Конденсаторы в качестве защиты от помех. Куда их ставить?

[IronArgument]

Вот я и спрашиваю, почему бы не оставить один маленький керамический конденсатор C3, с его небольшой ёмкостью 0,1 мкф. Что с ним не так?

 

[Николай_С]

По идее, уже всё написано, остаётся только подрезюмировать:
Напомню, что электролитический конденсатор имеет значительную индуктивность и ESR. (Его эквивалентная схема - идеальный конденсатор большой ёмкости с последовательно включенной катушкой индуктивности и резистором.) Если подключить такую цепочку у цепь электропитания, то на ВЧ она будет неэффективна. Зато электролитический конденсатор имеет малые габариты при необходимой ёмкости для подавления НЧ помех.
Керкмический конденсатор имеет малые индуктивность и ESR, но значительные габариты для необходимого номинала.
Т.о. ставят в параллель два конденсатора - керамику и электролит. Один эффективен на ВЧ, другой - на НЧ, а весь фильтр получается приемлемых размеров.

Теперь понятно?

P.s. Существуют полупроводниковые конденсаторы, которые при малых габаритах имеют большую мощность и низкий ESR, но у них высокая стоимость. Их ставят туда, где критичны габариты и надёжность, а стоимость не имеет значения (военная техника, ноутбуки).

 

[IronArgument]

Николай_С, Вы даёте грамотные ответы. Но в вашем ответе нужно уточнить некоторые детали, а именно:

при необходимой ёмкости для подавления НЧ помех

для необходимого номинала

Необходимой, это какой? Почему конденсатор с небольшой ёмкостью - 0,1 мкф неэффективен для подавления НЧ помех? Ведь, как писала девушка:

Здесь не от ёмкости зависит

Да, и кстати, почему 220 мкф, а скажем, не 10 мкф или не 1000 мкф?

 

[СветLANa]

Я когда вижу, что начинают троллить, перестаю общаться, что толку говорить, если предыдущие посты не осмысливаются и перевираются...

 

[IronArgument]

А где Вы видите троллинг? Я задаю конкретные и осмысленные вопросы, кстати, не очень сложные. А Вы на них почему-то затрудняетесь ответить. Для Вас я повторю вопрос:

Вот я и спрашиваю, почему бы не оставить один маленький керамический конденсатор C3, с его небольшой ёмкостью 0,1 мкф. Что с ним не так?

Кстати, вопрос то серьёзный, речь идёт о критериях выбора номиналов конденсаторов, так что, тут ни разу не троллинг.

 

[СветLANa]

Можете и один маленький поставить, это зависит от величины нагрузки и допустимому уровню пульсаций для этой нагрузки.
Все расчёты легко находятся в Интернете и различных книгах.

 

[IronArgument]

Можете и один маленький поставить, это зависит от величины нагрузки и допустимому уровню пульсаций для этой нагрузки.

Ах вот как, значит, конденсатор маленькой ёмкости всё-таки способен убрать (отфильтровать) НЧ помеху? А как же тогда быть с этим?

Один эффективен на ВЧ, другой - на НЧ

 

[СветLANa]

А как же тогда быть с этим?

Я же написала, всё зависит от нагрузки. Если ток нагрузки будет исчисляться в микроамперах, то можно и маленьким конденсатором обойтись. Если это сотни и тысячи миллиампер, то ёмкость уже должна исчисляться в сотнях и тысячах микрофарад. Вот тут и нужны маленькие по размеру электролитические конденсаторы для фильтрации частот в сотни герц.

 

[IronArgument]

Я же написала, всё зависит от нагрузки.

Величина нагрузки (активное сопротивление нагрузки) несомненно влияет, но вот на какой параметр шунтирующих конденсаторов оно влияет, если мы выбираем конденсаторы исходя из величины нагрузки?

Если ток нагрузки будет исчисляться в микроамперах, то можно и маленьким конденсатором обойтись. Если это сотни и тысячи миллиампер, то ёмкость уже должна исчисляться в сотнях и тысячах микрофарад.

Вообще, интересное умозаключение, т.е. если токи маленькие, такому устройству "по барабану" НЧ помехи, которые конденсатор маленькой ёмкости не в состоянии отфильтровать. И наоборот, если токи большие, то тогда НЧ помехи представляют угрозу, и от них нужно избавиться?
А вот вам ещё интересная схема:

Три шунтирующих конденсатора! Это что за фигня? В том смысле, зачем это?

 

[Николай_С]

IronArgument, раз уж начали задавать такие вопросы, то Вам необходимо почитать про фильтры НЧ, СЧ и ВЧ.
Для фильтрации питания используются не только конденсаторы, но и катушки индуктивности, а также активные фильтры. Их параметры зависят от технических требований (коэффициент подавления, частота среза, габариты, масса) и экономических характеристик (стоимость, надежность - наработка на отказ и пр.).
При расчете фильтров необходимо учитывать конструктивные особенности всего устройства и отдельных его элементов.
Мы со Светланой дали лишь советы по выбору фильтра, касающиеся конкретно приведенной схемы, для приборов бытового назначения. В последней приведенной схеме изображен выходной каскад УМ диапазона ВЧ. Там дела с фильтрацией обстоят немного иначе.

 

[IronArgument]

Я уж думал заглохла тема. ))

Для фильтрации питания используются не только конденсаторы, но и катушки индуктивности, а также активные фильтры. Их параметры зависят от технических требований (коэффициент подавления, частота среза, габариты, масса) и экономических характеристик (стоимость, надежность - наработка на отказ и пр.).

Верно, можно ещё упомянуть резонансную частоту, добротность и полосу пропускания. Поэтому заявление:

Это, конечно, неправильно, конденсатор довольно большой ёмкости устраняет помехи независимо от диапазона частот.

звучит наивно. Если бы это было так, не было бы необходимости использовать фильтры из нескольких конденсаторов, дросселей и т.д. Т.е. сладывается впечатление, что независимо от диапазона частот, проблема во всех случаях решается установкой единственного конденсатора.
Когда я писал:

А несколько конденсаторов ставят потому, что помехи могут находится в разных частотных диапазонах, для наиболее вероятных и подбираются ёмкости.

я имел ввиду общий случай. В конкретном случае, помехи создаются в т.ч. и самими элементами схемы при переходе из одного состояния в другое. Основной тип сигнала в цифровых схемах - прямоугольный импульс, а его спектральные составляющие, как известно, находятся преимущественно в области ВЧ. Фильтр из единственного конденсатора препятствует попаданию этих ВЧ помех в цепь питания, и наоборот. Но это частный случай применения шунтирующих конденсаторов. А в общем случае, как уже упоминалось выше, конденсаторы (не только электролитические), кроме ёмкости, имеют паразитные индуктивности и сопротивления, за счет этого каждый конденсатор может рассматриваться как колебательный контур, и обладает частотами последовательного и параллельного резонанса. Причем на частоте последовательного резонанса импеданс конденсатора минимален, тогда как на частоте параллельного резонанса он может достигать достаточно высоких значений. В связи с данной особенностью необходимо так подбирать шунтирующие элементы, чтобы их импеданс в полосе рабочих частот был минимальным. А ширина полосы, в отдельных случаях, может быть достаточно велика. Так что, количество шунтирующих элементов зависит от конкретных условий и поставленной задачи.
P.S. На картинке приведён пример применения шунтирующих конденсаторов в цепи смещения широкополосного СВЧ усилителя на полевом транзисторе.

 

[СветLANa]

Ещё раз повторяю, ёмкость здесь не причём, причём - конструкция конденсатора.
Разные типы конденсаторов с одинаковой ёмкостью будут вести себя по-разному на одной и той же частоте.
Вот если бы вы написали вместо "подбираются ёмкости" -"подбирается тип конденсатора", то я бы слова не сказала...
Прогресс не стоит на месте и конденсаторы разрабатываются новые, поэтому вполне возможно, что в вашей схеме скоро (а может уже и сейчас) можно будет поставить один конденсатор.

 

[IronArgument]

Ещё раз повторяю, ёмкость здесь не причём, причём - конструкция конденсатора.
Разные типы конденсаторов с одинаковой ёмкостью будут вести себя по-разному на одной и той же частоте.
Вот если бы вы написали вместо "подбираются ёмкости" -"подбирается тип конденсатора", то я бы слова не сказала...

И ёмкость и тип конденсатора определяют его частотные характеристики. Разве не так?

 

[СветLANa]

Тип конденсатора или его конструкция определяют паразитные параметры конденсатора. А ёмкость, она и есть ёмкость...
Когда вы делаете, к примеру, какой-нибудь полосовой фильтр, то вы рассчитываете ёмкости для этого фильтра. А при шунтировании по питанию важное значение имеют как раз паразитные параметры. Вы можете поставить вместо плёночного конденсатора выводной керамический или безвыводной smd-конденсатор такой же ёмкости, но позволяющий работать в более широком диапазоне частот.

 

[Vladimir_S]

Позвольте встрять.

А где Вы видите троллинг?

В Ваших сударь, сообщениях. Ибо создается впечатление, что Вы не столько хотите разобраться в сути вопроса, сколько придраться, оспорить, передёрнуть и т.п. Извините.
Ладно, попробую и я изобразить некую картину.
Итак, начнем с ИДЕАЛЬНЫХ конденсаторов.
Рассмотрим для простоты работу фильтра выпрямителя. После диодного моста мы имеем сигнал, состоящий из постоянной составляющей и суммы переменных компонент, содержащих спектр частот, низшая из которых составляет 2f, где f - частота входного сигнала (если это сеть, то f = 50 Гц). Какой поставить фильтрующий конденсатор?
Для ответа на этот вопрос нам нужно знать, каково сопротивление нагрузки, которую мы собираемся подключить к нашему выпрямителю. Обозначим его Rн. Так вот, значение ёмкости конденсатора фильтра (Сф) выбирается из условия
Rн * Сф >> 1/(2f).
Например, если при питании 10В схема потребляет 100мА, то Rн составит 100 Ом, а значит при мостовом выпрямлении сети ёмкость конденсатора фильтра должна существенно превосходить 100мкФ. В то же время, если нагрузкой выпрямителя является, например, статический вольтметр, или электроскоп, или еще что-то с огромным входным сопротивлением, то, в соответствии с формулой, емкость конденсатора может быть существенно снижена. Надеюсь, я ответил на вопрос

Величина нагрузки (активное сопротивление нагрузки) несомненно влияет, но вот на какой параметр шунтирующих конденсаторов оно влияет, если мы выбираем конденсаторы исходя из величины нагрузки?

И еще.

Вообще, интересное умозаключение, т.е. если токи маленькие, такому устройству "по барабану" НЧ помехи, которые конденсатор маленькой ёмкости не в состоянии отфильтровать. И наоборот, если токи большие, то тогда НЧ помехи представляют угрозу, и от них нужно избавиться?

