Qué condensadores se ocupan de la frecuencia de esquina

Los condensadores desempeñan un papel fundamental en los circuitos electrónicos e influyen en varios parámetros, incluida la frecuencia de esquina, que es crucial en el diseño de filtros. Este artículo tiene como objetivo explorar las complejidades de los capacitores con respecto a la frecuencia de esquina, enfocándose en sus tipos adecuados para desacoplar, comprender los métodos de frecuencia de esquina del filtro para encontrar la frecuencia de esquina y el impacto de los tipos de capacitores en la región de baja frecuencia.

I. Introducción a los condensadores y la frecuencia de esquina.

Un condensador se forma cuando dos conductores metálicos están separados por un material aislante.

El diagrama esquemático de un condensador de placas paralelas se muestra en la Figura (a).

Las placas de metal separadas por material aislante se denominan electrodos y se pueden conectar al circuito mediante cables. El material aislante que separa las placas se llama dieléctrico. El símbolo comúnmente utilizado para capacitores en circuitos se muestra en la Figura (b).

Cuando los electrodos del capacitor están conectados a una fuente de energía, debido a la fuerza del campo eléctrico, aparecerán cargas positivas en el electrodo conectado al terminal positivo de la fuente de energía, y aparecerán cargas negativas en el electrodo conectado al terminal negativo, como como se muestra en la Figura (c).

La cantidad de carga en ambos electrodos es igual, estableciéndose un campo eléctrico en el dieléctrico de las placas, almacenándose así una cierta cantidad de energía del campo eléctrico en el condensador.

¿Qué tipo de condensador utilizar para el desacoplamiento?

Definición y finalidad de los condensadores de desacoplamiento:

Los condensadores de desacoplamiento tienen dos propósitos principales:

1. Elimina la interferencia de la señal de alta frecuencia.

2. Almacenamiento de energía (los condensadores cercanos en los chips también cumplen una función de almacenamiento de energía, que es secundaria).

Cuando funcionan dispositivos de alta frecuencia, su corriente es discontinua y de alta frecuencia. Incluso si la distancia entre el VCC del dispositivo y la fuente de alimentación principal es corta, la impedancia \( Z = i \cdot wL + R \) puede verse afectada significativamente por la inductancia de la línea, provocando que el dispositivo no reciba la corriente que necesita. necesita con prontitud.

Los condensadores de desacoplamiento pueden compensar esta deficiencia, razón por la cual muchas placas de circuito colocan condensadores pequeños cerca de los pines VCC de los dispositivos de alta frecuencia (normalmente, un condensador de desacoplamiento se conecta en paralelo al pin VCC para poner a tierra el componente de CA).

Tipos de condensadores más adecuados para aplicaciones de desacoplamiento:

- Los condensadores de tantalio de 4,7 μF son eficaces para filtrar el ruido de baja frecuencia.

- Los condensadores cerámicos 0603 de 0,1 μF son más eficaces que los condensadores de tantalio para filtrar el ruido en el rango de 1 a 50 MHz.

- Los condensadores cerámicos 0402 de 0,001 μF son eficaces para filtrar el ruido de alta frecuencia por encima de 50 MHz.

La banda de frecuencia de ruido específica se puede determinar mediante análisis de circuito (frecuencia de reloj) y mediciones, que determinarán el tipo y paquete del capacitor utilizado para el desacoplamiento. En la mayoría de los casos, usar un condensador cerámico de 0,1 μF junto con un condensador de tantalio es suficiente para cumplir con los requisitos del sistema para el desacoplamiento del ruido de potencia.

Condensadores electrolíticos: cuándo usarlos para el desacoplamiento de baja frecuencia:

El desacoplamiento de ruido de baja frecuencia generalmente requiere capacitores electrolíticos (que generalmente oscilan entre 1 μF y 100 μF) para que sirvan como depósito de carga para corrientes transitorias de baja frecuencia.

La conexión de condensadores cerámicos de montaje superficial de baja inductancia (normalmente de 0,01 μF a 0,1 μF) directamente a los pines de alimentación del IC puede suprimir al máximo el ruido de alimentación de alta frecuencia. Todos los condensadores de desacoplamiento deben conectarse directamente a un plano de tierra de baja inductancia para que sean efectivos. Esta conexión requiere trazas o vías cortas para minimizar la inductancia en serie adicional.

La mayoría de las hojas de datos de circuitos integrados proporcionan circuitos de desacoplamiento de energía recomendados en la sección de aplicaciones, y los usuarios siempre deben seguir estas recomendaciones para garantizar el funcionamiento adecuado del dispositivo.

Las perlas de ferrita (cerámica aislante hecha de óxidos u otros compuestos de níquel, zinc y manganeso) también se pueden utilizar para desacoplar en filtros de potencia. Las ferritas son inductivas a bajas frecuencias (

Las perlas de ferrita no siempre son necesarias, pero pueden mejorar el aislamiento y el desacoplamiento del ruido de alta frecuencia, lo que normalmente proporciona ventajas. Es importante asegurarse de que las perlas de ferrita nunca se saturen, especialmente cuando los amplificadores operacionales generan altas corrientes de salida.

Cuando las ferritas se saturan, se vuelven no lineales y pierden sus propiedades de filtrado. Algunas ferritas pueden incluso volverse no lineales antes de saturarse por completo. Por lo tanto, si una etapa de potencia opera cerca de esta región de saturación, se debe verificar la ferrita durante la creación del prototipo.

Factores que influyen en la elección de los condensadores de desacoplamiento:

Debido a las características de frecuencia de los condensadores y a la disposición de los dispositivos en la placa de circuito impreso, el efecto de supresión de ruido también se ve afectado. El circuito equivalente de condensadores con parámetros distribuidos en el caso no ideal se muestra a continuación:

- C representa la capacitancia nominal.

- RS es la resistencia en serie equivalente (ESR).

- L representa la inductancia en serie equivalente (ESL).

- RP representa la resistencia de aislamiento y la corriente de fuga, que pueden ignorarse en aplicaciones de desacoplamiento.

- RDA y CDA representan los parámetros de pérdida de absorción dieléctrica (DA), que también pueden ignorarse en aplicaciones de desacoplamiento.

En resumen, los parámetros clave que afectan al condensador de desacoplamiento son C, ESR y ESL.

¿Cuál es la frecuencia de la esquina del filtro?

Explicación de la frecuencia de esquina del filtro y su importancia en el diseño del filtro:

Un filtro es un circuito que permite el paso de ciertas frecuencias mientras bloquea otras. Hay cuatro tipos principales de filtros: filtros de paso bajo, filtros de paso alto, filtros de paso de banda y filtros de eliminación de banda (o muesca).

- Los filtros de paso bajo permiten que sólo pasen los componentes de baja frecuencia de la señal de entrada.

- Los filtros de paso alto dejan pasar sólo los componentes de alta frecuencia de la señal.

- Los filtros de paso de banda sólo permiten que pase una banda estrecha de frecuencias alrededor de la frecuencia de resonancia del filtro.

- Los filtros Notch permiten el paso de todas las frecuencias excepto una banda estrecha centrada alrededor de la frecuencia de resonancia del filtro.

Los filtros se utilizan para procesar señales y obtener una mejor calidad de señal. Los filtros pueden suprimir el ruido en las señales, mejorar la relación señal-ruido, suprimir las oscilaciones en las señales, mejorar la estabilidad y suprimir las interferencias, mejorando la confiabilidad de la señal. Comprender la función de los filtros puede ayudarle a utilizar mejor la electrónica analógica para mejorar la calidad de la señal.

Los filtros actúan como dispositivos selectivos de frecuencia, permitiendo que pasen componentes de frecuencia específicos de la señal mientras atenúan significativamente otros. Al utilizar esta característica selectiva de frecuencia, se puede filtrar el ruido de interferencia o realizar un análisis espectral.

La función de un filtro es permitir el paso de señales útiles con una atenuación mínima y al mismo tiempo reflejar las señales no deseadas tanto como sea posible. Los filtros suelen tener dos puertos: una señal de entrada y una señal de salida, y utilizan esta característica para seleccionar un grupo de ondas cuadradas o una onda de ruido compuesta que pasa a través del filtro para obtener una onda sinusoidal de una frecuencia específica.

La función del filtro es permitir que las señales de ciertas frecuencias pasen suavemente mientras suprime significativamente las señales de otras frecuencias. Esencialmente, es un circuito selectivo en frecuencia.

En los filtros, el rango de frecuencia por el que pueden pasar las señales se llama banda de paso, mientras que el rango de frecuencia donde las señales se atenúan significativamente o se suprimen por completo se llama banda de parada. La frecuencia límite entre la banda de paso y la banda de parada se llama frecuencia de corte.

Relación entre los condensadores y la frecuencia de esquina de los filtros:

Los condensadores de filtro están conectados en paralelo a la salida del circuito de alimentación rectificado para reducir el factor de ondulación de CA y suavizar la salida de CC. En los circuitos electrónicos que convierten CA en CC, los condensadores de filtro no solo estabilizan la salida de CC sino que también reducen el impacto de la onda alterna en el circuito electrónico, absorbiendo las fluctuaciones de corriente generadas durante el funcionamiento del circuito electrónico y las interferencias introducidas a través de la fuente de alimentación de CA, por lo tanto estabilizando el rendimiento del circuito electrónico.

¿Cómo encontrar la frecuencia de las esquinas?

Fórmulas matemáticas para calcular la frecuencia de las esquinas:

La velocidad angular \( \omega \) en la fórmula \( e = E_m \sin \omega t \) a menudo se denomina frecuencia angular o velocidad angular. Representa el ángulo eléctrico a través del cual la CA cambia por segundo, es decir, \( \omega = \alpha/t \). Aquí, el ángulo eléctrico generalmente se expresa en radianes, por lo que la unidad de \( \omega \) es radianes/segundo.

Dentro de un período \( T \), el ángulo girado por la bobina del generador es \( 2\pi \) (radianes), por lo tanto, la relación es:

\[ \omega = \frac{2\pi}{T} = 2\pi f \]

Guía paso a paso para determinar la frecuencia de las esquinas en escenarios prácticos:

El método de cálculo de la frecuencia es el siguiente:

1. Concepto básico: en el plano complejo, un ángulo se puede representar mediante el ángulo angular o el ángulo de magnitud. Dentro del rango de 0 a 2π, los ángulos angulares y de magnitud son los mismos. En ingeniería eléctrica, el ángulo de magnitud se utiliza a menudo para representar la frecuencia angular.

2. Relación: La relación entre la frecuencia angular \( \omega \) y el ángulo de magnitud \( \theta \) es: igual a \( d\theta/dt \), lo que significa que la frecuencia angular es la tasa de cambio del ángulo de magnitud con el tiempo. Cuando la frecuencia de una onda seno o coseno aumenta, el ángulo (o fase) correspondiente también aumenta y cambia más rápido.

3. Ángulo de avance máximo: Si tenemos una onda sinusoidal cuya fase se adelanta en un ángulo determinado, este ángulo se llama ángulo de avance. El ángulo de ataque máximo corresponde a la frecuencia máxima o frecuencia angular.

4. Método de cálculo: para encontrar la frecuencia correspondiente al ángulo de ataque máximo, primero necesitamos saber la posición de este ángulo en el plano complejo. Luego, utilice la relación anterior para calcular la frecuencia angular correspondiente.

5. Consideraciones: En aplicaciones prácticas