ich habe da mal ein paar Fragen zu den Kondensatoren die an den Spannungswandlern hängen. Wie sinnvoll ist es sich nach den Werten im Datenblatt zu richten (abgesehen davon, dass es meistens sinnvoll ist)? Gibt es da irgendwelche bewährten größen, die man immer nehmen kann? Welcher Kondensator sollte größer sein, der am Eingang oder eher der am Ausgang? Da gibt es ja unterschiedliche Varianten in den Datenblättern. Außerdem kommt es mir ziemlich wenig vor, wenn an Ein- und Ausgang jeweils bloß irgendwas im Bereich von 100nF (gegen Hochfrequente Störungen) bis zu 1uF (immer noch gegen die HF?) hängt. Ich vermisse da was im 470uF Bereich gegen niederfrequente Störungen, oder ist da mein Weltbild falsch?
"Ralf Sauermann" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@individual.net...
Vermutlich. Am Ausgang reicht ein Kondensator mit so viel Inhalt, bis der Spannungregler nachregeln kann, Ist der schnell genug, reicht auch 1nF, meist sind's 100nF, manchmal 33uF, siehe Datenblatt. Es hat nur was mit der Geschwindigkeit des Reglers zu tun (gegen maximale Strombelastung und erlaubten Spannungseinbruch entsprechend Datenblatt), mit nichts sonst.
Am Eingang gibt's erst mal den Siebelko des Netzteils, der im Datenblatt meist nicht erwaehnt wird. Das Datenblatt bezieht sich darauf, das der Spannungsregler an einem Kabel haengt, und da braucht es die 100nF damit der Regler, wenn er schnell mehr Strom braucht, auch mehr Strom bekommt, bevor die Zuleitung auf Grund ihrer Induktivitaet bereit ist, den Strom zu liefern. Auch dort reicht also meist 100nF, denn es kompensiert nur die Induktivitaet der Leitung bis zum Siebelko, also meist nur ein paar nutzend nH.
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Äußerst wichtig ist es erstmal, die Kondensatoren so nahe wie möglich am Spannungsregler anzubringen.
Gängige Größe ist 0,1uF, wenn es sich um die Standardregler 78XX oder
79XX handelt. Aber bekannterweise braucht jede Regel Ausnahmen, um zu stimmen. Aber zumeist ist dies unkritischer, als Anfänger ohne Bauchgefühl angesichts der ersten Konfrontation mit dem Thema vermuten. Im Zweifelsfalle kann man mit einem guten Oszilloskop hinter dem Regler nachmessen, ob nicht irgendwo hochfrequenter Müll übrigbleibt. Hat man das einige Male mit veränderten Anordnungen/Kapazitäten gemacht, so stellt sich auch irgendwann das Bauchgefühl ein. Welches auffordert, im Falle von unvermittelten Schaltungsstörungen, dies zu kontrollieren.
Spezielleres Wissen: Folienkondensatoren sind für solche Zwecke (ebenso wie die Pufferkapazitäten der Versorgungsspannung an empfindlichen ICs) besser als keramische. Je niedriger der ESR bzw. tand des Kondesnators, umso besser. Insbesondere dann, wenn die Schaltung in einer störungsreichen Umgebung/Stromnetz betrieben wird, wie sie beispielsweise in Industriegebieten vorherrschen. Wenngleich die Schaltnetzteile der verbreiteten Computer auch in Wohngegenden mit einer leichten Verseuchung zu beginnen.
In einer Fachzeitschrift namens "Elektronik" gab es mal einen Artikel zur Beschaltung der Spannungsregler. Da hatte man mehrere Kondensatoren mit unterschiedlicher Kapazität (0,082/0,1/0,12uF usw) aber ansonsten gleichen Eigenschaften parallelgeschaltet . Da jeder einzelne der Kondensatoren seinen niedrigsten ESR bei einer anderen Frequenz hat, soll diese Kombination breitbandiger filtern. Es gibt dann soviele relative ESR-Minima an verschiedenen Frequenz-Abszissen, wie Kondensatoren.
Ich zweifle bis heute daran, dass dies so stimmt. Denn die Parallelschaltung zweier Kondensatoren ist dasselbe, als wenn beide in einem Kondensator vereinigt wären. Ein Mehr an Windungen in einem Folienkondensator ist auch nur eine Parallelschaltung. Und somit gibt es nur _EIN_ resultierendes relatives und damit absolutes ESR(Frequenz) Mininmum. Gegenteilige Meinungen?
Das Datenblatt weiß nicht, woher Deine zulaufende Spannung stammt. Im Extremfall kommt sie schon aus einen weiteren Spannungsregler mit höherer Ausgangsspannung, die in der Schaltung ebenfalls benötigt wurde. Dann wäre sie schon hervorragend glatt und es bräuchte keinen großen Kondensator. Den 0,1uF (oder mehr) aus dem Datenblatt benötigst Du in jedem Falle.
Was du daneben an Kapazität benötigst, bemisst sich nach der Dropout Spannung des Reglers. Die zulaufende Spannung am Regler muss zu jedem Zeitpunkt um die Dropoutspannung größer sein, als dessen Ausgangspannung. Einbrüche darunter schlagen auf den Ausgang durch. Der Regler benötigt den Dropout "zum Regeln".
Daraus kann sich natürlich die Notwendigkeit eines größeren Kondensators bzw Elkos ergeben. Dies insbesondere in dem häufigen Fall, dass der Spannungsregler einem Trafo plus Gleichrichter vorgeschaltet wird. Die dann herrschenden Zusammenhänge wurden von MaWin schon vorzüglich beschrieben.
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Schau dir mal das Ersatzschaltbild eines Kondensators an. Da sind auch Spulen und Widerstaende 'eingebaut'. Die Theorie stimmt also schon. Ob es sich aber gerade bei einem popeligen 7805 auswirkt will ich aber auch mal bezweifeln. Es verwendet ja auch keiner Abschlusswiderstaende an seinen Steckdosen oder?
Der Artikel war bestimmt von Dirks. In seinen Seminaren hat er diesen Sachverhalt sogar nachgewiesen. Ich will keine Werbung machen, aber die Seminare sind wirklich ihr Geld wert.
Der hat sogar eine Software womit man den Frequenzgang des Kondensatorhaufens berechnen kann.
Das ist in etwa so der Fall, abgesehen von einer geringfügigen Beein- flussung: Es werden ja (schwach) gedämpfte Serienresonanzkreise par- allel geschalltet.
Das ist für Gleichstrom sicher richtig.
... und der hat eine Induktivität in den Zuleitungen und in der Folie des Wickels. Parallel geschaltete Induktivitäten geben eine geringere Gesamtinduktivität. Aber nun kommen noch die Widerstände dazu.
Ich hatte für Messzwecke vor langer Zeit mal eine Impedanz kleiner
5 Ohm für den Frequenzbereich von 10 Hz bis 30 MHz bauen müssen. Da wurden ganz verschiedene Kondensatoren parallel geschaltet, insge- samt 6 Stück.
Hundertprozentig sicher bin ich mir bei meinem Nein auch nicht. Aber vorausgesetzt, seine Aussage stimmt, dann müsste sich bei einem bestehenden Folienkondensator durch das Aufbringen zusätzlicher Wicklungen (Parallelschalten) ein zweiter Kondensator definieren lassen, durch weiteres Wickelm ein dritter usw.
Oder anders herum: Ich berechne zunächst nach der Dirks Methode mehrere Kondensatoren. Dann ermittele ich deren Summe und wickele einen Folienkondensator mit diesem Summenwert. Dieser müsste sich dann durch theoretisches Aufspalten in die von Dirks berechneten Einzelkondensatoren zerlegen lassen, weil sie in ihm parallel geschaltet sind. Jedem ist klar, dass dies unsinig wäre: Die eine ESR-Minimum in der Kurve lässt sich nicht zu mehreren "umrechnen". Die Kurve ist, wie sie ist.
