Проходные конденсаторы что это такое: Проходной конденсатор — больше чем просто конденсатор!

Проходной конденсатор — больше чем просто конденсатор!

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

В большинстве публикаций, посвященных конструкциям керамических помехоподавляющих фильтров и рекомендациям по их применению, как правило, основное внимание уделяется компонентам зарубежных фирм (Spectrum Control, Erie, Tusonix, Murata и др.). Но определенную нишу в мировой номенклатуре занимают серии отечественных проходных конденсаторов и фильтров, которые практически не уступают по своим характеристикам зарубежным аналогам, но существенно дешевле их. Рассмотрим конструкции и характеристики серийно выпускаемых ОАО “НИИ “Гириконд” изделий, а также ближайшие перспективы новых разработок.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В связи с миниатюризацией аппаратуры, ростом чувствительности схем и компонентов к помехам, увеличением числа сигнальных линий и повышением частоты передачи сигналов ужесточаются требования к обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС). Согласно ГОСТ Р50397, под ЭМС понимается «способность технических средств функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых электромагнитных помех другим техническим средствам». Все технические средства, генерирующие такие помехи или восприимчивые к ним, обязательно должны сертифицироваться. Поэтому борьбе с помехами в последнее время уделяется все больше внимания как на стадии разработки аппаратуры, так и при ее производстве и эксплуатации.
Негативное воздействие оказывают помехи двух типов: передаваемые по проводникам (кондуктивные помехи) и наведенные электромагнитными колебаниями. Аналогичным образом, и воспринимающее устройство может быть чувствительно как к помехам, поступающим по проводам (кондуктивная восприимчивость), так и к помехам, создаваемым электромагнитными полями (восприимчивость к излучению). Один из основных способов подавления кондуктивных помех – применение помехоподавляющих фильтров, предназначенных для ограничения их уровня. Эти фильтры оказываются эффективными для снижения уровня помех как передаваемых источником, так и поступающих на воспринимающее устройство. Диапазон применения фильтров очень широк: от шин питания до шин данных и каналов связи. Велика и номенклатура помехоподавляющих фильтров. Среди них особое место занимают керамические проходные конденсаторы и фильтры, применяемые в основном как комплектующие изделия.

Основные параметры, описывающие эффективность фильтров, – частота среза (или частота начала фильтрации), на которой затухание равно 3 дБ, значение вносимого затухания в заданном диапазоне частот и наклон зависимости затухания от частоты. В зависимости полезного сигнала от полосы частот значения частоты среза могут колебаться от предельно низкого (менее 1кГц) для линий питания постоянного тока до сотен мегагерц и выше. Значение вносимых потерь – мера эффективности помехоподавления, а крутизна характеристики – мера скорости достижения этого уровня подавления помех.
Действие фильтров основано на частичном поглощении сигналов ВЧ-помех в индуктивности и шунтировании через конденсатор на «землю» ВЧ-составляющей. В качестве индуктивности фильтров применяются катушки, намотанные на ферритовые сердечники, или токонесущий центральный проводник, окруженный магнитопроводом (трубкой) из термостабильного феррита, так называемый безвитковый дроссель.
Простейший С-фильтр, или проходной конденсатор, – это конденсатор с тремя выводами, два из которых представляют собой концы одного проводника (сигнальный, или силовой, вывод), соединяющего источник помехи и нагрузку. Третий – вывод на «землю». Частотная характеристика такого фильтра имеет самую малую крутизну. Для увеличения эффективности помехоподавления конденсатор и индуктивности соединяют в различной комбинации, образуя фильтры LС-, П- или Т-типов (рис.1). Все рассматриваемые фильтры – фильтры нижних частот, которые пропускают постоянный ток или сигнал на частоте ниже частоты среза и ослабляют ВЧ-помехи. Отметим, что частоту среза определяет только значение емкости конденсатора, а наклон частотной характеристики – тип фильтра. Наиболее эффективны – фильтры П- и двойного Т-типов.
Разработкой и промышленным выпуском помехоподавляющих фильтров занимаются многие крупные фирмы США, Европы и Азии, поставляющие на мировой рынок около 16000 наименований помехоподавляющих конденсаторов и 8000 типов фильтров. Крупнейшие производители керамических конденсаторов, конструкции и параметры которых определяют основные характеристики фильтров, – Spectrum Control, Tusonix, АМР, Murata, TDK. Отечественная промышленность выпускает 16 типов керамических помехоподавляющих конденсаторов и шесть типов фильтров. Эти изделия, занимая определенную нишу в мировой номенклатуре помехоподавляющих приборов, по своим техническим характеристикам не уступают зарубежным компонентам.
Проходные конденсаторы серии КТП. Это первые проходные конденсаторы сравнительно простой конструкции, разработанные в конце 50-х годов. Они до сих пор находят применение и выпускаются мелкими сериями. Эти конденсаторы служат простейшими С-фильтрами, развязывающими по высокой частоте источники питания от нагрузки. Отличаются относительно высоким максимально допустимым напряжением (800, 500 и 400 В) по постоянному току (табл.1). Следует отметить, что переменная составляющая приложенного напряжения для конденсаторов КТП, как и для других проходных конденсаторов и фильтров, с одной стороны, ограничивается максимально допустимым значением реактивной мощности, определяемой по формуле Pr=2pfU2C, где: f – частота, измеряемая в герцах, U – переменная составляющая в вольтах, С – емкость в фарадах. При превышении этого значения может наступить тепловой пробой конденсатора из-за его перегрева, вызванного потерями энергии в диэлектрике. С другой стороны, амплитуда переменного напряжения не должна превыщать допустимое номинальное напряжение постоянного тока. Конденсатор серии КТП представляет собой керамическую трубку с нанесенными на нее внутренним и внешним электродами, через которую проходит вывод, связывающий источник питания и нагрузку. К внешнему электроду припаяна резьбовая втулка, служащая элементом крепления, через которую помехи отводятся «на землю». Начиная с определенной частоты, сказывается индуктивность проходного вывода, и конденсатор превращается в LC-фильтр.
Такую же конструкцию и назначение имеют конденсаторы серии КТПМ, отличающиеся от КТП меньшими габаритами.
Проходные конденсаторы серии К10-54, в отличие от трубчатых проходных конденсаторов серии КТП, имеют монолитную многослойную конструкцию, состоящую из чередующихся тонких слоев керамического диэлектрика и серебряно-палладиевых электродов, отдельные слои которых соединены параллельно. Такая конструкция позволила увеличить диапазон номинальных емкостей более чем в 100 раз, а их удельную емкость – на несколько порядков (табл.2). Конденсатор крепится путем пайки наружного электрода к «заземленной» поверхности приборов. Сигнальный провод, электромагнитные помехи в котором подлежат фильтрации, пропускается через сквозное отверстие в конденсаторе и припаивается к внутреннему электроду. При монтаже конденсаторов группы Н90 рекомендуется применять припои, температура плавления которых не превышает 210°С, для групп МПО и Н50 – припои с температурой плавление не более 240°С. В качестве проходного вывода рекомендуется медный серебренный или луженый одножильный провод. Возможно применение гибкого многожильного провода. Диаметр одножильного провода для конденсаторов с внутренним отверстием диаметром 1,3 мм не должен превышать 0,8 мм, с диаметром отверстия 2,5–2 мм. Провод припаивается перпендикулярно торцевой поверхности конденсатора, изгиб его после пайки допускается на расстоянии не менее 4 мм от нее. При пайке заранее изогнутого провода, чтобы избежать электрического разряда, изогнутый участок не должен быть ближе 2 мм к поверхности конденсатора. Для предотвращения механического резонанса (нижняя резонансная частота конденсатора этого типа превышает 5 кГц) провод, проходящий через конденсатор, должен быть жестко закреплен на расстоянии не более 4 мм от поверхности конденсатора с обеих его сторон. Конденсаторы серии К10-54 применяются в различных конструкциях EMI-фильтров.
Фильтры серии Б7-2, Б14, Б23А, Б24 выполнены на базе трубчатых конденсаторов. Это – Pi-фильтры, содержащие один индуктивный и два емкостных элемента. Основное отличие их от проходных конденсаторов заключается в том, что внутренние электроды фильтра выполнены на двух раздельных изолированных друг от друга поверхностях, образующих два конденсаторных элемента, емкость каждого из которых равна половине номинальной емкости фильтра. На проходящий через фильтр внутренний вывод надета ферромагнитная трубка, создающая вместе с выводом индуктивный элемент, значение индуктивности которого лежит в пределах 0,03–1,8 мкГн (табл. 3, 4). В зависимости от конкретных условий применения и конструкции фильтры монтируются в аппаратуру пайкой за корпус (Б7-2, Б23А, Б24) или при помощи резьбовой втулки (Б14 и Б24). При этом необходимо соблюдать осторожность, так как изгибающие нагрузки, большие крутящие моменты (более 0,025 кгс.м) и удары приводят к образованию трещин и сколов керамики и могут вывести фильтр из строя. При пайке фильтров за корпус следует применять режимы, указанные в технических условиях, так как при перегреве или термоударах в керамическом корпусе могут возникнуть трещины.
Вносимое затухание фильтров серии Б7-2 в диапазоне частот 100–200 МГц составляет 35 дБ, в диапазоне 200–800 МГц – 50дБ, 800–1500 МГц – 35 дБ; серии Б14 в диапазоне 100–1500 МГц – 40 дБ; серии Б-23А – 40–45дБ во всем диапазоне частот помехоподавления.
На рис.2 приведены зависимости частоты среза от емкости для наиболее перспективных фильтров серии Б-24, а на рис.3 – характер зависимости вносимого затухания от частоты.
Максимальная емкость рассмотренных выше фильтров составляет 10 нФ, в результате чего нижняя граница частотного диапазона помехоподавления равна 100 МГц для фильтров Б7-2, Б-14, Б23-А и 0,7 МГц для фильтров Б24 (табл. 5). Для снижения этой границы необходимо существенно увеличить емкость фильтра, что невозможно для конденсаторов трубчатой конструкции.
LC-фильтры серии Б23Б выполнены с монолитными многослойными конденсаторами К10-54 емкостью 0,047–6,8 мкФ. Это позволило снизить нижнюю границу диапазона помехоподавления до 10 кГц. Емкостные элементы, проходные выводы, ферритовые трубки (для фильтров на ток 10 А) размещены внутри керамического корпуса и герметизированы эпоксидным компаундом. На рис.4 приведены зависимости вносимого затухания от частоты при сопротивлении схемы 75 Ом. Следует отметить, что эти характеристики условны и зависят от значений полного сопротивления источника помех и нагрузки, переходного сопротивления между корпусом фильтра и корпусом аппаратуры и ряда других факторов, плохо поддающихся расчету. Приближенный расчет зависимости вносимого затухания фильтров в диапазоне частот помехоподавления от 10 кГц до 10 МГц при значениях затухания не более 60 дБ для фильтров на напряжение 50 В и не более 50 дБ для фильтров на напряжение 250 В может производиться по формуле
. ..,
где А – вносимое затухание, измеряемое в децибелах, w – круговая частота, в единицах, деленных на сантиметры, С – емкость, в фарадах, R – сопротивление измерительной схемы, равное 75 Ом. Таким образом, частотные зависимости затухания фильтров при сравнительно близких значениях емкостей конденсаторов (например, в диапазоне 2,2–6,8 мкФ) различаются незначительно и определяются в основном частотой среза, лежащей ниже 10 кГц. Отсюда следует практический вывод о том, что для экономии средств не следует без необходимости применять фильтры большой емкости и что можно применять фильтры с близкими значениями емкости без ухудшения характеристик помехоподавления.
LC-фильтры серии К10-78, в отличие от отечественных фильтров ранних разработок, выпускаются в чип-исполнении и монтируются в корпус для поверхностного монтажа. За основу принята базовая конструкция многослойного монолитного керамического чип-конденсатора. Особенность фильтров этой серии – конфигурация внутренних электродов, состоящая из проходного электрода, выходящего на торцевые контактные площадки, и Т-образного электрода, создающего третью контактную площадку и формирующего емкость с проходным электродом (рис. 5). Через этот электрод электромагнитные помехи отводятся на «землю». Частота среза фильтров этого типа на уровне 3 дБ лежит в диапазоне от 0,25 МГц для конденсатора емкостью 22 нФ до 302,2 МГц для конденсатора емкостью 22 пФ. Значение вносимого затухания на частотах, близких к 1000 МГц, составляет 17–18 дБ (рис.6) . По своим параметрам фильтры серии К10-78 близки к фильтрам серии NFM 40R фирмы Murata (табл.6).

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НОВЫХ РАЗРАБОТОК
Из температурных зависимостей емкости фильтров различных групп температурной стабильности следует, что фильтры Б23Б (Н90) с большими значениями емкости в диапазоне температур -20–30°С за пределами этого диапазона теряют свои достоинства, и при крайних рабочих температурах фактическое значение емкости составляет всего около 10% от номинального значения (рис.7). При этом вносимое затухание может снизиться на 20–30 дБ. Сейчас на базе конструкции фильтров Б23Б с использованием новых стабильных керамических материалов заканчивается разработка модернизированного варианта Б23Б-М групп температурной стабильности МПО, Н50, Н90. Диапазон номинальных значений емкости фильтра на номинальные напряжения до 500 В составляет 68 пФ (МПО) – 6,8 мкФ (Н90). Номинальное напряжение фильтров новой серии планируется увеличить до 1000 В. Фильтры смогут заменить конденсаторы серии КТП, фильтры Б14, Б23Б и др.
Для применения в условиях жестких механических нагрузок разрабатываются первые отечественные фильтры С- и LC-типов в металлических корпусах, конструктивно подобные зарубежным фильтрам типа «Bolt-in-filters»и сопоставимые по параметрам с фильтрами серии Б23Б-М.
Планируется создание фильтров на номинальный ток до 200 А, многозвенных фильтров, фильтров для наплатного монтажа, фильтров с варисторной защитой.

Литература
Джуринский К. Миниатюрные помехоподавляющие фильтры для РЭА СВЧ.– ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, №3, с.24–30.
Воловик М. Отечественные керамические конденсаторы и фильтры для подавления электромагнитных помех. – Компоненты и технология, 2002, №5, с.8–11.
Бландова Е. Помехоподавляющие изделия. Рекомендации по выбору и применению. – Специальная техника, 2001, №1.
Кечиев Л.Н., Бобков А.Л., Степанов П.В. Помехоподавляющие фильтры. Параметры и характеристики.–М.: Московский государственный институт электроники и математики, 1999.
Скрипников А. EMI – фильтры Murata. – Компоненты и технология, 2002, №2, с.14–16.
Малкин А., Шепелев С. Помехоподавляющие фильтры фирмы Spectrum control. – Электронные компоненты, 1997, №7 (8), с.24–25.

Средства предотвращения террористических актов
Центр коммерциализации перспективной технологии (Center for Commercialization of Advanced Technology – CCAT) США объявил лауреатов премии за лучшие достижения в области средств предотвращения террористических актов как военного, так и гражданского назначения. Центру оказывает поддержку Конгресс США, финансируется он Пентагоном как частно-общественное совместное содружество представителей науки, промышленности и правительства.
Среди лауреатов премии CCAT (75 тыс.долл.) компания Harbor Offshore – за рыночные исследования, позволившие выпустить на военный и гражданский рынки созданную ее разработчиками систему охраны и обеспечения безопасности портов. Система содержит защитное поглощающее энергию сеточное ограждение, способное предотвратить высокоскоростные угрозы в гаванях и портах. Еще одна премия, размером также 75 тыс. долл., поможет компании 20/20 GeneSystems реализовать второе поколение анализатора опасных для жизни веществ BioСheck. Комплект BioСheck первого поколения успешно используется для выявления подозрительных порошков, которые могут содержать вирусы сибирской язвы и другие опасные биореагенты.
Грант такой же суммы получила и компания Energetics Corp. Он предназначен для разработки портативных электрохимических источников питания. Компания намерена создать анионные мембраны с высокой ионной проводимостью. Предполагается, что такие ячейки заменят литиевые батареи. Четвертый грант (сумма та же) был выдан Trex Enterprises с целью создания на базе пассивной СВЧ-камеры образцов портативной ручной системы обнаружения керамических и других неметаллических взрывчатых веществ, представляющих опасность для жизни.

www.eet. com

Трехвыводные проходные конденсаторы в цепях питания высокочастотных устройств — Меандр — занимательная электроника

Проходные конденсаторы – не новость в радиоэлектронной промышленности: они были открыты сразу за обычными двухобкладочными конденсаторами и находили применение в высокочастотных узлах ламповых устройств аппаратуры связи. Сегодня значение проходных конденсаторов представляется в новом ракурсе.

Увеличение рабочих частот цифровых интегральных схем является сейчас основной устойчивой тенденцией в электронике. Для уменьшения влияния помех на микросхемы устройства необходима стабилизация напряжения питания высокочастотных устройств и снижение влияния их работы на остальную часть электронного узла (развязка по питанию).

Обычно для таких целей используются многослойные керамические конденсаторы, монтируемые непосредственно в цепи питания высокочастотных узлов и рядом с многоцелевыми микросхемами. На частотах свыше 10 МГц эффективность фильтрации пульсаций резко падает из-за импеданса конденсатора (его внутренней индуктивности) – последовательного индуктивного сопротивления. И хотя специалисты-практики устанавливают чип-конденсаторы по питанию даже на частотах 2…3 ГГц и утверждают, что нет необходимости устанавливать сглаживающие конденсаторы на частотах свыше 10 МГц (якобы, таким эффектом можно пренебречь), речь идет об установке одного высокоэффективного проходного конденсатора вместо нескольких обычных чип конденсаторов. В случаях, когда источник питания удален от микросхем, работающих с сигналами высокой частоты, установка сглаживающих элементов необходима. Часто можно заметить на современных печатных платах «обвеску» микросхем, работающих на высокой частоте, многочисленными чип-конденсаторами, соединенными параллельно. Выводные (керамические, дисковые и подобные им) конденсаторы в данном случае применять нельзя из-за дополнительной индуктивности их выводов, существенно влияющей на подавление помех от высокочастотного узла. Особенно хорошо помеха и наводки хорошо фиксируются приборами при удалении электронного высокочастотного узла от источника питания.

Для решения этой проблемы производители конденсаторов выпускают специальные серии конденсаторов с максимально сниженной эквивалентной индуктивностью (ESL). При этом выводы таких чип конденсаторов располагаются по длинной стороне их корпуса, что позволяет снизить эквивалентную индуктивность примерно вдвое относительно тех типов, где выводы располагаются по коротким торцевым сторонам корпуса.

Однако, если устройство предназначено для работы в частотном диапазоне более 100 МГц, такого подхода недостаточно. Японская фирма «Murata» предложила свою разработку серии трехвыводных проходных конденсаторов высокой емкости. Это  компактные чип-компоненты размерами 2,0×1,25 мм на основе диэлектрика X7R.

Сравнение конденсатора новой серии NFM18P с обычным многослойным керамическим конденсатором на практике показывает почти 10-кратное снижение импеданса у нового типа конденсатора на высоких частотах свыше 100 МГц, связанное со сниженной конструктивной индуктивностью.

Для примера приведу простой эксперимент, который можно повторить в любой оснащенной лаборатории. Нужен понадобятся источник питания, высокочастотный осциллограф и генератор с частотой 10 МГц, который можно собрать самостоятельно с микросхемой технологии КМОП. Подключим параллельно стабилизированному источнику питания с фиксированным постоянным напряжением 5 В любой генератор. Автор использовал генератор на микросхеме КР1561ЛЕ5, выдающий на выходе прямоугольные импульсы. Длина неэкранированных проводников от источника питания до генератора — 1м. Осциллографом зафиксируем уровень высокочастотных пульсаций на выводе питания микросхемы.

Амплитуда пульсаций составляет примерно 1 В, причем частота данной помехи соответствует частоте выходных импульсов генератора. Теперь подключим параллельно выводам питания микросхемы многослойный керамический конденсатор Murata MLCC 1206 X5R и снова взглянем на экран осциллографа. Помеха присутствует, но ее амплитуда уменьшилась до 0,65 В. Теперь вместо многослойного конденсатора с диэлектриком X5R включим проходной конденсатор NFM18PC105R (здесь проходной конденсатор включен в качестве фильтра) и замерим показания осциллографом в той же точке – непосредственно у выводов конденсатора, установленного вблизи микросхем. Уровень пульсаций сократился до 0,3 В. Примерно тот же эффект получается, если параллельно выводам питания (непосредственно у выводов микросхемы) установить 10 многослойных керамических конденсаторов марки MLCC 0201-2220 с диэлектриком X7R. Один трехвыводной конденсатор марки NFM18P заменяет по качеству фильтрации высокочастотных помех десять двухобкладочных (трехвыводных вывод от средней точки) многослойных конденсаторов. Причем, если есть возможность менять частоту генерации, можно убедиться, что с увеличением частоты высокочастотной помехи уровень пульсаций падает, и наоборот

Следует особо отметить высокую стабильность емкости конденсаторов в диапазоне 0,1-1 мкФ (благодаря рассмотренному типу диэлектрика). Малые габариты, высокая нагрузочная способность (ток до 6 А), низкий импеданс на частотах свыше 10 МГц делает использование проходных трехвыводных конденсаторов эффективным и привлекательным в высокочастотных узлах и практически пока безальтернативным в современных компактных устройствах, таких как портативные ВЧ/СВЧ-передатчики, радиостанции, игровые приставки, компьютеры и подобные им устройства.

В таблице приведены основные электрические характеристики некоторых изделий.

Таблица. Основные электрические характеристики трехвыводных проходных конденсаторов

Подробные справочные данные по многослойным керамическим конденсаторам большой емкости можно найти в справочной литературе и на сайте фирмы Murata.

Автор: А.Кашкаров

Использование
3-выводных проходных конденсаторов в цепях питания высокочастотных устройств

Увеличение рабочих
частот цифровых интегральных схем является сейчас основной устойчивой
тенденцией в электронике. Но наряду с увеличением частоты часто происходит и
увеличение энергопотребления. Потому актуальна задача стабилизации питания
высокочастотных узлов и снижение влияния их работы на остальную часть
электронной схемы – так называемая  развязка по питанию.

Обычно для этих целей
используются многослойные керамические конденсаторы, монтируемые 
непосредственно в цепи питания высокочастотных узлов. Но на частотах свыше 10
МГц эффективность фильтрации пульсаций ими резко падает. Связано это с ростом
импеданса конденсатора из-за наличия у него индуктивности и, соответственно, эквивалентного
последовательного индуктивного сопротивления. Потому инженеры начали обвешивать
высокочастотные микросхемы и узлы множеством соединенных параллельно
керамических чип-конденсаторов, подобно гирляндам для новогодних елок. Об использовании
выводных конденсаторов здесь не может идти речи из-за дополнительной
индуктивности выводов.

Большинство
производителей конденсаторов для решения этой проблемы выпускают специальные
серии конденсаторов со сниженной эквивалентной последовательной индуктивностью
(ESL). Для этих целей выводы конденсаторов располагают
по длинной стороне (рис.1). При подобном исполнении удается снизить
конструктивную индуктивность примерно вдвое.

Рис.1

Но даже этот уровень индуктивности не является достаточно низким для современных
высокочастотных схем, зачастую работающих в диапазоне свыше 100 МГц. Да и
емкость подобных конденсаторов у большинства производителей, ограниченная,
обычно, номиналом в 0. 2 мкФ, не позволяет добиться высокой эффективности
подавления высокочастотных помех при их использовании в силовых цепях
высокочастотных устройств.

Интересное
решение в этой области предлагает японская фирма Murata.
Ею разработана серия трехвыводных проходных конденсаторов высокой емкости и
высокой нагрузочной способности, включающая исключительно компактные изделия
размером 1.6´0.8 мм и емкостью в
1мкФ на основе диэлектрика X7R.
Внешний вид этих изделий представлен на рис.1. Эквивалентная электрическая
схема – на рис.2, а в таб.1  даны основные характеристики некоторых изделий
данной серии.

Таб.1

Рис.2

Сравнение
одного из конденсаторов новой серии NFM18PC105R с обычными многослойными
керамическими конденсаторами и с конденсаторами с пониженной индуктивностью
аналогичных емкостей, представлено на рис.3. Там показано примерно 10-кратное
снижение импеданса у NFM18PC105R на высоких частотах, связанное с его сниженной
конструктивной индуктивностью.

Рис.3

Примечание к рисунку: Так как конденсаторы с
выводами по длинной стороне корпуса с размерами 1.6х0.8 на 1мкФ серийно не
выпускаются, исследователи использовали для данного сравнения такой же
конденсатор с размерами 2.0х1.25.

Известно,
что при параллельном включении конденсаторов суммарная эффективная
индуктивность подобной схемы уменьшается. На рис.4 представлены результаты
сравнения одного и десяти параллельно включенных многослойных конденсаторов с
одним трехвыводным конденсатором NFM18P.
Как видно, один трехвыводной конденсатор заменяет по качеству фильтрации
высокочастотных помех 10 обычных многослойных керамических.

Рис.4

Следует
отдельно отметить высокую для номиналов 0.1-1.0мкФ стабильность емкости, 
благодаря диэлектрику X7R,
использованному при производстве большинства представленных в таб.1
конденсаторов.  Малые габариты, высокая нагрузочная способность – до 6А,
исключительно низкий импеданс на частотах свыше 10 МГц делает использование
этих изделий исключительно привлекательным во множестве высокочастотных схем, и
безальтернативными в современных компактных устройствах, таких как переносные
ВЧ/СВЧ передатчики, игровые приставки, карманные компьютеры.

Валерий Степуков

Трехвыводные проходные конденсаторы в цепях питания высокочастотных устройств. Большая энциклопедия нефти и газа

Увеличение рабочих
частот цифровых интегральных схем является сейчас основной устойчивой
тенденцией в электронике. Но наряду с увеличением частоты часто происходит и
увеличение энергопотребления. Потому актуальна задача стабилизации питания
высокочастотных узлов и снижение влияния их работы на остальную часть
электронной схемы – так называемая развязка по питанию.

Обычно для этих целей
используются многослойные керамические конденсаторы, монтируемые
непосредственно в цепи питания высокочастотных узлов. Но на частотах свыше 10
МГц эффективность фильтрации пульсаций ими резко падает. Связано это с ростом
импеданса конденсатора из-за наличия у него индуктивности и, соответственно, эквивалентного
последовательного индуктивного сопротивления. Потому инженеры начали обвешивать
высокочастотные микросхемы и узлы множеством соединенных параллельно
керамических чип-конденсаторов, подобно гирляндам для новогодних елок. Об использовании
выводных конденсаторов здесь не может идти речи из-за дополнительной
индуктивности выводов.

Большинство
производителей конденсаторов для решения этой проблемы выпускают специальные
серии конденсаторов со сниженной эквивалентной последовательной индуктивностью
(ESL). Для этих целей выводы конденсаторов располагают
по длинной стороне (рис.1). При подобном исполнении удается снизить
конструктивную индуктивность примерно вдвое.

Рис.1

Но даже этот уровень индуктивности не является достаточно низким для современных
высокочастотных схем, зачастую работающих в диапазоне свыше 100 МГц. Да и
емкость подобных конденсаторов у большинства производителей, ограниченная,
обычно, номиналом в 0.2 мкФ, не позволяет добиться высокой эффективности
подавления высокочастотных помех при их использовании в силовых цепях
высокочастотных устройств.

Интересное
решение в этой области предлагает японская фирма Murata.
Ею разработана серия трехвыводных проходных конденсаторов высокой емкости и
высокой нагрузочной способности, включающая исключительно компактные изделия
размером 1. 6´0.8 мм и емкостью в
1мкФ на основе диэлектрика X7R.
Внешний вид этих изделий представлен на рис.1. Эквивалентная электрическая
схема – на рис.2, а в таб.1 даны основные характеристики некоторых изделий
данной серии.

Таб.1

Рис.2

Сравнение
одного из конденсаторов новой серии NFM18PC105R с обычными многослойными
керамическими конденсаторами и с конденсаторами с пониженной индуктивностью
аналогичных емкостей, представлено на рис.3. Там показано примерно 10-кратное
снижение импеданса у NFM18PC105R на высоких частотах, связанное с его сниженной
конструктивной индуктивностью.

Рис.3

Примечание к рисунку:

Так как конденсаторы с
выводами по длинной стороне корпуса с размерами 1.6х0.8 на 1мкФ серийно не
выпускаются, исследователи использовали для данного сравнения такой же
конденсатор с размерами 2.0х1.25.

Известно,
что при параллельном включении конденсаторов суммарная эффективная
индуктивность подобной схемы уменьшается. На рис.4 представлены результаты
сравнения одного и десяти параллельно включенных многослойных конденсаторов с
одним трехвыводным конденсатором NFM18P.
Как видно, один трехвыводной конденсатор заменяет по качеству фильтрации
высокочастотных помех 10 обычных многослойных керамических.

Рис.4

Следует
отдельно отметить высокую для номиналов 0.1-1.0мкФ стабильность емкости,
благодаря диэлектрику X7R,
использованному при производстве большинства представленных в таб.1
конденсаторов. Малые габариты, высокая нагрузочная способность – до 6А,
исключительно низкий импеданс на частотах свыше 10 МГц делает использование
этих изделий исключительно привлекательным во множестве высокочастотных схем, и
безальтернативными в современных компактных устройствах, таких как переносные
ВЧ/СВЧ передатчики, игровые приставки, карманные компьютеры.

Валерий Степуков

Керамические проходные конденсаторы обеспечивают надежную защиту от внутренних помех, а благодаря своей компактности и упрощенной конструкции монтажной платы очень удобны для использования в фильтрах электромагнитной совместимости (ЭМС).

Электромагнитные помехи, возникающие при работе различного электрооборудования, бывают двух видов — внешние и внутренние.

• Внешние электромагнитные помехи — это помехи от различных внешних источников (например, радио, высоковольтного оборудования и других устройств). Специальные устройства обеспечивают защиту электрических систем от внешних помех, а в идеальном случае источник внешних помех тоже обеспечивается системой защиты от помех.
• Внутренние электромагнитные помехи исходят от электронных компонентов, находящихся в одной или в соседних электрических цепях. В процессе работы антенны, процессоры, программные платы и другие устройства излучают электромагнитные волны, которые распространяются по печатным проводникам и накладываются на информационные сигналы, искажая их. Однако часто бывает, что исключить из электрической цепи источник помех невозможно, так как система не будет работать.

Фильтры ЭМС позволяют осуществить электрическую развязку источников помех и оборудования, которое нужно от этих помех защитить, не нарушая работоспособности системы. Они устраняют помехи, разряжая их сигналы на «землю». Фильтры ЭМС позволяют защитить электрооборудование как от внутренних, так и от внешних помех и предотвращают распространение помех по печатным проводникам.

Защита от электромагнитных помех обычно осуществляется с помощью пассивных компонентов. По мере ужесточения требований к ЭМС появляется необходимость в улучшении свойств ЭМС пассивных компонентов.

Фильтры ЭМС создаются на базе конденсаторов, а также LC- или RC-цепей. Фильтры на основе LC- и RC-цепей не всегда позволяют получить необходимое понижение уровня помех, имеют сложную конструкцию и требуют много места для монтажа. Фильтры на основе стандартных керамических конденсаторов тоже занимают много места и не дают достаточного снижения уровня помех в электрических цепях.

Проходные керамические конденсаторы позволяют создать надежную защиту от электромагнитных помех и идеально подходят для фильтров ЭМС. С их помощью можно осуществлять хорошую фильтрацию и понижение помех на радиочастотах, они имеют компактные размеры (0805 или 1206) и простую конструкцию.

Проходные конденсаторы изготавливаются из того же материала (COG, X7R), что и стандартные керамические конденсаторы, производятся по одинаковой технологии и имеют сходные технические преимущества: простоту работы, компактную конструкцию и широкий диапазон рабочих температур.

В отличие от стандартных, проходные конденсаторы имеют 3 полюса (4 внешних вывода). Между 1-м и 2-м полюсами этого конденсатора емкости нет (проходной конденсатор), а между 1-м и 3-м или 2-м и 3-м полюсами — есть. Базовая конструкция проходного конденсатора показана на рис. 1, а его графическое изображение — на схеме (рис. 2).

Схема работы такого конденсатора довольно проста. Сигнал вместе с наложенными на него помехами поступает на полюс 1 (вход) конденсатора. Помехи отфильтровываются с помощью емкости и разряжаются на «землю» через полюс 3 («земля»). Сигнал, очищенный от помех, выходит из конденсатора через полюс 2 (выход). Набор помехоподавляющих проходных конденсаторов показан на рис. 3. Наборы конденсаторов необходимо применять в случаях, когда к защищаемому фильтром ЭМС оборудованию подключается несколько линий связи. Использование наборов проходных конденсаторов позволяет снизить время на монтаж фильтра ЭМС и сэкономить место на печатной плате.

Стандартный конденсатор из материала X7R с типоразмером корпуса 1206 и номинальной емкостью 2,2 нФ дает максимальное вносимое затухание 36 дБ и имеет резонансную частоту около 120 МГц (рис. 6), в то время как проходной конденсатор из того же материала, с тем же типоразмером корпуса и емкостью вносит максимальное затухание 45 дБ, а его резонансная частота составляет примерно 280 МГц.

Аналогичная ситуация наблюдается и при большем значении номинальной емкости (рис. 7): вносимое затухание выше, однако резонансная частота снижается вследствие увеличения емкости.

С помощью проходных конденсаторов гашение этих помех может производиться непосредственно в линии. Проходной конденсатор можно устанавить прямо на линию связи. Все конденсаторы можно совместно подключить к «земле» (то есть «земля» у них будет общая), тогда для их установки на печатной плате потребуется меньше места. Пример подключения проходных конденсаторов к «земле» и линиям связи показан на рис. 9. Еще более выгодно и эффективно применять наборы проходных конденсаторов (рис. 10).

Проходные конденсаторы можно использовать и на пересекающихся проводниках (рис. 11).

Итак, проходные конденсаторы прекрасно подходят для использования в фильтрах ЭМС. Основные свойства этих конденсаторов:

• низкие электрические потери;
• значительное подавление помех;
• работа на радиочастотах;
• компактность;
• широкий диапазон рабочих температур –40 … +125 С;
• низкая стоимость по сравнению со сложными помехоподавляющими фильтрами на основе фильтрующих цепей.

Благодаря своим свойствам проходные керамические конденсаторы находят широкое применение в различных областях: автомобильной электронике, телекоммуникациях, персональных компьютерах, портативных компьютерах, промышленной электронике, мобильных телефонах и многих других.

Питание магнетрона, в микроволновой печи, осуществляется через встроенный фильтр, который состоит из двух катушек индуктивности и двух проходных конденсаторов. Данный фильтр предназначен для фильтрации напряжения питания магнетрона. Внешний вид и схема фильтра изображены на рисунке 1., а работает он приблизительно так же, как и .

Рисунок 1

На теме определения неисправности конденсаторов, здесь останавливаться не будем, об этом можно почитать в статье , рассмотрим только сам процесс замены проходных конденсаторов. Проходные конденсаторы магнетрона размещаются в пластиковом корпусе с фланцем для крепления (Рисунок 2 – правая часть). Проводники связанные с крайними (по схеме) обкладками конденсаторов, с одной стороны выведены под клеммы питания, а с другой под выводы для соединения с катушками фильтра. Вторая обкладка каждого конденсатора, внутри корпуса соединяется с фланцем крепления. Вся конструкция – является не разборной и дополнительно служит в качестве изолятора выводов питания магнетрона. Фланец крепления конденсаторов расположен внутри коробки фильтра, а крепится к ней посредством вытянутых заклепок и крепежных лепестков. Выводы конденсаторов и катушки фильтра соединены при помощи контактной сварки.

Рисунок 2

Любую операцию по замене неисправного элемента можно разделить на два этапа: демонтаж неисправного элемента и затем установка нового. Для демонтажа неисправных конденсаторов необходимо:

1. Снять крышку коробки фильтра магнетрона.
2. Отсоединить выводы катушек фильтра от выводов конденсаторов (Рисунок 2). Для этого воспользуйтесь бокорезами и откусите выводы катушек как можно ближе к месту контактной сварки.
3. Отогнуть крепежные лепестки. Поддеть фланец крепления конденсаторов плоским, острым инструментом и разъединить клепочное соединение.
4. Извлечь неисправные конденсаторы.

Вот и все, демонтаж завешен. Остается установить новую деталь.

Процесс монтажа будет несколько интереснее.

1. Перед установкой исправных конденсаторов, тщательно зачистите выводы катушек фильтра (снимите эмаль с провода). Если вы взяли, в качестве донора конденсаторы со старого магнетрона, вышедшего из строя по другой причине, то удалите с выводов остатки контактной сварки и так же тщательно зачистите их при помощи надфиля или наждачной бумаги.
2. Далее, нужно установить исправный элемент на свое место и надежно соединить фланец крепления конденсаторов с корпусом магнетрона. Если попытки закрепить фланец при помощи родного крепежа ни к чему хорошему не привели, попробуйте другой способ. Фланец можно расположить снаружи коробки фильтра и притянуть с помощью самореозов подходящей длины и диаметра, вкрутив их в отверстия от заклепок. Для этих целей можно так же применить обычные винты М3 с гайками. Расположение фланца относительно корпуса коробки фильтра (внутри или снаружи) на работу магнетрона никак не повлияет. Главное надежный контакт.
3. Затем, выгибаем выводы катушек фильтра, накладываем их на выводы конденсаторов и соединяем их с помощью контактной сварки.
4. Закрываем коробку фильтра крышкой. Все, магнетрон готов к работе.

Все просто, не правда ли? Но, просто наверное, только для счастливых обладателей аппаратов контактной сварки, а таких, я уверен меньшинство, среди читающих эту статью. Остальных, наверное, очень смущает третий пункт по монтажу. Действительно, надежно соединить конденсаторы с катушками без применения контактной сварки не так уж просто. Первое, что приходит в голову, это воспользоваться обычным паяльником и спаять выводы между собой. Такой способ соединения поможет, но очень не надолго. Дело в том, что при работе магнетрона, выделяется довольно много тепла. Греется и корпус магнетрона, и все элементы его конструкции, включая детали фильтра. Эта температура, конечно, не доходит до температуры плавления припоя (приблизительно 300 градусов по С), но ее вполне достаточно для нарушения механической прочности пайки. После продолжительной работы печи припой размягчится, а далее даже самая не значительная вибрация, например, от работы вентилятора, закончит разрушительный процесс. Выводы отвалятся друг от друга, и печь снова перестанет работать.

Хочу предложить два способа решения этой проблемы. Оба способа не раз успешно применялись на практике. В первом случае, все же воспользуемся паяльником. Но, применим не просто пайку, а армированную пайку. Для этого, в третьем пункте по монтажу выполним следующие действия:

А) Выгибаем свободные выводы катушек фильтра, таким образом, что бы они пересеклись с выводами конденсаторов под прямым углом (или приблизительно так). Возможно для этого, вам придется отмотать один виток катушки. Это конечно несколько изменит параметры фильтра, но не критично. И те и другие выводы, перед этим должны быть тщательно зачищены.

Б) Берем не большой отрезок обычного, многожильного (обязательно многожильного!), монтажного провода. Очищаем его от изоляции. Затем, очищенным проводом приматываем выводы катушек фильтра к выводам конденсаторов крест на крест и делаем скрутку. Скрутка должна получиться по возможности как можно туже. С помощью бокорезов удаляем лишний провод.

В) Хорошо нагретым паяльником тщательно прогреваем место скрутки и заливаем припоем. Тщательность прогрева очень важна, расплавленный припой должен протечь практически между каждой жилкой монтажного провода и равномерно распределиться по всему месту пайки. Во время процесса пайки не жалейте флюса – канифоли. Если во время прогрева припой не растекается, а получается, что-то типа каши, то следует увеличить температуру жала паяльника или применить более мощный. Иначе соединение будет не надежным.

Рисунок 3

Должно получиться, что-то похожее на то, что изображено на рисунке 3 справа. Выглядит не очень эстетично, но вполне надежно. Кого волнует эстетическая сторона этого вопроса, тот при желании может обработать место пайки надфилем или напильником, придав соединению более привлекательный вид. Такой метод пайки позволяет немного увеличить теплоемкость соединения и значительно повысить его механическую прочность.

Во втором способе все намного проще. Паяльник откладываем в сторону и делаем следующее:

А) Так же как и в первом способе зачищаем выводы. Выгибаем выводы катушек, но теперь располагаем их встык с выводами конденсаторов.

Б) Берем два коннектора с винтами, такие как изображены на рисунке 4 слева или другие но, подходящие по внутреннему диаметру. Извлекаем их из изоляции.

В) Надеваем коннекторы одним концом на выводы конденсаторов, другим на выводы катушек. Затягиваем крепежные винты.

Рисунок 4

На выходе должно получиться так, как изображено на рисунке 4 справа. Для того, что бы избежать самопроизвольного раскручивания винтов коннекторов под воздействием вибрации во время работы печи, каждый винт стоит зафиксировать каплей термостойкого лака или краски. После выполнения пункта 4 по монтажу, процесс замены проходных конденсаторов можно считать завершенным. Как в первом, так и во втором случае, магнетрон готов к дальнейшей эксплуатации.

Конечно, кто-то может использовать и другие, может даже более удачные методы замены проходных конденсаторов. Но в этой статье, я просто поделился своим личным опытом. На практике, если честно, я преимущественно применял первый метод замены. Ни одна микроволновая печь, отремонтированная таким способом, назад не вернулась. Буду очень рад, если в этой статье вы найдете ответы на возникшие у вас вопросы. Удачи в ремонте Господа!

Проходные конденсаторы – не новость в радиоэлектронной промышленности: они были открыты сразу за обычными двухобкладочными конденсаторами и находили применение в высокочастотных узлах ламповых устройств аппаратуры связи. Сегодня значение проходных конденсаторов представляется в новом ракурсе.

Увеличение рабочих частот цифровых интегральных схем является сейчас основной устойчивой тенденцией в электронике. Для уменьшения влияния помех на микросхемы устройства необходима стабилизация напряжения питания высокочастотных устройств и снижение влияния их работы на остальную часть электронного узла (развязка по питанию).

Обычно для таких целей используются многослойные керамические конденсаторы, монтируемые непосредственно в цепи питания высокочастотных узлов и рядом с многоцелевыми микросхемами. На частотах свыше 10 МГц эффективность фильтрации пульсаций
резко падает из-за импеданса конденсатора (его внутренней индуктивности) – последовательного индуктивного сопротивления. И хотя специалисты-практики устанавливают чип-конденсаторы по питанию даже на частотах 2…3 ГГц и утверждают, что нет необходимости устанавливать сглаживающие конденсаторы на частотах свыше 10 МГц (якобы, таким эффектом можно пренебречь), речь идет об установке одного высокоэффективного проходного конденсатора вместо нескольких обычных чип конденсаторов. В случаях, когда источник питания удален от микросхем, работающих с сигналами высокой частоты, установка сглаживающих элементов необходима. Часто можно заметить на современных печатных платах «обвеску» микросхем, работающих на высокой частоте, многочисленными чип-конденсаторами, соединенными параллельно
.
Выводные (керамические, дисковые и подобные им) конденсаторы в данном случае применять нельзя из-за дополнительной индуктивности их выводов, существенно влияющей на подавление помех от высокочастотного узла. Особенно хорошо помеха и наводки хорошо фиксируются приборами при удалении электронного высокочастотного узла от источника питания.

Для решения этой проблемы производители конденсаторов выпускают специальные серии конденсаторов с максимально сниженной эквивалентной индуктивностью (ESL). При этом выводы таких чип конденсаторов располагаются по длинной стороне их корпуса, что позволяет снизить эквивалентную индуктивность примерно вдвое относительно тех типов, где выводы располагаются по коротким торцевым сторонам корпуса.

Однако, если устройство предназначено для работы в частотном диапазоне более 100 МГц, такого подхода недостаточно. Японская фирма«Murata»
предложила свою разработку серии трехвыводных проходных конденсаторов высокой емкости. Это компактные чип-компоненты размерами 2,0×1,25 мм на основе диэлектрика X7R.

Сравнение конденсатора новой серии NFM18P с обычным многослойным керамическим конденсатором на практике показывает почти 10-кратное снижение импеданса у нового типа конденсатора на высоких частотах свыше 100 МГц, связанное со сниженной конструктивной индуктивностью.

Для примера приведу простой эксперимент, который можно повторить в любой оснащенной лаборатории. Нужен понадобятся источник питания, высокочастотный осциллограф и генератор с частотой 10 МГц, который можно собрать самостоятельно с микросхемой технологии КМОП.
Подключим параллельно стабилизированному источнику питания с фиксированным постоянным напряжением 5 В любой генератор. Автор использовал генератор на микросхеме КР1561ЛЕ5, выдающий на выходе прямоугольные импульсы. Длина неэкранированных проводников от источника питания до генератора — 1м. Осциллографом зафиксируем уровень высокочастотных пульсаций на выводе питания микросхемы.

Амплитуда пульсаций составляет примерно 1 В, причем частота данной помехи соответствует частоте выходных импульсов генератора. Теперь подключим параллельно выводам питания микросхемы многослойный керамический конденсатор Murata MLCC 1206 X5R
и снова взглянем на экран осциллографа. Помеха присутствует, но ее амплитуда уменьшилась до 0,65 В. Теперь вместо многослойного конденсатора с диэлектриком X5R включим проходной конденсатор NFM18PC105R (здесь проходной конденсатор включен в качестве фильтра) и замерим показания осциллографом в той же точке – непосредственно у выводов конденсатора, установленного вблизи микросхем. Уровень пульсаций сократился до 0,3 В. Примерно тот же эффект получается, если параллельно выводам питания (непосредственно у выводов микросхемы) установить 10 многослойных керамических конденсаторов марки MLCC 0201-2220
с диэлектриком X7R. Один трехвыводной конденсатор марки NFM18P заменяет по качеству фильтрации высокочастотных помех десять двухобкладочных (трехвыводных вывод от средней точки) многослойных конденсаторов. Причем, если есть возможность менять частоту генерации, можно убедиться, что с увеличением частоты высокочастотной помехи уровень пульсаций падает, и наоборот

Следует особо отметить высокую стабильность емкости конденсаторов в диапазоне 0,1-1 мкФ (благодаря рассмотренному типу диэлектрика). Малые габариты, высокая нагрузочная способность (ток до 6 А), низкий импеданс на частотах свыше 10 МГц делает использование проходных трехвыводных конденсаторов эффективным и привлекательным в высокочастотных узлах и практически пока безальтернативным в современных компактных устройствах, таких как портативные ВЧ/СВЧ-передатчики
, радиостанции, игровые приставки, компьютеры и подобные им устройства.

В таблице приведены основные электрические характеристики некоторых изделий.

Таблица. Основные электрические характеристики трехвыводных проходных конденсаторов

Подробные справочные данные по многослойным керамическим конденсаторам большой емкости можно найти в справочной литературе и на сайте фирмы Murata.

Керамические проходные конденсаторы обеспечивают надежную защиту от внутренних помех, а благодаря своей компактности и упрощенной конструкции монтажной платы очень удобны для использования в фильтрах электромагнитной совместимости (ЭМС).

Электромагнитные помехи, возникающие при работе различного электрооборудования, бывают двух видов — внешние и внутренние.

Внешние электромагнитные помехи — это помехи от различных внешних источников (например, радио, высоковольтного оборудования и других устройств). Специальные устройства обеспечивают защиту электрических систем от внешних помех, а в идеальном случае источник внешних помех тоже обеспечивается системой защиты от помех.Внутренние электромагнитные помехи исходят от электронных компонентов, находящихся в одной или в соседних электрических цепях. В процессе работы антенны, процессоры, программные платы и другие устройства излучают электромагнитные волны, которые распространяются по печатным проводникам и накладываются на информационные сигналы, искажая их. Однако часто бывает, что исключить из электрической цепи источник помех невозможно, так как система не будет работать.

Фильтры ЭМС позволяют осуществить электрическую развязку источников помех и оборудования, которое нужно от этих помех защитить, не нарушая работоспособности системы. Они устраняют помехи, разряжая их сигналы на «землю». Фильтры ЭМС позволяют защитить электрооборудование как от внутренних, так и от внешних помех и предотвращают распространение помех по печатным проводникам.

Защита от электромагнитных помех обычно осуществляется с помощью пассивных компонентов. По мере ужесточения требований к ЭМС появляется необходимость в улучшении свойств ЭМС пассивных компонентов.

Фильтры ЭМС создаются на базе конденсаторов, а также LC- или RC-цепей. Фильтры на основе LC- и RC-цепей не всегда позволяют получить необходимое понижение уровня помех, имеют сложную конструкцию и требуют много места для монтажа. Фильтры на основе стандартных керамических конденсаторов тоже занимают много места и не дают достаточного снижения уровня помех в электрических цепях.

Проходные керамические конденсаторы позволяют создать надежную защиту от электромагнитных помех и идеально подходят для фильтров ЭМС. С их помощью можно осуществлять хорошую фильтрацию и понижение помех на радиочастотах, они имеют компактные размеры (0805 или 1206) и простую конструкцию.

Проходные конденсаторы изготавливаются из того же материала (COG, X7R), что и стандартные керамические конденсаторы, производятся по одинаковой технологии и имеют сходные технические преимущества: простоту работы, компактную конструкцию и широкий диапазон рабочих температур.

В отличие от стандартных, проходные конденсаторы имеют 3 полюса (4 внешних вывода). Между 1-м и 2-м полюсами этого конденсатора емкости нет (проходной конденсатор), а между 1-м и 3-м или 2-м и 3-м полюсами — есть. Базовая конструкция проходного конденсатора показана на рис. 1, а его графическое изображение — на схеме (рис. 2).

Схема работы такого конденсатора довольно проста. Сигнал вместе с наложенными на него помехами поступает на полюс 1 (вход) конденсатора. Помехи отфильтровываются с помощью емкости и разряжаются на «землю» через полюс 3 («земля»). Сигнал, очищенный от помех, выходит из конденсатора через полюс 2 (выход). Набор помехоподавляющих проходных конденсаторов показан на рис. 3. Наборы конденсаторов необходимо применять в случаях, когда к защищаемому фильтром ЭМС оборудованию подключается несколько линий связи. Использование наборов проходных конденсаторов позволяет снизить время на монтаж фильтра ЭМС и сэкономить место на печатной плате.

Стандартный конденсатор из материала X7R с типоразмером корпуса 1206 и номинальной емкостью 2,2 нФ дает максимальное вносимое затухание 36 дБ и имеет резонансную частоту около 120 МГц (рис. 6), в то время как проходной конденсатор из того же материала, с тем же типоразмером корпуса и емкостью вносит максимальное затухание 45 дБ, а его резонансная частота составляет примерно 280 МГц.

Аналогичная ситуация наблюдается и при большем значении номинальной емкости (рис. 7): вносимое затухание выше, однако резонансная частота снижается вследствие увеличения емкости.

Итак, проходные конденсаторы прекрасно подходят для использования в фильтрах ЭМС. Основные свойства этих конденсаторов:

низкие электрические потери;значительное подавление помех;работа на радиочастотах;компактность;широкий диапазон рабочих температур -40 … +125 С;низкая стоимость по сравнению со сложными помехоподавляющими фильтрами на основе фильтрующих цепей.

Благодаря своим свойствам проходные керамические конденсаторы находят широкое применение в различных областях: автомобильной электронике, телекоммуникациях, персональных компьютерах, портативных компьютерах, промышленной электронике, мобильных телефонах и многих других.

Замена проходных конденсаторов магнетрона | yourmicrowell.ru

Питание магнетрона, в микроволновой печи, осуществляется через встроенный фильтр, который состоит из двух катушек индуктивности и двух проходных конденсаторов. Данный фильтр предназначен для фильтрации напряжения питания магнетрона. Внешний вид и схема фильтра изображены на рисунке 1. , а работает он приблизительно так же, как и сетевой фильтр.

Рисунок 1

Постоянная составляющая напряжения питания, свободно проходит через одну из обкладок конденсаторов и через катушки фильтра подается на выводы магнетрона, а переменная составляющая паразитных колебаний, задерживается катушками индуктивности и с помощью конденсаторов отфильтровывается на землю. Как показывает практика, благодаря высокому напряжению питания магнетрона, проходные конденсаторы часто выходят из строя. В этой статье поговорим о том, как в этом случае, такой дорогостоящий прибор как магнетрон, можно вернуть к жизни.

На теме определения неисправности конденсаторов, здесь останавливаться не будем, об этом можно почитать в статье «Неисправности магнетрона», рассмотрим только сам процесс замены проходных конденсаторов. Проходные конденсаторы магнетрона размещаются в пластиковом корпусе с фланцем для крепления (Рисунок 2 – правая часть). Проводники связанные с крайними (по схеме) обкладками конденсаторов, с одной стороны выведены под клеммы питания, а с другой под выводы для соединения с катушками фильтра. Вторая обкладка каждого конденсатора, внутри корпуса соединяется с фланцем крепления. Вся конструкция – является не разборной и дополнительно служит в качестве изолятора выводов питания магнетрона. Фланец крепления конденсаторов расположен внутри коробки фильтра, а крепится к ней посредством вытянутых заклепок и крепежных лепестков. Выводы конденсаторов и катушки фильтра соединены при помощи контактной сварки.

Рисунок 2

Любую операцию по замене неисправного элемента можно разделить на два этапа: демонтаж неисправного элемента и затем установка нового. Для демонтажа неисправных конденсаторов необходимо:

1. Снять крышку коробки фильтра магнетрона.
2. Отсоединить выводы катушек фильтра от выводов конденсаторов (Рисунок 2). Для этого воспользуйтесь бокорезами и откусите выводы катушек как можно ближе к месту контактной сварки.
3. Отогнуть крепежные лепестки. Поддеть фланец крепления конденсаторов плоским, острым инструментом и разъединить клепочное соединение.
4. Извлечь неисправные конденсаторы.

Вот и все, демонтаж завешен. Остается установить новую деталь.

Процесс монтажа будет несколько интереснее.

1. Перед установкой исправных конденсаторов, тщательно зачистите выводы катушек фильтра (снимите эмаль с провода). Если вы взяли, в качестве донора конденсаторы со старого магнетрона, вышедшего из строя по другой причине, то удалите с выводов остатки контактной сварки и так же тщательно зачистите их при помощи надфиля или наждачной бумаги.
2. Далее, нужно установить исправный элемент на свое место и надежно соединить фланец крепления конденсаторов с корпусом магнетрона. Если попытки закрепить фланец при помощи родного крепежа ни к чему хорошему не привели, попробуйте другой способ. Фланец можно расположить снаружи коробки фильтра и притянуть с помощью самореозов подходящей длины и диаметра, вкрутив их в отверстия от заклепок. Для этих целей можно так же применить обычные винты М3 с гайками. Расположение фланца относительно корпуса коробки фильтра (внутри или снаружи) на работу магнетрона никак не повлияет. Главное надежный контакт.
3. Затем, выгибаем выводы катушек фильтра, накладываем их на выводы конденсаторов и соединяем их с помощью контактной сварки.
4. Закрываем коробку фильтра крышкой. Все, магнетрон готов к работе.

Все просто, не правда ли? Но, просто наверное, только для счастливых обладателей аппаратов контактной сварки, а таких, я уверен меньшинство, среди читающих эту статью. Остальных, наверное, очень смущает третий пункт по монтажу. Действительно, надежно соединить конденсаторы с катушками без применения контактной сварки не так уж просто. Первое, что приходит в голову, это воспользоваться обычным паяльником и спаять выводы между собой. Такой способ соединения поможет, но очень не надолго. Дело в том, что при работе магнетрона, выделяется довольно много тепла. Греется и корпус магнетрона, и все элементы его конструкции, включая детали фильтра. Эта температура, конечно, не доходит до температуры плавления припоя (приблизительно 300 градусов  по С), но ее вполне достаточно для нарушения механической прочности пайки. После продолжительной работы печи припой размягчится, а далее даже самая не значительная вибрация, например, от работы вентилятора, закончит разрушительный процесс. Выводы отвалятся друг от друга, и печь снова перестанет работать.

Хочу предложить два способа решения этой проблемы. Оба способа не раз успешно применялись на практике. В первом случае, все же воспользуемся паяльником. Но, применим не просто пайку, а армированную пайку. Для этого, в третьем пункте по монтажу выполним следующие действия:

А) Выгибаем свободные выводы катушек фильтра, таким образом, что бы они пересеклись с выводами конденсаторов под прямым углом (или приблизительно так). Возможно для этого, вам придется отмотать один виток катушки. Это конечно несколько изменит параметры фильтра, но не критично. И те и другие выводы, перед этим должны быть тщательно зачищены.

Б) Берем не большой отрезок обычного, многожильного (обязательно многожильного!), монтажного провода. Очищаем его от изоляции. Затем, очищенным проводом приматываем выводы катушек фильтра к выводам конденсаторов крест на крест и делаем скрутку. Скрутка должна получиться по возможности как можно туже. С помощью бокорезов удаляем лишний провод.

В) Хорошо нагретым паяльником тщательно прогреваем место скрутки и заливаем припоем. Тщательность прогрева очень важна, расплавленный припой должен протечь практически между каждой жилкой монтажного провода и равномерно распределиться по всему месту пайки. Во время процесса пайки не жалейте флюса – канифоли. Если во время прогрева припой не растекается, а получается, что-то типа каши, то следует увеличить температуру жала паяльника или применить более мощный. Иначе соединение будет не надежным.

Рисунок 3

Должно получиться, что-то похожее на то, что изображено на рисунке 3 справа. Выглядит не очень эстетично, но вполне надежно. Кого волнует эстетическая сторона этого вопроса, тот при желании может обработать место пайки надфилем или напильником, придав соединению более привлекательный вид. Такой метод пайки позволяет немного увеличить теплоемкость соединения и значительно повысить его механическую прочность.

Во втором способе все намного проще. Паяльник откладываем в сторону и делаем следующее:

А) Так же как и в первом способе зачищаем выводы. Выгибаем выводы катушек, но теперь располагаем их встык с выводами конденсаторов.

Б) Берем два коннектора с винтами, такие как изображены на рисунке 4 слева или другие но, подходящие по внутреннему диаметру. Извлекаем их из изоляции.

В) Надеваем коннекторы одним концом на выводы конденсаторов, другим на выводы катушек. Затягиваем крепежные винты.

Рисунок 4

На выходе должно получиться так, как изображено на рисунке 4 справа. Для того, что бы избежать самопроизвольного раскручивания винтов коннекторов под воздействием вибрации во время работы печи, каждый винт стоит зафиксировать каплей термостойкого лака или краски. После выполнения пункта 4 по монтажу, процесс замены проходных конденсаторов можно считать завершенным. Как в первом, так и во втором случае, магнетрон готов к дальнейшей эксплуатации.

Конечно, кто-то может использовать и другие, может даже более удачные методы замены проходных конденсаторов. Но в этой статье, я просто поделился своим личным опытом. На практике, если честно, я преимущественно применял первый метод замены. Ни одна микроволновая печь, отремонтированная таким способом, назад не вернулась. Буду очень рад, если в этой статье вы найдете ответы на возникшие у вас вопросы. Удачи в ремонте Господа!

Конденсаторы для усилителей — AudioKiller’s site

1. Всякие неэлектролиты

Началось все с того, что мне не понравилось звучание одного из моих усилителей, а я уже давно подзревал, что конденсатор, включенный на его вход, вносит нелинейные искажения. После того, как при исследовании усилителя на микросхеме TDA7294 я обнаружил рост искажений на низких частотах, причем при увеличении емкости искажения уменьшались (тут все понятно – чем больше емкость, тем меньше сопротивление конденсатора, и тем меньше его влияние на сигнал, а значит, и искажения), мои подозрения перешли в уверенность. И я решил измерить, какие же искажения вносят конденсаторы. И сравнить несколько наиболее распространенных типов. Ведь на качество звучания усилителей конденсаторы оказывают большое влияние!

Должен сразу предупредить, что это не совсем верное сравнение – я использовал конденсаторы, которые у меня были. Они имели разные емкости, поэтому я с ними работал на разных частотах и напряжения на них подавались не совсем одинаковые. А по хорошему, нужно было провести измерения в абсолютно одинаковых условиях: и частота, и напряжение должны быть одинаковыми. И измерять нужно было на нескольких частотах и с разными напряжениями. Да и нужно было взять по нескольку штук одинаковых конденсаторов – вдруг мне какой-то из них немного бракованный попался. То есть результаты измерения не являются “истиной в последней инстанции” при сравнении конденсаторов. Если результаты различаются сильно, то можно с уверенностью говорить о том, что какой-то из конденсаторов лучше другого. А вот если различие маленькое, то вполне возможно, что тот, который в моем случае был чуть лучше, на другой частоте будет работать немного хуже.

И потом, ведь я измерял только коэффициент гармоник, а остальные параметры качества не мерял!!! Хотя с точки зрения влияния на звук проходных конденсаторов, качество конденсаторов большей частью зависит от их линейности. Согласитесь, что если после конденсатора стоИт резистор в десятки килоом, то нет никакой разницы между конденсатором с ESR=0,01 Ом и конденсатором с ESR=0,001 Ом! Эти доли ома потеряются уже на фоне сопротивления выводов, пайки и дорожек! А вот если Кг усилителя наполовину состоит из Кг конденсатора, то это нехорошо.

Тем не менее, результаты я бы назвал ошеломляющими. Есть конденсаторы хорошие и плохие, а есть вообще ужасные!!! Я знал, что керамические конденсаторы с диэлектриком, имеющим плохой ТКЕ, нелинейные, но не думал, что настолько! 

Все измерения проводились точно, правильно и корректно, без методических погрешностей. Схема измерения приведена на рисунке 1.

Рис. 1.

Со звуковой карты подавалось синусоидальное напряжение максимальной амплитуды (2В эфф. ), резистор подбирался так, чтобы напряжение на конденсаторе было в пределах 2…2,5 В амплитудного (т.е. примерно 1,5 вольта действующего) значения. Кроме напряжения на конденсаторе, измерялось и выходное напряжение звуковой карты, чтобы контролировать ее искажения. Из измерений видно, что искажения самой карты намного меньше, и не влияют на точность (искажения карты вычитались из результатов, вычитание было абсолютно правильным: корень квадратный из разности квадратов амплитуд соответствующей гармоники).

Для того, чтобы показать точность измерений, приведу два спектра тока конденсатора (а таким способом я измеряю именно ток). Дальше эти спектры будут обработаны для большей наглядности. В рассчетах учитывались только гармоники, помехи, если и были (надите помехи на рисунках!), не учитывались.

Рис. 2.
Рис. 3.

Еще один важный момент – вычисление коэффициента гармоник Кг. Кроме обычного способа (рис.4 а), я пользовался нормированным к номеру гармонинки (рис.4.б).

Рис. 4.

Этот способ нормирования придумали инженеры из лаборатории английской компании ВВС в 50-х годах ХХ века. И такой способ, когда напряжение гармоники умножается на квадрат ее номера, позволяет учесть ширину спектра гармоник. Зачем это нужно? А затем, что чем больше порядок нелинейности и шире спектр гармоник, тем хуже звук. Вот пример на рисунке 5:

Рис. 5.

Все три варианта спектра искажений дают одинаковый Кг=0,1%. Но зеленый спектр содержит только две гармоники, и значит на слух такие искажения заметны меньше. Красный спектр содержит гармоники вплоть до 10-й, и на слух самый плохой. А Кг у них у всех одинаковый и не позволяет эти спектры различить. А нормированный К’г даст для этих спектров такие значения: 0,12%; 0,18% и 0,33%. Почувствуйте разницу!

Хочу сказать, что это не “Очередной Самый Новый Великий и Точный Метод Измерения Искажений”! Это просто модификация (и вполне законная) обычного метода, но более совершенная: если традиционный Кг позволяет учитывать только среднюю величину нелинейности передаточной характеристики (это как средняя температура по всей больнице, включая морг), то нормированный позволяет учесть и порядок этой нелинейности. И, несмотря на то, что он очень далек от совершенства и не очень хорошо соответствует слуховым ощущениям, он все же лучше, чем простой Кг. Т.е можно посмотреть с другой стороны: обычный Кг еще меньше коррелирует с субъективными ощущениями, чем нормированный. Коэффициент нормирован ко второй гармонике и его физический смысл – показать среднюю нелинейность, учитывая, насколько высшие гармоники хуже второй.

И такой подход принес пользу.  Дальше будет видно, что у конденсаторв EPKOS и К73-16 Кг одинаков и равен 0,0017%. Значит ли это, что конденсаторы одинаковы? Очень может быть, что и нет. А вот если посмотреть на нормированные коэффициенты, то у EPKOSа К’г=0,0053%, а у К73-16 К’г=0,0091%. Т.е. отечественный лавсановый конденсатор имеет более широкий спектр гармоник и хуже звучит, чем импортный полипропиленовый. Но для того, чтобы не лишать читателей привычных ориентиров, я привожу и обычные Кг.

Пора перейти от затянувшегося вступления к делу и представить сегодняшних участников конкурса “мистер конденсатор” (рис. 6).

Рис. 6.

Конденсаторы керамические К10-17а и КМ-5 (скорее всего это импортный аналог наших К10-17б или К10-17в; недавно видел точно такой же отечественый конденсатор типа К10-73, но по тексту я так и оставлю наименование КМ-5, т.к. от КМ-5 они все произошли), лавсановые пленочные К73-16 и К73-17, фторопластовый ФТ1 и полипропиленовые отечественные К78-2, К78-19 и импортный EPCOS. Марку конденсатора, расположенного в центре верхнего ряда я не знаю. Подозреваю, что это пленочный, но какой? Это, скорее всего, импортный (такие стоят в мультимедийных колонках, например), он на самом деле темно-зеленого цвета (на фото не получился), поэтому я его буду называть “зеленый”. Когда узнаю тип – впишу сюда.

Итак, поехали! На спектрограммах красный спектр – ток конденсатора, синий – выход звуковухи (т.к. подключение конденсатора, как нелинейной нагрузки, приводит к искажениям; я уже писал выше, что эти искажения учитывались при вычислении коэффициентов гармоник).

1. Керамический К10-17а

Кг = 0,83% , К’г = 2,2%

Страшно? Мне тоже. Я любил эти конденсаторы за хороший ТКЕ (температурный коэффициент емкости), а искажениями не интересовался (для звука использовал нечасто). А оно вон как плохо. Причем спектр гармоник очень широкий.

Вывод: не использовать для звука!

2. Керамический КМ-5 [К10-73] (класс Н90)

Кг = 2,1% , К’г = 6,1%

Это вообще какой-то кошмар! Я подозревал, что это плохие конденсаторы, думал, что их искажения такие большие, что могут быть даже с полпроцента. Но оказалось, что все намного-намного хуже! А если учесть, что их емкость очень сильно зависит от температуры…

Обратите внимание – подключение этого конденсатора на выход звуковухи сразу создает ей нехилую кучу гармоник! Т.е. и выходное напряжение искажается из-за этого конденсатора!

Вывод: держать подальше от звуковых схем, желательно в другом шкафу и в другой комнате! Также не рекомендуется в цепях питания звуковых устройств.

Важное замечание

На мой взгляд, у нас в стране действует совершенно дурацкая система обозначений керамических конденсаторов. Дело в том, что в них используется совершенно разная керамика: если емкость маленькая, то керамика довольно качественная, с хорошей линейностью и температурной стабильностью. Когда же нужно получить высокую емкость при малых габаритах, то используют керамику просто отвратительную – и линейность очень плохая, и термостабильности никакой (при нагреве на 20 градусов емкость может измениться в 2…3 раза!), и еще и сегнетоэлектрический эффект присутствует – конденсатор работает и как пьезо-динамик, и как пьезо-микрофон!Причем заразы-производители никому не говорят в каком именно конденсаторе какая керамика. Типа догадайся сам. Я бы на их месте не стал бы все валить в одну кучу, а давал бы разные типы в зависимости от типа диэлектрика. Тогда все было бы понятно – у конденсаторов этого типа емкость небольшая, зато стабильность и линейность хорошие, а у конденсаторов другого типа емкость высокая, но за счет качества. Так нет же! Специально запутывают, наверное, чтобы шпиёны не догадались!

Почему я раньше любил конденсаторы К10-7а? У них большой корпус по сравнению с КМ-5 (К10-73) и хороший ТКЕ. Поэтому я думал, что этот большой корпус заполнен большим количеством качественной керамики. Но оказалось, что там керамика хоть и лучше, чем у КМ-5, но все же дерьмецо. Для интереса я разломал пару конденсаторов (каждый из них 0,1 мкФ), чтобы посмотреть, что там внутри:

Душераздирающее зрелище: в таком большом корпусе такой масенький кристалл! Теперь понятно, почему линейность плохая – я-то думал, что стенки у корпуса тоненькие, а внутри сплошь потроха. Ан нет… Зато мое предположение, что больший по размерам конденсатор (при той же емкости) может иметь более высокое рабочее напряжение, вроде подтверждается – кристалл там побольше, наверное из-за большей толщины диэлктрика. Но точный ответ даст микроскоп, а его нет у меня.

Обязательно найду и померяю конденсатор такого типа, но небольшой емкости с хорошим диэлектриком! Чтобы сравнить…

3. Пленочный К73-16 (лавсан)

Кг = 0,0017% , К’г = 0,0091%

Ну это совсем другое дело! Если бы еще не было этого “хвоста” из гармоник довольно высокого порядка…

Вывод: Используйте на здоровье.

4. Пленочный К73-17 (лавсан)

Кг = 0,0019% , К’г = 0,0074%

Вот тут интересно: обычный Кг у него выше, чем у предыдущего, а нормированный – меньше. Это потому, что 3-я, 4-я и 5-я гармоники у него чуть-чуть выше, а зато 11-й нет совсем! Да и “нехорошие” 8-я и 9-я заметно меньше.

Вывод: похоже, что “народный” конденсатор чуть лучше, чем К73-16, несмотря на то, что К73-16 военный (5-й приемки). Но может это случайность – разница ведь небольшая…

5. Фторопластовый ФТ-1

Кг = 0,0023% , К’г = 0,0098%

Хороший, в общем-то конденсатор. У фторопласта есть ряд преимуществ (например, максимальная пропускаемая реактивная мощность на высокой частоте), но они максимально раскрываются в других местах, например в фильтрах колонок.

Вывод: нормалёк.

6. Пленочный К78-2 (полипропилен)

Кг = 0,0022% , К’г = 0,0064%

Самый низкий пока что нормированный коэффициент гармоник. По обычному Кг проигрывает конденсатору К73-16, но, сравнив спектры, понимаешь, что использовать для оценки линейности именно нормированный коэффициент К’г – лучше! Максимум, что нашлось – это 5-я гармоника. Более высоких нет.

Вывод: очень линейный конденсатор.

7. Пленочный К78-19 (полипропилен) 

Кг = 0,0015% , К’г = 0,0049%

Та же картина, только немного лучше!

Вывод: самый линейный конденсатор в обзоре! Уж “звучать” он будет!…

8. Пленочный EPCOS (полипропилен)

Кг = 0,0017% , К’г = 0,0053%

Наш оказался даже лучше! Правда это на пределе точности, и на одной частоте. Откуда вылезла 11-я гармоника напряжения, и почему нет соответствующей ей 11-й гармоники тока я не знаю. Может какая-то хитрая особенность конденсатора. Я несколько раз перемерял в разных условиях – результат тот же.

Вывод: не зря за него берут столько денег. Но хорошо бы внимательнее приглядеться в нашему К78-19 – похоже, что он не уступает буржуйскому (а по этим измерениям – даже лучше)! А дешевле.

9. Пленочный “зеленый”

Кг = 0,0025% , К’г = 0,024%

В принципе неплохой, если бы не непонятно откуда взявшиеся “отдельно стоящие” 12-я, 14-я и 17-я гармоники. Хоть и маленькие, а есть. Их тут же уловил чуткий к таким безобразиям К’г, который сразу вырос из-за них в 10 раз (кто-то все еще сомневается в его пользе?).

Вывод: можно использовать для питания и для неответственных цепей. Например, в той же мультимедийной акустике (в усилителе).

10. Импортный “К73”

По сравнению с “обычными” конденсаторами К73-17, эти (по-видимому) импортные (пока не знаю их марки) имеют меньшие габариты, и продаются на напряжения от 100 вольт и выше. На напряжение меньше 100 вольт не встречал. Причем их появляется все больше и больше за последние год-два. Посмотрим, что за птица.

Кг = 0,0027% , К’г = 0,012%

Линеность чуть хуже, чем у К73-16 и К73-17. Наверное это расплата за меньшие габариты. Но в принципе неплохо.

Вывод: можно использовать, но наш К73-17 лучше. Зато в цепях питания эти конденсаторы получаются выгоднее – при напряжениях выше 50 вольт К73-17 на 63 вольта уже использовать не стОит. А эти запросто пойдут и по габаритам будут меньше (значит на то же место можно поставить большую емкость!).

Награждение победителей

Расставим конденсаторы по местам, учитывая, что у нас два оценочных коэффициента, и таблица рекордов тоже получается двойная (интересно, что в правой половине все первые места заняли полипропиленовые конденсаторы, которые и по субъективным оценкам всегда ставят на первое место. Значит ли это, что нормированный К’г ближе к субъективным ощущениям?..)

Думаю, комментарии излишни.

2. Для вас, аудиофилы!

Сегодня мы рассмотрим “аудиофильские” конденсаторы. Это довольно непростое дело – ведь некоторые считают, что самые лучшие конденсаторы это “Телефункен”, добываемые из приемников, выпущеных в Германии в период с 1934 по 1944 года (т.е. при Гитлере). Некоторые считают, что конденсаторы нужно мотать самому из серебряной фольги и “правильного” диэлектрика 13-го числа в новолуние, повернувшись лицом на юг. К сожалению, ни первых, ни вторых конденсаторов я не только не имею, я их в жизни не видел. Поэтому сегодня всего три претендента:

Металлобумажные конденсаторы К42У-2 и их устаревший (зато хорошо “прогретый” за 30 лет) вариант МБМ. Считается, что бумага – очень хорошо “звучащий” диэлектрик, т.к. она изготовлена из живых существ и “откликается” на красивую музыку (как откликается на музыку соседская собака – я хорошо знаю, а вот как откликается бумага – ну никак не пойму!). Тем не менее, считается, что бумажные конденсаторы для усилителей – это кошерно.

И полистирольные конденсаторы К71-7. Полистирол – очень удачный диэлектрик с хорошими свойствами. Большой плюс этих конденсаторов – низкий разброс емкости – у моих он составляет всего лишь 0,5% (у металлобумажных соседей разброс емкости 10%, т.е. намного хуже). Такие конденсаторы хорошо применять в генераторах и точных (и сложных) фильтрах. Недостаток – большие габариты. Зато и качество конденсаторов – на высоте (и измерения это еще раз подтверждают).

При измерениях такого рода (практически на пределе точности измерительной системы) встает вопрос повторяемости измерений. Не секрет, что за прошедшие с прошлого раза два месяца что-то в (домашних) условиях измерений могло измениться. И действительно изменилось. Я повторил некоторые из прошлых опытов – значения получились чуть-чуть другими! Но не намного, в третей значимой цифре, так что новые результаты практически сравнимы с предыдущими. Так что если “аудиофильские” конденсаторы получились хуже – то это так и есть, измерения тут непричем! В доказательство привожу результат сравнения конденсатора К73-16, участвовшего в прошлом тесте и К42У-2 – нового участника. Эти измерения выполнены практичеки одновременно (с интервалом 5 минут на перепайку конденсаторов и собственно измерение) и в абсолютно одинаковых условиях. Хорошо видно разницу:

Вот этот же график, только рафинированный:

Так что по крайней мере по линейности бумага наверное чуть хуже, чем лавсан.

1. Металлобумажный К42У-2

Кг = 0.0023% , К’г = 0.0078%

Не очень плохо, но и не очень хорошо. Может в чем-то и у них есть своя хорошая сторона, но здесь ее не видно.

Вывод: для себя я ничего интересного не нашел.

2. Металлобумажный МБМ

Кг = 0.0014% , К’г = 0.0067%

Несмотря на то, что спектр гармоник несколько шире, их амплитуда меньше, поэтому старый получился лучше нового. Напоминаю, что я беру по одному конденсатору, а значит не застрахован от неудачных экземпляров. Может это получилось потому, что за 30 лет “прогрева” ток через конденсатор шел только в “правильном” направлении? 

Вывод: “С этой стороны – ничуть не лучше!” (Ослик Иа).

3. Полистирольный К71-7

Кг = 0.0016% , К’г = 0.0061%

А вот это уже совсем неплохо! Даже хорошо. Кг в основном состоит из третей гармоники. И спектр гармоник узкий, что свидетельствует о хорошей линейности.

Вывод: Очень хорошее качество при просто обалденной точности. Конденсаторов с лучшим показателем качество-точность, я просто и не знаю.

Награждение победителей (продолжается)

Ввиду явного преимущества полистирольного конденсатора, я не буду проводить местный рейтинг, и сразу дам общий результат.

3. Разборки с керамикой

Керамические конденсаторы – самые “противные” из всех. Про них заранее ничего неизвестно – ведь конденсаторы одного и того же типа могут быть изготовлены из разной керамики с совершенно различными свойствами!  Существует “закон рычага мироздания”: выигрывая в чем-то одном, обычно проигрываешь в чем-то другом. В керамических конденсаторах выигрывая в размерах, проигрывают в термостабильности и линейности, т.к. в качестве диэлектрика используется сегнетокерамика. Причем по техническим условиям нормируется только ТКЕ (температурный коэффициент емкости), а вот линейность похоже никого не интересует. И распространено мнение, что термостабильные конденсаторы линейны, а вот нетермостабильные…

Только вот выходит, что и термостабильные керамические конденсаторы весьма и весьма нелинейны. Я наскреб по сусекам горсть конденсаторов и продолжаю их измерять. На это раз я попытаюсь найти связь между линейностью конденсатора и его остальными свойствами. К сожалению, тип конденсаторов продолжает оставаться неизвестным (за исключением К10-17а), поэтому вот их групповой портрет (рядом с каждым – порядковый номер, а конденсаторы одинаковой емкости разных типов имеют двойную нумерацию). Емкости от 1 мкФ до 750 пФ.

Я предположил, что линейность конденсаторов должна зависеть от их емкости (ведь маленькую емкость при маленьких габаритах получить легко, это для большой емкости приходится изворачиваться, запихивая ее в маленький корпус), типа и размера (ну тут тоже понятно: если не нужно миниатюрить – ставим качественную керамику). Особенно это относится к конденсаторам К10-17а – у них в одинаковых корпусах “помещаются” емкости от 100 пФ до 1 мкФ!!! А в корпусах разного размера сами “кристаллы” конденсаторов тоже разные (оба конденсатора по 0,1 мкФ; точно такие здесь исследуются, их номера 2-5 и 2-3):

Кроме того, конденсаторы разных типов (а типов этих промышленность выпускает немеряно! причем непонятно, в чем между ними разница, в справочниках – на эту тему ни гу-гу) могут иметь разные свойства.

Важно! Все конденсаторы измерены практически в одинаковых условиях (напряжение/частота)!

Поэтому все измерения сводим в общую таблицу (Внимание! на фото в таблице масштаб не соблюден! Реальные размеры – см. общее фото!).

Значения ТКЕ я измерил не для всех конденсаторов, но и этих чисел достаточно для предварительных выводов. Знак “минус” означает, что с ростом температуры емкость падает.

Выводы

1. Действительно, чем больше емкость и при этом чем меньше габариты, тем хуже линейность. Вот зависимость искажений от емкости для конденсаторов К10-17а, имеющих корпуса практически одинаковых размеров:

2. Конденсаторы небольшой емкости (менее 5 нФ) имеют хорошую линейность. Причем их искажения (в пределах моей погрешности измерений) от емкости не зависят. Наверное, там используется другой диэлектрик?

3. Конденсаторы в больших корпусах более линейны. Сравните 2-3 и 2-5 (именно они показаны в разломанном виде на фото вверху). Объем корпуса, а главное – объем “кристалла” в несколько раз больше, и искажения различаются более чем на порядок!

4. Конденсаторы разных типов имеют разные характеристики при одной и той же емкости. (Ну это и так понятно, непонятно зачем их столько разных вообще выпускают?!)

5. Интересно, что же происходит в SMD конденсаторах, которые еще меньше по размерам?

6. Зависимость “чем лучше ТКЕ, тем лучше линейность” (а это широко распространенное мнение) в общем случае подтверждается, но не совсем однозначно. Где-то так, а где-то и наоборот. По-видимому все зависит от свойств диэлектрика, причем если ТКЕ нормируется производителями и ТУ, то линейность – нет. Но чтобы хорошенько разобраться в вопросе, нужно провести много экспериментов с конденсаторами разных групп ТКЕ, а это пока не представляется возможным.

7. Качество звучания усилителя с проходыми керамическими конденсаторами большой емкости будет подпорчено.

Что делать?

Один из двух “классических русских вопросов” (второй вопрос: “Кто виноват?”).

• По возможности меньше пользоваться керамическими конденсаторами в тракте сигнала (да и питания). Пленочные – лучше.
• Если же пользоваться – то не гнаться за миниатюрностью. С другой стороны, не нужно впадать в крайности и использовать огромные высоковольтные конденсаторы, все должно быть разумно. Огромные и высоковольтные могут быть сделаны из какой-то специальной керамики, которая может оказаться еще хуже “обыкновенной”.
• Конденсаторы малой емкости (< 2000 пФ) ведут себя пристойно. Но за все их типы я не ручаюсь.

Но все не так плохо, как кажется на первый взгляд. Даже с плохими конденсаторами можно иметь дело, приняв меры, чтобы не испортить ими звук (разве что совсем чуть-чуть). Об этом обязательно, но позже. Продолжение следует!

12.03.2008

Total Page Visits: 3431 — Today Page Visits: 4

Конденсатор развязки

и конденсатор байпаса — Работа и применение

Конденсаторы

являются одними из наиболее часто используемых пассивных компонентов. От простых схем усилителя до сложных схем фильтров, вы можете найти их использование во многих аналоговых и силовых электронных схемах. Хотя мы уже изучили основы конденсатора и то, как он работает, существует множество применений для конденсаторов. Обходные конденсаторы и развязывающий конденсатор — это два таких термина, которые широко используются при обозначении конденсатора в цепи. В этой статье мы узнаем об этих двух типах конденсаторов, как они работают в конструкции и , как выбрать конденсатор , который будет использоваться в качестве байпасного конденсатора или развязывающего конденсатора.

Термины «Байпасные конденсаторы» и «Разделительный конденсатор» взаимозаменяемы, но у них есть свои различия. При питании любого устройства основной целью будет обеспечение очень низкого импеданса (относительно земли) для входной мощности. Для достижения этого условия в схемы вводится шунтирование.Чтобы понять разницу между двумя типами конденсаторов, давайте углубимся в них.

Конденсатор развязки

Конденсаторы развязки используются для развязки или развязки двух разных цепей или локальной цепи от внешней цепи, другими словами, развязывающий конденсатор используется для развязки сигналов переменного тока от сигналов постоянного тока или наоборот.

Реальный факт заключается в том, что развязывающий конденсатор используется для обеих целей, и мы можем определить развязывающие конденсаторы как конденсатор, который используется для устранения искажений мощности и шума и защиты системы / ИС, обеспечивая чистый источник постоянного тока.

Процесс развязки действительно важен, когда речь идет о логических схемах. Например, рассмотрим логический вентиль, который может работать при напряжении питания 5 В, если напряжение превышает 2,5 В, он будет считаться сигналом высокого уровня, а если напряжение упадет ниже 2,5 В, он будет считаться сигналом низкого уровня. Таким образом, если в питающем напряжении присутствует шум, он вызывает высокие и низкие уровни в логической схеме, поэтому конденсаторы связи постоянного тока широко используются в логических схемах

.

Размещение разделительного конденсатора

Разделительный конденсатор должен быть размещен между источником питания и нагрузкой / ИС параллельно друг другу.Когда источник питания постоянного тока подает мощность в схему, развязывающий конденсатор будет иметь бесконечное реактивное сопротивление для сигналов постоянного тока , и они не будут иметь на них никакого влияния, но он имеет гораздо меньшее реактивное сопротивление для сигналов переменного тока, поэтому они могут проходить через развязку. конденсатор, и при необходимости они будут шунтированы на землю. Конденсатор создаст тракт с низким сопротивлением для высокочастотных сигналов , которые будут шунтироваться, что приведет к чистому сигналу постоянного тока.

Позиционирование включает два разных конденсатора, рассмотрим конденсатор емкостью 10 мкФ, расположенный вдали от ИС, который используется для сглаживания низкочастотных изменений в источнике питания, и 0.Конденсатор емкостью 1 мкФ находится ближе к микросхеме IC , которая используется для сглаживания высокочастотных изменений в источнике питания.

Наиболее часто используемый тип конденсаторов для сглаживания низких частот — это электролитические конденсаторы, а конденсаторы, используемые для сглаживания высоких частот, — это керамические конденсаторы для поверхностного монтажа.

Значение разделительного конденсатора

В отличие от байпасных конденсаторов, не так много проблем с выбрать номинал развязывающего конденсатора . Поскольку разделительные конденсаторы широко используются, существуют определенные стандарты для выбора номинала.

• Значение конденсатора развязки для низкочастотного шума обычно должно находиться в диапазоне от 1 мкФ до 100 мкФ.
• Конденсатор развязки высокочастотного шума обычно должен иметь значение от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ.

Точное значение используемых конденсаторов всегда указывается в паспорте ИС. Конденсаторы развязки всегда должны быть подключены непосредственно к заземляющей пластине с низким сопротивлением для его эффективной работы.

Байпасный конденсатор

Конденсатор байпаса используется для предотвращения попадания шума в систему путем обхода его на землю. Конденсатор байпаса помещается между выводами напряжения питания (Vcc) и землей (GND), чтобы уменьшить как шум источника питания, так и результат скачков напряжения в линиях питания. Для разных устройств и разных компонентов конденсатор может подавлять как межсистемные, так и внутрисистемные шумы.

При работе конденсатор замыкает любой сигнал переменного тока на землю, так что шум переменного тока в сигнале постоянного тока удаляется. приводит к более чистому и чистому сигналу постоянного тока.Например, давайте рассмотрим конденсаторы эмиттера и катода байпаса.

Перепускной конденсатор эмиттера

Рассмотрим усилитель с общим эмиттером (CE) с сопротивлением эмиттера, если байпасный конденсатор подключен параллельно сопротивлению эмиттера, коэффициент усиления по напряжению усилителя CE увеличивается, а если конденсатор удален, в цепи усилителя и напряжении возникает крайняя дегенерация. усиление будет уменьшено.

Катодный байпасный конденсатор

Когда конденсатор подключен к сопротивлению катода и если конденсатор достаточно большой, он действует как короткое замыкание для звуковой частоты, а устраняет отрицательную обратную связь . Он также действует как разомкнутая цепь для постоянного тока и поддерживает смещение сети постоянного тока.

Как выбрать значение для байпасного конденсатора

Реактивное сопротивление конденсатора, добавленного в схему, должно составлять 1/10 ^-го или меньше сопротивления, включенного параллельно. Все мы знаем, что ток всегда идет по пути с низким сопротивлением, если вы хотите шунтировать сигнал переменного тока на землю, конденсатор должен иметь более низкое сопротивление. Значение емкости используемого байпасного конденсатора можно рассчитать по формуле

.

С = 1 / 2πfXC 

Используя приведенную выше формулу байпасного конденсатора , давайте рассмотрим, что вам нужно найти емкость конденсатора, подключенного к резистору с сопротивлением 440 Ом, мы знаем, что реактивное сопротивление всегда составляет 1/10 ^-го сопротивления, следовательно, реактивное сопротивление будет 44 Ом, а стандартная частота индийской электрической сети — 50 Гц, поэтому значение байпасного конденсатора можно рассчитать как

.

С = 1/2 (3.14) (50) (44) 

Емкость конденсатора на резисторе 440 Ом должна быть 73 мкФ. Используя то же самое, вы можете узнать номинал конденсаторов, которые можно использовать в цепи.

Применение байпасного конденсатора

Шунтирующие конденсаторы почти используются во всех аналоговых и цифровых схемах для удаления нежелательного сигнала из напряжения питания, в некоторых из известных приложений, где они используются

• Они используются между усилителем и громкоговорителем для получения чистого звука.
• Используется в преобразователе постоянного / постоянного тока
• Используется в развязке и развязке сигналов
• Используется в фильтрах высоких частот (HP) и низких частотах (LP)

Разница между байпасным и развязывающим конденсаторами

Если вы посмотрите на цель, для которой они используются, между двумя типами конденсаторов нет большой разницы. Удивительно, но в большинстве случаев развязывающие конденсаторы также называют байпасными. Это потому, что иногда их сбрасывают на землю.

Некоторые из немногих заметных различий между байпасным конденсатором и разделительными конденсаторами заключаются в том, что байпасный конденсатор предназначен для шунтирования шумовых сигналов, , тогда как разделительные конденсаторы предназначены для сглаживания сигнала путем стабилизации искаженного сигнала. Для шунтирования сигнала мы можем просто использовать один электролитический конденсатор, но для смягчения сигнала нам понадобятся два разных типа конденсатора.

Почему конденсаторный блок пропускает постоянный ток, но пропускает переменный ток? Электрические технологии

Почему конденсатор допускает переменный ток и блокирует постоянный ток?

Один из наиболее частых вопросов, которые студенты-электрики задают снова и снова: почему конденсаторы блокируют постоянный ток и допускают переменный ток ?. Чтобы узнать точную причину, давайте узнаем, что такое конденсатор и как он работает при подключении к источнику постоянного, а затем переменного тока.

Что такое конденсатор?

Конденсатор (также известный как конденсатор) представляет собой устройство из двух металлических пластин, разделенных изолирующей средой, такой как фольга, ламинированная бумага, воздух и т.д. AC. Его способность к хранению измеряется в Фарадах. Для конденсаторов малой емкости используются единицы «мкФ» или «нФ».Имейте в виду, что конденсатор действует как разомкнутая цепь при постоянном токе, то есть он работает только при переменном напряжении.

Разница между переменным током и постоянным током

Постоянный ток — это постоянное значение, то есть он не меняет полярность (направление) и величину, в то время как переменный ток постоянно меняет свое направление и амплитуду в зависимости от своей частоты, как показано на рисунке ниже.

Теперь давайте подключим конденсатор к постоянному току, а затем к переменному току и посмотрим, что произойдет?

Почему конденсаторный блок постоянного тока?

Имейте в виду, что конденсатор действует как короткое замыкание на начальной стадии, а полностью заряженный конденсатор ведет себя как разомкнутая цепь.Конденсаторы сопротивляются изменениям напряжения , в то время как катушки индуктивности сопротивляются изменению тока и действуют как короткое замыкание в постоянном токе .

На начальном этапе, когда мы подключаем конденсатор к источнику постоянного тока, будет возникать небольшой ток, пока пластины не станут насыщенными. Другими словами, положительный вывод источника питания постоянного тока будет всасывать электроны с одного вывода и подталкивать электроны ко второму выводу, пока первая пластина не станет заряжаться положительно, а вторая — отрицательно, как показано на рис. На этом этапе приложенное напряжение, равное напряжению на конденсаторе и обкладках конденсатора, становится насыщенным, и ток больше не протекает. На этом этапе конденсатор ведет себя как разомкнутая цепь, и если мы увеличим значение приложенного постоянного напряжения, конденсатор может повредиться и взорваться.

Давайте посмотрим на решенном примере конденсатора, подключенного к постоянному току.

Мы знаем, что в источнике постоянного тока нет частоты, т.е. частоты 0 Гц.

Если мы положим частоту « f = 0» в формулу индуктивного реактивного сопротивления (которое является сопротивлением переменного тока в емкостной цепи).

X _C = 1 / 2π f C

Положим f = 0

X _C = 1 / 2π 0 C

X _C = 1/0 = Infinity

Это означает Теоретически конденсатор обеспечит бесконечное сопротивление протеканию тока в соответствии со своим номиналом. Следовательно, ток не будет протекать, поскольку ток в емкостных цепях равен:

I = V / X _C

Если мы положим X _C как бесконечность, значение тока будет равно нулю.

I = 0 A

Это точная причина, по которой конденсаторный блок постоянного тока.

Почему конденсатор проходит переменный ток?

Когда мы подключаем конденсатор к источнику питания переменного тока, он начинает заряжаться и разряжаться непрерывно из-за постоянного изменения напряжения питания. Это связано с изменениями в напряжении переменного тока, т.е. переменный ток положительный в начальном цикле для «t = 1» и отрицательный во втором цикле «t = 2», как показано на рисунке ниже.

На рис. 2 (а) происходит то же самое, что и в конденсаторе, подключенном постоянным током на начальном этапе i.е. положительный вывод источника засасывает электроны из подключенной пластины конденсатора и толкает обратно ко второму выводу. Первая пластина становится положительной, а другая отрицательной из-за большого количества электронов. Этот процесс известен как зарядка конденсатора, то есть он сохраняет энергию в виде электрического поля.

Заряд конденсатора определяется по формуле:

В _C = V _S (1− e ^{(−t / RC)} )

или

V _C = V _S (1 — e ^{-t / τ} )

Где:

• В _C = Напряжение на конденсаторе
• В _S = Источник или приложенное напряжение
• e = 2.718 (экспонента, т.е. основание натурального логарифма)
• τ = R / C = постоянная времени «тау» в секундах

Теперь полярность приложенного напряжения меняется на обратную, т.е. положительное становится отрицательным и наоборот, как показано на рис. (б). Теперь отрицательный вывод источника притягивается к дыркам и отталкивает электроны к дыркам в противоположном направлении. Процесс остается непрерывным, и ток течет из-за непрерывного потока электронов. Этот процесс известен как разрядка конденсатора i.е. он восстанавливает накопленную энергию в цепи.

Разрядка конденсатора определяется по формуле:

В _C = В _S x e ^{(−t / RC)} )

Почему тогда конденсатор рассчитан на постоянный ток?

Мы знаем, что существуют разные конденсаторы с разной маркировкой на паспортных табличках, то есть 400 В постоянного тока или 400 В переменного тока. Если конденсатор блокирует постоянный ток, почему номинал указан в постоянном токе?

Ну, это не значит, что мы не можем использовать конденсаторы в цепях постоянного тока (вы их уже видели).Значение постоянного тока, указанное на паспортной табличке конденсатора, является максимальным значением постоянного напряжения, которое может быть безопасно подключено к нему. Имейте в виду, что это не значение емкости зарядки. Поляризованные конденсаторы в основном используются в цепях постоянного тока, а неполяризованные — в цепях переменного тока.

Как правило;

• Конденсаторы с маркировкой AC могут использоваться на постоянном токе.
• Конденсаторы с маркировкой DC не могут использоваться с переменным током.

Потому что напряжения переменного тока показывают среднеквадратичное значение, где пиковое значение переменного тока равно 1.414 раз больше, чем DC.

Связанное сообщение: Переменный ток или постоянный ток — какой из них более опасен и почему?

Применение конденсаторов в постоянном токе

• Фильтры
• Выпрямители (преобразование переменного тока в постоянный)
• Кондиционирование питания
• Конденсатор связи и развязывающий конденсатор и т. Д.

Применение конденсаторов в переменном токе

Связанные сообщения:

Что такое байпасный конденсатор? Tutorial

В этом руководстве мы узнаем об одном из основных применений конденсаторов в качестве байпасного конденсатора или развязывающего конденсатора.

Мы знаем, что конденсатор — это электрическое устройство, которое способно накапливать энергию в форме электрического поля и высвобождать ее с заданным временем и скоростью. Также конденсаторы блокируют постоянный ток и пропускают переменный ток.

Обе эти функции (или функции) конденсатора используются в байпасном конденсаторе.

Введение

Представьте, что вы разработали хорошую схему операционного усилителя и начали ее прототипировать и разочарованы, обнаружив, что схема не работает должным образом или не работает совсем.Основной причиной этого может быть шум от источника питания или внутренней схемы ИС, или даже от соседних ИС, которые могут быть подключены к схеме.

Шум от источника питания из-за регулярных всплесков нежелателен и должен быть устранен любой ценой. Байпасные конденсаторы действуют как первая линия защиты от нежелательного шума в источнике питания.

Что такое байпасный конденсатор?

Байпасный конденсатор обычно устанавливается между выводами VCC и GND интегральной схемы.Байпасный конденсатор устраняет влияние скачков напряжения на источник питания, а также снижает шум источника питания.

Название Bypass Capacitor используется, поскольку он обходит высокочастотные компоненты источника питания. Его также называют развязывающим конденсатором, поскольку он отделяет одну часть схемы от другой (обычно шум от источника питания или других микросхем шунтируется, и его влияние уменьшается на другую часть схемы).

Байпасные конденсаторы

обычно применяются в двух местах в цепи: одно на источнике питания, а другое на каждом активном устройстве (аналоговом или цифровом).

Перепускной конденсатор, расположенный рядом с источником питания, устраняет падения напряжения в источнике питания, сохраняя заряд и высвобождая его при необходимости (обычно, когда возникает всплеск).

Шунтирующий конденсатор, расположенный рядом с выводами VCC и GND ИС, сможет удовлетворить мгновенные требования тока схемы переключения (цифровые ИС), поскольку паразитное сопротивление и индуктивность задерживают мгновенную подачу тока.

Как байпасный конденсатор устраняет шум источника питания?

Чтобы понять, как байпасный конденсатор устраняет шум, вам нужно сначала понять, как конденсатор работает в постоянном и переменном токе.Когда конденсатор подключен к источнику питания постоянного тока, как, например, батарея, на диэлектрике создается электрическое поле с положительным зарядом на одном из проводников и отрицательным — на другом.

По мере зарядки конденсатора от источника питания течет переходный ток. Но когда заряд конденсатора достигает своего максимума (определяемого Q = CV), электрическое поле между проводящими пластинами конденсатора сводит на нет электрическое поле источника питания, и заряды больше не проходят через конденсатор.

Следовательно, в цепи постоянного тока конденсатор заряжается до напряжения питания и блокирует прохождение любого тока через него.

Когда конденсатор подключен к источнику переменного тока, изменяющемуся во времени, ток течет с небольшим сопротивлением или без него из-за циклов зарядки и разрядки.

Имея это в виду, когда байпасный конденсатор помещается поперек источника питания, он обеспечивает путь с низким сопротивлением для шума (который по сути является переменным сигналом) от источника питания к земле.Следовательно, байпасный конденсатор шунтирует источник питания с носовыми сигналами.

Поскольку постоянный ток блокируется конденсатором, он будет проходить через цепи вместо того, чтобы проходить через конденсатор на землю. Это причина; этот конденсатор также известен как развязывающий конденсатор.

Рекомендации по байпасному конденсатору

Цепь без байпасного конденсатора или неправильное байпасирование может вызвать серьезные нарушения питания и может привести к отказу цепи. Следовательно, в цепи должен использоваться соответствующий байпасный конденсатор.

При выборе байпасного конденсатора необходимо учитывать следующие факторы.

• Тип конденсатора
• Размещение конденсатора
• Размер конденсатора
• Влияние выходной нагрузки

Тип конденсатора

В высокочастотных цепях индуктивность выводов байпасного конденсатора является важным фактором. При переключении на высоких частотах, таких как> 100 МГц, на силовых шинах генерируется высокочастотный шум, и эти гармоники в источнике питания в сочетании с высокими индуктивностями выводов заставят конденсатор действовать как разомкнутую цепь.

Это предотвращает подачу конденсатором необходимого тока, когда это необходимо для поддержания стабильного питания. Следовательно, при выборе конденсатора для обхода питания от внутреннего шума устройства (интегральной схемы) необходимо выбирать конденсатор с малой индуктивностью вывода.

Конденсаторы

MLCC или многослойные керамические микросхемы являются предпочтительным выбором для обхода источника питания.

Размещение конденсатора

Размещение байпасного конденсатора очень просто.Как правило, байпасный конденсатор размещается как можно ближе к контакту питания устройства. Если расстояние увеличивается, дополнительная фиксация на печатной плате может трансформироваться в последовательный индуктор и последовательный резистор, что снижает полезную полосу пропускания конденсатора.

Следовательно, более длинные дорожки на печатной плате между выводом питания и байпасным конденсатором увеличивают индуктивность и, в первую очередь, лишают смысла использование байпасного конденсатора.

Размер конденсатора

Размер байпасного конденсатора имеет решающее значение для определения способности конденсатора подавать мгновенный ток на устройство при необходимости.При определении размера конденсатора необходимо учитывать два момента.

• Величина тока, необходимая для переключения вывода с низкого на высокий
• Максимальная скорость нарастания импульса для расчета максимального тока конденсатора

Влияние выходной нагрузки

Если нагрузка на выходе чисто резистивная, то частота не влияет на время нарастания и спада на выходе. Однако, если выходная нагрузка является емкостной, увеличение частоты вызовет более высокий переходный ток и колебания в питании.

Роль байпасного конденсатора в усилителях

На следующем изображении показана принципиальная схема усилителя со смещением делителя напряжения. Резисторы R1, R2, RC и RE помогают транзистору смещать с точкой Q примерно в середине линии нагрузки. Резистор RE добавляет стабильности точке Q.

Два конденсатора связи C1 и C2 на входе и выходе соответственно. C1 подключает источник переменного сигнала к базе транзистора, а C2 передает усиливающий сигнал на нагрузку.

Но речь идет о байпасном конденсаторе CE. Величина эмиттерного тока велика из-за усиления переменного сигнала. Если байпасный конденсатор отсутствует, через эмиттерный резистор RE течет большой переменный ток эмиттера с большим падением переменного напряжения на RE.

Это приводит к небольшому переменному базовому току, поскольку падение напряжения на RE вычитается из Vin. Следовательно, выходное напряжение уменьшается, и коэффициент усиления по напряжению резко уменьшается.

Нам необходимо обеспечить путь с низким импедансом для тока эмиттера переменного тока, чтобы течь от эмиттера к земле, чтобы предотвратить потерю усиления по напряжению.Это может быть достигнуто путем подключения конденсатора между эмиттером и землей, который действует как байпасный конденсатор для обхода переменного тока эмиттера.

Где используются байпасные конденсаторы?

Практически во всех аналоговых и цифровых устройствах используются байпасные конденсаторы. В обоих этих устройствах байпасный конденсатор, обычно конденсатор емкостью 0,1 мкФ, расположен очень близко к выводам питания. Источники питания также используют байпасные конденсаторы, обычно это конденсаторы емкостью 10 мкФ.

Величина байпасного конденсатора зависит от устройства i.е. в случае источников питания он составляет от 10 мкФ до 100 мкФ, а в случае микросхем — обычно 0,1 мкФ или определяется рабочей частотой.

Если полоса пропускания устройства составляет приблизительно 1 МГц, используется байпасный конденсатор емкостью 1 мкФ. Если полоса пропускания составляет приблизительно 10 МГц или выше, используется конденсатор емкостью 0,1 мкФ.

В некоторых приложениях для фильтрации широкого диапазона частот используется параллельная сеть байпасных конденсаторов.

Каждое активное устройство в цепи должно иметь байпасный конденсатор, расположенный рядом с выводом источника питания.В случае наличия нескольких байпасных конденсаторов конденсатор меньшей емкости должен быть размещен рядом с устройством.

В аналоговых схемах байпасный конденсатор обычно перенаправляет высокочастотные компоненты источника питания на землю. В противном случае эти сигналы попали бы в чувствительную аналоговую ИС через вывод источника питания. Если в аналоговой цепи не используется байпасный конденсатор, высока вероятность того, что в тракт прохождения сигнала будет добавлен шум.

Использование байпасных конденсаторов в цифровых схемах с микропроцессором и контроллерами немного отличается.Основная функция байпасных конденсаторов в цифровых схемах — действовать как зарядные резервуары.

В цифровых схемах, в которых логические вентили переключаются с высокой частотой, требуется большой ток во время переключения. Паразитное сопротивление и индуктивность не допускают внезапного протекания большого тока, необходимого в процессе переключения.

Следовательно, байпас, который размещается как можно ближе к выводу питания, чтобы уменьшить паразитную индуктивность, будет обеспечивать мгновенный ток до того, как источник питания сможет сработать.

Применение байпасных конденсаторов

Основное назначение шунтирующего конденсатора — шунтировать нежелательные высокочастотные компоненты источника питания, пропуская желаемый постоянный ток. Ниже приведены три основные области применения байпасных конденсаторов.

Компенсация текущих требований

Байпасные конденсаторы используются для обеспечения необходимого тока, когда это необходимо. Например, ток возбуждения громкоговорителя от усилителя изменяется в зависимости от сигнала, а требования по току на выходе усилителя зависят от громкости сигнала.

Такой переменный ток на выходе вызывает переменный ток, потребляемый от источника питания. Эти колебания мощности могут вызывать колебания, которые могут быть связаны с сигнальной линией в виде шума через источник питания.

Байпасные конденсаторы

могут помочь уменьшить колебания, выступая в качестве временных источников тока.

Фильтры блока питания

В источниках питания большие байпасные конденсаторы обычно 100 мкФ или 1000 мкФ или больше используются для фильтрации пульсаций выпрямленной синусоидальной волны.

Цифровые системы

В цифровых схемах байпасный конденсатор используется между выводами VCC и GND всех ИС. Это помогает поддерживать стабильное питание в пределах рекомендуемого диапазона ИС, а также устраняет попадание высокочастотных сигналов в источник питания. Кроме того, они также действуют как поставщики мгновенного тока в схемах быстрого переключения.

Конденсатор фильтра | Приложения | Конденсаторная направляющая

Конденсаторы фильтра

Конденсаторы представляют собой реактивные элементы, что делает их пригодными для использования в аналоговых электронных фильтрах.Причина в том, что импеданс конденсатора является функцией частоты, как объясняется в статье об импедансе и реактивном сопротивлении. Это означает, что влияние конденсатора на сигнал зависит от частоты, и это свойство широко используется при проектировании фильтров.

Аналоговые электронные фильтры используются для выполнения заранее определенной функции обработки сигналов. Примером такой функции является фильтр нижних частот (ФНЧ), который пропускает низкие частоты, но блокирует высокие частоты.Другой пример — фильтр высоких частот (HPF), который пропускает высокие частоты, но блокирует низкие частоты. Это несколько основных типов фильтров, которые можно комбинировать для создания других более сложных фильтров, таких как полосовые или узкополосные фильтры.

Электронные фильтры могут быть реализованы разными способами. Они могут быть выполнены с использованием только аналоговых компонентов, таких как конденсаторы, катушки индуктивности, резисторы, транзисторы и операционные усилители. Они также могут быть реализованы с использованием цифровых технологий — схем цифровой обработки сигналов, которые состоят из специализированного компьютера или микроконтроллера и программного обеспечения, подходящего для приложения.Аналоговые фильтры делятся на пассивные и активные. В активных фильтрах используются усилительные схемы и компоненты, такие как транзисторы и операционные усилители, а в пассивных фильтрах используются исключительно резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы. Преимущество пассивных фильтров заключается в том, что не требуется никакого источника питания, кроме самого обрабатываемого сигнала, в то время как преимущество активных фильтров заключается в уменьшении размера и стоимости.

Сетевые фильтры

Особым подмножеством электронных фильтров являются сетевые фильтры. Они используются для подавления электрических помех, исходящих от линии питания.Существует множество источников шума линий электропередач, из-за которых напряжение источника питания колеблется с различной частотой. Некоторые источники шума, такие как кондиционеры, холодильники, обогреватели и другие большие нагрузки, вызывают скачки напряжения при включении и выключении. Щеточные двигатели постоянного тока создают электрический шум, пока на них подается питание. Другие источники шума, такие как сотовые телефоны, антенны связи и регуляторы света, могут создавать высокочастотный или радиочастотный шум.

Конденсаторы сетевого фильтра представляют собой простые емкостные фильтры, которые используются для уменьшения воздействия таких источников шума на устройство, что приводит к повышению его производительности.Например, в телевизоре такой фильтр используется для уменьшения мерцания изображения. Некоторые устройства, которые являются сильными источниками шума, используют сетевые фильтры, чтобы они не создавали помех другим устройствам. В сетевых фильтрах используются две распространенные топологии: конденсаторы X и Y. Из-за опасности возгорания и травм в случае неисправности конденсаторы типа X и Y подлежат дополнительным правилам безопасности.

X конденсатор

X конденсаторов подключены к линии входа. Эту топологию можно увидеть на схеме ниже:

Роль конденсатора X заключается в ослаблении некоторых электрических шумов, исходящих от линии электропитания.Конденсатор закорачивает высокие частоты, проходя через более низкие частоты. Конденсаторы X обычно имеют емкость в диапазоне от 1 мкФ до 10 мкФ и изготавливаются из полипропилена для высокочастотных применений, поскольку полиэфирные конденсаторы могут перегреваться. Если линейное напряжение является постоянным, можно использовать поляризованные конденсаторы, такие как электролитические конденсаторы. Конденсаторы X могут представлять угрозу безопасности в случае неисправности. Конденсаторы могут выйти из строя в одном из двух режимов отказа: обрыв цепи или короткое замыкание.

Если конденсатор X выходит из строя в режиме короткого замыкания, существует риск возгорания, если только автоматический выключатель не среагирует срабатыванием правильно выбранного предохранителя. Если режим отказа — разомкнутая цепь, цепь действует так, как будто конденсатора вообще нет, что подвергает прибор воздействию шума. Обычно в этом случае не происходит никакого ущерба, но может произойти потеря производительности, поскольку фильтр остается неработающим.

Y конденсатор

Конденсаторы

Y подключены между линией и шасси устройства.Эту топологию можно увидеть на следующей схеме:

Конденсатор Y выполняет ту же роль, что и конденсатор X. Эта топология используется, когда устройство имеет заземленное шасси. Само шасси может действовать как электромагнитный экран (клетка Фарадея), который защищает устройство от внешних радиочастотных помех. В случае неисправности конденсатора такая топология потенциально более опасна для пользователя.

Если один или оба конденсатора Y выходят из строя в режиме разомкнутой цепи, ничего не происходит, кроме потери эффективной фильтрации. Это может вызвать снижение производительности, особенно с более чувствительными устройствами, но не вызовет угрозы безопасности.

Если один из конденсаторов Y выходит из строя в режиме короткого замыкания, в результате шасси устройства подключается непосредственно к сетевому напряжению. Если пользователь прикоснется к корпусу, существует опасность поражения электрическим током. В редком случае, когда оба конденсатора Y выходят из строя одновременно, возникает риск возгорания, поскольку они могут привести к короткому замыканию в цепи питания. Чтобы предотвратить эти опасности, корпус должен быть надежно заземлен с помощью трехконтактной вилки питания.Третий контакт вилки шнура питания подключается к заземляющему проводу в домашней электросети. Кроме того, необходимо установить правильные предохранители для предотвращения опасности возгорания.

Конденсаторы

Y могут иметь широкий диапазон значений емкости от 0,001 мкФ до 1 мкФ. Металлизированные бумажные и пленочные конденсаторы предпочтительнее керамических конденсаторов для Y-конденсаторов из-за их стабильности, более высоких значений емкости и свойств самовосстановления, а также того факта, что режим отказа металлизированных конденсаторов имеет тенденцию к разомкнутой цепи, в то время как режим отказа керамических конденсаторы склонны к короткому замыканию, что потенциально более опасно для пользователей.

Приложения

Конденсаторы линейного фильтра

используются во многих бытовых приборах и промышленных нагрузках для защиты устройства от шума линейного напряжения, а также для защиты других устройств на той же линии от шума, генерируемого внутри цепи. Примерами являются большие нагрузки, такие как кондиционеры, холодильники, обогреватели и промышленные машины, а также чувствительное оборудование, такое как компьютеры, радио, телевизоры, оборудование связи и усилители звука.

Конденсаторы фильтра в широком смысле слова используются во всевозможных фильтрах, используемых при обработке сигналов.Примером приложения является звуковой эквалайзер, который использует несколько частотных диапазонов, чтобы обеспечить различную степень усиления для низких, средних и высоких частот.

Конденсаторы

— learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное

Любимый

73

Примеры применения

Для этого изящного маленького (на самом деле, обычно довольно большого) пассивного компонента существует множество приложений. Чтобы дать вам представление об их широком спектре использования, вот несколько примеров:

Разделительные (байпасные) конденсаторы

Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно те, которые имеют интегральную схему, развязывают.Работа развязывающего конденсатора заключается в подавлении высокочастотных шумов в сигналах источника питания. Они снимают крошечные колебания напряжения, которые в противном случае могли бы нанести вред чувствительным микросхемам, из источника напряжения.

В каком-то смысле развязывающие конденсаторы действуют как очень маленький локальный источник питания для микросхем (почти как источник бесперебойного питания для компьютеров). Если в источнике питания очень быстро падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), разделительный конденсатор может на короткое время подавать питание с правильным напряжением.Вот почему эти конденсаторы также называют байпасными конденсаторами ; они могут временно действовать как источник питания, обходя источник питания.

Разделительные конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. Д.) И землей. Нередко для обхода источника питания используют два или более конденсаторов с разным номиналом или даже разных типов, потому что некоторые номиналы конденсаторов будут лучше других при фильтрации определенных частот шума.

На этой схеме три развязывающих конденсатора используются для уменьшения шума в источнике напряжения акселерометра.Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ разделенные функции развязки.

Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, только высокочастотные сигналы могут проходить через конденсатор на землю. Сигнал постоянного тока поступит на микросхему, как и нужно. Другая причина, по которой они называются шунтирующими конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят ИС, а не проходят через конденсатор, чтобы добраться до земли.

При физическом размещении развязывающих конденсаторов они всегда должны располагаться как можно ближе к ИС. Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Вот схема физической схемы из схемы выше. Крошечная черная ИС окружена двумя конденсаторами по 0,1 мкФ (коричневые крышки) и одним электролитическим танталовым конденсатором 10 мкФ (высокая прямоугольная крышка черного / серого цвета).

Чтобы следовать хорошей инженерной практике, всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой ИС. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ или даже дополнительные конденсаторы на 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается сильным провалам или скачкам напряжения.

Фильтр источника питания

Диодные выпрямители

могут использоваться для преобразования переменного напряжения, исходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но сами по себе диоды не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! При добавлении параллельного конденсатора к мостовому выпрямителю выпрямленный сигнал выглядит следующим образом:

Может быть преобразован в сигнал постоянного тока близкого к уровню, например:

Конденсаторы — упрямые компоненты, они всегда будут пытаться противостоять резким перепадам напряжения. Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее в конденсатор, начинает быстро снижаться, конденсатор получит доступ к своему банку накопленной энергии, и он будет очень медленно разряжаться, передавая энергию нагрузке. Конденсатор не должен полностью разрядиться, пока входной выпрямленный сигнал снова не начнет увеличиваться, заряжая конденсатор. Этот танец разыгрывается много раз в секунду, многократно, пока используется источник питания.

Цепь питания переменного тока в постоянный.Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.

Если вы разорвите какой-либо блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете хотя бы один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там конденсаторы?

Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических крышки, похожие на консервные банки, в диапазоне от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — это высоковольтный 0.Крышка из полипропиленовой пленки 1 мкФ. И синий колпачок в форме диска, и маленький зеленый посередине — керамические.

Хранение и поставка энергии

Кажется очевидным, что если конденсатор накапливает энергию, одно из многих его применений будет подавать эту энергию в цепь, как аккумулятор. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую плотность энергии , чем батареи; они просто не могут вместить столько энергии, сколько химическая батарея того же размера (но этот разрыв сокращается!).

Положительным моментом конденсаторов является то, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их лучшим выбором с экологической точки зрения. Они также способны выдавать энергию намного быстрее, чем аккумулятор, что делает их подходящими для приложений, требующих коротких, но сильных всплесков мощности. Вспышка камеры могла получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от батареи).

Батарея или конденсатор?

906 906 906 ✓

Фильтрация сигналов

Конденсаторы

имеют уникальный отклик на сигналы различной частоты.Они могут блокировать низкочастотные компоненты или компоненты сигнала постоянного тока, позволяя при этом проходить более высоким частотам. Они похожи на вышибалу в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.

Фильтрация сигналов может быть полезна во всех видах приложений обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для отстройки от нежелательных частот.

Другой пример фильтрации сигнала конденсатора — это пассивные схемы кроссовера внутри динамиков, которые разделяют один аудиосигнал на множество. Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут поступать на твитер динамика. При прохождении низких частот в цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.

Очень простой пример схемы кроссовера аудио. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них может использоваться для доставки нужного сигнала настроенным аудиодрайверам.

Снижение рейтинга

При работе с конденсаторами важно разрабатывать схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.

Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не можете снизить номинальные параметры конденсаторов и превысить их максимальное напряжение. Вы можете узнать больше о его экспериментах здесь.

← Предыдущая страница
Последовательные / параллельные конденсаторы

Учебное пособие по конденсатору

: работа и использование в схемах

Конденсаторы

— один из наиболее часто используемых компонентов электронной схемы.Будет справедливо сказать, что найти работающую схему без использования конденсатора практически невозможно. Это руководство написано для того, чтобы дать хорошее представление о работе конденсаторов и их использовании в практических схемах. В этом руководстве рассматриваются три важных вопроса о конденсаторах, которые могут возникнуть у новичка.

1. Что такое конденсатор?
2. Работа конденсатора?
3. Как использовать конденсаторы в схемах?

К концу этого урока вы лучше поймете принцип работы конденсаторов. Также из этого туториала Вы узнаете, как использовать конденсатор в практических схемах. Вы можете ознакомиться с предыдущим руководством «Резисторы: работа и использование в схемах»

ЧТО ТАКОЕ КОНДЕНСАТОР:

Конденсатор — один из пассивных компонентов (не может генерировать энергию самостоятельно) в электронике. Этот конденсатор способен накапливать в нем электрический заряд, и это приводит к развитию напряжения или, другими словами, потенциальной энергии на его выводах. Проще говоря, это похоже на аккумулятор, но он может хранить заряд только временно.Чтобы сделать вещи интересными, он по-разному реагирует на постоянный ток (постоянный ток), чем на переменный (переменный ток). Мы объясним это далее в разделе «Работа с конденсатором», а теперь давайте посмотрим, как устроен конденсатор.

ВНУТРИ КОНДЕНСАТОРА:

Конструкция конденсатора довольно проста. Он состоит из двух проводящих пластин, подобных тем, что показаны на диаграмме выше (пластина 1 и пластина 2), где эти две пластины разделены небольшим расстоянием и с изоляторами между ними, также известными как диэлектрики.Это во многом похоже на сэндвич, где у нас есть две проводящие пластины и изолирующий материал или диэлектрик, зажатый между ними.

Каждая крышка имеет определенную емкость. Мы уже знаем, что конденсатор способен накапливать электрический заряд на своих пластинах. Эта емкость определяет максимальное количество заряда, которое он может хранить. Чем больше пластины и меньше расстояние между ними, тем выше будет значение емкости. Эта емкость определяется формулой

.

C = Q / V

, где Q — количество заряда, а V — напряжение, приложенное к нему.

ФАРАДОВ:

Таким образом, каждый конденсатор имеет определенное значение емкости. Единица измерения емкости измеряется в фарадах. Когда мы указываем значение емкости как 1 фарад, это означает, что конденсатор удерживает заряд в 1 кулон на своих проводящих пластинах, когда на его выводы подается одно напряжение.

РАБОТА КОНДЕНСАТОРА:

Теперь пора глубже погрузиться в работу конденсатора. Как указано выше, конденсатор действует иначе, чем переменный и постоянный ток.

КОНДЕНСАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА:

Давайте сначала рассмотрим DC и посмотрим, как он реагирует на DC.Первоначально конденсатор будет в разряженном состоянии, что означает, что на его пластинах будет нулевой заряд. Когда на его клеммы подается постоянное напряжение, ток течет и заряжает его. Начальный поток этого зарядного тока через конденсатор будет очень большим. Это приводит к накоплению положительного заряда на одной пластине и отрицательного заряда на другой пластине. По мере увеличения заряда на пластинах конденсатора зарядный ток постепенно уменьшается из-за накопления заряда на пластинах конденсатора, и он сопротивляется протеканию тока.Кроме того, заряд, накопленный на пластинах, создает разность потенциалов на пластинах.

Поток зарядного тока продолжает заряжать конденсатор до тех пор, пока развиваемое напряжение не сравняется с приложенным к нему напряжением. В этот момент зарядный ток перестает течь из-за развиваемого напряжения на конденсаторе. В этом случае конденсатор полностью заряжен положительным зарядом на одной пластине, а эквивалентный отрицательный заряд существует на другой. Напряжение, развиваемое на конденсаторе, обычно обозначается как Vc.Конденсатор будет удерживать это напряжение Vc до тех пор, пока на нем не появится напряжение. Как только поданное напряжение прекращается, через конденсатор начинает течь разрядный ток. В этот момент напряжение Vc начинает падать, и заряд, накопленный на его пластинах, уменьшается.

Через некоторый момент ток разряда замедляется, в этот момент скорость, с которой также замедляется падение напряжения. Через некоторое время напряжение конденсатора Vc достигнет нуля и заряд, накопленный на пластинах, станет нулевым.Это состояние называется состоянием разряда конденсатора. Теперь вы можете увидеть причину, по которой мы сравнили конденсатор с батареей.

КОНДЕНСАТОР С AC:

Как указывалось ранее, конденсатор по-разному реагирует при подаче переменного напряжения. При подаче постоянного напряжения конденсатор заряжается только в одном направлении. Однако, когда применяется переменный ток, конденсатор заряжается и разряжается поочередно в зависимости от его частоты. И поэтому с переменным напряжением конденсатор будет продолжать пропускать ток через него бесконечно, в отличие от постоянного тока, где конденсатор блокирует ток через определенный период времени.

Интересно то, что зарядный ток и ток разряда через конденсатор под воздействием переменного напряжения зависят от изменения напряжения, приложенного к его пластинам. Ток, протекающий в конденсаторе при подаче переменного тока, имеет тенденцию опережать напряжение на 90 °. Взгляните на график ниже.

Предположим, что переменное напряжение подается на конденсатор, начальное напряжение будет минимальным, а в этот момент зарядный ток будет максимальным, как вы можете видеть на приведенном выше графике.Когда напряжение достигнет своего пикового значения, зарядный ток будет равен нулю. После достижения пикового значения напряжение начнет уменьшаться, и ток разряда также начнет течь от конденсатора. Когда напряжение переменного тока достигает нулевого напряжения, завершая положительный полупериод сигнала, ток разряда будет максимальным. Как только сигнал начинается с отрицательного цикла, ток разряда постепенно начинает уменьшаться и достигает нуля, когда напряжение достигает максимума в отрицательном полупериоде. Таким образом, мы можем сделать вывод, что ток опережает напряжение на 90 ‘или напряжение отстает от тока на 90 ° в цепях переменного тока.Обычно это описывается как не совпадающие по фазе напряжение и ток.

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ:

Еще одна важная вещь, которую нужно знать о конденсаторах в цепях переменного тока, — это то, что они обеспечивают сопротивление току, протекающему в цепях переменного тока. Это называется реактивным сопротивлением, а точнее — емкостным реактивным сопротивлением. Это реактивное сопротивление определяется формулой

.

Xc = 1 / 2πFC или 1 / ωC (ω = 2πF)

Из приведенной выше формулы мы можем вывести, что емкостное реактивное сопротивление уменьшается с увеличением частоты сигнала переменного тока и емкости конденсатора.Когда частота сигнала высока или близка к Inifinity, реактивность будет близка к нулю. Здесь конденсатор действует как идеальный проводник. Кроме того, когда частота сигнала переменного тока становится меньше или близкой к нулю, реактивное сопротивление будет очень высоким, и оно будет действовать как очень большое сопротивление или разрыв цепи для входящего сигнала.

ПРИМЕНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА:

Теперь, когда мы поняли, что такое конденсатор и как он работает. Давайте перейдем к самому важному разделу этой статьи «Применение конденсатора».

РАЗЪЕМНЫЙ КОНДЕНСАТОР:

Это конденсаторы, которые очень важно использовать во всех цифровых схемах. Для работы цифровых ИС или микросхем в идеале требуется стабильное напряжение. Любые всплески или колебания напряжения могут привести к неработоспособности микросхемы, а иногда микросхема может быть разрушена. Именно здесь в игру вступает развязывающий конденсатор. Это конденсаторы, которые обычно используются, размещенные рядом с микросхемами, соединяющими выводы VCC и GND микросхемы, как показано на приведенной выше принципиальной схеме.

Когда схема включена, развязка конденсатор начинает заряжаться через Vcc и прекращает зарядку, как только напряжение конденсатора достигает подаваемого напряжения. В этот момент, когда есть колебания напряжения питания, конденсатор будет подавать питание на ИС в течение короткого периода времени, чтобы поддерживать стабильное напряжение на ИС. Также при скачке входного напряжения питания конденсатор начинает заряжаться до нового напряжения питания. Это при этом поддерживает стабильное напряжение на входе IC1. В больших схемах с множеством ИС часто советуют использовать большой конденсатор рядом с источником питания и малый конденсатор рядом с каждой ИС, используемой в цепи.Большой конденсатор будет обеспечивать стабильное напряжение по всей цепи. Маленькие колпачки удовлетворяют потребности используемых с ними микросхем.

КОНДЕНСАТОР МУФТЫ:

Мы видели, что развязывающие конденсаторы используются для блокировки колебаний напряжения или, другими словами, они помогают блокировать сигналы переменного тока, поскольку колебания или падение напряжения являются формой сигнала переменного тока, поскольку напряжение сигнала изменяется со временем. Конденсатор связи, с другой стороны, блокирует сигнал постоянного тока, позволяя сигналу переменного тока проходить.Другими словами, эти конденсаторы используются для соединения или связывания входного сигнала переменного тока со следующим этапом схемы путем блокировки нежелательных сигналов постоянного тока.

Эти конденсаторы широко используются в усилителях и аудио приложениях, где нас интересуют только сигналы переменного тока. Возьмем, к примеру, аудиосхему, питаемую от источника постоянного тока напряжением 9 В. Схема принимает голосовой ввод с микрофона, и этот голосовой ввод (сигнал переменного тока) является нашей достопримечательностью. Существует большая вероятность того, что сигнал постоянного тока от источника питания 9 В может смешаться с этим входным голосовым сигналом.А чтобы исключить этот элемент постоянного тока из нашего голосового входа, используется конденсатор связи C1 (показанный на схеме выше), где он блокирует сигнал постоянного тока и пропускает сигнал с переменной частотой. Помните, мы узнали, что конденсатор предлагает очень высокое сопротивление или блокирует сигнал постоянного тока.

Не только постоянный ток, при правильном выборе значений конденсатора мы можем успешно блокировать нежелательные низкие частоты и разрешать только желаемые высокие частоты. Это определяется реактивным сопротивлением конденсатора, которое задается формулой Xc = 1 / 2πFC (мы видели это ранее в этом руководстве).Помните, мы уже знаем, что конденсатор обеспечивает высокую реактивность на низких частотах, тогда как для высоких частот значение реактивного сопротивления будет низким. Поэтому для того, чтобы конденсатор связи допускал низкочастотные сигналы, нам необходимо использовать конденсаторы более высоких значений, а для высокочастотных сигналов будет достаточно более низких значений конденсаторов.

ФИЛЬТРЫ:

Это схемные блоки, используемые для фильтрации нежелательных частот из входного сигнала. Конденсаторы являются неотъемлемой частью при создании фильтров наряду с резисторами и индукторами.Фильтры имеют расширенные функциональные возможности, чем разделительные конденсаторы. По сути, есть три разных типа фильтров, о которых вам нужно знать.

ФИЛЬТР НИЗКОГО ПРОХОДА:

Фильтры нижних частот используются для разрешения частотных составляющих ниже частоты среза и блокируют частотные составляющие выше этого. Вот как это работает, когда входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор демонстрирует высокое реактивное сопротивление (высокое сопротивление) по сравнению с резистором. Следовательно, напряжение на конденсаторе будет очень высоким по сравнению с падением напряжения на резисторе.Поэтому мы получим входящий сигнал без ослабления или с низким затуханием. Между тем, когда входящий сигнал имеет высокую частоту, реактивное сопротивление конденсатора будет низким. Таким образом, падение напряжения на резисторе будет очень большим по сравнению с напряжением конденсатора, что не позволит сигналу достичь следующего каскада.

ФИЛЬТР ВЫСОКОГО ПРОХОДА:

Это фильтры, которые пропускают только сигнал с частотами выше частоты среза и блокируют сигнал с более низкими частотами. Здесь происходит то, что входящий сигнал имеет низкую частоту. Конденсатор демонстрирует высокое реактивное сопротивление и действует как разомкнутая цепь для сигнала.С другой стороны, когда входящий сигнал высокочастотного конденсатора показывает низкое реактивное сопротивление (сопротивление). Это очень мало по сравнению с резистором R1. Здесь падение напряжения на конденсаторе будет очень минимальным по сравнению с резистором, что позволяет выводить высокочастотный сигнал без ослабления или с низким затуханием.

БАНДПАСНЫЙ ФИЛЬТР:

Это комбинация фильтров высоких и низких частот. Этот фильтр пропускает только сигнал определенной полосы частот и блокирует сигнал вне этого диапазона частот.Этот тип фильтра в идеале должен иметь две частоты среза: верхнюю и нижнюю. Этот фильтр блокирует сигнал, частота которого меньше нижней частоты среза и выше верхней частоты среза. Как вы можете видеть в приведенной выше схеме, она построена с использованием фильтров высоких и низких частот. Комбинация из них позволит использовать только полосу частот между верхней и нижней частотами среза и блокирует сигнал за пределами этих частот.

ЦЕПИ ГРМ:

Из того, что мы видели до сих пор, мы знаем, что при использовании конденсатора с постоянным током требуется время для зарядки и достижения приложенного напряжения.Эти схемы синхронизации используют эту характеристику конденсатора и используют ее для создания необходимых временных задержек. Но здесь, наряду с конденсатором, используется резистор для управления скоростью зарядки конденсатора, что, в свою очередь, влияет на задержку времени.

Показанная выше схема представляет собой RC-схему синхронизации, в которой на конденсатор C1 подается постоянный источник постоянного напряжения 9 В. Задержка времени, генерируемая с помощью этой схемы, задается с помощью постоянной времени T. Постоянную времени можно рассчитать по формуле

T = RC

Конденсатору требуется 5Т или 5-кратная постоянная времени для полной зарядки.Таким образом, применение указанных выше значений резистора и конденсатора в этом уравнении даст задержку в 5 секунд. Пятисекундная задержка для достижения конденсатором напряжения питания 9 В на его выводах с момента включения питания.

5 зуб. = 5 x R x C

= 5 x 10 кОм x 100 мкФ

Время задержки = 5 сек.

Интересная вещь происходит за работой этой схемы, чтобы генерировать требуемую задержку времени. Чтобы понять это, давайте взглянем на кривую заряда на графике конденсатора.

На приведенном выше графике показано соотношение между напряжением, током и временем, затрачиваемым на зарядку конденсатора. В момент времени t = 0 конденсатор будет в разряженном состоянии, и на цепь будет подаваться постоянное напряжение. После подачи напряжения зарядный ток течет через конденсатор, накапливая одинаковые и противоположные заряды на пластинах. Это приводит к увеличению напряжения конденсатора Vc. В начале зарядный ток будет максимальным. Конденсатор будет заряжен на 63% напряжения питания, когда время достигнет постоянной T, которая отмечена 1 на графике выше.

В связи с вышеупомянутой схемой T будет составлять 1 секунду, и к тому времени напряжение на конденсаторе будет 63% от 9 В, что составляет 5,67 В. И из графика вы можете вывести на 5T (постоянная времени), конденсатор будет заряжен до подаваемого напряжения, полностью остановив ток зарядки. Теперь говорят, что конденсатор полностью заряжен.

Используя уравнение 5T = 5RC, вы можете зафиксировать значения конденсатора и резистора, чтобы заставить эту RC-цепь генерировать требуемую временную задержку для любого приложения.

БАК ИЛИ НАСТРОЕННЫЕ ЦЕПИ:

Цепи этого типа чаще всего используются в радиопередатчиках, приемниках и приложениях выбора частоты. Конденсатор работает вместе с индуктором в этих цепях, чтобы выполнить свою работу. Резервные или настроенные схемы будут использоваться, когда нам нужно сгенерировать сигнал или получить сигнал определенной частоты из сложного сигнала с несколькими частотными компонентами в нем, и отсюда появилось слово «настроенный». Элементы в этой цепи C и L могут быть настроены в соответствии с нашими потребностями.

Работа вышеуказанной схемы основана на реактивном сопротивлении как конденсатора, так и индуктора. Как и конденсатор, индуктор демонстрирует реактивное сопротивление. Но в отличие от конденсатора индуктор демонстрирует высокое реактивное сопротивление к высокочастотным сигналам, тогда как конденсатор демонстрирует высокое реактивное сопротивление к низкочастотным сигналам. Эта цепь резервуара будет построена таким образом, чтобы реактивное сопротивление обоих элементов конденсатора и индуктора было одинаковым на частоте, тем самым достигая резонанса. В Resonance этот контур резервуара способен генерировать сигналы заданной частоты или принимать сигналы этой частоты.

Вот как это работает: когда конденсатор, подключенный к этой схеме, заряжен, он накапливает заряды между пластинами. Затем ток от конденсатора переместится в индуктор, который, в свою очередь, создаст вокруг него магнитное поле. Это приводит к истощению зарядов на пластинах, и напряжение на них падает до нуля. Индуктор обладает свойством сопротивляться изменению протекания через него тока. Как только ток от конденсатора прекращается, магнитное поле индуктора схлопывается, позволяя току течь через цепь.Этот ток достигает конденсатора и снова заряжает его, создавая заряды на его пластинах и вырабатывая на нем напряжение. Этот цикл продолжает повторяться снова и снова, генерируя сигналы резонансной частоты. Мы также можем использовать эту схему для извлечения сигналов этой частоты из сложного сигнала.

СВОДКА О КОНДЕНСАТОРАХ:

1. Конденсаторы состоят из двух параллельных пластин, разделенных изолирующей средой или диэлектриками.
2. Конденсаторы хранят энергию в виде электрического заряда, в результате чего на пластинах возникает напряжение.
3. Количество заряда, которое он может хранить на своей пластине, определяется ее значением емкости.
4. Он позволяет сигналу постоянного тока проходить только в течение определенного периода времени, позволяя сигналу переменного тока проходить бесконечно.
5. Обладает высоким реактивным сопротивлением (сопротивлением) низкочастотным сигналам и низким реактивным сопротивлением высокочастотным сигналам.

Конденсаторы

6. чаще всего используются в усилителях, фильтрах, источниках питания, трансиверах и т. Д.

Это в основном о конденсаторе и его работе.Надеюсь, что это руководство будет информативным и даст вам представление о его работе и использовании в практических схемах. Я также хотел бы добавить, что есть другие приложения Capacitor, которые мы не рассмотрели в этом руководстве. Но здесь я рассмотрел самые важные приложения.

Скоро мы опубликуем руководство по другим компонентам. Подпишитесь на нашу рассылку новостей и следите за нами через каналы социальных сетей, чтобы получать регулярные обновления с нашего веб-сайта. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно конденсаторов, оставьте их в поле для комментариев ниже, я буду рад ответить на ваши вопросы.

adc — разница: фильтр нижних частот и большой конденсатор?

Краткий ответ:

Конденсатор сам по себе хорош для подачи энергии, когда потребляемая мощность MCU быстро изменяется. RC-фильтр используется для блокировки нежелательных высокочастотных сигналов.

Длинный ответ:

Две разные цепи используются для разных целей. Как вы заявили, напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно.

Я уверен, вы знаете, что

1. Для работы MCU требуется минимальное напряжение
2. MCU требует различного количества энергии во время работы

Поскольку мощность равна напряжению * току (P = VI), а напряжение должно быть постоянным, любое изменение мощности проявляется как изменение тока.

Для гипотетической конструкции с регулятором напряжения и MCU:

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Скажем, мы удалили C2:

^{смоделировать эту схему}

(извините за разные схемы, я не создал учетную запись для этого схематического сайта, и мне нужно продолжать его перерисовывать)

Если бы стабилизатор напряжения, который подает питание на MCU, был идеальным, и не было бы паразитной индуктивности или сопротивления трассы, MCU потреблял бы переменную величину тока, и регулятор не понижал бы или не повышал его напряжение.К сожалению, в реальном мире печатная плата выглядит примерно так:

^{смоделировать эту схему}

(Краткое примечание: в этом контексте индуктор можно рассматривать как резистор с высокой частотой)

Из-за паразитной индуктивности платы, сопротивления трассы и того факта, что регуляторы не могут мгновенно реагировать на изменения потребляемого тока, напряжение будет падать и повышаться по мере того, как MCU потребляет больше или меньше тока соответственно.

В качестве справки приведен график из таблицы данных LM7805

.

СТ 7805

Показывает конечное время отклика регулируемого выходного напряжения LM7805 (треугольник проваливается и выгибается в нижней строке) при увеличении и уменьшении нагрузки.Если бы регулятор был идеальным, то «отклонение напряжения» не увеличивалось бы или уменьшалось при относительно быстром увеличении или уменьшении тока.

Я понимаю, что использование катушек индуктивности вначале может немного запутать, поэтому для простоты вы можете заменить катушку индуктивности на приведенной выше схеме резистором и сложить два резистора вместе, и у вас будет резистор между вашим регулятором и MCU. Это плохо, потому что V = IR, и чем больше ток потребляет MCU, тем больше будет падение напряжения на резисторе.(Я объясню больше о том, что делают эти резисторы ниже, когда буду говорить о RC-фильтрах.

Вернуться к первоначальному дизайну. Обходной конденсатор устанавливается как можно ближе к микроконтроллеру, так что все индуктивности и сопротивления, обнаруженные на печатной плате, и тот факт, что регулятор не может среагировать мгновенно, не повлияют на уровень напряжения на микроконтроллере.

Для вашего второго (RC) контура

^{смоделировать эту схему}

Причина, по которой резистор не следует добавлять для обхода MCU, заключается в том, что напряжение на резисторе зависит от тока, протекающего через него.Это важно, потому что, если микроконтроллер работает при 5 В и потребляет 10 мА в состоянии покоя (работая без каких-либо действий), то на этом резисторе возникает падение напряжения в размере:

R * 10 мА = Vdrop

Итак, если бы у вас был резистор на 50 Ом, вы бы сбросили 0,5 В, это могло бы сбросить ваш MCU.

Фильтр нижних частот, такой как RC-фильтр, который вы там создали, не подходит для подачи питания, но полезен для фильтрации высокочастотных компонентов сигнала.

Это отлично подходит для сигналов, которые считываются с помощью АЦП, потому что АЦП может производить выборку только с определенной частотой, поэтому, если сигнал изменяется со скоростью, большей, чем высокочастотные сигналы (на самом деле 1/2 скорости из-за Найквиста теорема) будет отображаться как случайный шум, поэтому рекомендуется удалить его с помощью RC-фильтра.

В качестве примера скажем, что у вас есть АЦП, который производит выборку с частотой 10 кГц

, и вы хотите считывать аналоговый датчик, который изменяется только со скоростью 1 кГц, тогда вы можете настроить свой RC-фильтр для фильтрации сигналов с частотой более 5 кГц (вы, вероятно, не захотите начинать фильтрацию с 1 кГц, потому что RC-фильтр имеет небольшое затухание ниже частоты, на которой он предназначен для фильтрации.