BY-PASS kondensaattorit



Samankaltaiset tiedostot
KONDENSAATTORIT, Ominaisuudet ja merkinnät

MICRO-CAP: in lisäominaisuuksia

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

Sähköstatiikka ja magnetismi Kondensaattorit ja kapasitanssi

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

Induktiivisuus WURTH ELEKTRONIK. Induktiivisuuden ABC

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

PIIRILEVYJOHTIMEN AALTOIMPEDANSSIN MÄÄRITTÄMINEN

d) Jos edellä oleva pari vie 10 V:n signaalia 12 bitin siirtojärjestelmässä, niin aiheutuuko edellä olevissa tapauksissa virheitä?

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU SUURTAAJUUSPIIRIEN PERUSTEET. Suurtaajuuspiirit. 230BS Henry Gylén

VAIHTOVIRTAPIIRI. 1 Työn tavoitteet

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

1 f o. RC OSKILLAATTORIT ja PASSIIVISET SUODATTIMET. U r = I. t τ. t τ. 1 f O. KAJAANIN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan ja liikenteen ala

Kondensaattori ja vastus piirissä (RC-piiri)

Kuva 1. Vastus (R), kondensaattori (C) ja käämi (L). Sinimuotoinen vaihtojännite

Sähkömagnetismi. s. 24. t syyskuuta :01. FY7 Sivu 1

SATE1040 Piirianalyysi IB kevät /6 Laskuharjoitus 5: Symmetrinen 3-vaihejärjestelmä

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 6 Laskuharjoitus 13: Rajapintaehdot ja siirrosvirta

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

a P en.pdf KOKEET;

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

1. Erään piirin impedanssimittauksissa saatiin seuraavat tulokset:

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

Mikrofonien toimintaperiaatteet. Tampereen musiikkiakatemia Studioäänittäminen Klas Granqvist

521384A RADIOTEKNIIKAN PERUSTEET Harjoitus 3

FYSP1082/3 Vaihtovirtakomponentit

TTY FYS-1010 Fysiikan työt I Asser Lähdemäki, S, 3. vsk. AA 5.2 Vaihtosähköpiiri Antti Vainionpää, S, 3. vsk.

Keskitaajuudella rinnakkaisreaktanssi kasvaa ideaalisena äärettömän suureksi:

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

IMPEDANSSIMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

SMG-5250 Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) Jari Kangas Tampereen teknillinen yliopisto Elektroniikan laitos

EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

HÄIRIÖSUOJAUS KAKSISUUNTAINEN PROSESSI SISÄISET JA ULKOISET HÄIRIÖT

Sähköstatiikan laskuissa useat kaavat yksinkertaistuvat hieman, jos vakio C kirjoitetaan muotoon

Luku 7 Lenzin laki kertoo induktioilmiön suunnan

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

RADIOTEKNIIKKA 1 HARJOITUSTYÖ S-2009 (VERSIO2)

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Kuva 1: Vaihtovirtapiiri, jossa on sarjaan kytkettynä resistanssi, kapasitanssi ja induktanssi

Radioamatöörikurssi 2015

Fysiikka 1. Kondensaattorit ja kapasitanssi. Antti Haarto

Passiiviset piirikomponentit. 1 DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Esimerkki 1a. Stubisovituksen (= siirtokaapelisovitus) laskeminen Smithin kartan avulla

S Piirianalyysi 1 2. välikoe

VIRTAPIIRILASKUT II Tarkastellaan sinimuotoista vaihtojännitettä ja vaihtovirtaa;

PIIRIANALYYSI. Harjoitustyö nro 7. Kipinänsammutuspiirien mitoitus. Mika Lemström

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

EMC Mittajohtimien maadoitus

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina

EMC. Elektroniikan käytön voimakas kasvu mobiililaitteet, sulautetut järjestelmät

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Vcc. Vee. Von. Vip. Vop. Vin

Syntyvä jännite on niin suuri, kuin tulevan varausvirran ja vuotovirran suhde määrää, eli: ( 1 ) U. ( 2 ) R Varautuva maksimijännite: U ) ( 7 ) max

