Если вы не являетесь, и не хотите быть конструктором, эта часть материала, вам не нужна. Тем не менее, если заинтересованы, чтобы получить не которые дополнительные практические указания. Что следует использовать и чего следует избегать при конструировании схем. Тогда читайте.

Блоки питания (классический)

Для фильтрации напряжения вполне достаточно обычных алюминиевых электролитических конденсаторов. Блок питания также иногда используются небольшие

керамические конденсаторы установленные перед выпрямителем, для того что бы ограничить импульсные помехи от сетевого трансформатора. На рисунке 13 вы найдете схемы, напряжения и руководства по выбору емкости в зависимости от потребляемого тока. Конечно, вы можете получить требуемую емкость, подключив параллельно ряд более маленьких конденсаторов.

 

Импульсные блоки питания

Такие блоки питания работают на частотах порядка 15… 100 кГц. Следует помнить, что при этом обычный электролитический конденсатор, имеет емкость значительно, да же в несколько раз меньше чем его номинальная емкость. Кроме того, что еще хуже, на таких частотах присутствуют большие потери мощности на эквивалентном сопротивление (tg d>1). Для фильтров таких блоков питания производятся специальные конденсаторы электролитические с повышенной надежностью, малыми потерями (низким ЭПС) и высокой допустимой температурой работы. Многие, возможно даже большинство, импортных конденсаторов большой емкости не имеют нужных параметров для использования в импульсных блоках питания. Их можно узнать по высокой температуре работы +105°C (обычные электролиты +70...+85°C). Не каждый любитель, однако, имеет доступ к таким конденсаторам, так как они весьма дорогие. Стоит знать, что если блоки питания и преобразователи работают на частотах 15…25 кГц можно использовать обычные, отечественные «электролиты». Но в связи с высокой рабочей частотой, емкость фильтра требуется в несколько раз меньше, чем при 50 Гц (100Гц). Рекомендуется использовать конденсаторы под напряжение гораздо выше, чем фактическое напряжение, конденсатор с большими габаритами имеет гораздо меньшее сопротивление ESR.

Предпочтительно также использовать несколько конденсаторов меньшей емкости, взамен одного большого.

Без трансформаторные блоки питания

В простых без трансформаторных блоках питания (рисунок 15а) элементом ограничивающим ток является конденсатор – C1. Как вы знаете, это должен быть конденсатор полипропиленовый КМР (МКР), на напряжение 400 В либо полистироловый MKSE (MKT) на напряжение 630 В.

Резисторы R1 и R2 значения порядка одного мегаома необходимо для разряда конденсатора при отключении от сети – без них случайное прикосновение к клеммам конденсатора может привести к поражению электрическим током. Обратите внимание что тут два последовательных резистора, действительно миниатюрные резисторы имеют рабочее напряжение 150 ... 250 В, а между тем на конденсаторе пиковое напряжение почти 300В. Резистор R3 необходим для ограничения тока диодов в момент подключения к сети. Без него, при подключении к сети в момент пикового напряжения (более 300 В), через конденсатор и диоды будет течь на мгновение в сотни (!) Ампер, что уничтожит диоды. В связи с возможностью значительного импульса тока, выпрямительные диоды, нужно использовать с номинальным током не менее 1А, например, 1N4001 ... 4007.

Некоторые новички используют только токоограничивающие резисторы (рис. 15б), и в результате значительная потеря мощности, порядка нескольких ватт, рассеиваемых на этих резисторах.

При использовании схемы рисунке 15а, в зависимости от емкости C1 можно узнать потребляемый ток нагрузкой.

 

При использовании схемы на рисунке 15а, емкость C1 в зависимости от потребляемого тока можно выбрать по приведённой таблице.

Конечно, этот источник питания не обеспечивает безопасность, а в крайних случаях, прикосновение к нему может привести к смертельному поражению электрическим током.

Таким образом, этот способ не используйте, если он не является необходимым. Обычно используют обыкновенный силовой трансформатор или фирменный, с сертификатом безопасности.

развязка питания

Как я уже говорил, развязка питания необходима на практике для всех электронных схем, где есть усилительные элементы. Без надлежащей развязки питания схема усилителя может возбуждаться или быть восприимчивой ко всякого рода помехам. Вы уже знаете, что для развязки шин питания, обычно используются параллельное соединение "электролита" и керамической «малютки».

Но я хочу вам рассказать больше об этой теме. Не бойтесь, но ситуация намного сложнее. Посмотрите на рисунок 16 – все токопроводящие пути имеют индуктивность. Так же стало известно, что на высоких частотах конденсаторы могу даже работать как катушки. Даже если вы применяете безвыводные конденсаторы развязки типа «чип». Вы должны знать, что их емкость с паразитной индуктивностью создает параллельный, резонансной контур LC (при обсуждении мы говорили о последовательном LC контуре).

