Condensatore di bypass

Ciao a tutti
il valore del condensatore di bypass, diciamo quello che va saldato vicino al pin di alimentazione di un opamp, su che base si calcola? Vedo quasi sempre un valore di 100nF. Perchè proprio da 100nF?
Bisogna tener presente la tensione, quanta corrente assorbe l'integrato?

Grazie

100nF va bene un po' per tutte le stagioni

la tensione è indicativa solo per scegliere C dalla tensione di lavoro adatta, qualsiasi C sia,

la corrente assorbita si guarda per dimensionare i C di filtro grossi, intendendo per "filtro" l'eliminazione della componente "variabile" che avrebbe la tensione prima del C (dovuto al fatto che hai a che fare in origine con una tensione puramente variabile) e dopo il C (dovuto all'assorbimento variabile dell'ampli)

i condensatori (tutti, ma in particolar modo i C elettrolitici di grossa taglia, assai efficaci nel compito di cui sopra) ahinoi non hanno un comportamento ideale al variare della frequenza, i parassiti ESR ed ESL rendono il condensatore "meno efficace / non funzionante" a medio-alta frequenza, in tal senso interviene il C di bypass da 100nF, rimane un vero condensatore in una banda di frequenza maggiore il valore piccolo è dato dalla presunta limitata ampiezza dei disturbi da filtrare a medio-alta frequenza..

ci sarebbe da fare un ampio e interessante discorso sul reale comportamento dei condensatori in frequenza, legandolo alla tecnologia utilizzata per costruire il C,
ed anche 2 parole sul bypass da 100nF con certe tecnologie di C (film plastico) applicato ai grossi C elettrolitici,
ma io non sono in grado di tenerlo

Grazie madqwerty mi stai dando ripetizioni private.
Ho fatto questa domanda perchè dovendo utilizzare due DVR134 ho visto che nello schema del datasheet hanno messo un condensatore di bypass da 1uF.
Quindi mi chiedevo se c'era da fare qualche calcolo in base alla corrente o alla tensione.

Visto che siamo in argomento di condensatori di bypass.....
Ho fatto il layout per un buffer bilanciato utilizzando un OPA627 e un DVR134.

Quello che volevo chiedere è:
le tensioni positive e negative che arrivano ai pin del DVR134 passano prima dai condensatori di bypass del OPA627; è ok, oppure no?

I condensatori ci sono, ma direi che le piste sono decisamente troppo lunghe e troppo sottili per stare tranquilli che poi i condensatori si comportino per bene.

Ti consiglio, come prima cosa, di rendere meno dispersivo il circuito avvicinando i componenti, poi anche di aumentare lo spessore delle piste (in particolare quelle di massa) e credo che spostando i connettori d'alimentazione dalla parte opposta si possa risparmiare quella "bellissima" induttanza on-board (un po' meno bella dal punto di vista della stabilità) che ti si è formata con la grossa U capovolta in cima alla scheda.

Se aumenti lo spessore delle piste risparmi anche cloruro ferrico (c'è meno rame da portar via). Due piccioni con una fava!

Ciao,
Niki

Così può andare?


Per lo spessore delle piste vedrò al momento visto che uso i trasferelli.

IMHO non ha molto senso usare il buffer davanti i DRV.
Questo e' lo sbroglio fatto da me, funziona perfettamente e lo uso come stadio di ingresso del finale da 30W+30W in classe D sviluppato intorno al chip TPA3122D2 a cui sono affezionato che funzionando in configurazione BTL necessita per forza di ingresso bilanciato.
I diodi in basso sono 1N4007 al centro il connettore di alimentazione in ALTERNATA, ci pensano i due diodi a sistemare tutto per la tensione duale necessaria al funzionamento dei DRV134.
Se hai bisogno del file .brd di eagle non esitare a chiedere.
La striscia bianca e' un ponticello.

Ti ringrazio ma il buffer lo metto perchè mi deve fare da pre. Devo costruirmi il finale con gli Hypex e mi serve un pre bilanciato. Quindi preferisco mettere i DVR nel pre così uso la stessa alimentazione del buffer.

