Blockkondensator

AK-Automatisierungs und Kommunikationstechnik – TI – Technische Informatik
NWT – Netzwerktechnik – www.munz-udo.de
Abblockkondensatoren – Digitaltechnik & Microcotroller
Auch Siebkondensator oder Stützkondensator genannt.
s. Netzteil !!
http://de.wikipedia.org/wiki/Blockkondensator
http://www.thel-audioworld.de/module/Netzteil/Infos.htm
http://www.mikrocontroller.net/articles/Kondensator
http://www.mikrocontroller.net/topic/158034#1496645
http://www.rn-wissen.de/index.php/Abblockkondensator
http://www.conrad.de/ce/de/product/189413/IC-FASSUNG-PRAeZISION-MIT-100-NF-14POLIG
Welchen Kondensatortyp verwenden?
Als Abblockkondensator werden üblicherweise keramische Kondensatoren verwendet. Geschichtete (flache, nicht
gewickelte) Folienkondensatoren sind ebenfalls geeignet, allerdings normalerweise teurer. Elkos sind ungeeignet! Sie
sind meist gewickelt, und haben deswegen auch einen induktiven Anteil, verhalten sich also auch ein wenig wie eine
Spule, und können daher ihre Ladung nur langsam (im Verhältnis zu Keramik oder Folie) aufnehmen oder abgeben.
Daher können sie die Stromspitzen digitaler ICs nicht so effektiv abfangen. Es treten also größere Störungen auf.
Welche Kapazität?
Die nötige Kapazität ist von der Schaltfrequenz des ICs abhängig. Im für Mikrocontroller wie AVRs oder PICs üblichen
Frequenzbereich bis etwa 20MHz ist der genaue Wert allerdings recht unkritisch, und man kann gewöhnlicherweise
einen Standardwert von 100nF verwenden. Bei größeren Frequenzen sollte man sich aber etwas eingehender mit
der Thematik befassen und die optimale Größe bestimmen. "Viel hilft viel" gilt hier übrigens nicht! Ein sehr großer
Kondensator hat unter Umständen einen größeren Innenwiderstand als ein kleinerer, und damit evtl. sogar eine
geringere Wirkung.
Abblockkondensatoren an integrierten Schaltungen sind so nah wie möglich an den Versorgungsanschlüssen zu
platzieren.
Es ist besonders auf kurze Leiterbahnen zwischen den ICs und den Kondensatoren zu achten, damit die dynamischen
Spannungsabfälle gering bleiben.
C:\Users\Udo\Desktop\Digitaltechnik\Abblockkondensatoren.doc
1
AK-Automatisierungs und Kommunikationstechnik – TI – Technische Informatik
NWT – Netzwerktechnik – www.munz-udo.de
Praxisbeispiel: In Bezug auf die Leiterplatten Herstellung
TTL-FlipFlop 74LS74 ist an eine 10cm entfernte Spannungsversorgung innerhalb einer Leiterplatte angeschlossen.
Datenblatt http://search.datasheetcatalog.net/key/74LS74
Dieses IC hat eine Rise-Time von 20ns und eine maximale Arbeitsfrequenz von 30MHz.
Das Ic benötigt im statischen Betrieb 0,4mA pro Gatter, was bei 12 Gatter im IC 4,8mA macht.
Dynamisch benötigt das IC bei 30MHz 3mA pro Gatter, also 36mA pro IC.
Als zentrale Formel für dieses Problem gilt folgende:
dU = L * dI/dt
L berechnet sich aus 10nH/cm Leiterbahninduktivität, also 100nH. dI ist die Differenz zwischen statischem und
dynamischen Betrieb:
dI= 36mA - 4,8mA = 31,2mA. Als dt setzen wir tr ein (dt=20ns).
Alles eingesetzt berechnet sich dU = 100nH * 31,2mA / 20ns = 624mV!
Bei Berücksichtigung einer beidseitigen Versorgungs-Leiterbahn ergibt sich ein Spannungseinbruch für das IC von
etwa 1,2V!
Jedes TTL-IC versagt dabei den korrekten Betrieb.
Ein Abblockkondensator würde sich folgender Massen berechnen:
Q = U * C = I * t.
Für unsere Zwecke umgestellt bedeutet dies:
C = dI * dt / U.
Mit den obigen Werten eingesetzt errechnet sich C zu C = 31,2mA * 20ns / 5V = 124pF
Um auf der sicheren Seite zu sein setzt man einen guten 100nF Kondensator ein.
Die Kondensatoren für digitale ICs sind aus Keramik, haben den Wert 100nF (siehe oben) und sollten der Qualität
X7R oder NP0 entsprechen.
Die Kondensatoren für analoge ICs sind vom Typ Tantal-Kondensatoren, haben den Wert 1uF und eine
Spannungsfestigkeit von der doppelten Betriebsspannung.
C:\Users\Udo\Desktop\Digitaltechnik\Abblockkondensatoren.doc
2
AK-Automatisierungs und Kommunikationstechnik – TI – Technische Informatik
NWT – Netzwerktechnik – www.munz-udo.de
Schutzmaßnahmen für die Elektronik sind direkt an den Klemmen oder der Steckerleisten zu plazieren, damit
Störungen sich nicht auf der Leiterplatte ausbreiten können.
Bei der Auswahl von Kondensatoren ist genau auf die Anwendung zu achten. Ein Kondensator für ein Schaltnetzteil
muß einer vom Typ mit niedrigem Ersatzserienwiderstand sein.
Tantal-Elkos eignen sich aus diesem Grunde besonders als Abblockkondensatoren analoger ICs.
Die Tantal-Elkos wiederum gibt es nicht mit großen Werten, so dass bei Schaltnetzteilen ein Elektrolyt-Kondensator
eingesetzt werden muss.
Die Spannungsfestigkeit der Kondensatoren, ist aus Gründen der Zuverlässigkeit, grundsätzlich mindestens doppelt
so hoch wie die Spannung auszuführen mit der er betrieben wird.
Ein besonders gutes Siebverhalten läßt sich mit der Parallelschaltung eines 100uF-Elkos mit einem 0,22uF MKT(MKS)und einem 100nF Keramikkondensators erzielen.
In diesem Fall muss man allerdings beachten, dass sich mindestens 3 Resonanzfrequenzen ausbilden.
Liegt in einer digitalen Schaltung die Taktfrequenz auf einer der Resonanzfrequenzen, so wird diese Schaltung nicht
sicher funktionieren.
analog IC
Zur Erhöhung der Funktionsdichte von analogen Schaltungen wurden für allgemeine Anwendungen universelle
Analog-ICs entwickelt, die durch äußere Beschaltung die gewünschte Funktionalität bereitstellen. Bei diesen
analogen ICs handelt es sich um Hoch- und Niederfrequenzverstärker, Differenzverstärker, Operationsverstärker und
Leistungsverstärker, um Komparatoren und Abtast- und Halteschaltungen (S/H), Spannungsregler und A/D-Wandler,
um Aktor- und Sensorschaltungen, Optokoppler und Regler und vieles mehr.
Die Herstellungstechnologie entspricht der der digitalen integrierten Schaltung, allerdings sind die
Parametrisierungsmöglichkeiten der Analog-ICs hinsichtlich der Verstärkung und Dämpfung, des Phasen- und
Frequenzverhaltens, der Ein- und Ausgangsimpedanz oder der Verzögerungszeiten durch die äußere Beschaltung
bedeutend variabler.
Das muss vorerst reichen
Munz
C:\Users\Udo\Desktop\Digitaltechnik\Abblockkondensatoren.doc
3