อะไรคือการใช้ตัวเก็บประจุแยกที่อยู่ใกล้กับตัวเก็บประจุอ่างเก็บน้ำ?

ฉันเคยเห็นวงจรบางส่วนที่ใช้ตัวเก็บประจุตัวแยกสัญญาณเช่นเดียวกับตัวเก็บประจุตัวเก็บประจุเช่นนี้ (C4 และ C5):

ฉันได้อ่านเกี่ยวกับตัวแยกตัวเก็บประจุแยกและสำหรับฉันดูเหมือนว่าพวกเขาตั้งใจที่จะลบความผันผวนเล็กน้อยในแรงดันไฟฟ้า ถ้าอย่างนั้นฉันก็คิดว่านั่นไม่ใช่จุดประสงค์ของตัวเก็บประจุอ่างเก็บน้ำด้วยเหรอ? ทำไมตัวเก็บประจุอ่างเก็บน้ำจะไม่สามารถกรองความผันผวนเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้ถ้ามันสามารถกรองความผันผวนขนาดใหญ่ออกมาได้?

ดังนั้นฉันรู้สึกเหมือนฉันมีความเข้าใจผิดขั้นพื้นฐานที่นี่ อะไรคือวัตถุประสงค์ของตัวเก็บประจุแยกที่อยู่ถัดจากตัวเก็บประจุอ่างเก็บน้ำเมื่อเราสมมติว่าเราวางทั้งสองใกล้กับส่วนที่ใช้พลังงานเท่า ๆ กัน? หรือเป็นข้อได้เปรียบเพียงอย่างเดียวของตัวเก็บประจุแยกที่มีขนาดเล็กและสามารถวางไว้ใกล้กับส่วนที่กินไฟได้ง่าย?

เหตุผลที่เป็นไปได้มากที่สุดว่าทำไมถึงทำเช่นนั้นเพราะในชีวิตจริงตัวเก็บประจุไม่มีแบนด์วิดท์ที่ไม่มีที่สิ้นสุด โดยทั่วไปยิ่งความจุของตัวเก็บประจุสูงขึ้นเท่าใดก็จะสามารถตอบสนองต่อความถี่สูงได้น้อยลงในขณะที่ตัวเก็บประจุขนาดเล็กจะตอบสนองต่อความถี่สูงได้ดีกว่าดังที่เห็นในกราฟด้านล่าง การใช้ตัวเก็บประจุที่แตกต่างกันสองค่าเข้าด้วยกันนั้นทำขึ้นเพื่อปรับปรุงการตอบสนองของการกรอง

อย่างที่คุณพูดฝา decoupling และฝาอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ของแหล่งจ่ายไฟทำหน้าที่สองอย่าง คุณถูกต้องเนื่องจากฝาครอบ decoupling จำเป็นต้องอยู่ใกล้กับผู้ใช้ไฟฟ้าที่กำลัง decoupling อยู่ ฝาขนาดใหญ่สามารถอยู่ที่ใดก็ได้บนเน็ตเนื่องจากมันทำงานกับกระแสความถี่ต่ำ

อย่างไรก็ตามการสันนิษฐานที่ไม่ถูกต้องที่คุณกำลังทำคือการสมมติว่าการจัดวางแผนผังแสดงถึงตำแหน่งทางกายภาพ มันไม่ได้ ในแผนผังที่ดีจะมีคำใบ้บางอย่างเกี่ยวกับตำแหน่งทางกายภาพ ในกรณีนี้เราไม่สามารถบอกได้ว่าตัวเก็บประจุ decoupling (C5) นั้นอยู่ใกล้กับ IC1 หรือไม่

โดยส่วนตัวแล้วฉันจะไม่วาดแผนผังด้วยวิธีนี้ด้วยเหตุผลนี้และฉันคิดว่าการทำเช่นนั้นไม่รับผิดชอบ อย่างไรก็ตามซอฟต์แวร์การจับภาพวงจรจะสร้างรายการสุทธิเหมือนกันไม่ว่าจะด้วยวิธีใดดังนั้นรายละเอียดนั้นขึ้นอยู่กับตำแหน่ง หากไม่มีแผนภาพแผนผังคุณจะไม่สามารถบอกได้ ฉันมักจะวาดฝาครอบ decoupling ทางร่างกายใกล้กับชิ้นส่วนของพวกเขาเพื่อให้คำใบ้ว่านี่คือสิ่งที่ฉันตั้งใจและที่ฉันคิดเกี่ยวกับมัน นี้เป็นปัญหาหนึ่งที่ผมพูดถึงเมื่อพูดคุยเกี่ยวกับวิธีการวาดแผนผังดีที่https://electronics.stackexchange.com/a/28255/4512

น่าเสียดายที่มีแผนผังที่วาดไม่ดีออกมามากมาย

เมื่อมีการใช้ตัวเก็บประจุแยกสองตัวหรือมากกว่าของค่าที่แตกต่างกันในแบบขนานมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องพิจารณาเสียงสะท้อนแบบขนานที่เกิดขึ้นระหว่างเครือข่ายทั้งสอง