Es muss also einen Sinn in der realen Aufspaltung geben. Dieser kann aber nur darin liegen, dass sich dann zwischen den einzelnen Kondensatoren ein Realwiderstand oder eine Induktivität entwickelt. Somit wäre aber der resultierende Kondensator schlechter, als wenn ich ihn "am Stück" gelassen hätte. Denn die ESR Kurve mit dem _EINEN_ Minimum des großen Kondensators verläuft unterhalb der ESR Kurve der Zusammenschaltung. Dann ist es aber besser, gleich den großen Einzelkondensator zu nehmen.
Insgesamt ergäbe sich, dass die Methode der Zusammenschaltung tatsächlich mehrere Minima produziert. Aber nur dadurch, dass er einen guten Einzelkondensator in mehrere verschlechtert. Das eine Extremum der ESR-Kurve würde also auf mehrere "verteilt" und diese also tatsächlich "glatter".
Ein gutes Filter braucht aber keine glatte ESR Kurve, sondern ein glattes Ausgangssignal. Und genau hier erscheint mir die Methode ein bißchen suggestiv und damit suspect. Das "glatteste" Ausgangssignal erhalte ich mit einer ESR-Kurve, die in jedem Punkt tiefer verläuft, und sei sie noch so "krumm". Und die hat (bei allen mathematischen Verrenkungen) immer noch der Einzelkondensator. Also nimmt man einen solchen.
Die Theorie hätte allenfalls Sinn, wenn ein solch großer Einzelkondensator nicht herstellbar wäre. Dies ist aber Schnee von gestern. Insbesondere heutzutage, wo die ausgegorene Technik der Stirnkontaktierung bei den Folienkondensatoren nahezu massive Aluklötze mit Traum ESR-Werten beschert, lassen sich Monsterfolienkondensatoren herstellen, die ihr Volumen inzwischen schon in Kubikdezimetern angeben können. Zumindest Wima beherrscht diesen Prozess (soweit mir bekannt, als Einziger) und bietet solche "GTO"-Kondensatoren an. Die im Thread erwähnten Störgrößen im Ersatzschaltbild sind darin nahezu nicht existent.
Gäbe es diese fast idealen Riesenkondensatoren nicht, hätten wir beispielsweise keine Windkraftanlagen. Da deren Drehzahl variiert, müssen diese nämlich beim Einspeisen Ihre bis zu 4,5 Megawatt durch tatsächliche Zerhackung an die Netzfrequenz synchronisieren. Und das geht nur unter Zuhilfenahme von nahezu idealen Kondensatoren. Ansonsten würden deren Verluste diese sprengen.
Insgesamt gibt es also nach meinem Dafürhalten keine sinnvolle Anwendung der Zusammenschaltmethode. Ich wäre aber dankbar, wenn andere meinen obigen Gedankengang abklopfen würden.
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Bei Stirnkontaktierung kein Thema. Die Induktivitäten entstehen erst gar nicht. Oder mit Deinen Worten: Die Parallelschaltung der Einzelinduktivitäten ist bei der Stirnkontaktierung über die Gesamtfläche des Folienwickels schon eingebaut.
siehe dazu meine Antwort auf Andreas Fecht weiter oben im Thread.
Was waren das für Kondensatoren? Keramische? Stirnkontaktierte?
Ich erlebe viele lange Diskussionen zum Thema Filter und Störungen, die sich in Luft auflösen würden, wenn die Leute statt aufwendiger Konstruktionen bestens stirnkontaktierte Folienkondensatoren verwenden würden.
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Du wirfst hier reale und ideale Bauelemente durcheinander. Lediglich bei idealen Kondensatoren stimmt die Parallelschaltung einfach so.
