Конденсатор развязки

редактировать
LM7805 5V линейный стабилизатор напряжения с 2 развязывающими конденсаторами Типичные кривые импеданса X7R и NP0 чип-конденсаторов MLCC. Конденсаторные блоки: SMD керамика вверху слева; Тантал SMD внизу слева; сквозное отверстие тантал вверху справа; сквозной электролитик внизу справа. Главное деление шкалы - см.

A развязывающий конденсатор - это конденсатор, используемый для развязки одной части электрической сети (цепи) от другой. Шум, вызванный другими элементами схемы, шунтируется через конденсатор, уменьшая его влияние на остальную часть схемы. Альтернативное название - байпасный конденсатор, поскольку он используется для байпаса источника питания или другого компонента схемы с высоким импедансом.

Содержание

  • 1 Обсуждение
  • 2 Развязка
  • 3 Переключение подсхем
  • 4 Развязка переходной нагрузки
  • 5 Размещение
  • 6 Примеры использования
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Обсуждение

Активные устройства электронной системы (например, транзисторы, ИС, электронные лампы) подключаются к источникам питания через проводники с конечным сопротивлением и индуктивностью. Если ток, потребляемый активным устройством, изменяется, падение напряжения от источника питания к устройству также будет изменяться из-за этих импедансов. Если несколько активных устройств имеют общий путь к источнику питания, изменения тока, потребляемого одним элементом, могут вызвать изменения напряжения, достаточно большие, чтобы повлиять на работу других - скачки напряжения или скачок напряжения, например - таким образом, изменение состояния одного устройства связано с другим через общий импеданс источника питания. Конденсатор развязки обеспечивает обходной путь для переходных токов вместо протекания через общий импеданс.

Разделительный конденсатор работает как локальный накопитель энергии устройства. Конденсатор помещается между линией питания и землей в цепи, в которой должен подаваться ток. Согласно уравнению конденсатора i (t) = C dv (t) dt {\ displaystyle \ textstyle i (t) = C {\ frac {\ mathrm {d} v (t)} {\ mathrm {d} t}}}{\ displaystyle \ textstyle i (t) = C {\ frac {\ mathrm {d} v (t)} {\ mathrm {d} t}}} , падение напряжения между линией питания и землей приводит к утечке тока из конденсатора в цепь, а когда емкость C достаточно велика, подается ток, достаточный для поддержания допустимого диапазона падения напряжения. Чтобы уменьшить эффективную последовательную индуктивность, малые и большие конденсаторы часто размещаются параллельно; обычно размещаются рядом с отдельными интегральными схемами. Конденсатор хранит небольшое количество энергии, которое может компенсировать падение напряжения в проводниках источника питания к конденсатору.

В цифровых схемах развязывающие конденсаторы также помогают предотвратить излучение электромагнитных помех от относительно длинных цепей из-за быстро меняющихся токов источника питания.

одних развязывающих конденсаторов может быть недостаточно в таких случаях, как каскад усилителя большой мощности с подключенным к нему предварительным усилителем низкого уровня. Необходимо соблюдать осторожность при прокладке проводов схемы, чтобы сильный ток на одной стадии не приводил к падению напряжения источника питания, которое влияло бы на другие стадии. Это может потребовать изменения трассировки дорожек на печатной плате для разделения цепей или использования заземляющей пластины для повышения стабильности источника питания.

Развязка

Обходной конденсатор часто используется для развязки подсхемы от сигналов переменного тока или скачков напряжения на источнике питания или другой линии. Шунтирующий конденсатор может шунтировать энергию этих сигналов или переходных процессов через подсхему, которая должна быть развязана, прямо к обратному пути. Для линии питания должен использоваться байпасный конденсатор от линии напряжения питания до возврата источника питания (нейтрали).

Высокие частоты и переходные токи могут протекать через конденсатор к заземлению цепи вместо более жесткого пути развязанной схемы, но постоянный ток не может проходить через конденсатор и переходит в развязанную цепь.

Другой вид развязки - это предотвращение воздействия на часть схемы переключения, происходящего в другой части схемы. Переключение в подсхеме A может вызвать колебания в источнике питания или других электрических линиях, но вы не хотите, чтобы это повлияло на подсхему B, которая не имеет ничего общего с этим переключением. Конденсатор развязки может разъединять подсхемы A и B, так что B не видит никаких эффектов переключения.

