-Ströme Ihren Boden nicht in ein Minenfeld verwandeln.
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Eine alternative Erklärung (zwei Seiten derselben Medaille) ist, dass sie Spitzen herausfiltern, die durch das Schalten der Logikgatter verursacht werden. Im Allgemeinen empfiehlt es sich, einige 0,1 uF Elektrolyte oder Tantale einzubringen und neben den Logikbausteinen auch 100 nF Keramik zu platzieren. Das Problem ist, dass die Elektrolyse kein perfekter Kondensator ist und ihr Hochfrequenzgang nicht so gut ist, so dass der Einschluss einer Keramikkappe mit niedrigem Wert parallel zum Elektrolyt den Frequenzgang verlängert, so dass die Gesamtkombination beim Entfernen effektiver ist Die Spitzen enthalten hohe Frequenzen.
Wenn Sie keine Entkopplungskappen verwenden, funktioniert Ihr Logikdesign wahrscheinlich nicht.