Der Sinn liegt darin, daß jeder Kondensator u.a. eine parasitäre Induktivität enthält, was ihn zu einem (Serien-)Schwingkreis macht. Deswegen auch der ausgeprägte Dip in der Z/f Kurve. Kondensatoren verschiedener Kapazität haben bauartbedingt verschiedene Resonanz- frequenzen und damit verschiedene Z/f Kurven. Die (komplexe) Parallel- schaltung dieser realen Bauelemente ist unter dem Strich eben tatsächlich ein besserer Kondensator als jedes Einzelbauelement.
Die Induktivität ist beileibe nicht nur konzentriert in Form von Folien-Kontaktierung oder Anschlüssen, sondern auch *verteilt* auf den Leitern *im* Kondensator. Vergleichbar mit dem Kapazitäts- bzw. Induktivitätsbelag bei Kabeln. Deswegen bekommt auch Wima die trotz perfektionierter Stirnkontaktierung nicht ganz weg.
Arbeitest du bei einem Folienkondesatorhersteller ? Deine Lobeshymmen in allen Ehren, aber die "Leute" nehmen lieber 2 oder
3 Keramische Kondensatoren paralell, da diese um einiges Preiswerter sind. Folienkondesatoren benutzen wir nur noch für Audio und für spezielle Meßtechnik. Bei uns kommt auch kein Tantal mehr aufs Board ( Keine Unterstützung für die Tantalmafia ). Die Werte von Keramiks sind wesentlich besser geworden.
Nehmen wir mal dies als gegeben an. Ich berechne mit dem dirkschen Algorithmus ein Filter, das aus zwei Kondensatoren besteht. Diese nenne ich mal C1 und C2. Dann fertige ich zwei Kondensatoren mit gleicher Folienbreite. C1 wird wird ganz normal gewickelt. C2 wird hohl gewickelt, so dass sich C1 dort passgenau als Kern einfügen lässt. Jeder wird für sich stirnkontaktiert. Ich habe also zwei absolut getrennte Kondensatoren. Diese müßte ich jetzt parallelschalten, um den dirkschen Effekt zu erzielen. Bevor ich dies tue, stecke ich C1 in C2 hinein und verbinde dann erst deren Stirnkontaktierung durch einen Draht und nenne das Endprodukt mal C3. Betrachte ich C3 mal, so könnte ich statt des Drahtes auch die Stirnkontaktierung der beiden Kondensatoren durchgängig machen.
Ich könnte C3 also auch anders produzieren. Ich wickele zunächst C1 und umhülle ihn mit einer Isolierfolie. Darauf wickele ich C2. Das komplettgebilde wird mit einer gemeinsamen Stirnkontaktierung versehen. Ich erhalte einen wiederum C3 mit der Kapazität C3 = C1 + C2.
Jetzt wickele ich einen weiteren Kondensator derselben Folienbreite mit der Summenkapazität von C3 und nenne ihn C4. Da sich weder die Abstände der Kondensatorenplatten, noch das Dielektikum verändert, ergibt sich ein Kondensator gleicher Form und gleicher Kapazität wie C3.
Der einzige Unterschied zwischen C3 und C4 besteht jetzt nur noch zwischen einer Unterbrechung der Wickelprozesses und einem Neuansetzen. Geht man mal von einer metallisierten Folie aus, so bräuchte ich sogar nur die Metallisierung an der dirkschen Stelle um sagen wir 1 mm zu unterbrechen. Geht man mal bespielsweise von einer Gesamtfolienlänge von 100 Metern aus, so reicht ein kleiner Kratzer in beiden Folien an der richtigen dirkschen Stelle, um den Kondensator besser zu machen. Das kann ich kaum glauben.
Wo liegt aber der Denkfehler? Liegt es vielleicht an einer Influenz, die auftritt, wenn ich C1 in C2 hineinschiebe?
