Diseño electrónico - El papel de los condensadores de pc en el diseño de PC

Los condensadores de PCB son componentes electrónicos pasivos utilizados en placas de circuito impreso (pcb), que se utilizan principalmente para almacenar cargas eléctricas y liberarlas en el circuito. Suelen estar compuestos por dos placas conductoras y una capa de material aislante, una estructura que permite a los condensadores almacenar energía eléctrica y liberarla cuando sea necesario.

El capacitor en realidad debería estar compuesto por seis partes. Además de su propio capacitor c, también consta de las siguientes partes.

1. resistencia de serie equivalente ESR resr: la resistencia de serie equivalente del capacitor está compuesta por la resistencia del pin del capacitor y la resistencia equivalente de las dos placas del capacitor de serie. Cuando una gran corriente de CA fluye a través del resr, el resr hace que el capacitor disipe energía (lo que conduce a pérdidas). esto puede tener graves consecuencias para los circuitos de radiofrecuencia con una alta corriente de onda y los condensadores de desacoplamiento de la fuente de alimentación. Los condensadores más bajos de resr son los condensadores de mica y los condensadores de película fina, pero tienen poco impacto en los circuitos analógicos de señal pequeña de alta resistencia de precisión.

2. inductor de serie equivalente ESL lesl: el inductor de serie equivalente del capacitor está compuesto por el inductor de pin del capacitor y el inductor equivalente de las dos placas polares del capacitor de serie. Al igual que el resr, lesl puede ser un problema grave en entornos de trabajo de radiofrecuencia o alta frecuencia, aunque los propios circuitos de precisión funcionan bien en condiciones de corriente continua o baja frecuencia. La razón es que incluso si el salto de frecuencia se extiende a cientos o gigahertz, los Transistor utilizados en circuitos analógicos de precisión tienen ganancias, lo que permite una amplificación de baja inducción de la señal de resonancia. Esta es la razón principal por la que el lado de la fuente de alimentación del circuito debe desacoplarse correctamente a alta frecuencia.

3. la resistencia paralela equivalente EPR RL es lo que solemos llamar resistencia de fuga capacitiva. RL es un parámetro importante para aplicaciones de acoplamiento ac, aplicaciones de almacenamiento (como integradores analógicos y soportes de muestras) y el uso de condensadores en circuitos de alta resistencia. La carga eléctrica en el capacitor ideal debe variar solo con la corriente externa. Sin embargo, RL en el capacitor real hace que la carga eléctrica se filtre lentamente a una velocidad determinada por la constante de tiempo rc.

4. los dos parámetros RDA y CDA también son parámetros de distribución de condensadores, pero tienen poco impacto en la aplicación práctica, por lo que ya no se detallan aquí. Por lo tanto, hay tres parámetros importantes de distribución de condensadores: esr, ESL y epr. Entre ellos, los más importantes son los ESR y los esl. De hecho, solo el Modelo simplificado RLC se utiliza para analizar el modelo de capacitor, es decir, analizar el capacitor en función de c, ESR y esl.

5. sobre la base de la introducción del modelo detallado, hablemos de los dos condensadores que solemos usar en nuestro diseño.

6. los condensadores electroliticos (como los condensadores electroliticos de tantalio y aluminio) tienen una gran capacidad. Debido a sus bajas resistencias de aislamiento, es decir, pequeñas resistencias paralelas equivalentes EPR y altas corrientes de fuga (típicas 520 na / 188f), no son adecuadas para el almacenamiento y acoplamiento. Los condensadores electroliticos son más adecuados como condensadores de derivación de la fuente de alimentación para estabilizarlos. Los condensadores más adecuados para el acoplamiento AC y el almacenamiento de carga son los condensadores PTFE y otros condensadores de poliéster (polipropileno, poliestireno, etc.).

7. los condensadores cerámicos de un solo chip son más adecuados para los condensadores de desacoplamiento de circuitos de alta frecuencia, ya que su inducción de serie equivalente es muy baja, es decir, la inducción de serie equivalente ESL es muy pequeña y la banda de desacoplamiento es muy ancha. Esto tiene mucho que ver con su estructura. Los condensadores cerámicos de una sola pieza están compuestos por varias capas de películas metálicas y cerámicas intercaladas en el medio, dispuestas en paralelo con el bus en lugar de enredarse en serie.

El papel de los condensadores en el PCB

1. Acción de acoplamiento

Los condensadores en las placas de PCB son los principales responsables del acoplamiento de las señales, especialmente en la transmisión de señales de baja frecuencia. A través del capacitor de acoplamiento, la señal de baja frecuencia se puede transmitir eficazmente entre los circuitos para evitar la interferencia estática antes y después del circuito.

2. filtrado

El filtro es una de las funciones importantes de los condensadores en el circuito. Los condensadores pueden inhibir las señales de alta frecuencia no deseadas como filtros en la línea de alimentación o en la línea de señal, lo que hace que la salida de potencia sea más estable. Los condensadores de gran capacidad suelen ser responsables del filtrado de baja frecuencia, mientras que los condensadores de pequeña capacidad se utilizan para el filtrado de alta frecuencia para lograr la mejor calidad de señal.

