Hi an alle, ich bin Anfänger, was die Elektronik angeht. Ich möchte später mein eigenes Mikrocontroller-Board entwerfen. Aber mein Ziel ist es auch dabei, ein Gefühl von der Dimensionierung der Schaltungen (Warum der Widerstands- oder Kapazitätswert an der Stelle?) zu haben. Korrigiert mich, wenn ich was falsches sage: da die ICs meistens enge Betriebspannungsgrenzen aufweisen, ist es ratsam, nahe an den ICs Abblockkondensatoren reinzubauen, um Störungen/Spannungsspitzen abzufangen. richtig? Diese Kondensatoren vermeiden die gegenseitige Beeinflussung der Teilschaltungen. Für diese Kondensatoren wird meistens ein Richtwert von 100nF geraten. Warum ausgerechnet die 100nF? Wo kommt dieser Wert? Das sind meistens Kerkos an der Stelle. Macht's etwas aus, wenn ich Elkos oder Folienkondensatoren für den Zweck verwende?
Elkos wirst Du wohl fast nicht in diesem Bereich bekommen. Die haben meistens größere Kapazitäten. Die ICs haben oft einen etwas breiteren Spannungsbereich, allerdings geht die Spannung schnell in den Keller, wenn keine Abblockkondensatoren eingebaut sind und z.B. eine LED angeschaltet wird. Es geht hierbei um die Stabilisierung. Die 100nF sind Standard und die billigste Variante. Die meisten anderen Bauteile ergeben sich aus den Datenblättern. Schau Dir mal ein Datenblatt von einem Spannungsregler (7805) an. Da wirst Du eine Beschaltungsinformation finden mit den entsprechenden Kapazitätswerten. Man richtet sich hier nach dem Hersteller, das ist keine Hexerei :-)
Steven John wrote: > Korrigiert mich, wenn ich was falsches sage: da die ICs meistens enge > Betriebspannungsgrenzen aufweisen, ist es ratsam, nahe an den ICs > Abblockkondensatoren reinzubauen, um Störungen/Spannungsspitzen > abzufangen. richtig? Diese Kondensatoren vermeiden die gegenseitige > Beeinflussung der Teilschaltungen. Kann man so stehen lassen. > Für diese Kondensatoren wird meistens ein Richtwert von 100nF geraten. > Warum ausgerechnet die 100nF? Wo kommt dieser Wert? Weil der Wert nicht zu groß und nicht zu klein ist. Benutz mal die Betreffsuche. Zu dem Thema gab es schon einen ganzen Haufen Beiträge. > Das sind meistens Kerkos an der Stelle. Macht's etwas aus, wenn ich > Elkos oder Folienkondensatoren für den Zweck verwende? Ja, das macht etwas aus. Bei Folienkondensatoren hauptsächlich dem Geldbeutel, bei Elkos auch der Schaltung, weil Elkos schlicht und ergreifend zu langsam sind (zu hoher ESR).
Pete K. wrote: > Elkos wirst Du wohl fast nicht in diesem Bereich bekommen. Die haben > meistens größere Kapazitäten. 0,1 µF-Elkos sind problemlos zu bekommen... > Die ICs haben oft einen etwas breiteren Spannungsbereich, allerdings > geht die Spannung schnell in den Keller, wenn keine Abblockkondensatoren > eingebaut sind und z.B. eine LED angeschaltet wird. Es geht hierbei um > die Stabilisierung. Auch. > Die 100nF sind Standard und die billigste Variante. Sind aber i.e.L. deshalb "Standard", weil sie für solche Anwendungen so schön passen...
Gegen Folienkondensatoren spricht neben monetären Gesichtspunkten auch deren Güte. Die etwas spannungsabhängige Kapazität der üblichen Kerkos dämpft eine Schwingneigung. Dass es grad 100nF sind hat mittlerweile wohl recht viel mit Tradition zu tun. Weil man eben das seit Jahrzehnten so macht. Ich bin mir nicht sicher, ob das wirklich noch der beste Wert ist.
