Qual é a utilidade de um capacitor de desacoplamento próximo a um capacitor de reservatório?

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Eu já vi alguns circuitos nos quais um capacitor de desacoplamento é usado e um capacitor de reservatório, como este (C4 e C5):

insira a descrição da imagem aqui

Eu li sobre desacoplamento de capacitores e, para mim, parece que eles destinam-se a remover pequenas flutuações na tensão de alimentação. Então pensei - não era esse o objetivo de um capacitor de reservatório também? Por que o capacitor do reservatório não seria capaz de filtrar as pequenas flutuações, se é capaz de filtrar as grandes flutuações?

Então, sinto que tenho um mal-entendido básico aqui. Qual é o objetivo de um capacitor de desacoplamento ao lado de um capacitor de reservatório, quando assumimos que colocamos ambos igualmente próximos da parte que consome energia? Ou a única vantagem do capacitor de desacoplamento é menor e, portanto, pode ser facilmente colocado mais próximo da parte que consome energia?


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Camil, não se preocupe. Como o @ m.Alin disse, é bom esperar mais ou menos um dia para ver quais respostas são coletadas antes de decidir sobre a que você deseja aceitar. Sei que muitas vezes pulo as perguntas que aceitaram a resposta, pois estão "prontas" e meu tempo é melhor gasto em outro lugar. Espero que outros façam isso também. Não se esqueça de aceitar a minha resposta mais tarde embora :-)
Olin Lathrop
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Pergunta quase duplicada: electronics.stackexchange.com/questions/25280/…
The Photon
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Ao ler as respostas, lembre-se de que você pode obter 0,1 uF como cerâmica em uma embalagem 0402, mas 100 uF provavelmente será um eletrolítico tamanho A ou maior.
O Photon

Respostas:

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A razão mais provável pela qual isso é feito é porque, na vida real, os capacitores não têm largura de banda infinita. Geralmente, quanto maior a capacitância do capacitor, menor será a capacidade de reagir a altas frequências, enquanto capacitores de pequeno valor reagem melhor a frequências mais altas, como visto no gráfico abaixo. O uso de dois capacitores de valores diferentes juntos é feito apenas para melhorar a resposta da filtragem.

Gráfico de impedância vs. frequência para vários capacitores

Kvegaoro
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Este é um bom gráfico. Eu me pergunto como seria o 100uf (parece que não há sentido em usar um boné de 100nf!). E de onde veio o gráfico?
Bobbi Bennett
@Bobbi 0,1 uF = 100 nF
m.lin
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@ m.Alin, observe que existe apenas uma pequena parte do espectro em que 0,1uF tem Z menor que 2,2uF? Eu imagino que um 200uF com sua impedância em série seria um pouco maior que 0,1 Ohm a 10 Mhz, mas não está no gráfico.
Bobbi Bennett
@BobbiBennett, você está certo, parece não haver quase nenhuma vantagem de 100nF quando comparado com 2.2uF. No entanto, lembre-se de que este é um gráfico logarítmico, portanto a vantagem é maior do que você diria. Além disso, o tamanho de um 100nF pode ser uma vantagem.
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Este gráfico mostra valores diferentes no mesmo pacote. 100 uF provavelmente virão em um pacote maior, portanto a curva indutiva estará mais à esquerda. Provavelmente, 0,1 uF está disponível em um pacote menor, o que moveria sua curva indutiva mais para a direita.
O Photon
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Como você diz, uma tampa de desacoplamento e uma tampa do reservatório a granel da fonte de alimentação têm dois propósitos diferentes. Você está certo, pois a tampa de desacoplamento precisa estar fisicamente próxima do consumidor da energia que está desacoplando. O limite máximo pode estar em qualquer lugar da rede elétrica, pois lida com correntes de baixa frequência.

No entanto, a suposição incorreta que você está fazendo é assumir que o esquema esquemático implica um posicionamento físico. Não faz. Em um bom esquema, haverá algumas dicas para posicionamento físico. Nesse caso, não podemos dizer se o capacitor de desacoplamento (C5) está fisicamente próximo ao IC1 (onde deveria estar) ou não.