Oder liegt er in der Behauptung, es gäbe einen nennenswerten induktiven Leitungsbelag. Vergegenwärtigen wir uns mal wie weit der Leitungsweg im stirnkontaktierten Kondensator ist. Da ist erst mal die Stirnkontaktierung von wenigen mm bis cm. Von dort geht es in die Folie, die auch nur wenige mm bis cm breit ist. Längs durch die Folie im "Kreis" wird der Strom kaum fließen, wenn es den günstigeren Weg über die (selbst komplex) niederohmige Stirnkontaktierung gibt. Insofern dürfte sich also auch der Kratzer nicht auswirken da er eh parallel zur Leitungsrichtung liegt.
Da der Strom nicht "im Kreis" fließt, schließt sich damit auch eine induktive Influenz zwischen den beiden ineinandergeschobenen C1 und C2 aus.
Liege ich aber falsch damit, so gäbe es nur folgende Alternative: Würde dieser Kratzer wirklich reichen, so könnte man einen Folienkondensator herstellen, der mit Kratzern (oder gezielten Unterbrechungen) der Bedampfungsschicht an den richtigen dirkschen Stellen besser würde. Ich fände diese Erkenntnis zu schön, um wahr zu sein.
Was ist nun richtig?
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Spätestens beim dritten hast Du den Preis überschritten. Im übrigen muss man erstmal so passgenaue dirksche Werte finden, wie sie nötig wären. Beim absoluten tand bzw ESR kann Keramik keinesfalls mit Folie konkurrieren, wie ein Blick in die Datenblätter beweist. Aber nicht überall braucht man die Qualität der Folie. Nur in den Fällen, wo es angebracht wäre, kann man sich eine Menge Ärger und umständliches Design ersparen.
Was ihr benutzt, ist natürlich Eure Sache. Bei mir liegt das ganz schlicht an den Erfahrungen in verseuchten Industrieumgebungen oder bei Beteiligung z.B. von Bürstenmotoren oder Hochspannungen.
Beispiel: Logisches IC oder Microcontroller spielt verrückt. Keramischer Kondensator ist als Pufferkondensator vorhanden. Ich löte händisch einen 0,1uF Folienkondensator über die Anschlussbeinchen und der Fehler ist weg. Das Gleiche passiert in dieser Umgebung oft an Festspannungsreglern. Durch die Störungen findet sich auf dem Oszilloskop Müll hinterm Regler. Vorne und hinten einen 0,1uF Folienkondensator drauf und der Fehler ist weg. In meinem Dunstkreis hilft das in 3 von 4 Fällen.
Sample and hold sowie Güte von analogen Filtern lassen sich insbesondere durch Polypropylen verbessern.
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Ich bin mittlerweile sogar soweit alle Elkos aus dem Design zu entfernen (außer den Becher-Siebelko im Netzteil ;-) ). Ein Kunde wollte letztes Jahr eine 100°C Version einen Gerätes, da sieht's mit Elkos ziemlich schlecht aus. Das war dann mein Anstoß fast alle SMD-Elkos aus meinen Schaltungen zu entfernen. Jetzt kann man ohne schlechtes Gewissen fast überall 60°C draufschreiben.
"Andreas Fecht" schrieb im Newsbeitrag news:d69oi8$h88$ snipped-for-privacy@online.de...
Auch Keramik haelt bei hoheh Temperatur nicht viel aus, und es gibt 185 (oder war's 175 ?) GradC Elkos (Epcos)
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Es gibt da zwei Stellen, an denen ein Kondensator sinn- vollerweise eingebaut werden kann. Sinn, Zweck und Anwendungsfall für den am Eingang scheint ja wenig strittig zu sein, wenden wir uns dem C am Ausgang zu.
Natürlich ist der Wert unkritisch. Allerdings sollte man immer im Datenblatt nachsehen, und zwar im Datenblatt des jeweiligen Herstellers. Nicht alle Regler, die auf den ersten Blick gleich heissen, haben denselben "Inhalt". Bei Natsemi steht z.B. bei den Standardreglern für positive Spannungen (LM78nn, LM340,...) : **Although no output capacitor is needed for : stability, it does help transient response. : (If needed, use 0.1 µF, ceramic disc).
