Devrelerde bir çok entegre kullanıyoruz. Bu entegrelerin VCC-GND uçları arasına çeşitli filtre amaçlı kapasiteler bağlıyoruz ancak bu kapasiteleri genelde rastgele seçiyoruz veya entegrenin datasheet'inde önerilen bir değer varsa onu kullanıyoruz.
Benim sorum eğer önerilen bir değer yok ise entegrenin datasheet'inde belirtilen güç tüketimine bakarak takılması gereken minimum kapasite değerinin ne olduğunu nasıl hesaplarız?
Aslında sadece entegre güç hesabı da yetersiz. Devre kartında oluşabilecek kapasitif ve indüktif etkileri de hesap ederek takmak gerekli. Ancak bu dediğimiz çok hızlı GHz'lik işlemciler ya da yüksek hızlı veri iletişiminde çok elzem olan şeyler.
Bunun için öncelikli olarak sorun tam tespit edilmelidir.
Örneğin endüktif bir yükle çalışılacağında oluşacak harmonikler için bir filtre tasarlanması gerekir.(Kondansatör v.b ile)Bunun için bu tasarımda kullanmamız gereken malzemeler için
öncelikli olarak çalışma voltaj,akım,güç ve Frekans gibi etmenleri doğru belirlememiz ve ona uygun filtre tasarlamamız gerekir.
Hatta arkadaşların da belirttiği gibi çizeceğimiz veya kuracağımız devrelerde kapasitif ve indüktif etkileri de hesaba katıp bunlara uygun bir şekilde filtre oluşturmalıyız.Ki bu konu epeyce bir önemli olup
teorisine iyi kafa yormak lazımdır.
Bu konuyu zamanında bir kaç kez ele almıştık.
Digital özellikle de CMOS çipler 101 geçişlerinde anlık darbe şeklinde akım çekerler. Bu akım dalga şeklinden dolayı çok geniş aralıkta harmonik içerir.
Pratikte kapasitör, kapasitif değere ilave olarak endüktif ve rezistif bileşenlere de sahiptir. Dolayısı ile bol keseden atıp büyükçe kapasitörü beslemeye atmakla HF bileşenlere kısa yol oluştururuz diyemiyoruz. Kapasiteyi düşürünce de kısa yol yapacak frekans aralığı daralıyor.
Adamlar 10n 47n 100n için genişçe frekans aralığında XC XL ve R değerlerinin düşük kaldığını deneysel olarak tesbit etmişler. Durum böyle oluncada çiplere paralel 100n kural gibi bir şey olmuş.
Aralara da 1uF 10uF atınca sorun kökten çözülüyor.
İlle de hesap yapmaya niyetliysen reaktansdan yola çıkabilirsin. Ya da voltaj göçme değeri ve süresindenden bir şeyler hesaplayabilirsin.
Peki aşırı kapasitif olsa ne gibi bir zararı olabilir? 100n değil de 100uF taksak?
@muhendisbey hocam,
Bitirme projemi sunarken hocamın bir tanesi alakalı da olmasa şu soruyu sormuştu. Kartında yollar artsa yada uzasa veya kartın büyük olup yolun ulaşacağı nokta uzarsa ne gibi bir durum gerçekleşir bana kısaca söyler isin demişti. Ben de aklıma gelen şuydu. Yollar uzadıkça ve yollardan geçen elektriksel işaretler bir yayılım meydana getirebilir birnevi endüktifleşme oluşur demiştim. Bana tam olarak bu değil ama yaklaştın deyip kısaca kesmişti. Sizin sorduğunuz soruya bu şekilde yaklaştım , ve kapasite değeri büyüdükçe de L-C filtre gibi davranabilir diye düşünüyorum. Tabi birde burada cevap verme süresi ve kapasitenin ilk baştaki çekeceği akımları da düşünmek gerekiyor. Tabiki bu bir düşünce.
Doğrumudur acaba
@Zoroaster hocam ?
Alıntı yapılan: XX_CİHAN_XX - 07 Şubat 2017, 09:46:04
Devrelerde bir çok entegre kullanıyoruz. Bu entegrelerin VCC-GND uçları arasına çeşitli filtre amaçlı kapasiteler bağlıyoruz ancak bu kapasiteleri genelde rastgele seçiyoruz veya entegrenin datasheet'inde önerilen bir değer varsa onu kullanıyoruz.
Benim sorum eğer önerilen bir değer yok ise entegrenin datasheet'inde belirtilen güç tüketimine bakarak takılması gereken minimum kapasite değerinin ne olduğunu nasıl hesaplarız?
