Hoe werken ontkoppel- en bulkcondensatoren? welk verschil maken ze door ze aan het circuit toe te voegen. Kan iemand me helpen met een eenvoudig circuit dat het effect laat zien van ontkoppeling en bulkcondensatoren op een circuit? (Ik heb een uitleg nodig, zoals het eerste circuit mag deze condensatoren niet bevatten en de resultaten moeten worden getoond en het tweede circuit zal ze bevatten en zou graag het effect van het toevoegen ervan willen zien en vergelijken).
Answer
Er is in zekere zin geen kwalitatief verschil. Het verschil is er een van schaal, zowel van stroom als van tijd.
Een bulkcondensator wordt gebruikt om te voorkomen dat de output van een voeding te ver daalt tijdens de perioden dat er geen stroom beschikbaar is. Voor lijngevoede lineaire voedingen zou dit gebeuren tijdens de perioden (zeg 10 seconden van msec) dat de lijnspanning bijna nul is. Het geldt ook voor het circuit als geheel. Dat wil zeggen, een elektronica-eenheid met meerdere circuitkaarten kan een enkele set bulkcondensatoren in de voeding hebben.
Ontkoppelingscondensatoren worden daarentegen lokaal gebruikt (zoals 1 per logische chip in sommige systemen) en zijn bedoeld om stroom te leveren voor veel kortere perioden (typisch 10s van nsec voor TTL-systemen) en veel kleinere stromen. Als resultaat zijn ontkoppelingskappen doorgaans veel kleiner dan bulkkappen.
Dit is niet helemaal een vaste regel – voor sommige high-speed analoge parts wordt een mix van verschillende ontkoppelingswaarden aanbevolen, waarbij de kleinste waarden de kortste compensatietijden bieden, en ook grotere kapjes worden gebruikt . Snelle A / D-converters werden vaak gebruikt om een combinatie van 0,1 uF / 10 uF aan te bevelen. Veel logicaborden hebben een mix van waarden verspreid. Vooral CPUs zijn vaak omgeven door vrij grote (10-100 uF) elektrolytica, met een hele reeks kleine SMD-keramiekdoppen direct onder de chip.
Wat betreft demonstratiecircuits, alleen bulkcaps maken een eenvoudige demo “s. Neem een transformatoruitgang van, laten we zeggen, 6 VAC, en leid deze door een bruggelijkrichter. Laad de output van de brug met een vermogensweerstand (zoals 10 ohm) en kijk naar de spanning over de weerstand – deze zakt 120 keer per seconde naar nul (100 als je lijnfrequentie 50 Hz is). Plaats nu een bulk cap van 10.000 uF op de bridge output, en de output zal veel vloeiender zijn, met 120 Hz dips – het ziet er een beetje uit als een zaagtand – maar in het algemeen zal de spanning veel soepeler zijn.
Ontkoppeling is moeilijker. Probeer een op-amp-versterker op een soldeerloos breadboard te installeren met behulp van een high-speed opamp en lange draden die van het breadboard naar de voeding lopen. Er is een grote kans dat de output zal oscilleren zonder input. Als je 0.1 uF keramische doppen van de voeding naar de aarde plaatst, en dit direct bij de opamp voedingspinnen doet, zal dit vaak het probleem oplossen. Of niet – soldeerloze breadboards zijn niet goed voor werk op hoge snelheid, zelfs als je voorzichtig bent, en sommige opamps zijn erg stabiel, maar het is de beste suggestie die ik kan bedenken.
Antwoord
Heel kort gaat het erom een balans te vinden tussen de impedanties en ESRs van verschillende soorten condensatoren om voldoen aan de stroomtoevoervereisten van een bepaald circuit / chip.
Ontkoppelingskappen zijn een niveau van tussenliggende versterking van de stroomtoevoer, en meestal in de 10s of 100s van nF & bijna altijd keramiek / meerlaagse keramiek, en plaats zo fysiek mogelijk dicht bij de krachtpinnen van chips. Hun kleine formaat, lage ESR, & nabijheid van de chip pinnen minimaliseren inductantie & stelt hen in staat om korte stroompieken te leveren die door de chip worden gevraagd.
