Kondensator Anwendungen im Schaltungsdesign

In den vorherigen Artikeln habe ich den Kondensator und seine Berechnungen vorgestellt. In diesem Artikel geht es um einige Beispiele für Kondensator Anwendungen im Schaltungsdesign und deren Verwendung im Schaltungsdesign.

Schaltungen werden im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: digital, analog oder kombiniert. Die Rolle der Kondensatoren in jedem dieser Schaltkreise ist unterschiedlich, die Funktion des Kondensators ist jedoch konstant. Das heißt, die Platten des Kondensators lassen den Strom im ersten Moment seines Eintritts durch. Und danach speichern sie elektrische Ladungen und blockieren ihren Durchgang (in einem Gleichstrom).

Wie beispielsweise im vorherigen Artikel über den Kondensator erwähnt, weist sogar das Sinussignal, das den Kondensator durchläuft, eine Phasendifferenz auf. Die Kapazität des Kondensators erzeugt auch eine Art Widerstand, der nicht der Wärmeableitungsart entspricht (Reaktanz/Reactance).

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Kondensator Anwendungen in einer digitalen Schaltung

Jeder Stromkreis hat einen Spannungsbereich. Zum Beispiel zwischen 0 und 5 Volt. Eine digitale Schaltung ist eine Schaltung, deren Komponenten im Allgemeinen einen Ausgang haben, z. B. 0 Volt oder 5 Volt. Beispielsweise hat die Spannung von 2,5 und … darin keine spezifische Bedeutung und sollte als logisch 0 oder 1 definiert werden.

Der Einfachheit halber bedeutet Niederspannung (Masse/GND/0 V) in der Schaltungstheorie 0 und Hochspannung (VCC/5 V) bedeutet logisch 1.

Die Kondensator Anwendungen in digitalen Schaltkreisen erfolgt hauptsächlich als Entkopplungsfilter zur Rauschreduzierung oder als Taktoszillatorkondensator.

Mit anderen Worten: Kein Signal ist vollständig linear. Es gibt immer einige, auch sehr geringfügige Spannungsschwankungen und Geräusche.

Diese Spannungsschwankungen liegen teilweise im Mikrovoltbereich. Es kann aber auch sein, dass es für einige Tausendstelsekunden einen großen Schwung gibt und sich in den logischen Bereich von 0-1 bewegt.

Um dies zu verhindern, werden Kondensatoren als Schalldämpfer eingesetzt, die als „Entkopplung“ bezeichnet werden. Ein Pin des Entkopplungskondensators muss mit der Signalleitung verbunden werden, der andere muss mit der Masse verbunden werden.

Schauen Sie sich die folgende Schaltung an:

Der obere Teil ist der Spannungsreglerblock, der die Spannung zwischen 5 und 12 Volt in 3,3 Volt für die anderen Komponenten umwandelt.

Es ist klar, dass diese Spannungsumwandlung ein gewisses Maß an Rauschen in der Schaltung verursachen wird. Reglerhersteller empfehlen daher immer die Verwendung von Entkopplungskondensatoren für den Ein- und Ausgang des Reglers.

Für den Eingang werden zwei Kondensatoren mit 1 Millifarad und 100 Nanofarad verwendet.

Der 1-Millifarad-Kondensator dient zwei Zwecken: Er liefert plötzliche Ströme, die die Teile benötigen, und eliminiert außerdem niederfrequente Geräusche.

Der 100-Nano-Farad-Kondensator wird verwendet, um die hochfrequenten Schwingungen/Geräusche zu eliminieren, die möglicherweise auf dem Weg vom Adapter zum Regler entstanden sind.

Der Eingang muss ein standardmäßiger 12-V-Gleichstrom sein, sodass zwei Kondensatoren für den Eingang ausreichen. Im Ausgang des Reglers wird jedoch eine größere Zahl verwendet.

Es wurden drei Filterstufen mit 1 mF zur Stromversorgung, 22 µF zur Eliminierung von Mittelfrequenzrauschen und 100 nF zur Eliminierung von Hochfrequenzrauschen verwendet.

