ახალი ამბები

კონდენსატორები ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული კომპონენტია მიკროსქემის დაფებზე. ელექტრონული მოწყობილობების რაოდენობა (მობილური ტელეფონებიდან მანქანებამდე) იზრდება, ასევე იზრდება მოთხოვნა კონდენსატორებზე. Covid 19-ის პანდემიამ შეაფერხა კომპონენტების მიწოდების გლობალური ჯაჭვი ნახევარგამტარებისგან. პასიურ კომპონენტებზე და კონდენსატორების დეფიციტი იყო1.
კონდენსატორების თემაზე დისკუსიები ადვილად შეიძლება გადაიქცეს წიგნად ან ლექსიკონად. ჯერ ერთი, არსებობს სხვადასხვა ტიპის კონდენსატორები, როგორიცაა ელექტროლიტური კონდენსატორები, ფირის კონდენსატორები, კერამიკული კონდენსატორები და ა.შ. დიელექტრიკული მასალები. ასევე არსებობს სხვადასხვა კლასი. რაც შეეხება ფიზიკურ სტრუქტურას, არსებობს ორი ტერმინალური და სამტერმინალური კონდენსატორის ტიპები. ასევე არის X2Y ტიპის კონდენსატორი, რომელიც არსებითად არის Y კონდენსატორების წყვილი ერთში ჩასმული. რაც შეეხება სუპერკონდენსატორების. ?ფაქტია, რომ თუ დაჯდებით და დაიწყებთ კონდენსატორების შერჩევის სახელმძღვანელოების კითხვას ძირითადი მწარმოებლებისგან, შეგიძლიათ მარტივად გაატაროთ დღე!
ვინაიდან ეს სტატია ეხება საფუძვლებს, მე გამოვიყენებ განსხვავებულ მეთოდს, როგორც ყოველთვის. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, კონდენსატორების შერჩევის სახელმძღვანელო მარტივად შეგიძლიათ იპოვოთ მომწოდებლის ვებსაიტებზე 3 და 4, ხოლო საველე ინჟინრებს შეუძლიათ უპასუხონ უმეტეს კითხვებს კონდენსატორების შესახებ. ამ სტატიაში, მე არ გავიმეორებ იმას, რისი პოვნაც შეგიძლიათ ინტერნეტში, მაგრამ პრაქტიკული მაგალითებით გაჩვენებთ, თუ როგორ უნდა აირჩიოთ და გამოიყენოთ კონდენსატორები. კარგად უნდა ერკვეოდეს კონდენსატორების გამოყენების შესახებ.
წლების წინ, როდესაც ვმუშაობდი კომპანიაში, რომელიც ელექტრონულ აღჭურვილობას აწარმოებდა, ჩვენ გვქონდა ინტერვიუ კითხვა ენერგეტიკული ელექტრონიკის ინჟინრთან. არსებული პროდუქტის სქემატურ დიაგრამაზე ჩვენ ვკითხავთ პოტენციურ კანდიდატებს: „რა ფუნქცია აქვს DC link ელექტროლიტს. კონდენსატორი?” და "რა ფუნქციას ასრულებს კერამიკული კონდენსატორი ჩიპთან?" ვიმედოვნებთ, რომ სწორი პასუხია DC ავტობუსის კონდენსატორი, რომელიც გამოიყენება ენერგიის შესანახად, კერამიკული კონდენსატორები გამოიყენება ფილტრაციისთვის.
"სწორი" პასუხი, რომელსაც ჩვენ ვეძებთ, ფაქტობრივად აჩვენებს, რომ დიზაინის ჯგუფში ყველა უყურებს კონდენსატორებს მარტივი მიკროსქემის პერსპექტივიდან და არა ველის თეორიის პერსპექტივიდან. მიკროსქემის თეორიის თვალსაზრისი არასწორია. დაბალ სიხშირეებზე (რამდენიმე კჰც-დან). რამდენიმე MHz-მდე), მიკროსქემის თეორიას, როგორც წესი, შეუძლია კარგად ახსნას პრობლემა. ეს იმიტომ ხდება, რომ დაბალ სიხშირეებზე სიგნალი ძირითადად დიფერენციალურ რეჟიმშია. მიკროსქემის თეორიის გამოყენებით, ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ სურათი 1-ზე ნაჩვენები კონდენსატორი, სადაც ექვივალენტური სერიის წინააღმდეგობა ( ESR) და ეკვივალენტური სერიის ინდუქციურობა (ESL) ხდის კონდენსატორის წინაღობის ცვლილებას სიხშირით.
ეს მოდელი სრულად ხსნის მიკროსქემის მუშაობას, როდესაც წრე ნელა რთავს. თუმცა, სიხშირის მატებასთან ერთად, ყველაფერი უფრო და უფრო რთულდება. რაღაც მომენტში, კომპონენტი იწყებს არაწრფივობის ჩვენებას. როდესაც სიხშირე იზრდება, მარტივი LCR მოდელი აქვს თავისი შეზღუდვები.
დღეს, იგივე კითხვას რომ დასვამდნენ ინტერვიუში, მე ჩავიცვამდი ველის თეორიის დაკვირვების სათვალეს და ვიტყოდი, რომ კონდენსატორის ორივე ტიპი ენერგიის შესანახი მოწყობილობაა. განსხვავება ისაა, რომ ელექტროლიტურ კონდენსატორებს შეუძლიათ უფრო მეტი ენერგიის შენახვა, ვიდრე კერამიკული კონდენსატორები. მაგრამ ენერგიის გადაცემის თვალსაზრისით. კერამიკულ კონდენსატორებს შეუძლიათ ენერგიის უფრო სწრაფად გადაცემა. ეს განმარტავს, თუ რატომ უნდა განთავსდეს კერამიკული კონდენსატორები ჩიპთან, რადგან ჩიპს აქვს გადართვის უფრო მაღალი სიხშირე და გადართვის სიჩქარე მთავარ დენის წრესთან შედარებით.
ამ პერსპექტივიდან, ჩვენ შეგვიძლია უბრალოდ განვსაზღვროთ კონდენსატორების შესრულების ორი სტანდარტი. ერთი არის ის, თუ რამდენ ენერგიას შეუძლია შეინახოს კონდენსატორი და მეორე არის რამდენად სწრაფად შეიძლება გადავიდეს ეს ენერგია. ორივე დამოკიდებულია კონდენსატორის, დიელექტრიკულ მასალაზე, წარმოების მეთოდზე. კავშირი კონდენსატორთან და ა.შ.
როდესაც მიკროსქემის გადამრთველი დახურულია (იხ. სურათი 2), ეს მიუთითებს იმაზე, რომ დატვირთვას სჭირდება ენერგია დენის წყაროდან. სიჩქარე, რომლითაც ეს გადამრთველი იხურება, განსაზღვრავს ენერგიის მოთხოვნის აუცილებლობას. ვინაიდან ენერგია მოძრაობს სინათლის სიჩქარით (ნახევარი სინათლის სიჩქარე FR4 მასალებში), ენერგიის გადაცემას დრო სჭირდება. გარდა ამისა, არსებობს წინაღობის შეუსაბამობა წყაროსა და გადამცემ ხაზსა და დატვირთვას შორის. ეს ნიშნავს, რომ ენერგია არასოდეს გადაეცემა ერთ მოგზაურობაში, არამედ მრავალჯერადად. მრგვალი მოგზაურობები5, რის გამოც, როდესაც გადამრთველი სწრაფად იცვლება, ჩვენ ვხედავთ შეფერხებებს და ზარს გადართვის ტალღის ფორმაში.
სურათი 2: დრო სჭირდება ენერგიის გავრცელებას სივრცეში; წინაღობის შეუსაბამობა იწვევს ენერგიის გადაცემის მრავალჯერად მიმოქცევას.
ის ფაქტი, რომ ენერგიის გადაცემას დრო სჭირდება და მრავალი მრგვალი მგზავრობა, გვეუბნება, რომ ენერგიის წყარო უნდა განვათავსოთ დატვირთვასთან რაც შეიძლება ახლოს და უნდა ვიპოვოთ ენერგიის სწრაფად გადაცემის გზა. პირველი ჩვეულებრივ მიიღწევა ფიზიკური შემცირებით. მანძილი დატვირთვას, გადამრთველსა და კონდენსატორს შორის. ეს უკანასკნელი მიიღწევა კონდენსატორების ჯგუფის შეკრებით ყველაზე მცირე წინაღობის მქონე.
ველის თეორია ასევე განმარტავს, თუ რა იწვევს საერთო რეჟიმის ხმაურს. მოკლედ, საერთო რეჟიმის ხმაური წარმოიქმნება, როდესაც დატვირთვის ენერგეტიკული მოთხოვნილება არ არის დაკმაყოფილებული გადართვისას. ამიტომ, დატვირთვასა და მიმდებარე გამტარებს შორის სივრცეში შენახული ენერგია უზრუნველყოფილი იქნება მხარდაჭერისთვის. საფეხურის მოთხოვნა. დატვირთვასა და მიმდებარე გამტარებს შორის არის ის, რასაც ჩვენ ვუწოდებთ პარაზიტულ/ურთიერთ ტევადობას (იხ. სურათი 2).
ჩვენ ვიყენებთ შემდეგ მაგალითებს იმის დემონსტრირებისთვის, თუ როგორ უნდა გამოვიყენოთ ელექტროლიტური კონდენსატორები, მრავალშრიანი კერამიკული კონდენსატორები (MLCC) და ფირის კონდენსატორები. ორივე სქემა და ველის თეორია გამოიყენება შერჩეული კონდენსატორების მუშაობის ასახსნელად.
ელექტროლიტური კონდენსატორები ძირითადად გამოიყენება DC ბმულზე, როგორც ენერგიის ძირითადი წყარო. ელექტროლიტური კონდენსატორის არჩევანი ხშირად დამოკიდებულია:
EMC მუშაობისთვის, კონდენსატორების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებლებია წინაღობა და სიხშირის მახასიათებლები. დაბალი სიხშირის გამონაბოლქვი ყოველთვის დამოკიდებულია DC კავშირის კონდენსატორის მუშაობაზე.
DC კავშირის წინაღობა დამოკიდებულია არა მხოლოდ კონდენსატორის ESR-ზე და ESL-ზე, არამედ თერმული მარყუჟის ფართობზე, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 3. უფრო დიდი თერმული მარყუჟის ფართობი ნიშნავს, რომ ენერგიის გადაცემას უფრო მეტი დრო სჭირდება, ამიტომ შესრულება დაზარალდება.
ამის დასამტკიცებლად აშენდა დაქვეითებული DC-DC გადამყვანი. EMC ტესტის წინასწარი დაყენება, რომელიც ნაჩვენებია 4-ზე, ახორციელებს ემისიის სკანირებას 150kHz-დან 108MHz-მდე.
მნიშვნელოვანია იმის უზრუნველყოფა, რომ ამ შემთხვევის შესწავლაში გამოყენებული კონდენსატორები ერთი და იგივე მწარმოებლისგან იყოს, რათა თავიდან იქნას აცილებული წინაღობის მახასიათებლებში განსხვავებები. კონდენსატორის PCB-ზე შედუღებისას, დარწმუნდით, რომ არ არის გრძელი მილები, რადგან ეს გაზრდის ESL-ს. კონდენსატორი.სურათი 5 გვიჩვენებს სამ კონფიგურაციას.
ამ სამი კონფიგურაციის განხორციელებული ემისიის შედეგები ნაჩვენებია სურათზე 6. ჩანს, რომ ერთ 680 μF კონდენსატორთან შედარებით, ორი 330 μF კონდენსატორი აღწევს ხმაურის შემცირების ეფექტურობას 6 დბ სიხშირის უფრო ფართო დიაპაზონში.
მიკროსქემის თეორიიდან გამომდინარე, შეიძლება ითქვას, რომ ორი კონდენსატორის პარალელურად შეერთებით, ორივე ESL და ESR განახევრდება. ველის თეორიის თვალსაზრისით, არსებობს არა მხოლოდ ერთი ენერგიის წყარო, არამედ ორი ენერგიის წყარო მიეწოდება იმავე დატვირთვას. , ეფექტურად ამცირებს ენერგიის გადაცემის მთლიან დროს. თუმცა, მაღალ სიხშირეებზე, განსხვავება ორ 330 μF კონდენსატორსა და ერთ 680 μF კონდენსატორს შორის შემცირდება. ეს არის იმის გამო, რომ მაღალი სიხშირის ხმაური მიუთითებს არასაკმარისი ნაბიჯის ენერგიის პასუხზე. 330 μF კონდენსატორის მიახლოებისას. გადამრთველით, ჩვენ ვამცირებთ ენერგიის გადაცემის დროს, რაც ეფექტურად ზრდის კონდენსატორის ნაბიჯის პასუხს.
შედეგი გვამცნობს ძალიან მნიშვნელოვან გაკვეთილს. ერთი კონდენსატორის ტევადობის გაზრდა, როგორც წესი, არ დააკმაყოფილებს საფეხურზე მეტ ენერგიაზე მოთხოვნილებას. თუ შესაძლებელია, გამოიყენეთ უფრო მცირე ტევადობის კომპონენტი. ამის ბევრი კარგი მიზეზი არსებობს. პირველი არის ღირებულება. ზოგადად, ერთი და იგივე პაკეტის ზომისთვის, კონდენსატორის ღირებულება ექსპონენტურად იზრდება ტევადობის მნიშვნელობის მიხედვით. ერთი კონდენსატორის გამოყენება შეიძლება უფრო ძვირი იყოს, ვიდრე რამდენიმე პატარა კონდენსატორის გამოყენება. მეორე მიზეზი არის ზომა. პროდუქტის დიზაინში შემზღუდველი ფაქტორი, როგორც წესი, არის სიმაღლე. კომპონენტების. დიდი სიმძლავრის კონდენსატორებისთვის, სიმაღლე ხშირად ძალიან დიდია პროდუქტის დიზაინისთვის. მესამე მიზეზი არის EMC შესრულება, რომელიც ვნახეთ საქმის შესწავლაში.
კიდევ ერთი ფაქტორი, რომელიც გასათვალისწინებელია ელექტროლიტური კონდენსატორის გამოყენებისას არის ის, რომ როდესაც ძაბვის გასაზიარებლად ორ კონდენსატორს აკავშირებთ სერიაში, დაგჭირდებათ დამაბალანსებელი რეზისტორი 6.
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, კერამიკული კონდენსატორები არის მინიატურული მოწყობილობები, რომლებსაც შეუძლიათ სწრაფად უზრუნველყონ ენერგია. მე ხშირად სვამენ კითხვას "რამდენი კონდენსატორი მჭირდება?" ამ კითხვაზე პასუხი არის ის, რომ კერამიკული კონდენსატორებისთვის, ტევადობის მნიშვნელობა არ უნდა იყოს ისეთი მნიშვნელოვანი. აქ მნიშვნელოვანია იმის დადგენა, თუ რომელ სიხშირეზეა ენერგიის გადაცემის სიჩქარე საკმარისი თქვენი გამოყენებისთვის. თუ განხორციელებული ემისია 100 MHz-ზე ვერ ხერხდება, მაშინ ყველაზე მცირე წინაღობის მქონე კონდენსატორი 100 MHz იქნება კარგი არჩევანი.
ეს არის MLCC-ის კიდევ ერთი გაუგებრობა. მე მინახავს, ​​რომ ინჟინრები დიდ ენერგიას ხარჯავენ კერამიკული კონდენსატორების არჩევისას ყველაზე დაბალი ESR და ESL-ით, სანამ კონდენსატორები RF საცნობარო წერტილს აკავშირებენ გრძელი კვალის საშუალებით. აღსანიშნავია, რომ MLCC-ის ESL ჩვეულებრივ გაცილებით მეტია. დაფაზე შეერთების ინდუქციურობაზე დაბალია. შეერთების ინდუქციურობა მაინც ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრია, რომელიც გავლენას ახდენს კერამიკული კონდენსატორების მაღალი სიხშირის წინაღობაზე7.
სურათი 7 გვიჩვენებს ცუდ მაგალითს. გრძელი კვალი (0,5 დიუმი სიგრძით) შემოაქვს მინიმუმ 10nH ინდუქციურობას. სიმულაციის შედეგი გვიჩვენებს, რომ კონდენსატორის წინაღობა მოსალოდნელზე გაცილებით მაღალი ხდება სიხშირის წერტილში (50 MHz).
MLCC-ების ერთ-ერთი პრობლემა არის ის, რომ ისინი რეზონანსს ახდენენ დაფაზე ინდუქციურ სტრუქტურასთან. ეს ჩანს 8-ში ნაჩვენები მაგალითში, სადაც 10 μF MLCC-ის გამოყენება იწვევს რეზონანსს დაახლოებით 300 kHz-ზე.
თქვენ შეგიძლიათ შეამციროთ რეზონანსი უფრო დიდი ESR-ის მქონე კომპონენტის არჩევით ან უბრალოდ კონდენსატორით მცირე მნიშვნელობის რეზისტორის (როგორიცაა 1 ომ) რიგად დაყენებით. ამ ტიპის მეთოდი იყენებს დანაკარგულ კომპონენტებს სისტემის ჩასახშობად. სხვა მეთოდი არის სხვა ტევადობის გამოყენება. მნიშვნელობა რეზონანსის ქვედა ან მაღალ რეზონანსულ წერტილში გადასატანად.
ფირის კონდენსატორები გამოიყენება მრავალ აპლიკაციაში. ისინი არის არჩევის კონდენსატორები მაღალი სიმძლავრის DC-DC კონვერტორებისთვის და გამოიყენება როგორც EMI ჩახშობის ფილტრები ელექტროგადამცემი ხაზების (AC და DC) და საერთო რეჟიმის ფილტრაციის კონფიგურაციებში. ჩვენ ვიღებთ X კონდენსატორს, როგორც მაგალითი ფილმის კონდენსატორების გამოყენების ზოგიერთი ძირითადი პუნქტის საილუსტრაციოდ.
თუ ტალღოვანი მოვლენა მოხდა, ეს ხელს უწყობს ხაზზე პიკური ძაბვის სტრესის შეზღუდვას, ამიტომ ჩვეულებრივ გამოიყენება გარდამავალი ძაბვის დამთრგუნველით (TVS) ან ლითონის ოქსიდის ვარისტორთან (MOV).
თქვენ შეიძლება უკვე იცით ეს ყველაფერი, მაგრამ იცოდით, რომ X კონდენსატორის ტევადობის მნიშვნელობა შეიძლება მნიშვნელოვნად შემცირდეს წლების განმავლობაში? ეს განსაკუთრებით ეხება იმ შემთხვევაში, თუ კონდენსატორი გამოიყენება ტენიან გარემოში. X კონდენსატორი მცირდება მისი ნომინალური მნიშვნელობის მხოლოდ რამდენიმე პროცენტამდე ერთი ან ორი წლის განმავლობაში, ასე რომ სისტემამ, რომელიც თავდაპირველად შეიქმნა X კონდენსატორით, რეალურად დაკარგა მთელი დაცვა, რაც შეიძლება ჰქონდეს წინა ბოლო კონდენსატორს.
მაშ, რა მოხდა? ტენიანმა ჰაერმა შეიძლება გაჟონოს კონდენსატორში, მავთულზე და ყუთსა და ეპოქსიდური ჭურჭლის ნაერთს შორის. ალუმინის მეტალიზება შემდეგ შეიძლება დაჟანგდეს. ალუმინა არის კარგი ელექტრო იზოლატორი, რითაც ამცირებს ტევადობას. ეს არის პრობლემა, რომელიც ყველა ფირის კონდენსატორს შეხვდება. საკითხი, რომელზეც მე ვსაუბრობ არის ფირის სისქე. რეპუტაციის მქონე კონდენსატორების ბრენდები იყენებენ სქელ ფილებს, რის შედეგადაც უფრო დიდი კონდენსატორებია, ვიდრე სხვა ბრენდები. თხელი ფილმი ხდის კონდენსატორს ნაკლებად მდგრადს გადატვირთვისთვის (ძაბვა, დენი ან ტემპერატურა). და ნაკლებად სავარაუდოა, რომ თავად განიკურნოს.
თუ X კონდენსატორი მუდმივად არ არის დაკავშირებული კვების წყაროსთან, მაშინ არ გჭირდებათ ინერვიულოთ. მაგალითად, პროდუქტისთვის, რომელსაც აქვს მყარი გადამრთველი ელექტრომომარაგებასა და კონდენსატორს შორის, ზომა შეიძლება იყოს უფრო მნიშვნელოვანი ვიდრე სიცოცხლე და შემდეგ შეგიძლიათ აირჩიოთ უფრო თხელი კონდენსატორი.
თუმცა, თუ კონდენსატორი მუდმივად არის დაკავშირებული ელექტროენერგიის წყაროსთან, ის უნდა იყოს მაღალი სანდო. ღირებულება უნდა იყოს მინიმალური.
ამ სტატიაში პირველად წარმოგიდგენთ კონდენსატორების ველის თეორიის ხედვას. პრაქტიკული მაგალითები და სიმულაციის შედეგები გვიჩვენებს, თუ როგორ უნდა აირჩიოთ და გამოიყენოთ კონდენსატორების ყველაზე გავრცელებული ტიპები. იმედია, ეს ინფორმაცია დაგეხმარებათ უფრო სრულყოფილად გაიგოთ კონდენსატორების როლი ელექტრონულ და EMC დიზაინში.
დოქტორი მინ ჟანგი არის Mach One Design Ltd-ის დამფუძნებელი და მთავარი EMC კონსულტანტი, ბრიტანეთში დაფუძნებული საინჟინრო კომპანია, რომელიც სპეციალიზირებულია EMC კონსულტირებაში, პრობლემების აღმოფხვრაში და ტრენინგში. მისი სიღრმისეული ცოდნა ენერგეტიკული ელექტრონიკის, ციფრული ელექტრონიკის, ძრავების და პროდუქტის დიზაინში ისარგებლა. კომპანიები მთელს მსოფლიოში.
In Compliance არის სიახლეების, ინფორმაციის, განათლებისა და შთაგონების მთავარი წყარო ელექტრო და ელექტრონული ინჟინერიის პროფესიონალებისთვის.
აერონავტიკა ავტომობილები კომუნიკაციები სამომხმარებლო ელექტრონიკა განათლება ენერგეტიკა და ენერგეტიკული ინდუსტრია საინფორმაციო ტექნოლოგიები სამედიცინო სამხედრო და ეროვნული თავდაცვა