Hallo, es ist weniger die enge Spannungstoleranz der ICs, mehr das dynamische Verhalten von getakteten Bauteilen. Im Umschaltmoment ziehen die durchaus erhebliche Ströme, weil teilweise beide Transistoren einer internen Stufe kurz leitend sein können. Das spielt sich im ns oder ps-Bereich ab. Störend sind jetzt vor allem die Induktivitäten der Zuleitung, die verhindern, daß dieser Strombedarf schnell genug ausgeglichen werden kann und so bricht die Spannung direkt am IC kurz ein (Spikes). Der Kondensator dicht an den Anschlüssen soll das verhindern. Damit erklärt sich auch, warum er so dicht wie möglich an den Anschlüssen sein soll (kurze Leitung ist damit gemeint) und auch, warum Keramikkondensatoren benutzt werden. Elkos und Folienkondensatoren haben durch den Wickel eine höhere interne Induktivität und können den Strom nicht schnell genug liefern. Es macht auch wenig Sinn, einen Elko mit verhältnismäßig hoher Kapazität einzusetzen, es geht ja nur um sehr kurze Impulse. Die 100nF haben sich meiner Meinung nach historisch so eingebürgert. Schon zu TTL-Zeiten war es der Standardwert. Vermutlich würden es auch 50 oder 200nF tun, ich glaube aber, daß in den meisten Fällen dazu keine Untersuchungen angestellt werden, weil es die 100n eben erfahrungsmäßig machen. Zumindest bei Kleinserien und im Hobby dürfte das die Regel sein. Gruß aus Berlin Michael
Michael U. wrote: > Elkos und Folienkondensatoren haben durch den Wickel eine höhere interne > Induktivität und können den Strom nicht schnell genug liefern. Das gilt nur für manche Typen von Folienkondensatoren. Für andere (siehe http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Folko-Aufbau-Metall-Metallisiert-5.png&filetimestamp=20070802094432) gilt das nicht.
> Im Umschaltmoment ziehen die durchaus erhebliche Ströme, weil teilweise > beide Transistoren einer internen Stufe kurz leitend sein können. Das > spielt sich im ns oder ps-Bereich ab. In modernen ICs/MCUs schalten sicher nicht nur 2 Transistoren durch, die dabei Strom ziehen ;) Und die 100nF sind aus oben besprochenen Gründen Kerkos. Dieser muss nun beim Umschalten der internen Transistoren/Gatter für einen kurzen Moment einen recht hohen Strom liefern. Je größer der Kondensator ist, desto mehr Strom kann er über einen 'längeren' Zeitraum liefern. Ich vermute 100nF waren in der Anfangszeit der größte Wert, der einigermaßen preiswert zu bekommen war und hat sich bis heute als gute Wahl herausgestellt. Bei einer Schaltung mit seehr vielen ICs und daher sehr vielen 100nF kann das Board im Einschaltmoment deshalb übrigens deutlich mehr Strom ziehen als man es nach den Datenblättern der einzelnen ICs erwarten würde, die Xx100nF wollen ja auch erstmal aufgeladen werden.Von den restlichen, allerdings langsamer aufladenden Elkos ganz zu schweigen.
Wichtig ist auch, dass Du das Layout so gestaltest, dass der Strom
sozusagen am Kondi vorbeifliessen muss.
Oder anders formuliert, so, dass Stromspitzen zuerst vom Kondi
abgefangen werden, und erst danach von der Zuleitung.
IC+ --------- Speisung +
¦
¦
---
---
¦
¦
IC- ---------Speisung -
Ansonsten: Das mit diesen Abblockkondis ist inzwischen eine Wissenschaft
für sich. Mit n Fachleuten, die alle zusammen n+34 Meinungen dazu haben
;-) Bei "grossen" Käfern wie z.B. FPGAs ist das nämlich gar nicht mehr
so trivial.
Hmm... wrote: > Ich vermute > 100nF waren in der Anfangszeit der größte Wert, der einigermaßen > preiswert zu bekommen war und hat sich bis heute als gute Wahl > herausgestellt. Eher sind 100 nF ein Wert, der eben für die meisten Fälle ausreichend bemessen ist und der von der Baugröße her noch gut überall unterzubringen ist (z.B. bei IC-Sockeln für Standard-Digital-ICs diagonal in der Mitte). Größere Kapazitätswerte führen auch zu größeren Bauformen, und ein 330 nF-Vielschicht-Kerko wäre da schon in vielen Fällen zu groß.
Zu grosse Kapazitäten sind fehl am Platz. Grössere Kapazität beim Kondensator => kleinere Grenzfrequenz. Schnellere Technik => höhere Störfrequenzen. Was also in einer Zeit in der Bauteile in Nanosekunden schalteten sinnvoll war, das kann bei Transienten im Pikosekundenbereich ungeeignet sein.
>0,1 µF-Elkos sind problemlos zu bekommen...
