Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.

ghost666 23 Paź 2013 17:41 3684 1
  • Niedawno autor artykułu napotkał dosyć prosty układ zachowujący się w bardzo podejrzany sposób. Układ, którego schemat pokazany jest poniżej, skłąda się z wzmacniacza operacyjnego którego zadaniem jest wzmacnianie sygnału pochodzącego z mikrofonu. Założeniem projektu było wzmacnianie sygnałów o bardzo niskiej częstotliwości dlatego jako kondensator filtrujący składową stałą na wejściu układu wybrano kondensator o dużej pojemności - 47 µF. Dzięki wysokiej impedancji wejściowej układu, wynoszącej, 100 kΩ, udaje się w ten sposób osiągnąć bardzo niską częstotliwość graniczną układu, co było założeniem podczas projektowania urządzenia. Niestety, jednocześnie spowodowało to że na wyjściu układu pojawił się spory offset DC - wynosił aż 1 V, czy coś da się z tym zrobić?

    Jak powiedział kiedyś Duński Fizyk Niels Bohr: "Ekspert to osoba która popełniła wszystkie błędy w swojej wąskiej dziedzinie". Autor oczywiście nie uważa się za eksperta, ale jest to właśnie jeden z błędów które popełnił.

    Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.


    Patrząc na powyższy schemat duża wartość kondensatora C1 daje pewną wskazówkę co do mechanizmu powstawania tak wysokiego offsetu. Kondensatory o dużej pojemności, szczególnie wszelkie rodzaje kondensatorów elektrolitycznych, charakteryzują się znacznym prądem upływu. Prąd ten, płynąc przez opornik R2, powoduje powstanie na nim spadku napięcia, widzianego przez wzmacniacz operacyjny, który z kolei je wzmacnia, co powoduje offset wyjściowy. Aby zrozumieć skąd bierze się upływ w kondensatorze przyjrzyjmy się dokładniej podstawowej strukturze kondensatora.

    Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.


    Na powyższym obrazku widzimy kondensator płytkowy złożony z dwóch płytek (szare) o powierzchni A, oddzielonych warstwą dielektryka (niebieskie) o grubości d. Kondensator zbudowany w ten sposób charakteryzuje się pojemnością wyrażoną następującym wzorem:

    Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.






    Pojemność kondensatora zależy zatem głównie od trzech czynników:

    * relatywnej stałej dielektrycznej εr (ε0 to stała dielektryczna próżni)
    * powierzchni elektrod A
    * grubości przekładki dielektrycznej d.

    Taka struktura, pokazana na powyższym obrazku, charakteryzować się będzie też pewnym oporem. Opisać można go wzorem:

    Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.


    Opór elektryczny R kondensatora zależny jest od oporu materiału dielektryka ρ a także powierzchni elektrod A i odległości pomiędzy nimi d. Niestety nie istnieje idealny dielektryk. Nawet teflon posiada skończoną rezystywność na poziomie 10e-23 do 10e-25 Ωm. Parametr R opisuje się często oporem izolacji i jest ona równoległa z pojemnością kondensatora. Czynniki zwiększające pojemność kondensatora bardzo często zmniejszają opór materiału dielektrycznego w kondensatorze. Aby zilustrować tą zależność poniżej wykreślono wartość oporu izolacji w funkcji pojemności dla szeregu kondensatorów 10 V.

    Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.


    Oporność izolacji użytej w kondensatorze jest zazwyczaj specyfikowana dla maksymalnego napięcia pracy danego kondensatora, jednakże nie jest ona taka sama dla wszystkich napięć z tego zakresu. Rezultatem tego jest duży rozrzut prądu upływu płynącego przez omawiany element w zależności od przykładanego napięcia.

    Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.


    Generalnie przy 40 procentach napięcia maksymalnego kondensatora prąd upływu wynosić będzie około jednej dziesiątej wartości podanej w specyfikacji elementu. Zatem można użyć kondensatora na wyższe napięcie aby zmniejszyć prąd upływu w układzie. Można także zastosować dedykowany kondensator optymalizowany pod kątem minimalizacji upływu.

    Zazwyczaj w aplikacjach wymagających niskiego upływu z kondensatora stosuje się kondensatory polipropylenowe. Jeśli potrzebujemy naprawdę niskiego upływu zastosować możemy kondensator próżniowy, taki jak pokazano na zdjęciu poniżej. Niestety - kondensator próżniowy o pojemności 47 µF byłby ogromny!

    Zatkać wyciek, czyli kilka słów o upływie kondensatorów.


    Podczas pracy z układami wykazującymi dziwne i nieprzewidywane zachowanie bardzo często jest to wina pasożytniczych wartości - nieujętych w schemacie, takich jak na przykład opór izolacji kondensatora. Zakładanie że elementy pasywne działają w realnym świecie tak jak ich idealne modele jest jednym z wielu błędów które można popełnić na swojej drodze do stania się ekspertem w swojej dziedzinie.
    Źródła:
    http://www.planetanalog.com/author.asp?section_id=3117&doc_id=561547&


    Fajne!
  • #2 24 Paź 2013 07:52
    otapi
    Poziom 25  

    ... o upływności... chyba?