Tụ điện tách rời là gì và làm thế nào để tôi biết nếu tôi cần nó?

Tụ điện tách rời (hoặc tụ điện làm mịn như được đề cập trong liên kết dưới đây) là gì?

Làm thế nào để tôi biết nếu tôi cần một cái và nếu có, kích thước và nơi cần đến?

Câu hỏi này đề cập đến nhiều chip cần một giữa VCC và GND; Làm thế nào để tôi biết nếu một con chip cụ thể là một?

Một thanh ghi dịch chuyển truy cập song song SN74195N 4 bit được sử dụng với Arduino có cần không? (Để sử dụng dự án hiện tại của tôi làm ví dụ) Tại sao hoặc tại sao không?

Tôi cảm thấy như mình đang bắt đầu hiểu những điều cơ bản về điện trở và một số nơi chúng được sử dụng, những giá trị nào nên được sử dụng ở những nơi đã nói, v.v., và tôi cũng muốn hiểu về tụ điện ở cấp độ cơ bản.

Tôi là người đã hỏi câu hỏi đó. Đây là cách hiểu thô sơ của tôi:

Bạn gắn các tụ điện trên / GND để thử và giữ điện áp ổn định hơn. Theo mạch điện một chiều, tụ điện đóng vai trò là mạch hở nên không có vấn đề gì với việc rút ngắn ở đó. Khi thiết bị của bạn được cấp nguồn ( = 5V), tụ điện được sạc theo công suất và đợi cho đến khi có sự thay đổi điện áp giữa và GND ( = 4.5V). Lúc này, tụ điện sẽ phóng điện để thử và đưa điện áp trở về mức điện tích bên trong tụ điện (5V). Điều này được gọi là "làm mịn" (hoặc ít nhất đó là những gì tôi gọi nó) bởi vì sự thay đổi điện áp sẽ ít rõ rệt hơn.$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$$V_{CC}$

Cuối cùng, điện áp sẽ không bao giờ trở về 5V thông qua một tụ điện, thay vào đó, tụ điện sẽ phóng điện cho đến khi điện tích bên trong nó bằng với điện áp cung cấp (đến trạng thái cân bằng). Một cơ chế tương tự chịu trách nhiệm làm mịn nếu tăng quá xa mức trung bình của nó ( có lẽ = 5.5V).$V_{CC}$$V_{CC}$

Về lý do tại sao bạn cần chúng, chúng rất quan trọng trong các mạch kỹ thuật số và analog tốc độ cao. Tôi không thể tưởng tượng bạn sẽ cần một chiếc cho SN74195, nhưng điều đó không thể làm tổn thương!

Nguồn cung cấp chậm ... họ mất khoảng 10 chúng tôi để đáp ứng (tức là băng thông lên tới 100 kHz). Vì vậy, khi bộ vi điều khiển lớn, xấu, đa MHz của bạn chuyển một loạt các đầu ra từ cao xuống thấp, nó sẽ rút ra từ nguồn cung cấp, khiến điện áp bắt đầu rủ xuống cho đến khi nhận ra (10 chúng tôi sau!) để điều chỉnh điện áp giảm.

Để bù cho nguồn cung cấp điện chậm, chúng tôi sử dụng các tụ tách rời. Tụ tách rời thêm "lưu trữ sạc" nhanh gần IC. Vì vậy, khi micro của bạn chuyển đổi đầu ra, thay vì rút điện từ nguồn điện, đầu tiên nó sẽ rút ra từ các tụ điện. Điều này sẽ mua nguồn cung cấp năng lượng một thời gian để điều chỉnh theo nhu cầu thay đổi.

"Tốc độ" của tụ điện khác nhau. Về cơ bản, các tụ điện nhỏ hơn là nhanh hơn; độ tự cảm có xu hướng là yếu tố giới hạn, đó là lý do tại sao mọi người khuyên nên đặt mũ càng gần càng tốt với VCC / GND với các đạo trình ngắn nhất, rộng nhất là thực tế. Vì vậy, chọn điện dung lớn nhất trong gói nhỏ nhất, và họ sẽ cung cấp sạc nhiều nhất nhanh nhất có thể.

Thông thường được gọi là "nắp bỏ qua", vì nhiễu tần số cao bỏ qua IC và chảy trực tiếp xuống đất, hoặc " nắp tách rời ", vì nó ngăn cản sự rút ra hiện tại của một IC ghép vào nguồn điện của IC khác.

"làm thế nào để tôi biết nếu một con chip cụ thể là một?"