P.S. ma stabilizzatori di tensione non ne ha la tua PCB?

kromweb ha scritto:Ti ringrazio ma il buffer lo metto perchè mi deve fare da pre. Devo costruirmi il finale con gli Hypex e mi serve un pre bilanciato. Quindi preferisco mettere i DVR nel pre così uso la stessa alimentazione del buffer.

il buffer non fa da pre perche' e' appunto un buffer, per il pre hai gia' i DRV134

Ma dovendo mettere un potenziometro ho bisogno che le impedenze siano corrette, o no?
Sul manuale del DVR c'è scritto

Codice:

 The DRV134 input should be driven by a low impedance
source such as an op amp or buffer.

kromweb ha scritto:Ma dovendo mettere un potenziometro ho bisogno che le impedenze siano corrette, o no?
Sul manuale del DVR c'è scritto

Codice:

 The DRV134 input should be driven by a low impedance
source such as an op amp or buffer.

IMHO non serve, all'interno del DRV c'e' gia' uno stadio pre...

madqwerty ha scritto:100nF va bene un po' per tutte le stagioni
...
i condensatori (tutti, ma in particolar modo i C elettrolitici di grossa taglia, assai efficaci nel compito di cui sopra) ahinoi non hanno un comportamento ideale al variare della frequenza, i parassiti ESR ed ESL rendono il condensatore "meno efficace / non funzionante" a medio-alta frequenza, in tal senso interviene il C di bypass da 100nF, rimane un vero condensatore in una banda di frequenza maggiore il valore piccolo è dato dalla presunta limitata ampiezza dei disturbi da filtrare a medio-alta frequenza..
...

se così fosse, la soluzione sarebbe il parallelo di più capacità significative, e non la semina di 100n come il prezzemolo.
Non ho competente nelle due modalità efficaci di affrontare la questione: aver costruito, misurato e ascoltato per mezza vita o studiato matematica e elettronica a livello decente. Quindi ragiono nella modalità dell'ignorante: l'analogia.
Mi son fatto l'idea che la questione abbia a che fare con problemi simili a quelli che si affrontano nello studio delle onde di pressione degli scarichi dei motori, o nelle tubature idrauliche.
Sto vaneggiando?
Qual'è l'approccio corretto alla questione?
Qualche risorsa on line?

Ciao Bicicletta, sinceramente penso che le analogie si possano trovare ovunque (vedi qui), ma l'elettronica è l'elettronica, l'idraulica è l'idraulica. Certo i principi della fisica delle risonanze e delle onde restano gli stessi, ma a volte con le analogie si finisce sempre col fare approssimazioni che portano a risultati inaccettabili, dunque direi che un approccio razionale alla materia richieda un'analisi un po' più specifica. In realtà dietro al funzionamento del bypass delle alimentazioni non c'è nessuna magia o atto di fede, basta un po' di sana teoria, neanche troppo difficile.

A questo proposito, una trattazione rigorosa e soprattutto reale dell'argomento la puoi trovare al capitolo 8 di Photodiode Amplifiers di Graeme, che affronta la questione col dovuto rigore, ma richiede qualche base di elettronica (almeno fino ai diagrammi di Bode).

Se ti accontenti di un riassunto sommario, basti pensare che l'impedenza di una linea d'alimentazione dovrebbe essere quanto più bassa possibile per evitare che un operazionale autooscilli. Dato che le piste di una scheda hanno inevitabilmente una certa induttanza, la loro impedenza tende a salire alle alte frequenze (cosa sgradita).

Dunque si tratta di trovare un modo per ridurre l'impedenza delle piste d'alimentazione anche alle alte frequenze, e questo si può fare collegando un condensatore tra alimentazione e riferimento.

Se hai studiato un po' di elettronica, saprai graficare l'impedenza che una capacità presenta al variare della frequenza. Alla fine si ottiene un grafico del genere:



In pratica, nel caso di un condensatore ideale, l'impedenza diminuisce all'aumentare della frequenza. Purtroppo, però, i condensatori reali sono ben diversi: l'ESR e l'ESL impediscono un comportamento puramente capacitivo, e finiscono col creare tratti a comportamento resistivo e induttivo, dove l'impedenza aumenta nuovamente. Sul grafico è indicato un condensatore reale (con in serie l'ESR e l'ESL), e l'andamento dell'impedenza al variare della frequenza è quindi simile a questo:



Ovviamente, la frequenza alla quale avviene il passaggio tra comportamento capacitivo (buono) a quello induttivo (cattivo) dipende sia dalla capacità che dal tipo di condensatore.

