Czy kondensator odsprzęgający może być zbyt duży?

W moim projekcie zawierającym ATtiny85 pracujący z częstotliwością 32,768 kHz przy użyciu zewnętrznego kryształu zegarka pomyślałem, że dla dobrego pomiaru dołączę kondensator odsprzęgający 1 uF w pobliżu styku zasilania MCU. Jednak czytając o tym, wydaje się, że większość ludzi zaleca kondensator 0,1 uF. Czy użycie zbyt dużego ograniczenia wartości (np. 1 uF) może wyrządzić jakąkolwiek szkodę, czy też zadziałałoby dobrze?

Typ jest ważniejszy niż wartość - jeśli jest to niewielka (np. 0805 lub mniejsza) część ceramiczna do montażu powierzchniowego, nie ma wady kondensatora o większej wartości.

Porównaj poniższe dwa podobne kondensatory Murata 0603 X7R (górny to 1uF, dolny to 100nF):

Jeśli spojrzysz na jakąś rozsądną impedancję, taką jak 1 om, 1uF wynosi <1 om dla 250 kHz do 600 MHz, a 100nF od około 1,8 MHz do 400 MHz, więc 1uF jest wszędzie lepszy (przyzwoity regulator wypełni niższe częstotliwości i powolny układ, taki jak ATtiny, nie tworzy żadnych krawędzi z zawartością wyższych częstotliwości, o które należy się martwić), więc jedno z nich jest prawdopodobnie w porządku.

Musisz wejść na stronę producenta czapki i albo pobrać oprogramowanie, albo skorzystać z programów internetowych, aby uzyskać rzeczywiste zachowanie, zwykle jest to pomijane w arkuszach danych w pełnej krasie, ponieważ istnieje zbyt wiele możliwości. Zauważ, że pojemność 1uF będzie faktycznie mniejsza z powodu napięcia polaryzacji, którego nie zadałem sobie trudu ustawić (to tylko przykład), ale powinieneś.

Przy 32,768 kHz odpowiedź brzmi: większy kondensator (twój 1uF) powinien być w porządku.

Przy wysokich częstotliwościach (dokładniej, szybkich przejściach na stykach urządzenia) potrzebny jest mniejszy kondensator, aby zapewnić niską impedancję przy tych szybkościach krawędzi (aby zapobiec wewnętrznemu spadkowi mocy), chociaż przy naprawdę szybkich prędkościach brzegowych kondensatory działają powyżej siebie i tak rezonans.

Mamy zazwyczaj zapewniają kondensator obwodnicy luzem (kilka uF) gdzieś w pobliżu, z mniejszych urządzeniach wartości tak blisko piny zasilania urządzenia, jak to możliwe.

Zobacz tę odpowiedź, aby uzyskać więcej informacji na temat rezonansu MLCC.

Możesz przeczytać o prądach upływowych.

Jeśli korzystasz z kryształu zegarka 32,768 kHz, istnieje duże prawdopodobieństwo, że zależy ci na średnim długoterminowym zużyciu prądu.

W moich bardzo ograniczonych badaniach prąd upływowy jest generalnie większy w większych kondensatorach, chociaż wydaje się, że głównie dotyczy rzeczywistej technologii konstrukcyjnej.

Szybkie wyszukiwanie rzeczywistych liczb doprowadziło mnie do tego artykułu autorstwa muRata z kilkoma wskazówkami. Pokazuje, że prąd upływowy zwiększa się o pojemność, ale podaje tylko wartości dla kondensatorów 1 µF.

Tylko Ty możesz odpowiedzieć, czy tak małe ilości prądu mają znaczenie, czy nie, i musisz poszukać bardziej reprezentatywnej wartości dla konkretnego rodzaju kondensatora. Może to być ważniejsze w zastosowaniach superkondensatorów niż w aplikacjach zasilanych bateryjnie.

Różnica w cenie między dużym kondensatorem, który może dostarczyć pewne ilości ładunku tak szybko, jak mniejsza nasadka, a dużym kondensatorem o gorszej wydajności, często przekracza koszt mniejszej nasadki. Zatem użycie mniejszej czapki wraz z mniejszą większą czapką zwykle pozwala osiągnąć lepszą wydajność przy niższej cenie niż stosowanie jednej czapki. Próba zrobienia zapłaty za pomocą jednego dużego limitu często oznacza, że ​​albo ktoś będzie miał gorszą wydajność wysokich częstotliwości, albo wyda więcej niż powinien.

Jeśli chodzi o to, czy całkowita pojemność może być zbyt duża, jest to funkcja zasilacza. Czapka o niskiej rezystancji szeregowej absorbuje zasadniczo cały prąd, jaki może uzyskać, dopóki nie zostanie naładowana. Gdyby podłączyć wiązkę czapek o wartości 1000 uF do źródła prądu o ograniczeniu 10 mA, wówczas szyny zasilające urządzenia osiągnęłyby 300 ms i osiągnęłyby trzy wolty, a w tym czasie nakrętka pobrałaby pełne 10 mA. Gdyby jednak zasilacz mógł bez problemu wyprowadzić 1A, wówczas czapki naładowałyby się do pełnego napięcia w zaledwie 3 ms zamiast 300.

Należy również zauważyć, że jeśli urządzenie (lub podsystem z własnymi nasadkami filtra) będzie często włączane, używane krótko, a następnie wyłączane na tyle długo, aby nasadka się rozładowała, wówczas cała energia użyta do zasilania nasadek będzie zasadniczo zmarnowane po wyłączeniu urządzenia lub podsystemu. Podwojenie rozmiaru pokrywek filtra podwoiłoby ilość odpadów.

Pomyśl o ATtiny jak o oporniku zmiennym (obciążeniu dynamicznym). Wszystkie zasilacze świata rzeczywistego mają rezystancję źródła plus przewód do urządzenia oraz pewną indukcyjność z drutu i PS. Jeśli ATtiny pobiera więcej prądu, ponieważ włącza się więcej tranzystorów (może się to zdarzyć w przedziale czasowym ns), spowoduje spadek napięcia od rezystancji i indukcyjności drutu, co może być złe. Tak więc kondensator filtrujący jest umieszczony, aby utrzymać stałe napięcie, ATtiny pobierze pewną moc z kondensatora przez krótki czas, którego potrzebuje.

$R=V*I$

Pomyśl teraz, jeśli umieścisz gigantyczny kondensator równolegle z ATtiny, nie będzie on tak bardzo różnił się od małego rezystora. Wpłynie to jednak na czas rozruchu obwodu. Jeśli umieścisz kondensator 1F równolegle z ATtiny, ładowanie może potrwać kilka minut, w zależności od twojego źródła zasilania! 1 uF powinien być w porządku. Należy pamiętać, że kondensatory mają również rezystancję szeregową, która nie jest uwzględniana w tym prostym modelu.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Ogólnie rzecz biorąc, istnieje niższy pułap wartości, ponieważ ma on wyższą częstotliwość samorezonansową. Przy niższych częstotliwościach wygląda elektrycznie jak czapka. Powyżej wygląda jak induktor.

Nie dajcie się zwieść wykresom impedancji, które pokazują tylko impedancję, ale nie jaki jest RODZAJ impedancji.

Pomyśl o większych kołpakach, które są zbiornikiem do uzupełniania ładunku z powodu takich rzeczy, jak pobór prądu szczytowego, a te mniejsze jako takie, które pochłaniają skutki krótkich przejść (impulsów prądowych) i zapobiegają ich przewodzeniu do reszty obwodu.

To nie jest DOKŁADNIE dokładne, ale jest to odpowiednia zasada.

MOŻESZ MIEĆ DUŻO POJEMNOŚCI. Wszystko zależy jednak od rodzaju zasilacza. W starych mostkach diodowych i zasilaczach z wygładzającą nasadką, im większa pojemność, tym krótszy kąt przewodzenia diody podczas prostowania sieci. Krótkie kąty przewodzenia z kolei prowadzą do większych prądów szczytowych (ponieważ średnia pozostaje taka sama, piki muszą być wyższe, gdy prąd płynie przez krótszy czas). Efektem tego jest to, że możesz przekroczyć szczytowe wartości prądu na diodach i je ugotować.

W dzisiejszych czasach z nowoczesnymi konwerterami trybu przełączania taka rzecz jest bardzo rzadka i generalnie jest czymś, o co nie musisz się martwić.

W szczególności z czymś takim jak bieg ATTiny przy kilku kHz poza kryształem zegarka nie masz się czym martwić. (ARM działający z częstotliwością 1 GHz byłby inną sprawą i uzasadniona byłaby znacznie większa ostrożność i uwaga).