Chỉ cần giả sử tất cả họ làm. :) Nếu một con chip đang vẽ dòng điện không liên tục, nó sẽ khiến điện áp cung cấp không liên tục. Nếu một con chip khác "xuôi dòng", nó sẽ thấy tiếng ồn đó trên các chân nguồn của nó. Nếu nó đủ tệ, nó có thể gây ra lỗi hoặc tiếng ồn hoặc bất cứ điều gì. Vì vậy, nói chung, chúng tôi đặt bỏ qua mũ trên tất cả mọi thứ, "ngược dòng" từ IC. (Có, hướng của dấu vết và vị trí của các thành phần có vấn đề, vì đồng không phải là chất dẫn hoàn hảo.)

Một tụ điện làm mịn (hay còn gọi là tụ tách rời ) được sử dụng để giảm sự thay đổi điện áp nguồn. Khi bạn vẽ dòng điện cao từ nguồn cung cấp năng lượng của mình (như khi chuyển đổi logic kỹ thuật số trạng thái), bạn sẽ thấy sự thay đổi trong điện áp cung cấp. Việc chuyển đổi cố gắng rút ra dòng điện tức thời lớn và tạo ra sụt áp do trở kháng của nguồn điện áp và kết nối giữa nguồn điện áp và IC. Một tụ điện tách rời sẽ giúp duy trì (hoặc làm trơn) điện áp cung cấp tại thiết bị. Đặt phần tử lưu trữ này gần với IC giúp giảm sự thay đổi điện áp tại IC.

Trừ khi bạn đo điện áp cung cấp ở mỗi IC khi IC đang vẽ dòng chuyển mạch tối đa của nó, rất khó để nói hiệu quả của tụ điện. Đối với hầu hết các thiết bị kỹ thuật số, khuyến nghị là gốm 0,1uF rất gần với thiết bị. Vì các tụ điện là nhỏ và chi phí thấp, hầu hết các nhà thiết kế sẽ chỉ thêm các tụ điện. Đôi khi nếu tôi có hai thiết bị logic rất gần nhau, bạn có thể định hướng một tụ điện duy nhất giữa hai IC. Đây thường không phải là trường hợp.

IC cung cấp điện có yêu cầu tụ điện làm mịn lớn hơn do dòng điện xoáy lớn hơn. Đối với những thiết bị đó, bạn cần xem xét kỹ hơn các yêu cầu gợn ứng dụng để xác định tụ lọc thích hợp.

Chỉ để thêm nhiều hơn về khí thải EM.

Hầu hết các công ty sẽ đề xuất mũ 0,1uF ở mỗi đầu vào nguồn. Hãy nhớ rằng đây chỉ là mức tối thiểu cần thiết để tránh sụt điện áp có thể ảnh hưởng đến hoạt động. Nếu bạn đang xây dựng một bảng mạch PCB cần phải vượt qua Phần 15 của FCC để phát thải, bạn cần phải đi xa hơn.

Cuối cùng, bạn cần tính toán toàn bộ điện dung cần thiết trên mặt phẳng cung cấp điện dựa trên thiết kế PCB và sử dụng năng lượng. Một nguyên tắc chung mà tôi sử dụng làm nơi bắt đầu là một nắp tantalum 10uF cho mỗi IC chính (vi điều khiển, ADC, DAC, v.v.) và sau đó là 0,1uF và nắp 10nF ở mỗi chân nguồn trên mỗi IC. Các mũ 10nF cần phải nhỏ, tốt nhất là 0402 hoặc tối đa là 0603 có kích cỡ 0603 để tránh cuộn cảm dẫn từ gói vô hiệu hóa hiệu ứng của tụ điện.

Tôi đánh giá cao cuốn sách này nếu bạn có kế hoạch thiết kế kỹ thuật số tốc độ cao, tốc độ cao có nghĩa là bất cứ thứ gì trên 1 MHz thực sự.

Các câu hỏi liên quan đến việc tách rời dường như xuất hiện rất nhiều gần đây. Tôi đã đưa ra một câu trả lời chi tiết ở đây: tách mũ, bố trí PCB

Điều đó nói về vấn đề tách rời và bố trí. Làm mịn cung cấp điện là một vấn đề hoàn toàn khác. Điều đó thường đòi hỏi các nắp lớn hơn phải có khả năng lưu trữ một lượng năng lượng hợp lý do tần số gợn cung cấp điện thấp hơn nhiều so với các nắp tách tần số dự định xử lý.