Nebenbei: Elkos trocknen auch mit den Jahren aus. Keramische
Kondensatoren werden da wohl etwas länger leben wenn sie nicht zufällig
mechanisch beschädigt werden.
Hallo, Hmm... wrote: >> Im Umschaltmoment ziehen die durchaus erhebliche Ströme, weil teilweise >> beide Transistoren einer internen Stufe kurz leitend sein können. Das >> spielt sich im ns oder ps-Bereich ab. > > In modernen ICs/MCUs schalten sicher nicht nur 2 Transistoren durch, die > dabei Strom ziehen ;) Sicher ist das vereinfacht, erklärt aber meiner Meinung nach das Problem halbwegs anschaulich wenn jemand sich z.B. Push-Pull-Endstufen anschaut, die in den Datenblättern meist auch nur noch symbolisch dargestellt werden. > > Und die 100nF sind aus oben besprochenen Gründen Kerkos. Dieser muss nun > beim Umschalten der internen Transistoren/Gatter für einen kurzen Moment > einen recht hohen Strom liefern. Je größer der Kondensator ist, desto > mehr Strom kann er über einen 'längeren' Zeitraum liefern. Ich vermute > 100nF waren in der Anfangszeit der größte Wert, der einigermaßen > preiswert zu bekommen war und hat sich bis heute als gute Wahl > herausgestellt. > Bei einer Schaltung mit seehr vielen ICs und daher sehr vielen 100nF > kann das Board im Einschaltmoment deshalb übrigens deutlich mehr Strom > ziehen als man es nach den Datenblättern der einzelnen ICs erwarten > würde, die Xx100nF wollen ja auch erstmal aufgeladen werden.Von den > restlichen, allerdings langsamer aufladenden Elkos ganz zu schweigen. Das sehe ich dann als Problem an, wenn entweder die Spannungsversorgung damit ein Problem bekommt oder die Anstiegsgeschwindigkeit durch die Begrenzung der Spannungsversorgung z.B. für Reset-Schaltungen zu langsam wird. Zu TTL-Grab Zeiten warena aber die vielen 100n auch kein wirkliches Problem, die Stromaufnahme war sowieso etwas ;-) höher als wir das heute gewöhnt sind. Es war auch nicht unüblich, an allen ICs den 100n einzuplanen und dann in der praktischen Bestückung mal so jeden 2. wegzulasssen, weil es in der Praxis reichte und Geld sparte... Gruß aus Berlin Michael
Naja, ich würde nicht sagen, dass die Stromaufnahme heute geringer ist... Immerhin kann ein Prozessor heutzugage Dutzende(!!) von Amperes ziehen! Nicht umsonst sind oft die Hälfte (!!) der Anschlusspins für die Stromversorgung gedacht. Man muss im Prinzip folgendes beachten: Über den gesamten "gefährlichen" Frequenzbereich müssen "Ungleichheiten" abgefangen werden. Die ganz langsamen macht der Spannungsregler. Der macht für gerade-nicht-mehr-DC-Spannungen Kurzschluss. Aber schon ab einigen Hertz wir der nicht mehr kurzschliessen, sondern eine Impedanz bilden. Da müssen dann die grossen Töpfe herhalten. Die kommen aber auch bald mal wieder hoch mit der Impedanz. Dann kommen eben die 100nF-Dinger, 10nF-Dinger und 1nF-Dinger (obwohl eine Parallelschaltung derartiger Kaskaden sehr gefählich ist --> Resonanzen --> Impedanz ist im Arsch), und dann irgendwann in den ganz hohen Frequenzen, wo kein Bauteil mehr mithält, die Plane. Aber eben. Da wurden dicke Bücher dazu geschrieben. Gruss Simi
Simi wrote:
> Immerhin kann ein Prozessor heutzugage Dutzende(!!) von Amperes ziehen!
Langt nicht. 130W bei ca. 1,2V...