Для частот, близких к резонансной, параллельного LC контура, сопротивление цепи велико, поэтому эффективность развязки может быть незначительной или даже сведется на нет! Что тут можно сделать? К счастью такие резонансные контуры всегда имеют паразитное сопротивление. В данном случае оно полезно. Я надеюсь, вы понимаете, что я имею в виду? Очень часто эти резонансы не влияют на работу схемы. Таким образом, схема на рисунке 17b лучше, чем на рисунке 17а. Последовательный резистор имеет положительное влияние на фильтрацию как низких, так и высоких частот.

 

Самая маленькая индуктивность порядка одного наногенри керамического конденсатора типа "чип" - предназначенный для поверхностного монтажа и керамической "капли", но только тогда, когда они установлены как можно ближе к плате. Пленочные конденсаторы естественно имеют немного большую индуктивность - несколько десятков наногенри ... в зависимости от размера и конструкции скрутки.

В случае электролитических конденсаторов не говорят об их индуктивности, по другим причинам, они применяются при частоте не более сотни килогерц и индуктивность проводов не имеет значения.

Поэтому если вы проектируете печатную плату на «пол гектара», с применением быстродействующих транзисторов и усилителей, а развязывающие конденсаторы «мудро» разместили рядом с блоком питания, то не удивительно, что схема будет возбуждаться или будут другие проблемы. Привыкните, что это может быть и с маленькими платами. Конечно, опытный конструктор должен уметь разводить любые платы, но лучше стремиться к минимальным размерам платы, на компактной плате должны быть широкие дорожки с развязывающими конденсаторами.

Высокочастотные цепи

В цепях высокочастотных сигналов применяются керамические конденсаторы: в цепях резонансных тип 1, а для развязки и фильтрации питания ферроэлектрические – тип 2.

На практике только в этой области также используются переменные конденсаторы в том числе: воздушные, керамические, пленочные. Важно так же вспомнить о проблемах конденсаторов стоящих в силовых цепях – при токах высокой частоты происходят значительные потери мощности из-за ЭПС. Схемы высокой частоты имеют свою специфику, и не могут быть рассмотрены в нескольких предложениях. Кроме того, я не эксперт в этой области. Заинтересовавшимся я могу только порекомендовать специальную литературу, на пример хорошую книгу Зднислава Бинковского «Справочник ультракоротких волн».

Как правило, вопрос о стабильности емкости теряет свою актуальность в связи с внедрением, использования цифрового синтеза и керамических фильтров поверхностной волны.

УМЗЧ

Здесь применяются все типы конденсаторов: от маленьких керамических типа 1 в цепях частотной коррекции, пленочные конденсаторы для развязки и связи, до мощных электролитов емкостью несколько десятков тысяч микрофарад. В оконечном усилителе выбор типа конденсатора для звука не является критичным. Однако, в малошумящем предусилители мы не можем игнорировать свойства конденсаторов.

Первая ступень предусилителя должна обязательно иметь дополнительные цепи фильтрации питающего напряжения. Они необходимы для подавления шума, а также предотвращения самовозбуждения и защиты от шума источника питания. Как правило, здесь не используются алюминиевые конденсаторы, а только танталовые. Так же желательно использования стабилизаторов тип 78L15 79L15 и подобных.

Как известно, сопротивление ESR, как и любое сопротивление, шумит «само по себе». Прежде всего, это относиться к конденсаторам связи и фильтрам, стоящих в первых каскадах предусилителя.

Для этого в аппаратуре высокого класса в роли конденсаторов связи вместо электролитических конденсаторов часто ставят пленочные: полистироловые и полипропиленовые и не по одному, а только по несколько штук параллельно соединенных для получения емкости 10…50 uF! Это необходимость или причуда, что бы вызвать восхищение наблюдателя? Бывает по разному, тут необходимо учитывать уровень шума: источника сигнала, конденсаторов, резисторов и полупроводников. Но это совсем другая история. Проблема борьбы с шумом является настолько широкой, что я не могу объяснить в этой краткой дискуссии. Если вам интересно, напишите мне, в одной из статей я дам вам ряд дополнительных подробностей.