Außerdem wurden am Eingang des U2-Moduls, also Pin 8, zwei weitere Entkopplungskondensatoren eingesetzt, um das Pfadrauschen vom Regler zum Modul zu eliminieren. Im PCB-Schaltkreis müssen diese beiden Kondensatoren sehr nahe an Pin 8 liegen, um ausreichend effektiv zu sein.

Auch für die Pins der Schalter wird ein Kondensator verwendet, besser ist es, einen Kondensator mit relativ geringer Kapazität zu verwenden. Beispielsweise ist es besser, einen Kondensator zwischen Pin 1 der SW1-Taste und Masse (0 V) zu platzieren.

Wenn man bedenkt, dass die Zeit zum Drücken der Taste etwa eine halbe Sekunde beträgt, ist ein Kondensator zwischen 10 und 100 Nanofarad geeignet.

Ein Kondensator mit geringerer Kapazität benötigt weniger Zeit und ein Kondensator mit höherer Kapazität länger

Kondensatoren in einer analogen Schaltung

Die Beziehung zwischen der durch den Kondensator fließenden Frequenz, der Kapazität und dem Widerstand (Reaktanz) ist wie folgt:

In der obigen Beziehung ist R die Reaktanz, C der Kondensatorwert in Farad und 2π die 2*pi-Zahl (3,1415) und F (Grenzfrequenz) die maximale Frequenz (für den Parallelkondensator) oder die minimale Frequenz (für den Serienkondensator).

In den ersten Momenten sammeln sich die positiven Ladungen hinter der ersten Platte des Kondensators an. Sie erzeugen einen negativen Wind auf der gegenüberliegenden Seite, und danach entlädt sich durch die Änderung der Phase der Wechselstrom-Eingangsleistung die positive Ladung von der ersten Seite und wird durch eine negative Ladung ersetzt.

Die positive Ladung bewirkt, dass die positive Ladung auf der gegenüberliegenden Seite durch eine negative Ladung ersetzt wird.

Dadurch ändert sich die Ladung des Eingangswechselstroms, jedoch mit einer Phasendifferenz von 90 Grad. Das heißt, wenn die Sinuswelle in der ersten Platte des Kondensators ansteigt, fällt sie in der anderen Platte ab.

Aber die Kapazität des Kondensators begrenzt die Stromableitung, was die „Reaktanz“ verursacht.

Diese Funktion kann für die Frequenzfilter verwendet werden.

Wenn wir den Ausgang des Kondensators mit dem Verbraucher verbinden und die Eingangsfrequenz des Kondensators auf einen niedrigeren Wert als die Grenzfrequenz sinkt, verringert sich die Stromaufnahme, bis sie Null erreicht. Dies wird als Hochpassfilter bezeichnet.

Wenn ein Ende des Kondensators mit dem Eingang des Verbrauchers und das andere Ende mit Masse verbunden ist, beginnt der Kondensator bei der Grenzfrequenz, den Strom daran zu hindern, zum Verbraucher zu gelangen, indem er ihn von sich selbst ableitet.

Wenn die Eingangsfrequenz steigt, fließt weniger Strom zum Verbraucher, bis kein Nullpunkt mehr vorhanden ist. Dies wird als Tiefpassfilter bezeichnet.

Die folgende Abbildung zeigt zwei Arten von Kondensator Anwendungen als Filter:

Sie können diese interessante Eigenschaft von Kondensatoren beliebig als Filter nutzen.

Filter werden auch als Nichtpassfilter (zwei parallele Filter) und Passfilter (zwei sequentielle Filter) verwendet.

Im Schaltplan (Spionagemikrofon) ist C14 ein Tiefpassfilter und C13 ein Hochpassfilter.

Im Allgemeinen ist es schwierig, die genaue Kapazität des Filterkondensators theoretisch zu berechnen. Daher besteht die beste Methode darin, den geschätzten Bereich zu berechnen und die beste Kappe zu finden, indem verschiedene Kondensatoren im berechneten Bereich mit einem Messgerät getestet werden.

Das beste Messgerät in diesem Bereich ist ein Oszilloskop (oscilloscope), das die Form des Signals anzeigt