DEE Sähkötekniikan perusteet

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

EMC Johdanto EMC. Miksi? Elektroniikan käytön voimakas kasvu mobiililaitteet, sulautetut järjestelmät

DEE Sähkötekniikan perusteet

MT , Sähkökemialliset tutkimusmenetelmät

SATE2010 Dynaaminen kenttäteoria syksy /8 Laskuharjoitus 7 / Smithin-kartan käyttö siirtojohtojen sovituksessa

6.YLIJÄNNITE- JA HÄIRIÖSUOJAUS

RG-58U 4,5 db/30m. Spektrianalysaattori. 0,5m. 60m

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

Radioamatöörikurssi 2013

Radioamatöörikurssi 2014

ESD-mittauksia 1. Työn tarkoitus

l s, c p T = l v = l l s c p. Z L + Z 0

EMC Säteilevä häiriö

ja sähkövirta I lämpövirtaa q, jolloin lämpövastukselle saadaan yhtälö

- Kahden suoran johtimen välinen magneettinen vuorovaikutus I 1 I 2 I 1 I 2. F= l (Ampèren laki, MAOL s. 124(119) Ampeerin määritelmä (MAOL s.

MUUNTAJAT. KAAVAT ideaalimuuntajalle 2 I2 Z. H. Honkanen

Diodit. I = Is * (e U/n*Ut - 1) Ihanteellinen diodi

Ohjelmistoradio. Mikä se on:

ELEC C4210 SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Pakkausteknologia. Pakkausteknologia

14.1 Tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait R 1. I 1 I 3 liitos + - R 2. silmukka. Kuva 14.1: Liitoksen, haaran ja silmukan määrittely virtapiirissä.

Sähkötekniikka. NBIELS12 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

RAPORTTI ISOVERIN ERISTEIDEN RADIOTAAJUISTEN SIGNAALIEN VAIMENNUKSISTA

S Mittaustekniikan perusteet A. Esiselostustehtävät Erityisesti huomioitava

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

Radioamatöörikurssi 2014

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I. Verkkojen taajuusriippuvuus: suo(dat)timet

SATE2180 Kenttäteorian perusteet Induktanssi ja magneettipiirit Sähkötekniikka/MV

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan. cos sin.

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Transkriptio:

BY-PA kondensaattorit H. Honkanen Lähes kaikki piirikortille rakennetut elektroniikkalaitteet vaativat BY PA -kondensaattorin käyttöä. BY-pass kondensaattorilla on viisi merkittävää tarkoitusta: Estää muiden piirien aiheuttaman ( suurtaajuisen ) jännitteenvaihtelun pääsy käyttöjännitenastoihin Estää piirin omien häiriöiden pääsy muualle piirikortille Estää piirin joutuminen värähtelevään tilaan Vaimentaa EMC häiriöitä ( Niin lähteviä, kuin myös tulevia ) Pienentää häiriövirran silmukan pinta-alaa uurtaajuiset häiriöt syntyvät nopeiden piirien virrankulutuksen nopeiden muutosten johdosta. Piirilevyfolioissa, kuten kaikissa johtimissa, on induktanssia. Tästä syystä suurtaajuiset häiriöt eivät oikosulkeudukaan täysin kauempana olevien kondensaattoreiden kautta. Lisäksi kaukana oleva energialähde ( kondensaattori ) saa aikaan suuren silmukan tehosyöttöpiiriin. Piiri voi myös joutua värähtelytilaan, jos käyttöjännite voi seurata piirin virtapulsseja. KONDENAATTORIN HÄVIÖT Ideaalisessa kondensaattorissahan ei olisi häviöitä, mutta käytännön komponenteissa niitä aina on. Ihannekondensaattori olisi täydellinen eriste, käytännössä siinä kulkee vuotovirta, joka tosin on hyvin pieni. Myöskään vaihtosähkölle kondensaattori ei ole ideaalinen komponentti, kuten alla oleva kondensaattorin sijaiskytkentä esittää: ijaiskytkennässä: - C, on kapasitanssi ( se haluttu ominaisuus ) - Rp, on eristysresistanssi, mitä isompi, sitä parempi - Rs, on sarjaresistanssi, mitä pienempi, sitä parempi - L, on induktanssi, mitä pienempi, sitä parempi Häviöt aiheuttavat kondensaattorin lämpenemistä, joka on otettava myös huomioon tehopiireissä! Kondensaattorin hyvyyttä, QUALITY, kuvataan sen häviöiden, DIAPATION, määrällä. ER:n avulla hyvyyttä laskettaessa kaikki häviöt kuvitellaan sarjavastuksessa tapahtuviksi, jolloin hyvyys on helpompi laskea: Häviökerroin, DIAPATIN FACTOR, tan δ Hyvyysluku, QUALITY FACTOR, Q R tan δ = = 2πR C = ω R X C 1 Q = tan δ C Alumiinielektrolyyttikondensaattorilla on suurimmat häviöt ja hyvälaatuisilla keraamisilla kondensaattoreilla on pienimmät häviöt. Muovieristeisten kondensaattoreiden häviöt ovat tältä väliltä. Keraamisen kondensaattorin induktanssi on hyvin pieni, muodostuen lähinnä liitäntäjohtimien induktanssista