Güç tüketiminin bu kondansatörlerle pek ilgisi yoktur. Güç tüketimi regülatörlerdeki ana kondansatörleri doğrudan ilgilendirmektedir.
Bu kondansatörler tasarım prosedürleri, PCB, GROUNDING ve sistem hızı ile doğrudan ilişkilidir. Ancak böyle bir konu basitçe ele alınamaz.
Alttaki linkteki PDF okunup tam anlamıyla anlaşılabiliyorsa o takdirde bir referans oluşturulabilir.
http://www.jps-pcb.com/upfile/2016/08/20160815111248_500.pdf
100n yerine 100uf takarsan alçak frekanslı harmonikler için faydalı olur ancak yüksek frekanslarda 100uf nin aşırı yüksek kaçak endüktansı nerede ise hiç kapasite yokmuş gibi etki yapacaktır.
O yüzden adamlar 100nf civarı kapasitörde hem fikir olmuşlar.
Forumda 100n seramiğin frekans/empedans grafiği verilmişti. Kapasitörün 100n civarı değere sahip olması da yeterli değil seramik olması gerekiyor.
Bu hesabı ben de yapmadan 100n, 100p paralel bağlayıp geçiyorum ama sorulacak olursa şöyle cevap verirdim:
Besleme kaynağı ve yükün davranışına göre değişir. Kapasiteler su deposu gibi, eğer şebeke suyu sık sık kesiliyor veya artıp azalıyorsa depoyu ona göre ayarlamak lazım. Eğer evdeki su tüketimi zaman zaman çok yükselebiliyorsa ve kaynak bunu karşılayamıyorsa yine depo gerekir.
Her beslemeye bol bol kapasite atsak ilk açılıştaki akım yüksek olur, hiç atmazsak kaynaktaki ufak bir kesinti/çöküntü beslenen elemanları etkiler.
Örnek bir durum için: 5V 50mA çeken bir sistem olsun ve beslemeyi 4V a kadar tolere edebilsin. Bu sistemi 100 ohm rezistif yük gibi düşünebiliriz. Beslemede 1ms ye kadar olabilecek kesintilerin tolere edilebilmesini isteyelim. Bu şekilde minimum bir kapasite hesabı yapılabilir.
Alıntı yapılan: ferdem - 07 Şubat 2017, 15:40:36
Bu hesabı ben de yapmadan 100n, 100p paralel bağlayıp geçiyorum ama sorulacak olursa şöyle cevap verirdim:
Besleme kaynağı ve yükün davranışına göre değişir. Kapasiteler su deposu gibi, eğer şebeke suyu sık sık kesiliyor veya artıp azalıyorsa depoyu ona göre ayarlamak lazım. Eğer evdeki su tüketimi zaman zaman çok yükselebiliyorsa ve kaynak bunu karşılayamıyorsa yine depo gerekir.
Her beslemeye bol bol kapasite atsak ilk açılıştaki akım yüksek olur, hiç atmazsak kaynaktaki ufak bir kesinti/çöküntü beslenen elemanları etkiler.
Örnek bir durum için: 5V 50mA çeken bir sistem olsun ve beslemeyi 4V a kadar tolere edebilsin. Bu sistemi 100 ohm rezistif yük gibi düşünebiliriz. Beslemede 1ms ye kadar olabilecek kesintilerin tolere edilebilmesini isteyelim. Bu şekilde minimum bir kapasite hesabı yapılabilir.
;D
Besleme kaynağı PİL ise ::) :P
@eeburakdemir Yollar uzun olsa kısmına bende şöyle bir yorum getirmek istedim.Yolların uzaması dediğin gibi endüktifleşme olabilir ama daha önemlisi yolun mesafesi arttıkça hız ve veri kaybı gibi
önemli faktörler meydana gelir.Çok hız gerektirmeyen veya data alışverişi olmayan sistemler için bu önemli olmayabilir ama bir bilgisayar anakartını(mother board)incelerseniz
bir pinden diğer pine daha kısa yol olmasına rağmen yollar bazen bilerek uzaltılır veya kısaltılır.Sebebi de şu olsa gerek ki örneğin 8 bit veri yolu gidiyorsa bütün data sinyalleri aynı
anda ulaşsın ve maximum verim elde edilsin.
Arkadaşlar genelde bildiğim şeyler söylenmiş ben işin hesap kitap kısmını merak ediyordum. Soru belki de net olmadığı için farklı olasılıklar düşünülerek cevaplar gelmiş. Soruyu biraz daha spesifik hale getireyim o zaman.
Kaynağımız 130kHz anahtarlama frekansına sahip bir smps olsun. Yük olarak kullanacağımız malzemenin de düşük frekansta çalışan bir malzeme olduğunu varsayalım. Hatta rezistif bir yük gibi düşünün.
