Меню

Как стабилизировать напряжение конденсатором



Конденсатор в качестве понижающего трансформатора

Конденсатор в качестве понижающего трансформатора

Конденсатор при включении в цепь с переменным напряжением обладает реактивным сопротивлением. Его сопротивление меняется в зависимости от частоты.

Благодаря этому свойству конденсатора его возможно использовать за место гасящего резистора.При этом на конденсаторе не выделяет тепло, что является большим преимуществом над обычным резистором.

Расчет номиналов такого конденсатора достаточно сложен, для упрощения расчета предлагаю воспользоваться номограммой, представленной ниже.

Из данного рисунка видно, что для определения емкости конденсатора нам необходимо знать Rн-сопротивление нагрузки. Z-сопротивление цепи.

Если эти значения известны достаточно взять циркуль, приложить его в начало координат и провести дугу через ось Z. Затем от оси Rн провести параллельную линию оси ординат. Точка пересечения дуги и линии и будет емкость нашего конденсатора.

У нас имеется паяльник на напряжение 127В мощностью 25 Вт. Требуется рассчитать гасящий конденсатор для включения его в розетку 220В.

Где, U- необходимое напряжение на нагрузке (в нашем случае на паяльнике). P- мощность нагрузки.
Затем рассчитываем ток проходящий через нагрузку

Затем рассчитываем сопротивление цепи Z

На номограмме данные значения выделены, нам нужен конденсатор на 3,5 мкФ.

Нам необходимо запитать постоянным током устройство рассчитанное на напряжение 18В и ток 20мА. При этом напряжение сети 127В.

Внимание схема работает от 220В, развязки от сети нет. Будьте внимательны, соблюдайте технику безопасности!

Данный пример на номограмме выделен пунктиром. Емкость конденсатора составляет 0,51 мкФ.
Конденсаторы в качестве гасящего элемента следует выбирать бумажные. С запасом по напряжению в 2-3 раза, превышающего напряжение которое нужно погасить.

Источник

Почему так важен правильный выбор конденсаторов для LDO стабилизатора. Часть 1 — Свойства конденсаторов

Analog Dialogue, Вып. 45 – Январь 2011

Читайте также:  Среднее напряжение между коллекторными пластинами

Glenn Morita, Analog Devices

Полагая, что добавлением нескольких конденсаторов они решат все проблемы, связанные с шумами в схеме, разработчики зачастую не задумываются о том, что кроме емкости и допустимого напряжения, у конденсаторов есть еще множество характеристик. Как и любые другие электронные компоненты, конденсаторы несовершенны. Они обладают такими паразитными параметрами, как эквивалентное последовательное сопротивление (Effective Series Resistance – ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность (Effective Series Inductance – ESL), их емкость зависит от температуры и напряжения, они чувствительны к механическим воздействиям.

Разработчики линейных стабилизаторов напряжения должны относиться к выбору входных и выходных конденсаторов с точно такой же ответственностью, как и разработчики фильтров, времязадающих цепей или других устройств, параметры которых определяются емкостью конденсатора. Следствием неправильного выбора конденсаторов может быть неустойчивость схемы, повышенный уровень шумов, чрезмерное потребление тока, сокращение срока службы и непредсказуемое поведение устройства.

Технологические разновидности конденсаторов

Конденсаторы имеют самые разные размеры, форму, допустимые значения напряжения и другие параметры, позволяющие подобрать подходящий конденсатор для любого приложения. В качестве материала диэлектрика обычно используют масло, бумагу, стекло, воздух, слюду, полимерные пленки и окислы металлов. Каждый диэлектрик обладает специфическими свойствами, которые определяют область его применения.

В стабилизаторах напряжения в качестве входных и выходных, чаще всего, используются многослойные керамические, танталовые с твердым электролитом и алюминиевые конденсаторы. В Приложении к статье приведена таблица сравнения характеристик конденсаторов различных типов.

Многослойные керамические конденсаторы

Многослойные керамические конденсаторы сочетают в себе малые габариты и низкие значения ESR и ESL. Но, к сожалению, они не лишены и серьезных недостатков. В зависимости от материала диэлектрика, влияние на величину емкости температуры, постоянного напряжения смещения и амплитуды переменного напряжения может быть очень значительным. Кроме того, пьезоэлектрический характер диэлектрика является причиной трансформации механических вибраций и ударов в электрический шум. Чаще всего, этот шум имеет порядок единиц микровольт, но в отдельных случаях, генерируемые механическими нагрузками шумы могут достигать единиц милливольт.

Читайте также:  Высокого напряжения как по английски будет

Управляемые напряжением генераторы (Voltage-controlled oscillators – VCOs), схемы ФАПЧ (phase-locked loops – PLLs), усилители мощности радиочастотного диапазона (RF power amplifiers – PAs) чувствительны к шумам на шинах их питания. В схемах VCO и PLL эти шумы проявляют себя в форме дрожания фазы, в PA – в форме амплитудной модуляции, в ультразвуковых сканерах и компьютерных томографах приводят к искажению изображений. Шумы опасны для любых аналоговых схем, работающих со слабыми сигналами. Несмотря на все перечисленные недостатки, керамические конденсаторы используются практически в каждом электронном устройстве из-за их небольших размеров и цены. Однако, проектируя стабилизаторы напряжения для чувствительных к шумам приложений, необходимо внимательно оценить и все побочные эффекты.

Танталовые конденсаторы с твердым электролитом

По сравнению с многослойными керамическими конденсаторами, параметры танталовых конденсаторов с твердым электролитом в меньшей степени зависят от температуры, напряжения смещения и вибраций. В танталовых конденсаторах последнего поколения вместо двуокиси марганца используется проводящий полимерный электролит, благодаря которому повысилась стойкость к броскам тока и отпала необходимость в токограничительном резисторе. Кроме того, уменьшилось ESR. Емкость танталовых конденсаторов с твердым электролитом слабо зависит от температуры и напряжения смещения, поэтому основными критериями выбора конденсаторов остаются допустимое напряжение, рабочая температура и величина ESR.

Имеющие низкое ESR танталовые конденсаторы дороже и несколько крупнее керамических, но для приложений, где шумы вызванные пьезоэффектом недопустимы, они могут оказаться единственным выбором. Токи утечки танталовых конденсаторов намного больше, чем у керамических такой же емкости, что делает их непригодными для использования в некоторых слаботочных схемах.

Недостатком технологии твердых полимерных электролитов является бóльшая чувствительность к повышенной температуре пайки, характерной для бессвинцовых процессов. Изготовители, как правило, запрещают подвергать конденсаторы с твердыми полимерными электролитами более чем трем циклам монтажа. Игнорирование этого требования может привести к проблемам долговременной надежности.

Читайте также:  Генератор высокого напряжения для коптилки

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Обычные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют бóльшие габариты, худшие значения ESR и ESL, относительно высокий ток утечки и ограниченный срок службы, измеряемый тысячами часов. В алюминиевых конденсаторах с сухим электролитом (OS-CON) используется электролит на основе органических полупроводников и катод из алюминиевой фольги, что позволяет получить лучшие значения ESR. Несмотря на то, что технологически OS-CON конденсаторы близки к танталовым конденсаторам с твердым электролитом, появились они лет на 10 раньше танталовых. Из-за отсутствия подверженного высыханию жидкого электролита, OS-CON конденсаторы превосходят обычные алюминиевые по сроку службы. Большинство из них рассчитаны на предельную температуру 105 °C, но в последнее время стали появляться OS-CON конденсаторы, специфицированные для температуры 125 °C.

Хотя характеристики OS-CON конденсаторов и лучше, чем обычных алюминиевых, OS-CON крупнее и имеют худшее ESR, чем керамические и танталовые конденсаторы. Так же, как танталовые, они не имеют пьезоэффекта и могут использоваться в приложениях, требующих низких уровней шумов.

Окончание читайте здесь

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник