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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Anfängerfrage: Wofür Kondensatoren


Autor: Photon (Gast)
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Hi,

Ich hab mir mal das AVR tutorial angeschaut und versteh die Schaltpläne 
soweit schonmal sehr gut, nur drängt sich mir die Frage auf wofür da die 
ganzen Kondensatoren benutzt werden.
Was machen die Dinger da?
Gerade die Kondensatoren zwischen Vcc und GND erscheinen mir total 
überflüssig.

Ich hab schon bei Wikipedia den Artikel über Kondensatoren gelesen und 
da steht einiges über den Ladevorgang und den Entladevorgang, aber nicht 
wirklich was über der praktischen nutzen im einsatzweck. In dem 
Schaltplan stehen die meisten Kondensatoren ja dauernd unter Strom. Also 
müsste der ja ständig geladen werden. Wenn ich mich richtig an dn 
Physik-Unterricht erinnere kann man damit irgendwie den Stromfluss 
puffern, also Spannungsspitzen etc. vermeiden. Seh cih das richtig?


http://www.mikrocontroller.net/articles/Bild:Mega8...
Wozu jetzt aber der C2 da gut sein soll, erschließt sich mir nicht. (und 
warum da Vcc und GND überhaupt verbunden werden auch nicht)
Wenn mir das jemand erklären würde wäre ich sehr dankbar ;)

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

...und täglich grüßt das Murmeltier... ;)

http://www.mikrocontroller.net/search?query=abbloc...

http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/Abblock...

so für den Anfang. :)


PS: was meinst Du damit?
>(und warum da Vcc und GND überhaupt verbunden werden auch nicht)

Gruß aus Brlin
Michael

Autor: Thomas831 (Gast)
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>PS: was meinst Du damit?
>>(und warum da Vcc und GND überhaupt verbunden werden auch nicht)

vllt. meint er die "verbindung" über den kondensator, aber eigentlich 
ist das ja keine verbindung

Autor: Thomas831 (Gast)
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also die kondensatoren an ICs (stromanschlüsse) dienen dazu, 
spannungsspitzen abzufangen und spannungseinbrüche auszugleichen
(soweit ich weiß)

Autor: rene (Gast)
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Kondensatoren integrieren den Strom : u = (1/C)*int (u*dt), resp 
differenzieren die Spannung : i = C* du/dt.  Es ist in der Tat richtig, 
bei einer idealen Speisung braucht man keine C zwischen den gespiesenen 
Leitern. Wie das Leben so spielt, gibt es keine ideale speisung. Und 
daher verwendet man die c. Sie bringen den Strom wenn die Spannung 
absacken wuerde.

Autor: Andrew (Gast)
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>u = (1/C)*int (u*dt)

u = (1/C)*int(i*dt)

Autor: Photon (Gast)
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Hui, das geht ja fix hier :)

Danke schonmal jetzt geht mir ein Licht auf.

Also der C2 is dazu da die Spannung aufrecht zu erhalten wenn die 
Versorgungsspannung schwangt richtig?

Und dann steht in dem ersten Link, dass alle Spannungsführenden 
Leitungen an ICs einen Kondensator haben sollten. Das is bei dem AVR 
aber nicht der fall, wenn ich das richtig sehe.

Autor: schäuble (Gast)
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>gespiesenen


??? - gespeisten !

oder gepriesenen ;)

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Photon wrote:
> Hui, das geht ja fix hier :)
>
> Danke schonmal jetzt geht mir ein Licht auf.
>
> Also der C2 is dazu da die Spannung aufrecht zu erhalten wenn die
> Versorgungsspannung schwangt richtig?

Richtig.
Wobei hier weniger die Schwankungen gemeint sind, die von aussen
(also ueber das Netzteil) hereinkommen. Diese Schwankungen gleicht
die Netzteilschaltung aus.
Aber: Wenn ein IC durchschaltet (und ein AVR macht das sehr oft
in der Sekunde), dann braucht es kurzzeitig (kurzzeitig = ein paar
Nanosekunden) mehr Strom. Mehr Strom bedeutet aber auch, dass
die Spannung kurzzeitig absackt, weil das Netzteil nicht so
schnell nachschieben kann. Das nächste ist, dass diese Spitzen
ja im Grunde eine Frequenz darstellen, soger eine Hochfrequenz.
Hochfrequenz ist aber schlecht, weil damit jeder Leiter zu einer
Antenne wird, die elektromagnetische Leistung abstrahlt.
Ergo möchte man diese Spannungsspitzen möglichst nahe am Ort
ihres Entstehens vernichten. Und genau das ist der Zweck dieser
Kondensatoren. Sie sind klein genug, damit sie diese Spannungs-
spitzen auffüllen können. Ausserdem platziert man sie
möglichst dicht an den Versorgungsanshclüssen der ICs, damit
die Spitzen möglichst schnell vernichtet werden.

>
> Und dann steht in dem ersten Link, dass alle Spannungsführenden
> Leitungen an ICs einen Kondensator haben sollten. Das is bei dem AVR
> aber nicht der fall, wenn ich das richtig sehe.

Das siehst du richtig :-)
Ist ein Fehler im Tutorial.

Autor: MR (Gast)
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auch werden hochfrequente schwingungen werden
gekillt die beim schalten der
transistoren enstehen.

Autor: romanua (Gast)
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@Karl heinz Buchegger
>Sie sind klein genug, damit sie diese Spannungs-
spitzen auffüllen können.

Meinst Du nicht, dass sie (Kondensatoren) gross genug sind, um die 
Spitzen auffuelen zu koennen und sind moeglichst klein, damit ESR klein 
bleibt?

Autor: Peterle Anonym (Firma: keine) (wanderameise)
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wie bestimmt man die größe des benötigten Kondensators?
einmal natürlich abhängig von der anliegenden spannung (=5V).
und umso größer die kapazität der kondensator desto mehr ladungen können 
gespeichert werden, desto mehr strom kann im falle einer schankung zum 
ausgleichen fließen oder?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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romanua wrote:
> @Karl heinz Buchegger
>>Sie sind klein genug, damit sie diese Spannungs-
> spitzen auffüllen können.
>
> Meinst Du nicht, dass sie (Kondensatoren) gross genug sind, um die
> Spitzen auffuelen zu koennen und sind moeglichst klein, damit ESR klein
> bleibt?

Du nimmst mir das Wort aus dem Mund :-)
Klar. Danke für die Richtigstellung.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Benjamin Moll wrote:
> wie bestimmt man die größe des benötigten Kondensators?

Ich denke das sind ganz einfach Erfahrungswerte.

Autor: romanua (Gast)
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@Benjamin Moll

Ich glaube das stimmt fuer Elkos zum glaetten. Bypass capasitors 
brauchen keine grosse Ladung zu halten, sondern, die, die haben, am 
schnellsten abgeben zu koennen.

Autor: Matze (Gast)
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Ich kann 100n zwischen Vcc und Gnd nur stärkstens empfehlen. Ich hatte 
mal einen Mega8 mit einem 7805 gespeist ( am Ausgang des Reglers ein 
100µF Elko). Der Controller sollte nur ein LCD ansteuern, das ging aber 
nicht. Ich habe Stundenlang den Fehler gesucht, weil ich dachte meine 
Software ist schrott. Am Ende lag es aber nur an so einem sch.... 
kleinem 100n.

