Was nützt ein Entkopplungskondensator in der Nähe eines Speicherkondensators?

Ich habe einige Schaltungen gesehen, in denen ein Entkopplungskondensator sowie ein Reservoirkondensator verwendet werden (C4 und C5):

Ich habe über Entkopplungskondensatoren gelesen und für mich sieht es so aus, als ob sie kleine Schwankungen in der Versorgungsspannung beseitigen sollen. Dann dachte ich - war das nicht auch der Zweck eines Speicherkondensators ? Warum kann der Speicherkondensator die kleinen Schwankungen nicht ausfiltern, wenn er die großen Schwankungen ausfiltern kann?

Ich habe das Gefühl, hier ein grundlegendes Missverständnis zu haben. Was ist der Zweck eines Entkopplungskondensators neben einem Speicherkondensator, wenn wir davon ausgehen, dass wir beide gleich nahe am stromverbrauchenden Teil platzieren? Oder ist der einzige Vorteil des Entkopplungskondensators, dass er kleiner ist und sich daher leichter näher an dem Strom verbrauchenden Teil platzieren lässt?

Der wahrscheinlichste Grund dafür ist, dass Kondensatoren im wirklichen Leben keine unendliche Bandbreite haben. Je höher die Kapazität des Kondensators ist, desto weniger kann er im Allgemeinen auf hohe Frequenzen reagieren, während Kondensatoren mit geringem Wert besser auf höhere Frequenzen reagieren, wie in der folgenden Grafik dargestellt. Die Verwendung von zwei Kondensatoren mit unterschiedlichen Werten wird nur durchgeführt, um das Ansprechverhalten der Filterung zu verbessern.

Wie Sie bereits sagten, haben eine Entkopplungskappe und eine Abdeckung für das Reservoir für die Stromversorgung zwei unterschiedliche Funktionen. Sie haben insofern Recht, als die Entkopplungskappe sich physisch in der Nähe des Verbrauchers der zu entkoppelnden Leistung befinden muss. Die Bulk-Kappe kann sich überall im Stromnetz befinden, da sie sich mit niederfrequenten Strömen befasst.

Die falsche Annahme, die Sie machen, geht jedoch davon aus, dass die schematische Platzierung eine physische Platzierung impliziert. Das tut es nicht. In einem guten Schema gibt es einen Hinweis auf die physische Platzierung. In diesem Fall können wir nicht feststellen, ob sich der Entkopplungskondensator (C5) physisch in der Nähe von IC1 befindet (wo er sein sollte) oder nicht.

Persönlich würde ich aus genau diesem Grund keinen Schaltplan auf diese Weise zeichnen, und ich halte es für unverantwortlich. Die Software zur Schaltplanerfassung generiert jedoch in beiden Fällen die gleiche Netzliste, sodass die Details tatsächlich der Platzierung entsprechen. Ohne ein Board-Layout-Diagramm kann man es einfach nicht sagen. Normalerweise ziehe ich die Entkopplungskappen physisch nahe an ihre Teile, um einen Hinweis darauf zu geben, dass dies das ist, was ich beabsichtige und dass ich darüber nachgedacht habe. Dies ist ein Thema, 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 zwischen den beiden Netzwerken auftretende Parallelresonanz berücksichtigt werden.

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

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

Unterhalb der Frequenz beide Netze kapazitiv aus und die Gesamtkapazität ist gleich der Summe der beiden Kondensatoren. Dies verbessert (sehr wenig) die Entkopplung bei Frequenzen unterhalb von .f $f_1$$f_1$

Oberhalb von beide Netzwerke induktiv aus und die Gesamtinduktivität entspricht den beiden parallelen Induktivitäten oder der Hälfte der Induktivität. Dies verbessert die Entkopplung bei Frequenzen oberhalb von .f $f_2$$f_2$

Bei einer Frequenz zwischen den Resonanzen der beiden Netzwerke ( ) ist das Ersatzschaltbild der beiden Netzwerke ein Kondensator, der parallel zu einer Induktivität geschaltet ist, wie in Abbildung 1.b dargestellt (Parallelschwingkreis). Dies erzeugt eine Resonanz (Abbildung 2), die zu einem Problem wird, wenn die Toleranz der Komponenten über 50% liegt.$f_1 < f < f_2$

Wir können daher den Schluss ziehen, dass die Entkopplung bei Frequenzen über (und unter) der Frequenz verbessert wird, bei der beide Kondensatornetzwerke resonant sind.
Die Entkopplung wird bei einigen Frequenzen zwischen diesen beiden Resonanzfrequenzen aufgrund der Impedanzspitze, die durch das Parallelresonanznetzwerk verursacht wird, tatsächlich schlechter sein, was schlecht ist.

Der Hauptunterschied bei kleinen Kondensatoren und großen Elektrolytkondensatoren ist ihr Frequenzgang. Elektrolytkondensatoren weisen schlechte Spezifikationen für höhere Frequenzen auf und können möglicherweise aufgrund der Belastung durch das Hochfrequenzrauschen ausfallen. Hohe Frequenzen, die der Elektrolytkondensator nur teilweise filtert, können im oberen hörbaren Bereich Ihres Verstärkers liegen.

Der kleine Kondensator filtert problemlos das Hochfrequenzrauschen, hat jedoch nur geringe Auswirkungen auf die Welligkeitsfilterung des Niederfrequenznetzteils.

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

Es gibt natürlich die Möglichkeit, in die Nähe zu kommen, wie Sie bereits erwähnt haben, aber im Allgemeinen hat ein gutes Schema sperrigere, langsamere und größere Kapazitäten, je weiter Sie sich von der Rennstrecke entfernen. Die entsprechenden Frequenzen, die behandelt werden müssen, fallen ebenfalls ab, wenn dies ordnungsgemäß durchgeführt wird.

Was die kleinen Entkopplungskapazitäten begrenzt, ist die Eigenresonanz der Kappe selbst und die Induktivität der Bonddrähte in der Packung (wiederum abhängig von der Packung).

Dieses Schema der hierarchischen Skalierung setzt sich innerhalb des IC mit kritischen Knoten fort, die lokale Kondensatoren für Ereignisse mit höherer Frequenz aufweisen. Diese Kappe auf der Innenseite ist natürlich die teuerste und kleinste von allen.