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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Größe der Abblockkondensatoren


Autor: Karl (Gast)
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Hallo,

nach welchen Kriterien wird die größe der Abblockkondensatoren bestimmt?

Karl

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Nach dem Chip an dessen Versorgungspins der hängt.

Blick ins Datenblatt, wenn nix explizit anderes drinnsteht => 100nF 
Kerko.

Autor: Carbolo Crb (carbolo)
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...pro Versorgungsleitungspaar.

Autor: Carbolo Crb (carbolo)
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Autor: Karl (Gast)
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"So ein Kondensator muss den Strom liefern können, den der Chip beim 
Umschalten zieht"

welche Stromangabe und Spannungsangabe im Datenblatt liefert mir diese 
WErte, um eien Abblockkondensator genau bestimmen zu können?

Karl

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Karl (Gast)

>welche Stromangabe und Spannungsangabe im Datenblatt liefert mir diese
>WErte, um eien Abblockkondensator genau bestimmen zu können?

Praktisch keine. Meist sind Beispielschaltungen angegeben, dort sind 
dann typische Werte drin.

MFG
Falk

Autor: Karl (Gast)
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wahrscheinlich ist die berechnung an sich auch schwierig, weil man ja 
gar nicht weiß welchen wert man für die frequenz annehmen sollte.

Karl

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Die Frequenz ist garnicht das wichtigste, die Umschaltgeschwindigkeit + 
Kapazitive Last an den Ausgängen + Induktivität der Zuleitungen schon 
eher.

Ausgang a_ muss in _b_ nanosekunden eine Kapazität von _c pF auf- bzw 
entladen. Wieviel Strom fliesst? Die VCC / GND zuleitungen haben eine 
Induktivität von d_ nH und einen Widerstand von _e Ohm. Um wieviel 
bricht die Versorgungspannung ein? Wenn die Spannung max. um f mV 
einbrechen soll, Welche Eigenschaften braucht dann ein 
Abblockkondensator davor?

So, wenn du das alles genau bestimmt + ausgerechnet hast, wirst du 
feststellen, dass die Kapazität des Kondensators nicht soo wichtig ist, 
dessen ESR aber umso mehr.

Also wählt man einen Kondensator der
 - genug Kapazität hat, besser etwas überdimmensionieren
 - einen möglichst niedrigen ESR hat
 - billig ist.

=> Keramik Kondensatoren

Nachdem sich Kerkos im ESR kaum unterscheiden (ein 100nF Kerko hat fast 
denselben wie ein 10nF Kerko) nimmt man halt hunderter.

Bei manchen Chips braucht man aber durchaus mehr, z.B. MOSFET-Treiber:
Die sind speziell dafür ausgelegt, eine große Kapazität möglichst 
schnell umzuladen, und brauchen deshalb auch deutlich größere 
Abblockkondensatoren, Im ICL7667 Datenblatt wird z.B. ein 4.7µF Low-ESR 
Elko parallel zu nem 100nF Kerko vorgeschlagen.

/Ernst

Autor: Andreas K. (a-k)
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> Nachdem sich Kerkos im ESR kaum unterscheiden (ein 100nF Kerko hat fast
> denselben wie ein 10nF Kerko) nimmt man halt hunderter.

Dafür liegt aber die Eigenresonanzfrequenz beim 100er sehr viel 
niedriger als bei 10er. Was bei scharfen Transienten (=hohe Frequenz) 
schon mal stören kann. Überdimensionieren kann also schädlich sein, oder 
sollte dann durch einen zweiten deutlich kleineren Typ kompensiert 
werden.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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...was dann im Bereich wo der 100nF KerKo schon induktiv, der 10nF KerKo 
aber noch kapazitiv ist zu einem wunderschönen Parallelresonanzkreis mit 
hoher Impedanz führt.
Den Unsinn mit dem Parallelschalten von Kondensatoren unterschiedlicher 
Kapazität wird man wohl nie mehr korrigiert bekommen (ist wie der 
besondere Eisengehalt von Spinat).
Wenn schon, bringt das Parallelschalten von GLEICHEN Kondis (also z.B. n 
mal 100nF) deutlich mehr!

Autor: Tippgeber (Gast)
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Wenn man schon Abblockkondensatoren parallel schalten will:

Methode 1: Man nimmt 2 aufeinanderfolgende Werte, z.B. 68nF und 100nF. 
Dadurch wird Resonanzpeak erheblich abgeflacht.

Methode 2: Man wählt die Werte so, daß keine Gefahr parasitärer 
Schwingkreise besteht, also z.B. 100nF Kerko plus 47uF Tantal.
Manche empfehlen auch 100nF + 1nF + 10uF.

Ansonsten kann man natürlich auch nachmessen :-)

Autor: Andreas K. (a-k)
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Stefan Wimmer wrote:
> Wenn schon, bringt das Parallelschalten von GLEICHEN Kondis (also z.B. n
> mal 100nF) deutlich mehr!

Wieviel bringt das? Ändert das was an der Resonanz?

> ...was dann im Bereich wo der 100nF KerKo schon induktiv, der 10nF KerKo
> aber noch kapazitiv ist zu einem wunderschönen Parallelresonanzkreis mit
> hoher Impedanz führt.

thx

Tippgeber wrote:
> Methode 2: Man wählt die Werte so, daß keine Gefahr parasitärer
> Schwingkreise besteht, also z.B. 100nF Kerko plus 47uF Tantal.
> Manche empfehlen auch 100nF + 1nF + 10uF.

Also 100/10nF ist Unfug, 100/1nF ok?

Autor: Tippgeber (Gast)
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Wenn ich morgen Zeit hab, werd ichs mal messen.

Ich bevorzuge 47nF oder 100nF einzeln plus Pi-Glied mit 47uF + 
Ferritperle + 47uF nach draussen. Statt 47uF mitunter auch 22uF :-)

Autor: Tippgeber (Gast)
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Ansonsten gibts eine recht nette Appnote von Cypress:
"Using Decoupling Capacitors"

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Vielleicht liegen bei 1nF || 100nF die Sattelpunkte der Impedanzkurve so 
weit auseinander, dass die Resonanzfrequenz so niedrig ist, dass sie von 
einem Al-Elko aufgegessen werden kann... ;)

In der Tat, das Thema "richtige Größe Blockkondensator" ist ein heißes 
Eisen, kenne ich auch. Kollege vertrat mal irgendwelche pseudophysischen 
Argumente, nach denen die Keramik eines 100nF wesentlich schlechter für 
(damals) hohe Frequenzen sei, als die eines 10nF... hat das irgendwie 
mit Dipolen begründet, zumindest was ich noch so vage im Kopf habe.

Edit: Von TI(?) gibt es da auch was, habe ich ausgedruckt, finde ich 
aber auf die Schnelle nicht... :(

Autor: Tippgeber (Gast)
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Das "Auseinanderliegen" ist interessanterweise nicht das wirkliche 
Problem.
Das Problem ensteht dadurch, daß die parasitäre Induktivität des einen 
Kondensatos mit mir der Kapazität des anderen einen zweiten parasitären 
Schwingkreis bildet. Und der erzeugt Peaks wo sie nicht vermutet.

Also aus dem Bauch heraus: 100nF + 1nF auch nüx...

Autor: Andreas K. (a-k)
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> Also aus dem Bauch heraus: 100nF + 1nF auch nüx...

Dein Bauch liegt mit dem Cypress Papier auf einer Linie. Dort wurde 
22n/100p untersucht und auch nix.

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Nachtrag: slod006b.pdf "Op Amps for Everyone Design Guide"
http://www.ti.com/litv/pdf/slod006b
Ab Seite 349ff. steht etwas darüber....

Autor: Tippgeber (Gast)
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Da hab ich ja auch geluschert :-)

Autor: Andreas K. (a-k)
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Lustigerweise kann man in 
http://www.designers-guide.org/Design/bypassing.pdf lesen, dass ein 
grosser Abstand an Kapazitäten (>16fach) wieder sinnvoll sein kann, 
vorausgesetzt der dicke Kollege ist hinreichend miserabel (high ESR).

EDIT: Das heisst also, dass die 22/47µF Elkos, von denen man 
gelegentlich welche quer über die Platine streut, vorzugsweise keine low 
ESR Typen sein sollten. An die Logik muss man sich erst gewöhnen.

Autor: Andreas K. (a-k)
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> Da hab ich ja auch geluschert :-)

...und folglich ein bischen geschummelt, oder hast du das Papier zum 
Abendessen genossen? ;-)

Autor: Tippgeber (Gast)
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Hmm,

manche Dinge merk ich mir halt, siehe Methode 1 oben...
Weil sie nicht unbedingt auf den ersten Blich augenscheinlich sind.
Ich hätte vorher auch relativ kritiklos einen 100nF mit einen 1nF 
verheiratet, und mich eventuell gewundert.

Und die Quelle tu ich mir auf die Platte.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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Andreas Kaiser wrote:
> Stefan Wimmer wrote:
>> Wenn schon, bringt das Parallelschalten von GLEICHEN Kondis (also z.B. n
>> mal 100nF) deutlich mehr!
>
> Wieviel bringt das?

nach Adam Riese: 1/n was die Impedanz angeht (praktisch leider nicht so 
viel -> HF-Technik und die realen Bauteile...)

> Ändert das was an der Resonanz?

...die Frequenz bleibt (annähernd) gleich, aber die Impedanz sinkt mit 
1/n.

Methode 1 von "Tippgeber" (Man nimmt 2 aufeinanderfolgende Werte, z.B. 
68nF und 100nF) ist auch Unfug: Unterschiedliche Werte verbreitern die 
Resonanzkurve auf jeden Fall gegenüber dem Parallelschalten von gleichen 
Kondis. Und ausserdem muss man evtl. einen weiteren Wert in den 
Bestückungsautomaten einspannen (Ok, für Bastler vielleicht nicht so 
tragisch ;-)

Autor: Tippgeber (Gast)
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Hihi, da ist wieder einer reingefallen.
Das "Verbreitern" der Resonanzkurve ist beabsichtigt und erwünscht.

6 setzen.

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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...na dann erklär's mal bitte, großer Meister.

Wenn ich gleiche Werte nehme, erhalte ich im Frequenzbereich einen 
Impedanzverlauf in Form (grob) eines weit geöffneten "V". Nehme ich 
unterschiedliche Werte, bekomme ich etwas wie ein  "W" und habe auf 
jeden Fall einen Impedanzpeak, der höher liegt als im anderen Fall. Wo 
ist jetzt der Trick, der mir das zu einem Vorteil gereichen lässt?

Autor: Tippgeber (Gast)
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Hmmm,

wenn du mit der Taktfrequenz grad dein "V" im tiefsten Punkt triffst, 
hast halt einfach Pech gehabt.
Mit 2 Kondensatoren im Bereich bis max. 1:2 ist der Peak eher gut 
verteilt, und die Chance auf eine gute Entkopplung/Siebung einfach 
besser.

Falls du mal Radios gebastelt hast: stell dir einen ZF-Verstärker vor. 
Da werden die Bandfilter ja auch nicht stur auf Mittelfrequenz getrimmt, 
sondern so das sich eine angemessene Durchlasskurve ergibt.

Ansonsten einfach die Appnote von Cypress lesen.
Da steht alles drin :-)

Und 1/n gilt in der HF-Technik sowieso nix.

Autor: Tippgeber (Gast)
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Angehängte Dateien:

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Für alle lesewilligen...

DECOUPLE.PDF (C)1999 by Cypress

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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...ähhhm: Hast Du Dir mal die Recommendations auf Seite 2 und die 
Conclusions auf der letzten Seite durchgelesen?

Da steht mehrfach: "...use only 1 value of capacitor..."

Nix anders schreibe ich die ganze Zeit...

Und Bild 7 zeigt auch deutlich, dass ich zwischen den Minima auf jeden 
Fall ein Maximum bekomme, wo die Impedanz ÜBER der eines einzelnen Cs 
oder gar einer Parallelschaltung gleicher Cs liege. Weiter aussen 
erreiche ich mit parallelen gleichen Cs eh' die selbe (untere) Kurve.

Autor: Tippgeber (Gast)
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Da zitier ich mich mal selbst:

>Ich bevorzuge 47nF oder 100nF einzeln plus Pi-Glied mit 47uF +
>Ferritperle + 47uF nach draussen. Statt 47uF mitunter auch 22uF :-)

Es geht um den Spezialfall: Verwenden mehrerer Abblockkondensatorn an 
der selben Stelle. Dabei produzieren scheinbar sinnvolle Kombinationen 
Unfug.

Es ging mir darum sinnvolle Werte für die Kombination von 
Abblockkondensatoren vorzustellen.
Und gegen eine Verbreiterung des Resonanzpeaks kann man doch eigentlich 
nichts haben, oder? :-)

Im Zweifelsfall messe ich nach wie groß die Impedanz bei meiner 
Taktfrequenz ist.
Aber das ist ein anderes Thema.

Autor: Pattek (Gast)
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Hallo an alle,
ich hab mal eine Frage und zwar hab ich in meiner hardwareschaltung erst 
100nF Keramik) parallel zu meinen Ops beschaltet, hatte aber immer noch 
ein paar Störungen. Danach hab ich noch 10µF (Elko) hinzugeschaltet und 
es lief viel besser, also meine Frage warum sollte man 100nF Keramik und 
10µF Elkos nehmen.
Ich hoffe ihr könnt mir weiter helfen.
Liebe Grüße Pattek

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Pattek,

>Danach hab ich noch 10µF (Elko) hinzugeschaltet und es lief viel besser,
>also meine Frage warum sollte man 100nF Keramik und 10µF Elkos nehmen.

Weil sich die beiden Kondensatoren in ihrer Wirkung ergänzen, der eine 
wirkt hauptsächlich bei tieferen Frequenzen und der andere bei höheren.

Kai Klaas

Autor: MaWin (Gast)
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> welche Stromangabe und Spannungsangabe im Datenblatt liefert mir diese
> WErte, um eien Abblockkondensator genau bestimmen zu können?

Keine.

Gute Datenblätter z.B. zu dynamischen RAMs zeigen die impulsförmige 
Stromaufnahme im Betrieb als Oszillogramm, bei heutigen ICs musst du sie 
selbst aufnehmen,
und kannst dann gleich sehen, wie weit die Versorgungsspannung bei 
diesem Stromimpuls einknickt.

Daher beschränken sich viele Leute auf die Maxime "viel bringt viel" und 
bauen 100nF ein.

Leider übersehen sie dabei, daß 100nF Kondensatoren auch eine 
Induktivität haben, und die ab einer bestimmten Impulsform (es zählt die 
Schnelle der Steigung der Stromaufnahme, nicht die Wiederholfrequenz) 
überwiegt, der Wirkung wird also oberhalb der Resonanzfrequenz der 
Kondensatoren (bei 100nF oft unter 10MHz) wieder schlechter. Bei 
schnelles ICs (ACT etc.) sind 100nF also zu langsam.

Also könnte man 1nF nehmen, aber das reicht dann oft von der Kapazität 
her nicht. Daher haben schnelle dicke ICs (FPGAs etc.) oft eine Kaskade 
4n7, 47nF, 4.7uF direkt hintereinander, von denen der kleine erst mal 
die Schnelle aus dem Impuls nehmen soll, der dicke dann den satten 
Stromm nachliefert, bevor der vom Netzteil kommt.

Autor: Pattek (Gast)
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Hallo Kai,

danke für die schnelle Antwort, aber aus welchen Grund sollte man 10µF 
Elkos nehmen und nicht, auch Keramik. Hat das wegen dem Dilektrikum 
zutun?
Haben die dadurch nen anderes Verhalten bei den jeweiligen Frequenzen?

Autor: Pattek (Gast)
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Also hab gerade mal was gefunden, die Elkos besitzen eine hohe eigen 
Induktivität und somit wären sie für hohe Frequenzen ja eher schlecht.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Pattek,

>Also hab gerade mal was gefunden, die Elkos besitzen eine hohe eigen
>Induktivität und somit wären sie für hohe Frequenzen ja eher schlecht.

Ja, ein 100µF/16V Elko, stehend, hat schon 15...20nH Induktivität. Ein 
keramischer 100nF Kondensator nur 5...7nH. Das ist schon ein deutlicher 
Unterschied, wenn man bis 100MHz oder sogar darüber Filterwirkung haben 
möchte.

Kai Klaas

Autor: Ulrich (Gast)
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Bei der Paralelschaltung ist schon ganz gut, wenn der Elko etwas mehr 
ESR (ESL ist auch ier unerwünscht), um ein ggf. Auftretende 
Serienresonanz der beiden Kondensatoren zu Dämpfen.

Hinsichtlich schnell und langsam hängt die Geschwindigkeit bei 
Keramikkondensatoren nicht so sehr von der Kapazität, sondern mehr von 
der Baugröße ab. Ein 100 nF in Größe 0603 ist schon besser als 10 nF in 
der Bauform 0805.

Bei ICs wo die Pins der Versorgung weit auseinanderliegen (z.B. 74AC...) 
hat man immer ein Problem. Wichtiger ist da das Layout als die Wahl des 
Kondensators.

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