3. desacoplamiento

La función principal del capacitor de desacoplamiento es proporcionar una ruta de alimentación de baja resistencia para circuitos integrados (ic) para eliminar el ruido en el sistema de alimentación, garantizando así la estabilidad del circuito. Estos condensadores suelen tener que colocarse lo más cerca posible del pin de alimentación del IC para minimizar la inducción y la resistencia.

4. almacenamiento de energía

El objetivo principal de los condensadores de almacenamiento de energía es proporcionar rápidamente la electricidad necesaria cuando el circuito está electrificado. Los condensadores de almacenamiento de energía suelen tener un gran valor capacitivo, que puede amortiguar las fluctuaciones de voltaje cuando la demanda de energía aumenta repentinamente, garantizando así la estabilidad de la fuente de alimentación. En el diseño, la disposición de los condensadores de almacenamiento de energía también debe considerar la posición relativa a la carga para garantizar su eficiencia.

5. filtro de ruido

Los condensadores se pueden lograr a través de un circuito de derivación que interfiere con el filtrado de la señal. los condensadores de derivación se utilizan generalmente para eludir el ruido de alta frecuencia, asegurando que cuando la señal se amplifica, solo la señal de baja frecuencia puede entrar en el siguiente nivel del circuito. Esto es crucial para mejorar la integridad de la señal del circuito.

6. importancia del diseño

El diseño de los condensadores en los PCB afecta directamente el rendimiento del circuito. El diseño adecuado no solo puede reducir la interferencia de la señal, sino también mejorar la integridad de la fuente de alimentación. Los condensadores deben colocarse en la ruta actual en la medida de lo posible para garantizar que desempeñen plenamente sus funciones de filtrado y desacoplamiento.

¿¿ cómo elegir el capacitor adecuado al diseñar el pcb?

1. determinar los requisitos de aplicación

Antes de elegir el capacitor adecuado, primero debe definir la aplicación específica del capacitor en el circuito. Por ejemplo, los condensadores se pueden utilizar para diferentes funciones, como filtrado, desacoplamiento, acoplamiento o almacenamiento de energía. Diferentes tipos de condensadores son adecuados para diferentes propósitos, como los condensadores de desacoplamiento, que se utilizan principalmente para filtrar el ruido de alta frecuencia en la fuente de alimentación, mientras que los condensadores de filtro se utilizan para la estabilidad y supresión de ruido del sistema eléctrico.

2. considere el tipo de condensadores

La selección de los condensadores debe determinar el tipo de acuerdo con las necesidades reales. Los tipos comunes de condensadores incluyen condensadores electroliticos de aluminio, Condensadores cerámicos y condensadores de tantalio. Los condensadores electroliticos de aluminio son adecuados para derivación de potencia de alta capacidad y baja frecuencia, mientras que los condensadores cerámicos son adecuados para circuitos de desacoplamiento de alta frecuencia debido a su baja inducción equivalente en serie.

3. selección en función de la capacidad y el nivel de tensión

La selección correcta de los valores de los condensadores es crucial, y la capacidad de los condensadores debe cumplir con los requisitos del circuito, y su tensión nominal debe ser superior a la tensión de funcionamiento más alta del circuito. Asegúrese de que hay un margen de voltaje suficiente para evitar desencadenar fallas de condensadores en condiciones de funcionamiento.

4. consideración de factores ambientales

Factores como la temperatura, la humedad y la vibración del entorno de uso también pueden afectar la elección del capacitor. Algunos tipos de condensadores tienen un bajo rendimiento a altas temperaturas o en entornos extremos, por lo que se deben seleccionar condensadores adecuados para entornos de trabajo específicos.

5. respuesta de frecuencia y ESR

En el diseño de circuitos de alta frecuencia, es necesario prestar atención a las características de frecuencia de los condensadores y la resistencia de serie equivalente (esr). La selección de condensadores con un ESR más bajo ayuda a mejorar el rendimiento del circuito, especialmente cuando la señal cambia rápidamente, un ESR bajo puede reducir la pérdida de potencia y la generación de calor.

6. tipo y diseño del embalaje

El tipo de encapsulamiento del capacitor puede afectar el diseño de la placa de circuito y la densidad de los componentes electrónicos. Por lo tanto, es necesario elegir un formato de encapsulamiento adecuado para el diseño de pcb. El diseño adecuado garantiza que los condensadores puedan conectarse de la mejor manera posible al circuito para minimizar la interferencia y mejorar el rendimiento.

Los condensadores de PCB juegan un papel vital en las placas de circuito impreso (pcb), asumiendo múltiples funciones como acoplamiento, filtrado, desacoplamiento, almacenamiento de energía y filtrado de ruido. la selección de condensadores adecuados no solo puede mejorar la estabilidad del circuito y la integridad de la señal, sino también optimizar el rendimiento del circuito bajo diferentes condiciones de operación.