Pessoalmente, eu não desenharia um esquema dessa maneira exatamente por esse motivo, e acho que fazê-lo é irresponsável. No entanto, o software de captura esquemática irá gerar a mesma lista líquida de qualquer maneira, de modo que os detalhes sejam realmente adequados. Sem um diagrama de layout da placa, você simplesmente não pode dizer. Eu costumo desenhar as tampas de desacoplamento fisicamente próximas de suas partes para dar uma dica de que é isso que pretendo e que pensei sobre isso. Esse é um problema que menciono ao falar sobre como desenhar bons esquemas em https://electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 .

Infelizmente, existem muitos esquemas mal desenhados por aí.

Olin Lathrop
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Há muitos esquemas mal desenhados, com certeza, mas eu esperaria que um bom designer de quadro soubesse como fazer o layout das tampas de desvio, independentemente do posicionamento físico no esquema; a colocação de tampas de bypass perto dos componentes pode às vezes ser útil, mas em outros casos, isso apenas aumenta a confusão.
supercat 27/02
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@Supe: Desde que o designer do conselho saiba que eles devem ser desviados. Se você não apontar isso de alguma forma, estará se arriscando. Às vezes, as tampas de bypass podem causar confusão e você pode colocá-las em um canto, mas, pelo menos, colocar uma nota explicando isso.
Olin Lathrop
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Quando os problemas de acoplamento e desacoplamento são essenciais para o desempenho de um design, eu nunca assumiria que o designer do quadro saberia o que fazer com relação ao posicionamento sem ser informado explicitamente. +1 à resposta de Olin apenas por apontar isso. -1 para supercat por sugerir algo diferente. (Cat Bad!)
Jim
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Quando dizemos que os capacitores de desvio devem estar próximos, quanto a distância afetará realisticamente? Existe algum estudo ou alguns testes realizados? O principal problema é a resistência da pista ou a capacitância da pista ou algo mais ...? É para minimizar a interferência EM?
midnightBlue
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@ Midn: A questão principal é a indutância das faixas.
Olin Lathrop
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Quando dois ou mais capacitores de desacoplamento de valores diferentes são usados ​​em paralelo, é necessário considerar a ressonância paralela que ocorre entre as duas redes.

Clayton Paul descreveu esse fenômeno. Considere um acoplamento paralelo dos capacitores C1, C2, com valores diferentes e C1 >> C2 com o parasita L1 e L2 aproximadamente o mesmo L1 = L2 (figura 1.A).

Figura 1

f1f2

f1f1

f2f2

f1<f<f2

Digite a descrição da imagem aqui

Portanto, podemos concluir que o desacoplamento será melhorado nas frequências acima (e abaixo) da frequência na qual as duas redes de capacitores são ressonantes.
O desacoplamento será realmente pior em algumas frequências entre essas duas frequências de ressonância, devido ao pico de impedância causado pela rede ressonante paralela, o que é ruim.

Neutrino
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A principal diferença em capacitores pequenos e capacitores eletrolíticos grandes é a resposta em frequência. Os capacitores eletrolíticos têm especificações ruins para frequências mais altas e podem eventualmente falhar devido ao estresse causado pelo ruído de alta frequência. Por sua vez, as altas frequências que o capacitor eletrolítico filtra apenas parcialmente, podem estar na faixa audível superior do seu amplificador.

O capacitor pequeno filtra facilmente o ruído de alta frequência, mas é claro que tem pouco efeito quando se trata da filtragem de ondulação da fonte de alimentação de baixa frequência.

jippie
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Nem todos os capacitores são criados iguais ... Os capacitores a granel maiores não podem responder tão rapidamente devido à ESR e ESL (resistência e indutância equivalentes em série) que dependem de sua composição.

É claro que existe a capacidade de se aproximar como você mencionou, mas, em geral, um bom esquema terá capacitâncias mais volumosas, mais lentas e maiores quanto mais você se afastar do circuito. as frequências correspondentes que precisam ser tratadas também caem, se feitas corretamente.

O que limita as pequenas capacitâncias de desacoplamento é a auto-ressonância da própria tampa e a indutância dos fios de ligação na embalagem (novamente dependendo da embalagem).

Esse esquema de dimensionamento hierárquico continua dentro do IC, com os nós críticos com capacitores locais para eventos de frequência mais alta. É claro que esses bonés por dentro são os mais caros e os menores de todos.

espaço reservado
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