I condensatori elettrolitici hanno grandi capacità, quindi in teoria dovrebbero fornire una bassa impedenza già alle basse frequenze (cosa gradita), ma hanno elevate ESR, dunque presentano un'elevata impedenza (comportamento induttivo) alle alte frequenze (cosa critica e sgradita, dato che le autoscillazioni si manifestano in genere ad alta frequenza), dunque non sono in nessun caso utilizzabili (da soli) per il bypass.

Invece, i condensatori ceramici hanno basse ESR e ESL (ancora più basse dei condensatori a film plastico, dunque sono da preferire per quest'applicazione), per cui presentano una bassa impedenza alle alte frequenze (ottimo), ma sono disponibili solo valori di capacità modesti (in genere < 1 µF), dunque presentano un'elevata impedenza alle basse frequenze (non tanto ottimo, ma ci si può accontentare).

Allora si potrebbe pensare (come fanno in molti) di collegare in parallelo un elettrolitico con un ceramico, ma in realtà questa non è mai una buona soluzione. Infatti, facendo i conti si ottiene un grafico del genere:



Alla frequenza fiB c'è una cuspide, dove l'impedenza aumenta notevolmente: si tratta di una risonanza, che in certe applicazioni potrebbe costituire una via preferenziale per le autoscillazioni a quella frequenza. Questo è uno dei principali motivi per cui alcuni circuiti, anche se bypassati, iniziano ad autoscillare in maniera del tutto imprevedibile se vengono sollecitati (ad esempio dalle interferenze elettromagnetiche). Dunque, si tratta di una soluzione da scartare, perché non risolve il problema, ma lo peggiora. Come tutto, magari alla fine funziona, ma non ci sono scuse per non fare le cose per bene...

Il problema si può allora risolvere in diversi modi:

1. o si usano solo condensatori ceramici (in modo da ottenere una bassa impedenza alle alte frequenze, che sono le più critiche) e contemporaneamente si usano piste abbastanza larghe da evitare che le impedenze delle linee di alimentazione siano eccessive;
   
2. oppure si fa in modo di eliminare la risonanza dovuta al parallelo tra elettrolitico e ceramico, inserendo una resistenza in serie al condensatore elettrolitico o scegliendone uno con elevata ESR (sembra assurdo, ma è così!)

In questi modi, non ci sono risonanze, e il circuito è bypassato a regola d'arte. La seconda soluzione è preferibile qualora fosse necessaria una bassa impedenza delle linee d'alimentazione anche alle basse frequenze (ad esempio, negli amplificatori di potenza). In questo caso, la pratica più diffusa (e anche corretta) è quella di bypassare ogni operazionale con un ceramico (montato molto vicino) ed inserire un elettrolitico (uno per tutti) a livello di scheda. In questo modo, si crea una linea ad alta capacità diffusa (compensando le impedenze delle piste), ma con una bassa impedenza anche alle basse frequenze. Le piste introducono una certa resistenza in serie all'elettrolitico eliminando la risonanza.

Facendo due conti, si vede che in genere si può scegliere una capacità (per il ceramico) di almeno qualche decina di nF (il valore di 100 nF è un valore praticamente sempre adatto), mentre la capacità dell'elettrolitico andrebbe in genere calcolata per ciascuna applicazione (considerando l'induttanza delle piste). Qui non conviene esagerare: i valori ideali sono in genere sui 10-100 µF. Anche qui, la mania di usare megacondensatori porta più svantaggi che vantaggi.

Ovviamente l'applicazione di queste linee guida dipendono un po' dalla cura o dall'abilità del progettista, dunque le alternative vanno valutate di caso in caso, ma seguendo questi ragionamenti si riesce a cavarsela in ogni situazione.

Questo è quanto.

Niki

scorpio92 ha scritto:Questo è quanto.

Grazie. E complimenti
Anzi, se volessi ogni tanto regalarci qualche "chicca" del genere io ti leggerei volentieri..

Switters ha scritto:

scorpio92 ha scritto:Questo è quanto.

Grazie. E complimenti
Anzi, se volessi ogni tanto regalarci qualche "chicca" del genere io ti leggerei volentieri..

Molto bello, ringrazio scorpio92 e mi associo alla richiesta di Switters.

scorpio92 ha scritto:...
Facendo due conti ...

ma quali sono le grandezze in gioco?

Bicicletta ha scritto:ma quali sono le grandezze in gioco?