Anders bei den Reglern für negative Spannungen. Die sind intern anders aufgebaut, auch haben integrierte PNP- Transistoren andere Frequenzeigenschaften als die oft viel schnelleren NPN-Transistoren (LM7905):
: ?Required for stability. For value given, capacitor must be : solid tantalum. 25µF aluminum electrolytic may be substituted. : Values given may be increased without limit. : For output capacitance in excess of 100µF, a high current : diode from input to output (1N4001, etc.) will protect the : regulator from momentary input shorts.
Es gibt also bei diesen Reglern keine obere Grenze für den Kondensator, auch wenn das gelegentlich (zurecht) gesehen wird. Es kommt auf den Regler an.
Sehr kritisch sind low dropout Regler, auch solche für positive Spannungen. Dort werden Werte von minimal
22uF, meist minimal 100uF, vorgeschrieben. Low dropout Regler für höhere Ströme sind speziell kapriziös, schaunmermal beim LM2931:
: **C2 must be at least 100 µF to maintain stability. : May be increased without bound to maintain regulation : during transients. Locate as close as possible to the : regulator. This capacitor must be rated over the same : operating temperature range as the regulator.
Lesen wir mal weiter im Datenblatt:
: The equivalent series resistance (ESR) of this capacitor is : critical; see curve.
Aha, oftmals darf der ESR einen bestimmten Wert, 0.1 Ohm etwa, nicht _unterschreiten_. Wie gesagt, kommt auf den aktuell vorliegenden Regler an. Andererseits darf der ESR nicht über
1 Ohm liegen. Diese Regler fangen mit "zu guten" Kondensatoren an zu schwingen, insbesondere mit modernen Keramikkondensatoren. Bei noch moderneren Reglern steht dann drauf, stable even with ceramic capacitor oder so ähnlich, also scheint es das Problem tatsächlich zu geben.
Wie du eingangs schrubst, die Entfernung ist wichtig. Je grösser der Kondensator, desto grösser auch die Geometrie.
1cm Umweg sind schnell 10nH, welche bei 100+MHz schnell
10 Ohm sind. Folienkondensatoren sind einfach geometrisch zu gross, es kommt auf Millimeter an, insbesondere bei den Anschlussdrähten. SMD-Kerkos sind da ein gewaltiger Fort- schritt. Obige Kondensator-Phalanx kommt mir aber ziemlich praxisfremd vor.
Wie gesagt, ganz wichtig, insbesondere für die Wahl des Kondensators am Ausgang, ist der jeweilige Reglertyp, manchmal sogar der Hersteller.
Es gibt noch andere Hersteller, welche ebenfalls von sich behaupten, sie seien die einzigen... ICAR oder so. Ein kubikdezimetergrosser Kondensator kann bei 100MHz gar keinen guten ESR haben, da er einfach zu gross dafür ist. Schon die Zuleitungen mit ihren Induktivitäten dürften da eine Impedanz von 100 Ohm haben. Die geometrische Grösse an sich wird zu dem Problem, egal, ob im Klotz drin jetzt ein Konden- sator oder ein Alublock drin ist. Für die GTO-Anwendung ist das egal, da es um Milli- bis Mikrosekunden geht. Die Spannungsregler werden allerdings in Elektroniken eingesetzt, wo es um Nanosekunden geht.
Das mir zugängliche Datenmaterial belegt diese Behauptung nicht. Die wesentlichen Vorteile von Folien-Cs sind die höhere Stabilität (thermisch, zeitlich) und die geringeren Verluste (tan \delta). Bei der bislang diskutierten Anwendung als Block-C nebensächlich.
PS: Du arbeitest nicht zufällig für einen Folien-C-Hersteller? PPS: Für mich EOD
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