Tôi muốn nhấn mạnh một trong những điểm của jluciani. Điều rất quan trọng là đặt tụ điện càng gần đầu vào công suất chip càng tốt. Điều này có thể giúp loại bỏ bất kỳ tiếng ồn nào được đưa vào bất kỳ nơi nào khác, trong mạch của bạn, từ nguồn điện hoặc thậm chí một số tiếng ồn được phát ra từ một nguồn phát ra từ bo mạch của bạn.

jluciani đúng là 0,1uF rất phổ biến khi được đặt cạnh IC. Đơn giản chỉ cần nghĩ về điện dung là tụ điện có thể giữ bao nhiêu điện tích, do đó điện dung càng lớn thì càng giữ được nhiều điện tích. Nếu bạn đặt các tụ điện song song, bạn thêm nhiều công suất hơn dẫn đến điện dung hiệu quả cao hơn.

Theo như câu hỏi của bạn về việc con chip đó có cần hay không, tôi sẽ nói, nó sẽ không bị tổn thương. Bảng dữ liệu thường sẽ chỉ định nếu chip cần tụ điện tách (hay còn gọi là làm mịn) và nếu vậy thì giá trị được đề xuất là gì.

Chỉ cần thêm một vài điểm cho các câu trả lời khác:

Để đo ảnh hưởng của các xung hiện tại đến điện áp cung cấp, bạn cần sử dụng máy hiện sóng nhanh. Nó phụ thuộc vào tốc độ của các mạch, nhưng tôi đoán bạn cần băng thông 200 MHz đến 1GHz.

Ngoài ra, nếu mạch cung cấp điện mang các xung hiện tại lớn thì nó sẽ gây ra sự phát xạ vô tuyến, được tán thành vì nhiều lý do kỹ thuật và pháp lý. Một tụ điện bypass hoạt động giống như một phím tắt cho các gai này, do đó có ít phát thải hơn.

Mũ lưỡi trai đủ rẻ mà trong nhiều trường hợp không có lý do gì để không đặt chúng ở mọi nơi. Nếu không gian hoặc chi phí là vấn đề cực đoan, tuy nhiên, có thể hợp lý để bỏ qua một vài. Điều quan trọng là nhận ra những gì có thể xảy ra nếu chúng bị bỏ đi. Đề nghị của tôi sẽ là giả sử trường hợp xấu nhất xảy ra nếu chúng bị tắt: (1) Bức xạ RF ở tần số chuyển đổi đầu vào có thể tăng lên và (2) bất cứ khi nào chuyển đổi đầu vào, giả sử đầu ra và trạng thái bên trong của thiết bị có thể bị tùy tiện trục trặc. Nếu một trong những hành vi này sẽ là một vấn đề, bỏ qua mũ được yêu cầu. Nếu cả hai đều không phải là vấn đề (ví dụ vì không có đầu vào nào chuyển đổi thường xuyên đủ để bức xạ trở thành vấn đề, thiết bị không có trạng thái bên trong,

Trong trường hợp chung, một số hoặc nhiều IC, bóng bán dẫn hoặc van (ống) sẽ được kết nối với cùng một nguồn cung cấp điện. Khi một thiết bị trong các tình huống này hoạt động, nó sẽ lấy một lượng dòng điện khác nhau từ nguồn cung cấp theo tín hiệu truyền qua nó. Vì nguồn cung cấp điện không hoàn hảo, dòng điện thay đổi gây ra điện áp khác nhau xuất hiện trên đường ray cung cấp. Tất cả các thiết bị khác được kết nối với cùng một nguồn cung cấp sau đó sẽ cảm thấy điện áp này tức là. một tín hiệu nhiễu sẽ được ghép vào chúng. Điều này có thể gây ra sự mất ổn định trong các mạch tương tự hoặc chuyển đổi sai trong các kỹ thuật số. Bằng cách đặt các tụ DEcoupling tại các điểm được mô tả ở trên, điện áp nguồn sẽ ổn định hơn và các thiết bị được tách rời nhau.

Thông thường bảng dữ liệu cho chip đặc biệt gọi ra số lượng và kích thước tụ điện sẽ sử dụng. Nếu không, cách tốt nhất là gắn nắp 1 uF vào các chân nguồn của mỗi chip, cộng với nắp lớn hơn ở đâu đó trên bảng. (Trước năm 2001, thực hành tốt nhất đã sử dụng mũ 0,1 uF).

ps: bạn đã cân nhắc sử dụng 74HC595 hay 74HC166 thay vì 74195 chưa? Tôi nghi ngờ rằng nó cũng sẽ hoạt động tốt và giải phóng một số chân trên Arduino của bạn.

Mọi người thường đưa ra một lời giải thích khi được hỏi chức năng tách tụ là gì, nhưng sự thật là chúng hoàn thành một số nhiệm vụ.

Dưới đây là danh sách những điều tôi biết:

Chúng làm giảm độ nảy mặt đất

Độ nảy mặt đất là hiện tượng chênh lệch điện áp thay đổi trên mặt phẳng mặt đất ảnh hưởng tiêu cực (chủ yếu) tín hiệu tương tự và (đôi khi). Đối với các tín hiệu tương tự, như âm thanh chẳng hạn, điều này có thể tự biểu hiện dưới dạng nhiễu cao. Đối với tín hiệu số, điều đó có nghĩa là quá trình chuyển đổi tín hiệu bị thiếu / trễ / giả.

Sự khác biệt điện áp thay đổi được gây ra bởi sự tạo ra và sụp đổ của từ trường gây ra bởi sự thay đổi dòng điện.

Dòng chảy theo dòng chảy càng dài, độ tự cảm liên quan đến nó càng cao và độ nảy mặt đất càng tệ. Nhiều đường dẫn dòng chảy hiện tại cũng làm trầm trọng thêm vấn đề, cũng như tốc độ thay đổi hiện tại.

Dòng chảy hiện tại rõ ràng xảy ra giữa một nguồn cung cấp năng lượng và một IC được kết nối, nhưng rõ ràng là ít hơn giữa các IC "giao tiếp". Luồng hiện tại liên quan đến hai IC trông như thế này; cung cấp điện -> IC 1 -> IC 2 -> Mặt đất -> cung cấp điện.

Một tụ điện tách rời có hiệu quả làm giảm chiều dài đường dẫn hiện tại bằng cách hoạt động như một nguồn năng lượng, do đó làm giảm độ tự cảm và do đó bật lên mặt đất.

Ví dụ trước trở thành; Nắp -> IC 1 -> IC 2 -> Mặt đất -> Nắp

Họ giữ mức điện áp ổn định

Có hai lý do khiến mức điện áp dao động:

• Độ tự cảm của dây / dây làm giảm tốc độ thay đổi tối đa của dòng điện qua vết / dây đó; sự gia tăng đột ngột 'nhu cầu' đối với hiện tại sẽ dẫn đến giảm điện áp; sự sụt giảm đột ngột về 'nhu cầu' đối với dòng điện sẽ dẫn đến sự tăng vọt của điện áp.
• Các bộ nguồn (đặc biệt là các loại chuyển mạch) cần thời gian để đáp ứng và sẽ hơi tụt hậu so với nhu cầu hiện tại.

Một tụ điện tách rời sẽ làm giảm nhu cầu hiện tại và giảm bất kỳ giọt hoặc gai trong điện áp.

Họ CÓ THỂ giảm EMI (truyền)

Khi chúng ta nói về nhiễu điện từ, chúng ta hoặc đề cập đến việc truyền nhiễu điện từ ngoài ý muốn hoặc nhận tín hiệu điện từ dự định hoặc ngoài ý muốn đang can thiệp vào chức năng của thiết bị. Thông thường nó đề cập đến việc truyền chính nó.

Các vị trí của tụ điện (tách rời) giữa các mặt phẳng công suất và mặt đất thay đổi hệ số truyền qua một dải tần số. Rõ ràng chỉ sử dụng một giá trị cho các tụ điện của bạn cho toàn bộ PCB cũng như các tụ điện có tổn thất / điện trở cao là cách tốt nhất nếu bạn cần giảm EMI, tuy nhiên điều này đi ngược lại với thực tế phổ biến (chủ trương tăng thứ tự điện dung càng gần bạn để cung cấp điện). Hầu hết mọi người không thực sự quan tâm đến EMI nếu họ tạo ra các mạch cho sở thích của họ (mặc dù những người nghiệp dư vô tuyến thường làm), nhưng điều đó trở nên không thể tránh khỏi khi bạn thiết kế một mạch để sản xuất hàng loạt.

Một tụ điện (tách rời) CÓ THỂ làm giảm bức xạ điện từ ngoài ý muốn được tạo ra bởi mạch của bạn.

Để trả lời các câu hỏi còn lại của bạn ..

Làm thế nào để tôi biết nếu tôi cần một cái và nếu có, kích thước và nơi cần đến?

Thông thường, bạn đặt một tụ điện tách rời bất cứ khi nào có thể, chọn kích thước vật lý nhỏ nhất với giá trị lớn nhất càng gần với chân cung cấp điện của IC.

