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ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tensione

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tensione

Messaggioda Foto Utentepaolojo » 15 apr 2013, 17:33

Ciao a tutti ragazzi,
vorrei porvi una domanda che da un po' mi fa tribolare #-o
Spesso, a monte dei regolatori di tensione (ad esempio all'ingresso "Vin" di un LM2936 o similare), vedo due condensatori in parallelo (tra Vin del regolatore e GND) aventi caratteristiche molto differenti, generalmente:
- un condensatore avente capacità nell'ordine di alcune decine di microFarad (esempio 33uF);
- un condensatore avente capacità molto minore del primo (generalmente 100nF).
Immagino essi abbiano la funzione di realizzare un filtro passa basso all'ingresso del regolatore (lineare),
ma non riesco a capire che ruolo svolge il condensatore da 100nF.
Mi spiego meglio, se calcolo la risposta in frequanza del filtro passa basso, essa è "dominata" in termini di frequenza di taglio, dall'effetto del condensatore di capacità maggiore (33uF), e quindi il condensatore da 100nF sembra essere quasi ininfluente (in termini di capacità equivalente del parallelo non cambia molto passare da 33.1uF a 33uF) ....quindi a cosa serve il C da 100nF???
Sicuramente il mio ragionamento presenta un "baco" :roll: ..mi date una mano?? :oops:

Inoltre solitamente il condensatore da 33uF è un elettrolitico (o tantalio) e il condensatore da 100nF è un ceramico.
C'è qualche motivo che sta alla base della scelta della diversa tecnologia del dielettrico dei due condensatori?
In soldoni, se sostituisco l'elettrolitico da 33uF con un ceramico (X7R) di pari valore di capacità, cambia qualcosa a parte l'aspetto economico?Se si, Cosa?

Ciao a tutti e ancora una volta..grazie raga!! O_/
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[2] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 15 apr 2013, 17:57

:-) Sommariamente; i condensatori plastici o ceramici da 100 nF (a volte meno) non contribuiscono al livellamento ma servono a bypassare (condensatori di bypass) eventuali componenti ad alta frequenza (anche transitori) che, essendo i regolatori dei circuiti integrati contenenti svariati transistor, altrimenti genererebbero dei loop di reazione positiva che manderebbe in autooscillazione il circuito stesso (molto in soldoni !). Attenzione che essi vanno usati quando veramente servono (a volte sono messi a sproposito... da "progettisti" pivelli :mrgreen: ) avendo cura di posizionarli "attaccati" (il più vicino possibile) ai terminali degli integrati. O_/
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[3] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto Utentepierinter » 15 apr 2013, 18:03

Dovrebbero servire a rimuovere eventuali disturbi a bassa ed alta frequenza.

Almeno secondo quanto leggo da questo link :
http://www.gioblu.com/tutorials/elettronica/149-i-regolatori-di-tensione-lineari-serie-78xx-79xx

Dacci un'occhio, intorno a metà pagina.

A me non è molto chiara questa doppia azione di filtraggio, ho il tuo stesso dubbio.
Comunque spero ti possa aiutare
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[4] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto UtentePioz » 15 apr 2013, 18:03

paolojo ha scritto:Mi spiego meglio, se calcolo la risposta in frequanza del filtro passa basso, essa è "dominata" in termini di frequenza di taglio, dall'effetto del condensatore di capacità maggiore (33uF), e quindi il condensatore da 100nF sembra essere quasi ininfluente

E' vero quello che dici, ma solo nel caso ideale. Nel caso reale un condensatore è composto anche da componenti parassite (resistenza e induttanza). La prima, definita spesso dal parametro ESR(equivalent series resistance) è molto maggiore nei condensatori elettrolitici che in quelli ceramici o al poliestere.
Se nel caso ideale il condensatore alle alte frequenze lo puoi considerare come un corto circuito, nel caso reale diventa importante considerare invece anche la sua resistenza serie, quindi un condensatore ceramico o al poliestere, alle alte frequenze, sarà più assimilabile al caso ideale (quindi a un cortocirucito) rispetto a uno elettrolitico in quanto nei primi 2 la resistenza serie è meno influente rispetto che nel caso di un elettrolitico.
Nel tuo esempio il condensatore da 33uF serve a livellare e a mantenere più costante possibile la tensione ricevuta in ingresso e quindi cerca di attenuare nel modo migliore il ripple ceh è un segnale a bassa frequenza (es a 50 o 100Hz se si parla di tensioni sinusoidali raddrizzate). I disturbi alle alte frequenze, che ci sono sempre, però non sono ben bypassati da un elettrolitico (proprio per il fatto della sua resistenza serie) e per questo si usa un condensatore al poliestere o ceramico (che alle alte frequenze lavora meglio) che va messo vicino vicino ai pin di alimentazione dell'integrato e previene autooscillazioni.
Questa poi è una scelta molto personale, perché mettere più condensatori molto differenti in parallelo può addirittura risultare sconveniente e dannoso. Mi sembrava ci fosse un articolo a riguardo di Foto UtenteIsidoroKZ ma che ora non trovo :cry: .
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[5] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto Utentesimo85 » 15 apr 2013, 18:20

Gli elettrolitici sui pin di entrata servono a tenere stabile la tensione sul morsetto di entrata, e vanno dimensionati a seconda del consumo di corrente del carico.
quindi a cosa serve il C da 100nF???