Autor: Bert (Gast)
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Die Kondensatoren sind da, damit die 1.21Gigawatt erreicht werden können

Autor: Wiebel (Gast)
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Da hier ja explizit ums Verständniss geht will ich mal etwas 
detailierter werden.
Jede "echte" Spannungsquelle muss man sich vorstellen als "ideale 
Spannungsquelle" (die keine kondensatoren benötigen würde, abgesehen von 
den Leitungsverlusten) und einen "Innenwiderstand", der in Serie 
geschaltet ist. Also bildet dieser Innenwiderstand zusammen mit dem 
Verbraucher einen Spannungsteiler, welcher dem Verbraucher immer weniger 
als die Nennspannung zur Verfügung stellt. Ist der Lastwiderstand 
beispielsweise genauso klein wie der Innenwiderstand, steht nur die 
halbe Spannung zur Verfügung.
Das meinte kbuchegg mit "Mehr Strom bedeutet aber auch, dass die 
Spannung kurzzeitig absackt, weil das Netzteil nicht so schnell 
nachschieben kann."
Einen aufgeladenen Kondensator kann man sich genauso wie eine echte 
Spannungsquelle vorstellen, deshalb ist neben der Kapazität auch der ESR 
(Effective Series Resistance) wichtig, der eben diesen Innenwiderstand 
darstellt und quasi angibt wie schnell die Ladungsträger von den 
Kondensatorplatten "abgezogen" werden können.
wanderameise fragt "... umso größer die kapazität der kondensator desto 
mehr ladungen können gespeichert werden, desto mehr strom kann im falle 
einer schankung zum ausgleichen fließen oder?"
Diese Frage muss man leider verneinen, Kondensatoren mit hoher Kapazität 
neigen dazu auch einen hohen ESR zu haben. Daher hängt die Wahl des 
richtigen Kondensators auch massgeblich von der Dauer der erwarteten 
Stromspitzen ab, kleine Kapazitäten können sehr hohe Ströme abfangen 
aber eben auch nur für sehr kurze Zeit.
Bei Verstärkern kann man genau aus diesem Grund auch gerne mal mehrere 
Kondensatoren Parallel schalten z.B. in abnehmender Entfernung zum IC 
100µ - 1µ -10n.
Im Microcontrollerbereich sind die Stromspitzen doch recht kurz und 
kleine Kapazitäten sollten ausreichen.
So mehr fällt mir zu dem Thema jetzt auch nicht ein.

Autor: ab-cd (Gast)
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....mit einem 2231uF Elko kann man auch Loecher im Netz stopfen !
ohne dass der uC etwas davon merkt
.

Autor: Wiebel (Gast)
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Naja da jetzt ja die erste 150F Kondensatoren auf dem Markt sind, kann 
man sich das Netz auch gänzlich schenken, naja alle 10Jahre mal den Cap 
aufladen. ;)

Autor: Matthias (Gast)
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@ Wiebel (Gast):

Das wichtigste hast du vergessen:
Es kommt weniger auf den absoluten Kapazitätswert/ESR an, sondern viel 
mehr auf die Zuleitungsinduktivität zwischen der idealen Spannungsquelle 
IM Kondesator und den Anschlußbeinchen des IC's.
Die eingeschlossene Fläche des Stromflusses von Pin+ nach Kondensator 
und von dort auch wieder zurück (ja der Strom fließt zurück) zum Pin- 
sollte so klein wie möglich sein!

An dieser (Leitungs)induktivität fällt beim Schalten der digitalen 
Schaltung (kurze hohe Impulsströme, einige 100mA!) ein Spannungsfall 
nach:

       di                 L:     Leitungsinduktivität
u=L* ----   auf.         di/dt:  Stromanstiegsgeschwindigkeit
       dt                 u:     Spannungsfall auf der Leitung


DAS ist das Problem, und weniger der (statische) Strom eines Gatters. 
Der ist nämlich so gut wie Null.

Autor: Michael Waiblinger (wiebel42)
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Das hab ich nicht vergesse, das hab ich schlicht nicht gewusst. Sehr 
lehrreich, danke.

Autor: Matthias (Gast)
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@  Michael Waiblinger (wiebel42):

Dann verweise ich mal auf die Appnote von Atmel, im Anhang.

Besonders das Kapitel "Design Rules"..

Das erklärt das Problem ziemlich gut...

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