Một thanh ghi dịch chuyển truy cập song song SN74195N 4 bit được sử dụng với Arduino có cần không? (Để sử dụng dự án hiện tại của tôi làm ví dụ) Tại sao hoặc tại sao không?

Nó có thể sẽ hoạt động tốt, nhưng tại sao phải bận tâm với 'có lẽ' nếu bạn có thể tăng tỷ lệ cược bằng cách đặt một thành phần có giá vài xu, thậm chí một xu trong một số trường hợp?

Khá nhiều IC nên có một tụ tách rời. Nếu không có gì được chỉ định bởi biểu dữ liệu, ở mức tối thiểu, hãy đặt nắp gốm 0,1 uF gần chân nguồn của IC, được định mức cho ít nhất hai lần điện áp mà bạn đang sử dụng.

Nhiều thứ sẽ đòi hỏi nhiều điện dung hơn trên đầu vào. Bạn thường có thể tìm thấy các đề xuất đó trong biểu dữ liệu, ghi chú ứng dụng hoặc sơ đồ bộ đánh giá.

Hãy lấy đi một số phép thuật về bỏ qua mũ, bằng cách cải thiện mô hình mạch; 7400 cổng gia đình trông như thế này:

Cổng này, có sẵn 3 trong một gói, cung cấp ổ đĩa cao (fanout lớn) và tốc độ nhanh. Trong 74195, chúng tôi không cần tất cả ổ đĩa đó. Chúng tôi cần tốc độ. Chúng tôi sẽ giả sử bắn 2mA mỗi cổng (~ ~ 15 cổng mỗi FF)

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Chúng ta cần lưu trữ đủ phí cho 1uS hoạt động đồng hồ bận rộn. TẠI SAO? Tại sao nên sử dụng 1uS? Bởi vì các tụ điện lớn và dây dài sẽ RING, và làm đảo lộn VDD tại IC, trừ khi bị ẩm. Tần số chuông nào? 1uH và 1uF tạo ra 0.159KHz. Làm ẩm như thế nào?

Sử dụng Q = 1 [được định nghĩa là Q = ZL / R = 2 (pi Fring L / R)] và Fring = 1/2 * pi sqrt (L C), chúng tôi tìm thấy Rdampen = sqrt (L / C). Đối với 1uH và 1uF, cần MỘT OHM.

Xem xét mạch này để kiểm soát tốt tiếng chuông VDD:

^{mô phỏng mạch này}

Signal Chain Explorer cho chúng ta biết điều gì về độ ẩm 1_ohm này?

Sự ngạc nhiên? Kỹ sư logic cũng cần THIẾT KẾ bộ lọc VDD và giảm chấn VDD.

Để trả lời câu hỏi của bạn ngắn gọn: DC không đi qua tụ điện, AC không. Hầu hết nhiễu là nhiễu kết hợp AC, hoặc / và có các đặc tính AC, tức là chuyển đổi + - một số giá trị DC. Để phù hợp với những thay đổi này, bạn sử dụng một tụ điện KHAI THÁC. Nó chỉ đơn giản là quần short tín hiệu AC ra. Có rất nhiều ghi chú ứng dụng tuyệt vời về lý do và cách thức hoạt động của chúng: http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf

Ngoài ra, việc nói về tụ điện / tụ điện làm mịn - đưa nó lên trong chủ đề này chỉ gây nhầm lẫn cho người mới về thuật ngữ.
Làm mịn được thực hiện để tạo ra một điện áp rất ổn định. Ví dụ: Một số đầu ra của cảm biến / mạch phụ thuộc tỷ lệ thuận với điện áp cung cấp của chúng. Gợn sóng trong nguồn cung sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến đầu ra của họ.

Tụ điện là yếu tố lưu trữ và nó sẽ tiết kiệm năng lượng dưới dạng điện tích. Quay trở lại nắp tách, nó còn được gọi là tụ điện bypass vì nó sẽ bỏ qua gợn cung cấp và nắp được sạc này sẽ cố gắng duy trì điện áp dc cố định ở chân VDD.

Chúng là cần thiết để giảm trở kháng của hệ thống cung cấp điện. Ở các nguồn cung cấp điện tần số cao có trở kháng loạt không đáng kể chủ yếu là do độ tự cảm của lưới điện. Hãy xem phần "Sự sụp đổ đường sắt trong tính toàn vẹn quyền lực" của bài viết sau đây có thể giúp bạn hiểu ý tưởng: https://www.cohenelec.com/considering-capacitor-parasencies/