KERAAMITEN KONDENAATTOREIDEN LUOKITTELU Keraamiset kondensaattorit jaetaan kolmeen luokkaan niiden ominaisuuksien mukaisesti: Luokka 1 : - εr = 5-450 - Huono CxU tulo tilavuutta kohden - Pienet häviöt, häviökerroin ( tanδ) on alle 0.0015 - Erittäin lämpötilavakaa - Tarkka kapasitanssiarvo Luokka 2 : - εr = 200 15 000 - uuri CxU tulo tilavuutta kohden - Kapasitanssiarvo muuttuu suuresti lämpötilan mukaan - Epätarkka kapasitanssiarvo - uurehkot häviöt, Häviökerroin ( tanδ) on 0.005 0.075 - Edullinen - uosittu yleiskondensaattori, kun kapasitanssiarvon ei tarvitse olla tarkka Luokka 3 : - εr = 10 000 50 000 - Epätarkka, suuret häviöt, vain erikoissovelluksiin - Läpivientikondensaattori - Läpivientikondensaattori on keraamisen kondensaattorin erikoistyyppi, jossa ulkopinnan ja sisällä olevan johtimen välillä on kapasitanssia - Käytetään yleisesti häiriösuojauksessa Linkki: kondensaattoreiden merkinnät Linkki: Kondensaattorin valinta MD KONDENAATTORIT, PALAKONDENAATTORIT, pintaliitoskondensaattorit - Keraamisen kondensaattorin induktanssit ovat hyvin pienet, joten siinä on erinomaiset suurtaajuusominaisuudet varsinkin johtimettomana MD komponenttina BY-PA KONDENAATTORIN IJOITU ijoitus: - BY PA kondensaattorit tulee sijoittaa mahdollisimman lähelle piirin käyttöjännitenastoja ja lisäksi siten, että johtimille ei tule erillisiä vetoja ( Niistähän muodostuisi induktanssia ). - MD kondensaattorit ovat parhaita, sillä niistä puuttuvat induktanssia aiheuttavat liitäntäjohtimet! - Pintaliitoskondensaattori sijoitetaankin usein suoraan piirin käyttöjännitenastojen väliin piirilevyn toiselle puolen. - Kondensaattorin resonanssitaajuudesta johtuen käytetään kriittisissä tapauksissa kahta erikokoista kondensaattoria rinnan. Aiheesta myöhemmin lisää.

PIIRIKORTTI KONDENAATTORINA - Piirikortti itsessään toimii myös kondensaattorina. Piirikorttia myös kannattaa käyttää by-pass - kondensaattorina. - Kapasitanssihan on sitä suurempi, mitä suurempi on levyjen välinen pinta-ala ja mitä lähempänä levyt ovat toisistaan. Piirikorttimateriaalin permittiivisyyteen ei kuitenkaan voi juuri vaikuttaa. C = ε A / l, ε = εr εo, εr = uhteellinen permittiivisyys,εo = Tyhjön permittiivisyys = 8.85 pf / m - Käytetyimmän piirilevymateriaalin, FR4:n suhteellinen permittiivisyys, εr 4.5 Mitä suurempia käyttöjännitteiden kuparialueet ovat ja mitä lähempänä toisiaan ne sijaitsevat, sitä suurempi on kapasitanssiarvo! Käyttöjännitetasot tulee sijaita päällekkäisissä kerroksissa ja ne tulee kuparoida niin täydesti kuin mahdollista ( Flood copper ) KONDENAATTORIN HÄVIÖT euraavassa kuvassa on esitetty yleisimpien kondensaattorityyppien häviöt taajuuden suhteen. Keraamisten kondensaattoreiden häviöitä ei taulukossa ole, koska niiden ominaisuudet poikkeavat niin paljon keskenään. Keraamisten kondensaattoreiden häviöistä selvitys tekstiosiossa. Mitä pienemmät häviöt, mitä pienempi tan δ, sitä parempi kondensaattori! tan δ

ER Kondensaattorille voidaan ilmoittaa Ekvivalenttinen sarjaresistanssi, ER. ( Equivalent erial Resistance ). Tämä arvo ilmaisee, kuinka suurta sarjaresistanssia häviöt vastaavat ilmoitetulla taajuudella. Laskennallisesti ER huomioidaan ideaalikapasitanssin kanssa sarjassa olevana resistanssina. Kondensaattoria voidaan tämän jälkeen laskennallisesti käsitellä RC piirinä. Kuva: Kondensaattorin ER mallinnus Kaava: RC piirin käyttäytyminen u Out = u in RC ( 1 e t ) I max = U ER ER:n avulla kondensaattorin mallinnus toimii vain pienehköillä taajuuksilla ( f < 1 MHz ). uuremmillakin taajuuksilla ER:ää voidaan käyttää, mutta tällöin sen arvo on riippuvainen taajuudesta. Tämän vuoksi suurilla taajuuksilla onkin järkevämpää käyttää kondensaattorin oikeita kapasitanssi- ja induktanssiarvoja, joilla taajuuskäyttäytyminen voidaan laskea. Valmistajien kotisivuilla ohjelmia parasiittien ( mm. ER ) määrittämiseksi Esim. Murata: http://www.murata.com/, sieltä: Design tools Muratan ohjelmiston esittely ( linkki tästä )

KONDENAATTORI UURTAAJUUDELLA KONDENAATTORIN TAAJUUKÄYTTÄYTYMINEN: REONANITAAJUU: Z 2 2 = R ( ) + XL XC, 2 1 Impedanssi: Z = R + ( ωl ) ωc 1 X L X ωl C Vaihekulma: ϕ = ARCTAN ( ), tanϕ = ωc R R Resonanssitaajuus ( X L = X C, ϕ = 0 ) : Jos parasiittien oletetaan pysyvät samoina ( X L f r = 2π 1 LC = 2π fl ) ja kapasitiivinen reaktanssihan 1 riippuu kääntäen taajuudesta ja kapasitanssiarvosta, X C =, niin resonanssitaajuus on 2π f C sitä pienempi, mitä suurempi on kondensaattorin kapasitanssiarvo. 2

Vertailussa kaksi samantyyppistä, mutta eri kapasitanssiarvon omaavaa keraamista kondensaattoria ( Murata ): 1.0 nf X7R : 100 nf X7R : Resonanssitaajuus: 200 MHz Resonanssitaajuus: 18 MHz Huomioitavaa! - Y akselin asteikko ei ole sama - Vaikka 100 nf kondensaattorin resonanssitaajuus onkin n. 10 kertaa alhaisempi, on impedanssi esimerkiksi 1 GHz taajuudella kutakuinkin yhtäsuuri, kuin 1 nf kondensaattorissakin.