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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kondesatoren parallel geschaltet??


Autor: Sven (Gast)
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Hallo!
Ich betrete mit Elektronik Neuland und hänge momentan beim Verständnis 
vom usbasp Schaltplan an der Stelle fest, wo 2 Kondensatoren parallel 
geschaltet sind. Wofür ist das gut?
Nach allem was ich bis jetzt recherchieren konnte bewirkt das nur, dass 
nach Trennung von der Stromquelle noch die Schaltung noch ein bisschen 
Strom bekommt?! Aber wofür sollte das gut sein?

Danke euch ;-)

Autor: Markus F. (pippo)
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So ganz fit bin ich bei dem Thema zwar auch net, aber der 100nF sollte 
ein Keramikkondensator zum Entstören sein und der 10uF sollte die 
Gleichspannung weiter glätten, bzw. Spannungsschwankungen ausgleichen

Autor: DSOler (Gast)
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oder anders ausgedrückt der 100 nF glättet (filtert) die hochfrequenten 
(Wechselstrom) und der 10µF die niederfrequenten Spannungsschwankungen, 
damit ein Gleichstrom ohne Störungen herauskommt.

Autor: Sven (Gast)
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Hmm danke erstmal.
Und warum ist das so?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Das hat was mit der Stromversorgung für das IC zu tun.
Sieh dir mal das an:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/14-Entkopplung

Vielleicht hilft das weiter  ;-)

Autor: Dieter Werner (dds5)
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> Und warum ist das so?

Das kann man leider mit ein paar dürren Worten nur schlecht erklären, es 
hat hauptsächlich damit zu tun, dass die Kondensatoren keine idealen 
Bauelemente ohne parasitäre, störende Eigenschaften sind.

Mit steigender Kapazität macht sich schon bei immer niedigeren 
Frequenzen die Serieninduktivität eines Kondensators bemerkbar und 
verschlechtert die Eigenschaft, Strom aufnehmen und wieder abgeben zu 
können zunehmend.

Im Wiki sollte mehr dazu zu finden sein.

Autor: Sven (Gast)
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Puh. Ich sollte mir glaube ich ein ordentliches Buch zulegen. Danke für 
eure Hilfe... aber ich bin noch immer recht verwirrt. Vor allem der Link 
von Lothar Miller hat mich ein wenig irritiert...
räusper Wohl gehört das hier nicht her, aber was ist denn eine 
geeignete Lektüre für Dummies? ;-)

Autor: Gast (Gast)
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Wenn der IC kurzzeitig mehr Strom zieht,
fällt die Spannung ab, was zu vermeiden ist.
In diesen kurzen Zeiten (µs-Bereich) wird
die Schaltung vom 100nF-Kondensator gespeist.
Dieser sollte möglichst nahe an den Stromanschlüssen
des ICs platziert werden und jeder IC bekommt
einen eigenen Kondensator.

Weil die Versorgungsspannung (Gleichspannung)
aus dem Stromnetz (Wechselspannung) erzeugt wird,
gibt es Spannungsschwankungen im 100Hz-Takt.
Um diese auszugleichen braucht man den 10µF.
Dieser gehört sich nach den Spannungsregler
bzw. an den Anschluss des Steckernetzteils.

Funktionsweise (bei beiden gleich):
1. Der Kondensator wird auf 5V aufgeladen.
2. Die Spannung geht kurz herunter auf z.B. 4,8V.
3. Der Kondensator versorgt die Spannung weiterhin mit 5V.
4. Bevor der Kondensator leer wird und auch dort die
Spannung niedriger wird, ist die Versorgungsspannung wieder bei 5V.

Autor: Sven (Gast)
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Wundervoll! Also sind in diesem Fall die Kondensatoren "Buffer"?!
Das wurde wie ich sehe bereits gesagt, aber nun realisiere ich es 
erst...
Und warum sind genau diese Kapazitäten notwendig? Wie berechne ich 
diese?
Warum sind das  genau 2 Kondensatorem in dieser Anordnung?
Würde ein Kondensator nicht das Selbe leisten wenn es einen mit der 
Kapazität von C1+C2 gäbe?

Autor: Gast (Gast)
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Um da richtig durchzublicken muss du versuchen dir Wissen zum Thema 
Wechselstrom-Ersatzschaltbilder, parasitäre Effekte und EMV aneignen.

Dass ein Kondensator oder eine KEiterbahn Eigenschaften eines 
Widerstands und deiner Induktivität haben kann, ein Mikrocontroller für 
Nano- oder Mikrosekunden Ströme von einigen Ampere "ziehen" kann und 
dabei Störsignale mit breitem Frequenzspektrum und hohen Frequenzen 
entstehen etc. ist nicht mal eben so auf Wikipedia nachzulesen. Das 
lernt manch ein E-Techniker im 3. oder 4. Semester.

Du könntest evt. auf Seiten von Unis nach passenden Skripts suchen. 
Weniger umfangreich als Bücher aber oft kurz und bündig.

Autor: Gast (Gast)
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P.S.: Keramikkondensatoren haben aufgrund ihrer Bauweise und des 
verwendeten Dielektrikums ganz andere Eigenschaften als ein 
Elektrolytkondensator wie z.B. eine wesentlich geringere Induktivität 
und tendentiell geringeren Serienersatzwiderstand... daher ist er besser 
geeignet hohe Frequenzen zu filtern.
Ebenfalls spielt die geringere Kapazizät dabei eine Rolle.
Ein Elko wird i.d.R bei ein paar hundert kHz oder MH einfach nur warm 
:).

Wie gesagt: Lesen bildet :)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Sven,

>Wundervoll! Also sind in diesem Fall die Kondensatoren "Buffer"?!

Ja genau.

>Und warum sind genau diese Kapazitäten notwendig?

Sind sie garnicht. Du kannst auch vollkommen andere verwenden. Es müssen 
eben nur die richtigen sein...

>Wie berechne ich diese?

Oft werden diese garnicht berechnet, sondern man verwendet gerne 
grundsätzlich 100nF bei jedem oder jedem zweiten Chip. Andere verwenden 
immer 47nF Kondensatoren, wieder andere 10µF Kondensatoren.

>Warum sind das genau 2 Kondensatorem in dieser Anordnung?

Meistens reicht einer. Wenn nicht, nimmt man gerne zwei oder auch drei. 
Die Idee der Parallelschaltung ist die, daß jeder Kondensator für einen 
bestimmten Frequenzbereich otpimal funktioniert.

Beim Entkoppeln wird viel nach Gefühl gemacht, Sven. Selten wird 
wirklich etwas berechnet...

Kai

Autor: Uwe (Gast)
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@ Kai Klaas,

> Beim Entkoppeln wird viel nach Gefühl gemacht, Sven. Selten wird
> wirklich etwas berechnet...

Wenn die Schaltungen anspruchsvoller werden (High Speed, FPGAs mit 
vielen Spannungsebenen etc.) kommt man damit nicht weit. Hier muss man 
rechnen ...

> Meistens reicht einer. Wenn nicht, nimmt man gerne zwei oder auch drei.
> Die Idee der Parallelschaltung ist die, daß jeder Kondensator für einen
> bestimmten Frequenzbereich otpimal funktioniert.

Das Problem hiermit ist bei ungünstiger (nicht berechneter !) Wahl der 
Kondensatorkapazitäten das Parallelresonanzen auftreten können - quasi 
ein Ozillator !

Das ganze ist aber wie bereits erwähnt nur für wirklich schnelle 
Schaltungen ein Thema, die AVRs kommen i.d.R. ohne Kondensatorgruppen 
zum Abblocken aus. Hier reicht ein C wohl aus.

Gruss Uwe

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Hier reicht ein C wohl aus.
Einer ist besser als keiner  ;-)
Der sollte aber sinnvoll angeschlossen sein.

> Hier reicht ein C wohl aus.
Aber was ist mit Avcc?

Autor: Uwe (Gast)
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Hallo Lothar,

> Einer ist besser als keiner  ;-)

Genau, und viel hilft viel ;-)


> Der sollte aber sinnvoll angeschlossen sein.

Das ist doch selbstverständlich.


>> Hier reicht ein C wohl aus.
> Aber was ist mit Avcc?

Wenn du alle 10Bit des ADCs nutzen willst (ja, ich weiß, das letzte Bit 
zappelt ganz ordentlich), dann ist eine Kombination von 100nF und ein 
10µF C ok. Allgemein gesagt sollten die Werte der Kondensatoren aber 
möglichst weit auseinanderliegen, um das bereits erwähnte 
Parallel-Resonanzproblem zu vermeiden.

Gruss Uwe

Autor: Gast (Gast)
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@Sven
Ich bin auch noch Elektronik-Neuling, aber ich glaube,
an jedem IC 100nF und insgesamt nochmal so mind. 10 µF

Autor: Noch ein Gast (Gast)
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Hi!!
Ihr redet von "Entkoppeln", aber das ist doch nicht der Sinn und Zweck 
der Kondensatoren!? Darauf muss man nur bei der Anordnung achten oder???

Autor: Uwe (Gast)
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@ Noch ein Gast (Gast),

> Ihr redet von "Entkoppeln", aber das ist doch nicht der Sinn und Zweck
> der Kondensatoren!? Darauf muss man nur bei der Anordnung achten oder???

Doch, genau das ist der Sinn dieser Cs. Sie entkoppeln die Powerplane 
von den IC Pins. Der beim Schalten (im innern der ICs) enstehende hohe 
Strombedarf soll primär von den Cs abgefangen werden um den Ripple auf 
der Vorsorgungsschiene möglichst gering zu halten.

Gruss Uwe

Autor: Hallp (Gast)
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Hallo zusammen,

hier ist eine gute Zusammenfassung zu eurem Themengebiet.

http://www.rn-wissen.de/index.php/Abblockkondensator

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Uwe,

>Das Problem hiermit ist bei ungünstiger (nicht berechneter !) Wahl der
>Kondensatorkapazitäten das Parallelresonanzen auftreten können - quasi
>ein Ozillator !

Vollkommen richtig! Hier reagiert oft die Kapazität des kleinen 
Kondensators mit der Induktivität des großen und gibt unter Umständen 
ein gewaltiges Impedanzmaximum, wo praktisch keine Entkopplungswirkung 
mehr besteht.

Man kann diese gefürchteten Resonanzen unterdrücken, wenn der größere 
Kondensator genügend Serienwiderstand hat zur Bedämpfung. Deswegen ist 
beispielsweise ein radialer (!) 10...100µF 
Aluminiumelektrolyt-Kondensator + 100nF keramisch eine gute Kombination, 
oder auch 2,2µF Tantal + 100nF keramisch.

Katastrophal wäre beispielsweise 4700µF axial + 10n keramisch. Schlecht 
ist auch 10n keramisch + 1n keramisch + 220pF keramisch. Da keramische 
Kondensatoren sehr niedrige Innenwiderstände besitzen, gibt es hier oft 
katastrophale Impedanzmaxima.

Heute sollte man, wenn es geht, auf solche Parallelschaltungen 
unterschiedlicher Kondensatoren verzichten und lieber einen keramischen 
High-Cap verwenden, der in winziger Ausführung (z.B. 0805) Kapazitäten 
bis weit über 10µF liefert. Dann hat man beides, niedrige 
Serieninduktivität durch kleine SMD-Bauform und große Kapazität. Falls 
die Induktivität noch zu hoch ist, kann man auch zwei identische solcher 
keramischen High-Caps parallelschalten. Bei identischen Kondensatoren 
gibt es in der Regel keine störenden Resonanzen.

Kai

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