Ad eliminare vari disturbi sull'alimentazione.
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[6] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 15 apr 2013, 18:33

simo85 ha scritto:Gli elettrolitici sui pin di entrata servono a tenere stabile la tensione sul morsetto di entrata,


Quando c'e` un raddrizzatore prima del regolatore servono proprio a tenere ragionevolmente stabile la tensione di entrata: in pratica tolgono i buchi di tensione fra una semionda e l'altra. Poi servono anche ad un'altra funzione detta dopo.

Se prima pero` non c'e` un raddrizzatore, il condensatore di ingresso serve per tenere stabile il regolatore. I regolatori serie "normali" hanno collegato all'ingresso il collettore del pass transistor. Se l'impedenza che alimenta il regolatore (incluso l'induttanza dei fili) e` un po' troppo alta, il pass transistor guadagna, e anche parecchio dato che lavora a corrente elvata, e puo` causare una oscillazione parassita di tutto il sistema.
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[7] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto UtentePiercarlo » 15 apr 2013, 18:40

IsidoroKZ ha scritto: Se prima pero` non c'e` un raddrizzatore, il condensatore di ingresso serve per tenere stabile il regolatore. I regolatori serie "normali" hanno collegato all'ingresso il collettore del pass transistor. Se l'impedenza che alimenta il regolatore (incluso l'induttanza dei fili) e` un po' troppo alta, il pass transistor guadagna, e anche parecchio dato che lavora a corrente elvata, e puo` causare una oscillazione parassita di tutto il sistema.


Domandina che mi son posto spesso lasciando la "soluzione" all'incrociare le dita: cosa può andare storto, riguardo alla stabilità, l'avere due regolatori di tensione serie 7800 in cascata tra loro? (uno da 12-15 volt seguito da un 7805 per esempio). E per i 7900 che regolano il ramo negativo invece?

Ciao
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[8] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 15 apr 2013, 18:43

I regolatori positivi non dovrebbero fare troppi pasticci. I negativi sono un po' piu` permalosi, bisogna mettere in condensatori giusti sull'uscita
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[9] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto Utentepaolojo » 15 apr 2013, 23:46

Innanzitutto grazie a tutti ragazzi per le vostre risposte!
Allora, devo specificare che sto parlando di applicazioni in DC, quindi non ci sono stadi di raddrizzatori a monte dei regolatori.
Allora, riassumendo, ditemi se sbaglio:
- il C da 33uF serve per stabilizzare la tensione in ingresso al regolatore (nel caso ad esempio ci siano dei buchi di tensione, il C di "elevata"capacità "copre" tali buchi);
- il C da 100nF invece serve da filtro per i disturbi in altra frequenza.

A questo punto però la domanda rimane: come si possono vedere le due cose separate?
Mi spiego, supponiamo di identificare i nostri due condensatori come:
C1= 33uF
C2=100nF
ragionando in termini di impedenza,
Z=1/j*w*C,
e quindi, considerando che i due condensatori sono in parallelo si avrà:
Z=1/j*w*Ceq dove Ceq=C1+C2= 33.1uF.
si vede che, essendo Ceq circa uguale a C1 (C2 lo possiamo quasi ritenere trascurabile in quanto molto minore di C1), a qualsiasi frequenza, è C1 a risultare "dominante"sulla Z (e quindi sulla risposta del filtro in termini di frequenza di taglio dl filtro stesso).

Per finire, Come posso dimostrare quanto da voi fino qui esposto ovvero che C2 interviene solo nel filtraggio delle alte frequenze mentre C1 solo a coprire eventuali buchi di tensione??
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[10] Re: ruolo dei condensatori a monte dei regolatori di tension

Messaggioda Foto UtentePiercarlo » 15 apr 2013, 23:58

paolojo ha scritto: Per finire, Come posso dimostrare quanto da voi fino qui esposto ovvero che C2 interviene solo nel filtraggio delle alte frequenze mentre C1 solo a coprire eventuali buchi di tensione??


Non è un discorso che puoi dimostrare a tavolino semplicemente sulla base dello schema del circuito ma devi necessariamente partire da considerazioni sui circuiti e soprattutto sui componenti elettronici reali (che includono anche le resistenze e le induttanze parassite dei collegamenti) e sulla base di queste valutare il funzionamento effettivo dei componenti alle diverse frequenze. Ti conviene fare una ricerca sui datasheet dei princiapli costruttori di condensatori tra le caratteristiche dei condensatori REALI, complete delle loro componenti parassiste (ESR, ESL e qualcos'altro ancora che al momento mi sfugge).

Ciao
Piercarlo

PS - In molti casi le preoccupazioni per i possibili problemi ad alta frequenza sono in effetti pure paranoie ingegneristiche.... ma "in molti" non è lo stesso che "in tutti", ed è questa differenza che costituisce il fondamento delle "paranoie" anzidette...
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