Maar wat laadt de ontkoppelingskappen op? Vaak is dezelfde reden waarom je ontkoppelingskappen nodig hebt (de tracks & power-planees “niet kunnen voorzien in de stroompieken vanwege hun eigen inherente inductie) is de reden waarom een andere gemiddeld niveau van versterking van de voeding, “bulkcapaciteit”, om de “ontkoppelingskappen” te helpen hun lading snel genoeg te herstellen. Deze kunnen aanzienlijk variëren in capaciteit, van een paar uF tot honderden of zelfs duizenden uF, afhankelijk van de unieke vereisten van het circuit.
Antwoord
Ik zal proberen een noob-vriendelijke uitleg te geven.
De meeste elektronica trekt geen constante stroom van de voeding. Sommige verbruiken stroom in snelle uitbarstingen, zoals een logica-chip / cpu die een stroompiek trekt bij elke klokcyclus, andere zoals een versterker trekken stroom afhankelijk van het signaal en wat de belasting vereist.
Nu hebben deze circuits meestal hun voedingsspanning nodig om binnen bepaalde limieten te blijven om correct te werken. De spanning zakt te veel, dan kan bijvoorbeeld de cpu crashen. Of, als de voedingsspanning teveel ruis bevat, zal uw ruisarme versterker niet langer ruisarm zijn.
De relatie hiervan met het ontkoppelen van condensatoren is eenvoudig:
Je hebt een spanningsregelaar. Sommige zijn sneller dan andere, maar ze hebben allemaal een reactietijd die niet gelijk is aan nul. Wanneer de belastingsstroom varieert, zal deze niet onmiddellijk reageren. Als de belastingsstroom snel varieert, dan heb je een condensator aan de uitgang van je regelaar nodig om de uitgangsspanning stabiel te houden. Sommige regelaars hebben ook specifieke condensatoren nodig voor een goede werking.
Deze condensator wordt meestal “bulk cap” genoemd. Afhankelijk van de toepassing zal hij ongeveer 10-100 µF (soms meer) zijn en het doel is om voldoende energie op te slaan om het circuit van stroom te voorzien totdat de regelaar reageert op een snelle verandering in de huidige vraag.
Het volgende is toevoerinductantie. Ik hoop dat je weet dat de spanning over een inductantie -L * di / dt is. Dit betekent dat snelle stroomvariaties over de inductantie van lange sporen zullen resulteren in niet-verwaarloosbare spanningsval wanneer de stroom snel verandert.
Een lokale ontkoppelingskap met een lage inductantie (dwz een keramische opbouwmontage) die dicht bij de chip is geplaatst, lost dit probleem op. De waarde is klein, dus hij slaat weinig energie, maar dat is niet het doel, het is er alleen om te voorzien een lage inductantie helpt bij de bulkcap.
Nu, afhankelijk van het circuit, zou je één LDO kunnen hebben met slechts één dop die één chip voedt, of een pc-mobo waar je tonnen bulkcaps en honderden keramiek.
Een andere zeer belangrijke rol van ontkoppelingskappen is EMI-beheer: ze maken stroomlussen met hoge snelheid klein, waardoor uitgestraalde EMI wordt verminderd. Als ze correct zijn geplaatst, kunnen ze ook worden gebruikt om ervoor te zorgen dat hoge di / dt-stromen uw grond niet in een mijnenveld veranderen.
Answer
Een alternatieve verklaring (twee zijden van dezelfde medaille) is dat ze pieken uitfilteren die worden veroorzaakt door het schakelen van de logische poorten. Over het algemeen een goede gewoonte om wat 0.1uF elektrolytica of tantaal in te gooien en naast de logische apparaten ook 100nF keramiek te plaatsen. Het probleem is dat de elektrolytica geen perfecte condensator is en dat hun hoogfrequente respons niet zo goed is, dus de toevoeging van een laagwaardige keramische kap parallel aan de elektrolytische kap verlengt de frequentierespons zodat de algehele combinatie effectiever is in het verwijderen de spikes. De spikes bevatten hoge frequenties.
Als u geen ontkoppelingskappen gebruikt, is de kans groot dat uw logisch ontwerp niet zal werken.