Per quanto riguarda le induttanze parassite delle linee di alimentazione, la comune pratica progettuale suggerisce di considerare un'induttanza parassita di circa 6 nH/cm di pista o cavo.

L'ESR di un condensatore elettrolitico in alluminio è in genere all'ordine dei 0,1÷1 Ω, mentre l'ESL dipende molto dal modello ed è in genere di qualche decina di nH. Invece, nei condensatori ceramici si hanno di solito ESR dalle parti degli 0,01 Ω, mentre l'ESL è parecchio più piccola rispetto agli equivalenti elettrolitici o a film plastico e dipende parecchio dalla lunghezza dei terminali; se i terminali vengono tenuti abbastanza corti, si riescie a tenere l'ESL all'ordine del nH o meno. Sui datasheet dei vari produttori in genere vengono indicati i valori esatti. Con questi dati di massima si possono già ricavare tutti i grafici di prima.

Qui trovi una tabella comparativa che da un'indicazione generale della risposta alle alte frequenze tra i vari tipi di condensatori. Sono dati che vanno presi con le pinze, ma danno un'idea abbastanza realistica.

http://www.avx.com/docs/techinfo/dielectr.pdf

Se ti interessa sapere come si arriva a scegliere la capacità di bypass, sul testo che ti ho citato trovi la spiegazione completa. In breve, si può dire che per prevenire l'oscillazione è necessario che l'impedenza della linea d'alimentazione sia inferiore R*PSRR/a, dove R è il carico dell'operazionale, il PSRR è il rapporto di reiezione nei confronti dell'alimentazione (si trova sui datasheet) e [i]a[/] è il guadagno di rumore del circuito. Da qui si vede già che se l'operazionale deve pilotare carichi impegnativi (ovvero R piccolo), l'impedenza della linea deve essere inferiore, dunque si dovranno usare capacità di bypass maggiori. Questa è la motivazione per cui in genere è sufficiente usare anche un solo condensatore ceramico da un centinaio di nF se il circuito è di segnale, mentre è necessario un ulteriore condensatore elettrolitico (a livello di scheda) se il circuito è di potenza. Infatti, sviluppando i calcoli coi dati che ti ho indicato, si ottiene che in genere è sufficiente un capacità di almeno qualche decina di nF nel caso dei circuiti di segnale (da cui, i tipici 100 nF) e di almeno qualche decina o centinaio di µF nel caso di circuiti che debbano fornire potenze superiori.

La morale della favola è che, quando possibile, conviene usare solo ceramici in modo da evitare il rischio delle risonanze, e ricorrere al parallelo con gli elettrolitici (sempre nel dovuto modo, ovvero inserendo una resistenza in serie, o usando modelli non a bassa ESR, o inserendoli a livello di scheda) solo se sono realmente necessari. Tutto qui.

Ciao,
Niki

Grazie Niki per il tempo dedicato. Sono informazioni per me preziose.
Però non sono pronto a "photodiode ampliefers": sarebbe meglio ripassassi i numeri complessi...

Oppure ... volessi giocare a risonanza ... con un simulatore per iniziare ... piazzando una serie L C sulla lavagna... quale generatore e quale segnale dovrei usare per produrre fenomeno? E quale strumento per evidenziarlo?

Per ottenere i grafici dell'impedenza sul dominio della frequenza ti basta Excel, che una volta impostate le formule è sicuramente più immediato per visualizzare i grafici (basta cambiare i valori di una cella, ed i grafici si aggiornano al volo), ma bisogna ricavarsi i moduli delle impedenze (dunque servono i numeri complessi). Se vuoi possiamo farci qualche conto, non dovrebbero essere troppo difficili.

Con un simulatore, potresti provare semplicemente a disegnare gli schemi dei condensatori reali (che trovi sui tre grafici) e a misurare l'andamento dell'impedenza, ma non so di preciso come si possa fare. In alternativa, potresti valutare le risonanze (che puoi vedere quando ci sono due condensatori in parallelo) sollecitando il circuito con un generatore sinusoidale e facendo l'analisi nel dominio della frequenza. Se imposti correttamente gli intervalli dovresti vedere un picco nell'intorno della frequenza di risonanza.

Ovviamente, ricorda che in serie al generatore (che è ideale) deve esserci una resistenza (una cinquantina d'Ohm dovrebbe andare), altrimenti non vedrai niente.

Ciao,
Niki

Ok, ci provo.
Grazie per tutto Niki.