Переключение подсхем

В подсхеме переключение изменит ток нагрузки, потребляемый от источника. Типичные линии питания показывают внутреннюю индуктивность , что приводит к более медленной реакции на изменение тока. Напряжение питания будет падать на этих паразитных индуктивностях до тех пор, пока происходит событие переключения. Это переходное падение напряжения будет замечено и другими нагрузками, если индуктивность между двумя нагрузками намного ниже по сравнению с индуктивностью между нагрузками и выходом источника питания.

Чтобы отделить другие подсхемы от воздействия внезапного спроса по току, развязывающий конденсатор может быть размещен параллельно подсхеме через ее линии напряжения питания. Когда переключение происходит в подсхеме, конденсатор обеспечивает переходный ток. В идеале, когда конденсатор разрядится, событие переключения завершится, так что нагрузка сможет потреблять полный ток при нормальном напряжении от источника питания, а конденсатор может перезарядиться. Лучший способ уменьшить коммутационный шум - это сконструировать печатную плату в виде гигантского конденсатора путем размещения силовой и заземляющей поверхностей между диэлектрическим материалом.

Иногда параллельные комбинации конденсаторы используются для улучшения отклика. Это связано с тем, что у реальных конденсаторов есть паразитная индуктивность, которая искажает поведение конденсатора на более высоких частотах.

Переходная развязка нагрузки

Переходная нагрузка развязка, как описано выше, требуется, когда есть большая нагрузка, которая быстро переключается. Паразитная индуктивность каждого (развязывающего) конденсатора может ограничивать подходящую емкость и влиять на соответствующий тип, если переключение происходит очень быстро.

Логические схемы имеют тенденцию к внезапному переключению (идеальная логическая схема должна переключаться с низкого напряжения на высокое мгновенно, при этом среднее напряжение никогда не наблюдается). Таким образом, платы логических схем часто имеют развязывающий конденсатор рядом с каждой логической ИС, подключенный от каждого подключения источника питания к ближайшей земле. Эти конденсаторы отделяют каждую ИС от любой другой ИС с точки зрения провалов напряжения питания.

Эти конденсаторы часто размещают на каждом источнике питания, а также на каждом аналоговом компоненте, чтобы обеспечить максимальную стабильность источников питания. В противном случае аналоговый компонент с плохим коэффициентом отклонения источника питания (PSRR) скопирует колебания источника питания на свой выход.

В этих приложениях развязывающие конденсаторы часто называют шунтирующими конденсаторами, чтобы указать, что они обеспечивают альтернативный путь для высокочастотных сигналов, которые в противном случае могли бы вызвать изменение обычно стабильного напряжения питания. Те компоненты, которые требуют быстрой подачи тока, могут обходить источник питания, принимая ток от ближайшего конденсатора. Следовательно, для зарядки этих конденсаторов используется более медленное подключение к источнику питания, и на самом деле конденсаторы обеспечивают большое количество тока высокой готовности.

Размещение

Конденсатор развязки переходной нагрузки размещается как можно ближе к устройству, которому требуется развязанный сигнал. Это минимизирует величину линейной индуктивности и последовательного сопротивления между разделительным конденсатором и устройством. Чем длиннее проводник между конденсатором и устройством, тем больше индуктивность.

Поскольку конденсаторы различаются по своим высокочастотным характеристикам (а конденсаторы с хорошими высокочастотными свойствами часто относятся к типам с малой емкостью, тогда как большие конденсаторы обычно имеют худшую высокочастотную характеристику), развязка часто включает использование комбинации конденсаторов. Например, в логических схемах обычно используется керамика ~ 100 нФ на логическую ИС (несколько для сложных ИС) в сочетании с электролитическим или танталовым конденсатором (-ами) до нескольких сто мкФ на плату или секцию платы.

Пример использования

На этих фотографиях показаны старые печатные платы со сквозными конденсаторами, тогда как современные платы обычно имеют крошечные поверхностные конденсаторы..

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-17 10:57:47
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте