Was nützt ein Entkopplungskondensator in der Nähe eines Speicherkondensators?

Der wahrscheinlichste Grund dafür ist, dass Kondensatoren im wirklichen Leben keine unendliche Bandbreite haben. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Kapazität des Kondensators, desto weniger kann er auf hohe Frequenzen reagieren, während kleinwertige Kondensatoren besser auf höhere Frequenzen reagieren, wie in der folgenden Grafik zu sehen ist. Die gemeinsame Verwendung von zwei Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten dient nur dazu, die Reaktion der Filterung zu verbessern.

Wie Sie sagen, dienen eine Entkopplungskappe und eine Kappe für einen Hauptbehälter für die Stromversorgung zwei verschiedenen Zwecken. Sie haben Recht damit, dass die Entkopplungskappe physisch in der Nähe des Verbrauchers der Leistung sein muss, die sie entkoppelt. Die Bulk-Kappe kann sich überall im Stromnetz befinden, da sie mit niederfrequenten Strömen arbeitet.

Die falsche Annahme, die Sie treffen, besteht jedoch darin, anzunehmen, dass die schematische Platzierung eine physische Platzierung impliziert. Das tut es nicht. In einem guten Schaltplan gibt es einen Hinweis auf die physische Platzierung. In diesem Fall können wir nicht sagen, ob sich der Entkopplungskondensator (C5) physisch in der Nähe von IC1 befindet (wo er sein sollte) oder nicht.

Persönlich würde ich genau aus diesem Grund keinen Schaltplan auf diese Weise zeichnen, und ich halte dies für unverantwortlich. Die Schaltplanerfassungssoftware generiert jedoch in beiden Fällen dieselbe Netzliste, sodass die Details wirklich von der Platzierung abhängen. Ohne ein Board-Layout-Diagramm können Sie es einfach nicht sagen. Normalerweise ziehe ich die Entkopplungskappen physisch nahe an ihre Teile, um einen Hinweis darauf zu geben, dass ich dies beabsichtige und darüber nachgedacht habe. Dies ist ein Problem, das ich erwähne, wenn ich unter https://electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 über das Zeichnen guter Schaltpläne spreche .

Leider gibt es viele schlecht gezeichnete Schaltpläne.

Wenn zwei oder mehr Entkopplungskondensatoren mit unterschiedlichen Werten parallel verwendet werden, muss die Parallelresonanz berücksichtigt werden, die zwischen den beiden Netzwerken auftritt.

Clayton Paul beschrieb dieses Phänomen. Stellen Sie sich eine parallele Kopplung der Kondensatoren C1, C2 mit unterschiedlichen Werten und C1>>C2 mit parasitären L1 und L2 mit etwa dem gleichen L1=L2 vor (Abbildung 1.A).

Wir nehmen an$f_1$die Frequenz ist, bei der der Kondensator C1 mit der Induktivität L1 in Resonanz ist, und$f_2$die Frequenz, bei der der Kondensator C2 mit der Induktivität L2 in Resonanz ist.

Unterhalb der Frequenz$f_1$beide Netzwerke sehen kapazitiv aus und die Gesamtkapazität ist gleich der Summe der beiden Kondensatoren. Dies verbessert (sehr wenig) die Entkopplung bei den darunter liegenden Frequenzen$f_1$.

Über$f_2$, sehen beide Netzwerke induktiv aus und die Gesamtinduktivität ist gleich den beiden parallel geschalteten Induktivitäten oder der Hälfte der Induktivität. Dies verbessert die Entkopplung bei darüber liegenden Frequenzen$f_2$.

Bei einer Frequenz zwischen den Resonanzen der beiden Netzwerke ($f_1 < f < f_2$), ist das Ersatzschaltbild der beiden Netzwerke ein Kondensator parallel zu einer Induktivität, wie in Abbildung 1.b (Parallelresonanzkreis) gezeigt. Dadurch entsteht eine Resonanz (Bild 2), die bei Bauteiltoleranzen von über 50 % zum Problem wird.

Daher können wir schlussfolgern, dass die Entkopplung bei Frequenzen oberhalb (und unterhalb) der Frequenz, bei der beide Kondensatornetzwerke resonant sind, verbessert wird.
Die Entkopplung wird bei einigen Frequenzen zwischen diesen beiden Resonanzfrequenzen aufgrund der durch das parallele Resonanznetzwerk verursachten Impedanzspitze tatsächlich schlechter sein, was schlecht ist.

Der Hauptunterschied zwischen kleinen Kondensatoren und großen Elektrolytkondensatoren ist ihr Frequenzgang. Elektrolytkondensatoren haben schlechte Spezifikationen für höhere Frequenzen und können schließlich ausfallen, weil sie durch das Hochfrequenzrauschen belastet werden. Hohe Frequenzen wiederum, die der Elko nur teilweise filtert, können durchaus im oberen Hörbereich Ihres Verstärkers liegen.

Der kleine Kondensator filtert leicht das hochfrequente Rauschen, hat aber natürlich wenig Wirkung, wenn es um die Filterung der Niederfrequenz-Netzstromwelligkeit geht.

Nicht alle Kondensatoren sind gleich... Die größeren Bulk-Kondensatoren können aufgrund von ESR und ESL (Equivalent Series Resistance and Inductance) nicht so schnell reagieren, was von ihrer Zusammensetzung abhängt.

Es besteht natürlich die Möglichkeit, sich zu nähern, wie Sie erwähnt haben, aber im Allgemeinen hat ein gutes Schema voluminösere, langsamere und größere Kapazitäten, je weiter Sie sich von der Schaltung entfernen. die entsprechenden Frequenzen, die behandelt werden müssen, fallen ebenfalls ab, wenn es richtig gemacht wird.

Was die kleinen Entkopplungskapazitäten begrenzt, ist die Eigenresonanz der Kappe selbst und die Induktivität der Bonddrähte im Gehäuse (wiederum abhängig vom Gehäuse).

Dieses Schema der hierarchischen Skalierung setzt sich innerhalb des IC fort, wobei kritische Knoten lokale Kondensatoren für höherfrequente Ereignisse aufweisen. Natürlich sind diese Innenkappen die teuersten und kleinsten von allen.