เคลย์ตันพอลอธิบายปรากฏการณ์นี้ พิจารณาการมีเพศสัมพันธ์แบบขนานของตัวเก็บประจุ C1, C2 ที่มีค่าต่างกันและ C1 >> C2 ที่มีปรสิต L1 และ L2 เกี่ยวกับ L1 = L2 เดียวกัน (รูปที่ 1.A)

เราสมมติว่าเป็นความถี่ที่ตัวเก็บประจุ C1 เป็นจังหวะกับตัวเหนี่ยวนำ L1 และความถี่ที่ตัวเก็บประจุ C2 เป็นตัวสะท้อนกับตัวเหนี่ยวนำ L2 $f_1$$f_2$

ด้านล่างความถี่ทั้งสองเครือข่ายมีลักษณะเป็น capacitive และความจุรวมเท่ากับผลรวมของตัวเก็บประจุสองตัว นี้จะช่วยปรับปรุง (น้อยมาก) decoupling ที่ความถี่ด้านล่างF_1$f_1$$f_1$

ด้านบนเครือข่ายทั้งสองมีลักษณะอุปนัยและเหนี่ยวนำรวมเท่ากับตัวเหนี่ยวนำทั้งสองแบบขนานหรือครึ่งหนึ่งของการเหนี่ยวนำ นี้จะช่วยปรับปรุง decoupling ที่ความถี่ดังกล่าวข้างต้นF_2$f_2$$f_2$

ที่ความถี่ระหว่างการกำทอนของเครือข่ายทั้งสอง ( ) วงจรสมมูลของทั้งสองเครือข่ายเป็นตัวเก็บประจุขนานกับตัวเหนี่ยวนำดังแสดงในรูปที่ 1 ข (วงจรเรโซแนนท์แบบขนาน) สิ่งนี้สร้างเสียงสะท้อน (รูปที่ 2) ซึ่งกลายเป็นปัญหาเมื่อความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบมากกว่า 50%$f_1 < f < f_2$

ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่า decoupling จะได้รับการปรับปรุงที่ความถี่ด้านบน (และต่ำกว่า) ความถี่ที่เครือข่ายตัวเก็บประจุทั้งคู่ดังกังวาน
decoupling จะเลวร้ายยิ่งกว่าเดิมที่ความถี่ระหว่างเสียงสะท้อนทั้งสองนี้เนื่องจากความต้านทานที่เกิดจากเครือข่ายเรโซแนนซ์ขนานซึ่งไม่ดี

ความแตกต่างที่สำคัญในตัวเก็บประจุขนาดเล็กและตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาดใหญ่คือการตอบสนองความถี่ของพวกเขา ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีข้อกำหนดที่ไม่ดีสำหรับความถี่ที่สูงขึ้นและในที่สุดอาจล้มเหลวเนื่องจากถูกเน้นด้วยเสียงความถี่สูง ในทางกลับกันความถี่สูงที่ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะกรองเพียงบางส่วนเท่านั้นอาจอยู่ในช่วงเสียงที่ด้านบนของเครื่องขยายเสียงของคุณ

ตัวเก็บประจุขนาดเล็กสามารถกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงได้อย่างง่ายดาย แต่แน่นอนว่ามีผลเพียงเล็กน้อยเมื่อพูดถึงการกรองระลอกคลื่นของแหล่งจ่ายไฟหลัก

ไม่ใช่ตัวเก็บประจุทั้งหมดที่ถูกสร้างขึ้นเท่ากัน ... ตัวเก็บประจุแบบกลุ่มขนาดใหญ่ไม่สามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็วเนื่องจาก ESR และ ESL (ความต้านทานและการเหนี่ยวนำแบบอนุกรมเทียบเท่า) ซึ่งขึ้นอยู่กับการแต่งหน้า

แน่นอนว่ามีความสามารถในการเข้าใกล้เหมือนกับที่คุณพูดถึง แต่โดยทั่วไปโครงการที่ดีจะมีความจุมากขึ้นช้าลงและมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อคุณออกไปจากวงจร ความถี่ที่สอดคล้องกันซึ่งจำเป็นต้องได้รับการจัดการด้วยเช่นกันถ้าทำอย่างถูกต้อง

สิ่งที่ จำกัด ความจุ decoupling ขนาดเล็กคือการกำทอนตนเองของฝาครอบตัวเองและการเหนี่ยวนำของสายบอนด์ในแพ็คเกจ (อีกครั้งขึ้นอยู่กับแพ็คเกจ)

รูปแบบของการปรับแบบลำดับชั้นนี้ดำเนินต่อไปภายใน IC โดยมีโหนดสำคัญที่มีตัวเก็บประจุแบบท้องถิ่นสำหรับเหตุการณ์ความถี่ที่สูงขึ้น แน่นอนหมวกเหล่านี้ภายในมีราคาแพงที่สุดและเล็กที่สุดของทั้งหมด