Я в роли входного конденсатора связи, где только возможно, я использую пленочные конденсаторы с емкостью 470nF, 1 мкФ или 2x1μF, не столько из-за шума, а из лени, для собственного удобства. Тогда мне не нужно беспокоиться о полярности и постоянной составляющей входного напряжения. В любом случае старайтесь не использовать, алюминиевые электролиты во входных ступенях малошумящих усилителях. Если это возможно, используйте связь без посредствеников – гальваническую. Где это необходимо, пленочные или танталовые конденсаторы. В устройствах высокого класса, сегнетоэлектрики используйте только в развязке питания. Старайтесь избегать их применения в сигнальных цепях. Ранее я показал вам на рисунке 4, как эти параметры меняются под влиянием даже изменения приложенного напряжения – что может привести к появлению дополнительных нелинейных искажений. Да! сегментоэлектрические конденсаторы на самом деле не линейные элементы, но вы уверены начитавшись в книжках что конденсаторы и резисторы элементы линейные.

Низкочастотые генераторы и фильтры

В этих системах, необходимо использовать конденсаторы с емкостью в пределах 1nF ... 10мкФ. Если вам требуется высокая стабильность, то 1 до 10 нанофарад лучше использовать керамические конденсаторы типа 1: NP0 (G0C) или стирофлексовые, даже если вы должны получить требуемую емкость из несколько более маленьких.

Довольно неплохой альтернативой было бы использовать поликарбонатные конденсаторы (МКС), но для польского любителя они могут оказаться слишком труднодоступными.

Таким образом, во многих случаях, вы будите применять самые популярные полиэфирных конденсаторы (MKSE-20 или MKT). При использовании этих конденсаторов в дополнение к изменениям емкости от температуры (нелинейным – смотри рисунок 10), вы должны принять во внимание влияние других факторов, которые могут изменить емкость на 1 .. 3%.

Вообще, для всех конденсаторов необходимо обратить внимание на условия пайки. Многие конденсаторы могут навсегда изменять свою емкость 0,2 ... 2% за счет пайки. Как вы помните, то же самое явление наблюдается во время пайки сопротивления (EdW1/96). Таким образом, не перегревайте конденсаторы при необходимости, критические элементы могут быть установлены на немного длинные выводы.

Если только есть возможность точно измерить емкость, я предлагаю вам провести ряд испытаний в этой области. Самим выяснить, сколько вам нужно беспокоиться об этом. Так что берите несколько разных типов конденсаторов и измерьте емкости "девственных", а затем посмотреть, как она меняется после впаивания и выпаивания элементов. Возможно, вы обнаружите, что не стоит идеально точно подбирать емкость цифровым мостом, потому что все равно впаивать в плату.

Скорее всего, потребуется подстройка частоты генератора или RC фильтр (дополнительными небольшие конденсаторами или резисторами) после сборки и проверки схемы.

Я уверен, что вы знаете, что от обычных алюминиевых электролитов стабильности можно не ожидать - изменения в емкость с течением времени может значительно превышает 10%. Единственное, из электролитов несколько устойчивы танталовые, но если у вас есть достаточно места, используйте «батареи» из конденсаторов MKSE (MKT) и увеличивайте сопротивление RC цепи. Может у вас есть конденсаторы MKSE-25 и старые MKSE-012 и MKSE-018, которые довольно большие по габаритам, но имеют емкость до 10мкФ. Вы можете легко приобрести миниатюрные конденсаторы MKSE-20 или MKT емкостью 1 мкФ или даже 2,2 мкФ.

Резюме

Серия статей о конденсаторах подошла к концу. Опять же, я призываю вас, по возможности измерять емкость конденсаторов, что бы убедиться в устойчивости их параметров. Не забывайте о развязки питания во всех проектируемых системах.

Запишите самую важную информацию, и на видном месте или сделать ксерокопии страниц EDW 5455 от 5/96.

Записи на полях:

Увеличение постоянной времени RC цепи.

 

Есть очень простой способ увеличения постоянной времени цепи RC с помощью транзистора.

 

Полученная постоянная времени больше в b-раз чем произведение RC (где b – коэффициент усиления постоянного тока транзистора). Казалось бы, что это идеальный способ избавиться от ненадежных «электролитов» в таких простых время задающих схемах как устройства сигнализации, где нужно измерение времени несколько десятков секунд. Этот метод, однако, имеет недостаток, и он редко используется в схемах требующих высокой надежности. А именно при большом значении сопротивления R и большом усилении транзистора, ток базы или ток зарядки конденсатора может быть порядка нанаампер. Между тем, значением этого порядка может быть ток утечки в пыльной, грязной плате в автомобиле, если она работает там непрерывно в течении нескольких лет. Если вы применили это решение где-то вы должны думать об защите от пыли, обязательна лакировка платы или даже заливка силиконом. Тем не менее, я советую вам лучше использовать генераторы и делители, можно на микросхемах CMOS 4541.