А вот это - классический пример троллинга и ёрничанья. Если токи маленькие, то маленький конденсатор СПОСОБЕН отфильтровать НЧ помеху, а если большие - то нет. Тривиально. И что тут "интересного"?
Надеюсь, с ИДЕАЛЬНЫМ фильтром на базе ИДЕАЛЬНЫХ конденсаторов разобрались. Дальнейшая дискуссия сводится к нескольким пунктам.
1. РЕАЛЬНЫЕ электролитические конденсаторы, обладая большой ёмкостью при малых размерах, имеют паразитную индуктивность, что приводит к снижению эффективности фильтрации с ростом частоты. Такой конденсатор можно представить себе, как последовательное соединение ИДЕАЛЬНОГО конденсатора и катушки индуктивности. При низких частотах индуктивность себя практически не проявляет, при высоких - наоборот, начинает доминировать.
2. РЕАЛЬНЫЕ керамические конденсаторы свободны от этого недостатка, но, по сравнению с электролитическими, ПРИ ТОЙ ЖЕ ЕМКОСТИ обладают в разы бОльшими габаритами. О чем Вам Света и написала. В ответ получив обычное ёрничанье.
3. При параллельном соединении электролитического конденсатора большой ёмкости и керамического относительно небольшой ёмкости получается хороший фильтр, поскольку конденсаторы как бы "берут на себя" разные участки частотного спектра. При этом большая ёмкость керамическому конденсатору не требуется, поскольку, как следует из формулы, чем выше частота, тем ниже требуемая ёмкость фильтра. А низкие частоты его "не интересуют" - с ними управится его коллега-электролит.

В заключение хочу отметить, что и СветLANа, и Николай_С - очень грамотные опытные радиоинженеры, и если Вы реально хотите в чем-то разобраться, можете смело доверять их ответам. А вот если желаете просто, извините, "повыёживаться", то... Ладно, не буду продолжать.

 

[IronArgument]

Действительно, всё, что писала Светлана справедливо для идеального конденсатора. И хотя импеданс идеального конденсатора тоже зависит от частоты, имея в наличии идеальный конденсатор, мы можем подобрать такую ёмкость, чтобы на любой частоте свести его импеданс к минимуму. Я должен был написать, что подбираются не ёмкости, а реальные конденсаторы, с их комплексными характеристиками. Хочу извиниться перед Светланой и всеми, кому моё поведение показалось неприличным.

 

[terkin84]

Подскажите тогда зачем тут пять конденсаторов и какого типа нужно ставить? Про первый там написано что танталовый или алюминиевый он нужен для выравнивания входящего тока. А вот остальные четыре нужны для фильтрации помех. Я так понимаю они все керамические? Если да, то почему их 4, а не один большой?

 

[terkin84]

С2 10uF, C3 0.1uF, C4 100pF, C5 33pF

 

[СветLANa]

Эти конденсаторы ставятся около ножек питания микросхем, на которых построено устройство, этим самым защищая от внешних помех как саму микросхему, так и устройство от помех, которые может внести сама эта микросхема.

 

[terkin84]

Эти конденсаторы ставятся около ножек питания микросхем, на которых построено устройство, этим самым защищая от внешних помех как саму микросхему, так и устройство от помех, которые может внести сама эта микросхема.

Спаисбо, но это я знаю. Вопрос в том какого типа должны быть четыре последних конденсатора (С2 10uF, C3 0.1uF, C4 100pF, C5 33pF) для того что бы нормально фильтровать помехи? Тут написано да и вообще читал что конденсаторы одинаковой емкости, но разного типа по разному фильтруют помехи. А тут тип не указан. Я буду ставить SMD 0603, там не важно какого типа? Они все одинаковые?

И второй вопрос возник после того как я прочитал этот топик. Я и раньше не понимал почему нельзя использовать один большой конденсатор вместо нескольких маленьких. А тут в топике вы как раз про это говорили, что можно, если они нужного типа. Так вот я думаю что тут последние четыре конденсатора как раз и идут одного типа. так почему бы вместо четырех не оставить один С2 10uF?

И раз уж мне ответили, то еще и третий вопрос задам. Тут нет грамотных специалистов из Новосибирска, которые помогут довести до ума разработку GSM-шлюза? Он уже готов и работает, но предположительно из-за помех периодически выводит из строя симки. Сам шлюз предназначен для отправки СМС (все легально, делаем для таксистов, спамом не занимаемся).