Журнал РАДІОЛОЦМАН, червень 2011

Analog Dialogue, Вип. 45 - Січень 2011

Glenn Morita, Analog Devices

Вважаючи, що додаванням кількох конденсаторів вони вирішать всі проблеми, пов'язані з шумами в схемі, розробники часто не замислюються про те, що крім ємності і допустимого напруги, у конденсаторів є ще безліч характеристик. Як і будь-які інші електронні компоненти, конденсатори недосконалі. Вони володіють такими паразитними параметрами, як еквівалентний послідовний опір (Effective Series Resistance - ESR) і еквівалентна послідовна індуктивність (Effective Series Inductance - ESL), їх кількість різниться залежно від температури і напруги, вони чутливі до механічних впливів.

Розробники лінійних стабілізаторів напруги повинні ставитися до вибору вхідних і вихідних конденсаторів з точно такою ж відповідальністю, як і розробники фільтрів, времязадающих ланцюгів або інших пристроїв, параметри яких визначаються ємністю конденсатора. Наслідком неправильного вибору конденсаторів може бути нестійкість схеми, підвищений рівень шумів, надмірне споживання струму, скорочення терміну служби і непередбачувана поведінка пристрою.

Технологічні різновиди конденсаторів

Конденсатори мають самі різні розміри, форму, допустимі значення напруги і інші параметри, що дозволяють підібрати підходящий конденсатор для будь-якої програми. Як матеріал діелектрика зазвичай використовують масло, папір, скло, повітря, слюду, полімерні плівки і оксиди металів. Кожен діелектрик має специфічні властивості, які визначають область його застосування.

В стабілізаторах напруги в якості вхідних і вихідних, частіше за все, використовуються багатошарові керамічні, танталові з твердим електролітом і алюмінієві конденсатори. У Додатку до статті наведена таблиця порівняння характеристик конденсаторів різних типів.

Багатошарові керамічні конденсатори

Багатошарові керамічні конденсатори поєднують в собі малі габарити і низькі значення ESR і ESL. Але, на жаль, вони не позбавлені і серйозних недоліків. Залежно від матеріалу діелектрика, вплив на величину ємності температури, постійної напруги зміщення і амплітуди змінної напруги може бути дуже значним. Крім того, п'єзоелектричний характер діелектрика є причиною трансформації механічних вібрацій і ударів в електричний шум. Найчастіше, цей шум має порядок одиниць мікровольт, але в окремих випадках, які генеруються механічними навантаженнями шуми можуть досягати одиниць мілівольт.

Керовані напругою генератори (Voltage-controlled oscillators - VCOs), схеми ФАПЧ (phase-locked loops - PLLs), підсилювачі потужності радіочастотного діапазону (RF power amplifiers - PAs) чутливі до шумів на шинах їх харчування. У схемах VCO і PLL ці шуми виявляють себе у формі тремтіння фази, в PA - в формі амплітудної модуляції, в ультразвукових сканерах і комп'ютерних томографах призводять до спотворення зображень. Шуми небезпечні для будь-яких аналогових схем, які працюють зі слабкими сигналами. Незважаючи на всі перераховані недоліки, керамічні конденсатори використовуються практично в кожному електронному пристрої через їх невеликих розмірів і ціни. Однак, проектуючи стабілізатори напруги для чутливих до шумів додатків, необхідно уважно оцінити і все побічні ефекти.

Танталові конденсатори з твердим електролітом

У порівнянні з багатошаровими керамічними конденсаторами, параметри танталових конденсаторів з твердим електролітом в меншій мірі залежать від температури, напруги зсуву і вібрацій. У танталових конденсаторах останнього покоління замість двоокису марганцю використовується проводить полімерний електроліт, завдяки якому підвищилася стійкість до кидкам струму і відпала необхідність в токогранічітельном резистори. Крім того, зменшилася ESR. Ємність танталових конденсаторів з твердим електролітом слабо залежить від температури і напруги зсуву, тому основними критеріями вибору конденсаторів залишаються допустима напруга, робоча температура і величина ESR.

Ті, хто має низький ESR танталові конденсатори дорожче і трохи крупніше керамічних, але для додатків, де шуми викликані п'єзоефектом неприпустимі, вони можуть виявитися єдиним вибором. Струми витоку танталових конденсаторів набагато більше, ніж у керамічних такий же ємності, що робить їх непридатними для використання в деяких слабкострумових схемах.

Недоліком технології твердих полімерних електролітів є більша чутливість до підвищеної температури пайки, характерною для безсвинцевим процесів. Виробники, як правило, забороняють піддавати конденсатори з твердими полімерними електролітами більш ніж трьом циклам монтажу. Ігнорування цієї вимоги може привести до проблем довготривалої надійності.

Алюмінієві електролітичні конденсатори

Звичайні алюмінієві електролітичні конденсатори мають більші габарити, гірші значення ESR і ESL, відносно високий струм витоку і обмежений термін служби, вимірюваний тисячами годин. У алюмінієвих конденсаторах з сухим електролітом (OS-CON) використовується електроліт на основі органічних напівпровідників і катод з алюмінієвої фольги, що дозволяє отримати кращі значення ESR. Незважаючи на те, що технологічно OS-CON конденсатори близькі до танталові конденсаторів з твердим електролітом, з'явилися вони років на 10 раніше танталових. Через відсутність підданого висиханню рідкого електроліту, OS-CON конденсатори перевершують звичайні алюмінієві по терміну служби. Більшість з них розраховані на граничну температуру 105 ° C, але останнім часом стали з'являтися OS-CON конденсатори, специфіковані для температури 125 ° C.

Хоча характеристики OS-CON конденсаторів і краще, ніж звичайних алюмінієвих, OS-CON більший і мають гіршу ESR, ніж керамічні і танталові конденсатори. Так само, як танталові, вони не мають п'єзоефекту і можуть використовуватися в додатках, що вимагають низьких рівнів шумів.

закінчення читайте тут

Для коментування матеріалів з сайту і отримання повного доступу до нашого форуму Вам необхідно зареєструватися .

• Пізнавально!
• як на мене стаття ні про що висмоктана з пальця .... жоден розробник не тикає тупо або кераміку або тантал або електроліт практично завжди або кераміка з електролітом або кераміка з танталом в залежності від вимог до БП і пов'язано це з тим що ні тантал ні електроліт не забезпечать нормальну роботу БП в області ВЧ ... точно також як і відсутність кераміки в обв'язки мікросхем ...
• І все розробників народжуються розробниками в сім'ї потомствених розробників.
• Розробники лінійних стабілізаторів напруги повинні ставитися до вибору вхідних і вихідних конденсаторів з точно такою ж відповідальністю, як і розробники фільтрів, времязадающих ланцюгів або інших пристроїв, параметри яких визначаються ємністю конденсатора. Наслідком неправильного вибору конденсаторів може бути нестійкість схеми, підвищений рівень шумів, надмірне споживання струму, скорочення терміну служби і непередбачувана поведінка пристрою. Вимоги з конденсаторів в лінійних стабілізаторах нітрохи не вище, ніж в інших схемах, і вже незрівнянно нижче, ніж у фільтрах, де догляд ємності змінює частоту фільтра. Більшість поганих параметрів конденсаторів, використовуваних в стабілізаторах, компенсується великим коефіцієнтом посилення в ланцюзі зворотного зв'язку.
• Думаю 1 з повних відповідей. У нас завжди останнім часом дивляться в 1 чергу на габарити вироби і стабільність роботи, а так само залажівают в розробці% навмисного вильоту пристроїв при закупівлі неякісної (більш дешевої комплектації) в т.ч. і конденсаторів. Виробники шлюбу відомі, але беремо і ставимо :)
• Чи не залажівают, а закладаємо! ...
• прошу вибачення, але було поставлено конкретне питання, а біганина навколо теми я думаю не серйозно .Мені теж хотілося з'ясувати це питання: mad:
• не забуваємо, що існує поняття - картельну змову. перший відомий змова-виробництво запчастин для заводів Форда, потім електролампочки, потім .... виробників неякісних кондесатторв, знаємо - але купуємо у них і встановлюємо, а інакше безробіття і в журналі ФОРБС немає нових прізвищ (в списку мільярдер) ... для дому та сім'ї це важливо, для виробництва - просто не актуально ...
• Судячи з відповіді, я Вас десь зачепив. Вам не сподобався більше повну відповідь? Так не обов'язково язувати, можна і по темі сказати. І думаю не обов'язково писати, що в багатьох схемах (практично у всіх) немає "м'якого включення транзисторів і схеми ні хто і не збирався вилизувати, включаючи додаткові компаненти". Собівартість вироби і для виробництва - цікава штука.
• мене не зачепили. просто для дому та сім'ї питання тривалості роботи будь-якого виробу з будь-якої галузі - це прінціпіальноважная характеристика. а для виробництва виріб на продаж повинно відпрацювати толька під час гарантійного терміну - теж прінціпіальноважное значення. звідси кортельний змову. ви робите виріб яке відпрацює (умовно) 1 рік, ми виробляємо для нього запчастини, а за це ми для виробництва продаємо ці запчастини за ціною 1 рубь, навіть штучно .....
• Це питання на мою трохи не в тему. як мінімум останні 50 років виник різкий різниця вироблених виробів в СРСР і за кордоном. Основна різниця - за кордоном розрахунок на термін служби виробу, опрацювало - викинув. У нас продер напилком, поміняв гумку і до наступного кап. ремонту. Що стосується саме конденсаторів - ні у кого не виникало запитань, коли купували дорогу річ, нехай припустимо касетний магнітофон в авто (припустимо фірми Піонер), зараз з подивом їх іноді собіраешся під парканом в робочому стані, так, як викинули і поставили магнітофон на флешці . Багато при цьому плюються від багатьох виробів, основною причиною поломки яких є саме конденсатори, припустимо електроліти светлозеленого і темно-коричневого кольору на 100+ градусів і деякі звичайні.

При передруці матеріалів з сайту пряме посилання на РадіоЛоцман обов'язкове.

Запрошуємо авторів статей та перекладів до публікації матеріалів на сторінках сайту.