> Das sehe ich dann als Problem an, wenn entweder die Spannungsversorgung > damit ein Problem bekommt oder die Anstiegsgeschwindigkeit durch die > Begrenzung der Spannungsversorgung z.B. für Reset-Schaltungen zu langsam > wird. Wenn man den Regler nicht hart am Limit betreibt und die Leiterbahnen der Stromversorgung entsprechend breit genug macht seh ich da nicht soo das Problem. Das langsame Ansteigen der Versorgungsspannung hingegen mögen viele MCUs nicht. > Zu TTL-Grab Zeiten warena aber die vielen 100n auch kein wirkliches > Problem, die Stromaufnahme war sowieso etwas ;-) höher als wir das heute > gewöhnt sind. Jap, und die haben im Winter für wohlige Wärme gesorgt ;) > Es war auch nicht unüblich, an allen ICs den 100n einzuplanen und dann > in der praktischen Bestückung mal so jeden 2. wegzulasssen, weil es in > der Praxis reichte und Geld sparte... Ist auch heut oft noch gängige Praxis, Schutzbeschaltung unbestückt zu lassen. ;)
10 Cent für C gespart und dafür 10 h gesucht? Es fehlender Stützkondensator kann auch ein ganz häßlicher Fehler sein, den man etwas länger sucht. :-)
"Simi wrote:
> Immerhin kann ein Prozessor heutzugage Dutzende(!!) von Amperes ziehen!
Langt nicht. 130W bei ca. 1,2V..."
Hm... ich scheute mich vor dem Wort "hunderte" :-) Aber stimmt schon:
Über hundert Amps sind's. Erhlich gesagt kann ich nur staunen, wie sowas
überhaupt funktionieren soll... 1.2V, 100A, und daran wird noch
fürchterlich rumgerupft. Ganz ganz ehrlich: Vor nicht so vielen Jahren
hätte ich noch gesagt, dass das schlicht unmöglich sei. :-)
> 10 Cent für C gespart und dafür 10 h gesucht? > Es fehlender Stützkondensator kann auch ein ganz häßlicher Fehler sein, > den man etwas länger sucht. :-) Das ist mir durchaus klar :) Hatte allerdings schon paar mal den Fall das der Einkäufer zum Hardware-entwickler meinte "Bist du da nicht etwas überängstlich?" und dieser dann diverse Ferrite, Z-Dioden und 100nFs erklären sollte.
Danke für die vielen zügigen ausführlichen Antworten. Da hab ich was zum Lesen;)
Du kannst übrigens bei den 100nF auch "rückwärts" denken. Da sich die 100nF als Standard eingebürgert haben, ist dies auch der Wert, mit dem Hersteller ihre neuen ICs testen und quantifizieren. Du kannst daher davon ausgehen, dass ein neues IC schon 100nF Kondensatoren in Versuchsaufbauten gesehen hat, bevor der Typ auf die Kunden losgelassen wird. Sollte dem Hersteller (zumindest bei seriösen Herstellen) dabei etwas aufgefallen sein (geht gar nicht, braucht man unbedingt, usw.) wird er das schon ins Datenblatt schreiben. Zu dem obigen "Vorbeifliess"-Modell: Das kann bei Leiterbahnführung mit großen Kupferflächen zum Tragen kommen, wobei man es dann mit entsprechenden Aufspaltungen in der Leiterbahn lösen kann. Dann kommt man wie bei vielen Layout eher auf ein Modell wie unten. Eine Vcc Leiterbahn (oder Plane) von der man zum IC abzweigt und eine Groundplane von der man zum IC abzweigt (z.B. mit einem Via). Ob der Kondensator dann "auf dem Weg" zum Bauteil oder hinter dem Bauteil angeschlossen ist, ist egal, er muss nur dicht dran sein. Folgendes macht keinen Unterschied, nur dass der Kondensator einmal physikalisch vor dem IC,und einmal unter dem IC (e.v. andere Platinenseite) liegt. Wichtig ist das der Kondensator separat direkt an die Pins angeschlossen ist.
1 | Vcc ----+--------------------------- |
2 | | |
3 | | +------+ |
4 | +--------+ | |
5 | /| | |
6 | +-- | | |
7 | | | | |
8 | | | | |
9 | --- | | |
10 | --- | IC | |
11 | | | | |
12 | | | | |
13 | +-- | | |
14 | \| | |
15 | +--------+ | |
16 | ¦ | | |
17 | ¦ +------+ |
18 | +---+---------------------------+ |
19 | | GND Plane | |
20 | +-------------------------------+ |
21 | |
22 | |
23 | |
24 | |
25 | Vcc ----+--------------------------- |
26 | | |
27 | | +------+ |
28 | +--------+ | |
29 | |\ | |
30 | | --+ | |
31 | | | | |
32 | | | | |
33 | | --- | |
34 | | --- | |
35 | | | | |
36 | | | | |
37 | | --+ | |
38 | |/ | |
39 | +--------+ | |
40 | ¦ | | |
41 | ¦ +------+ |
42 | +---+---------------------------+ |
43 | | GND Plane | |
44 | +-------------------------------+ |
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