Örneğin 5V'da 70mA tüketim yapan bir malzeme olsun.
Bu malzemenin besleme uçlarına minimum ne kadarlık bir kondansatör koymalıyız? Bunun hesabı nasıl yapılır?
Alıntı Yap
Besleme kaynağı PİL ise ::) :P
Pil olması şart değil, örneğin beslemeye bağlı diğer yüklerin devreye alınması beslemeyi çökertebilir, tipik örnek motor kalkış anlarında reset alan mikrodenetleyiciler.
Cihan hocamın hesap sorusu güncel.
Alıntı yapılan: ferdem - 07 Şubat 2017, 19:25:03
Pil olması şart değil, örneğin beslemeye bağlı diğer yüklerin devreye alınması beslemeyi çökertebilir, tipik örnek motor kalkış anlarında reset alan mikrodenetleyiciler.
Cihan hocamın hesap sorusu güncel.
Bilimsel olmayan yaklaşımlarla çözüme ulaşabilmek mümkün değildir.
1) O kondansatör entegre uçlarına neden bağlanmaktadır ?
2) Besleme devresindeki RIPPLE veya başka tip gürültüler ile o kondansatörün ilgisi nelerdir?
3) Sistem yükünün güç kaynağını zorlaması ile o kondansatörün bağlantısı neler olabilir?
Daha önceki vermiş olduğum linkteki SUNU dosyası incelenirse ve tam anlamıyla anlaşılabilirse zaten çözüm kendiliğinden gelecektir.
Bahsedilen bazı kurallara değinirsek.
LOCATION LOCATION LOCATION.
Yerleştirmenin çok önemli olduğunu...
TRUST NO ONE
Kimseye güvenmeyiniz. Sadece kendi tasarımınız doğrultusunda doğrulara erişiniz.
SUNU şeklinde hazırlanmış bu dosya asla bir kişiye ŞUNU ŞÖYLE YAP ŞU DEĞERİ KULLAN diyemez. Tasarımcı kendi devresi doğrultusunda oraya konulacak kondansatörün değerini, tipini ve diğer özelliklerini kendisi takdir edecektir.
(https://s23.postimg.cc/s1odbrbzb/image.png) (https://postimg.cc/image/s1odbrbzb/)
(https://s30.postimg.cc/af2b60iil/FR2.png) (https://postimg.cc/image/af2b60iil/)
Cevaplar için teşekkürler arkadaşlar dökümanı inceleyeceğim.
Alıntı yapılan: Teğmen - 07 Şubat 2017, 16:34:02
@eeburakdemir
Yollar uzun olsa kısmına bende şöyle bir yorum getirmek istedim.Yolların uzaması dediğin gibi endüktifleşme olabilir ama daha önemlisi yolun mesafesi arttıkça hız ve veri kaybı gibi
önemli faktörler meydana gelir.Çok hız gerektirmeyen veya data alışverişi olmayan sistemler için bu önemli olmayabilir ama bir bilgisayar anakartını(mother board)incelerseniz
bir pinden diğer pine daha kısa yol olmasına rağmen yollar bazen bilerek uzaltılır veya kısaltılır.Sebebi de şu olsa gerek ki örneğin 8 bit veri yolu gidiyorsa bütün data sinyalleri aynı
anda ulaşsın ve maximum verim elde edilsin.
@Teğmen bilgi için teşekkürler , mantıklı geldi .
Alıntı YapKimseye güvenmeyiniz. Sadece kendi tasarımınız doğrultusunda doğrulara erişiniz.
SUNU şeklinde hazırlanmış bu dosya asla bir kişiye ŞUNU ŞÖYLE YAP ŞU DEĞERİ KULLAN diyemez. Tasarımcı kendi devresi doğrultusunda oraya konulacak kondansatörün değerini, tipini ve diğer özelliklerini kendisi takdir edecektir.
Özüne katılıyorum. Fakat bu pratikte biraz imkansıza yakın. Artık devrelerimizdeki frekans çeşitliliği o kadar fazla ki. Tek bir çipin farklı pinleri onlarca farklı frekansta çalışıyor. Farklı zamanlarda frekanslar farklı. Kullandığımız çevre birimler de ona keza. Evet hesaplayalım demek kolay ama. Hesaplamak o kadar kolay değil. Bu yüzden insanların tecrübelerine güvenmek akıllıca olacaktır.
ayrıca Yüksek güçlü anahtarlama yapan bir uygulamanız yoksa, çok yüksek çözünürlükte bilimsel uygulamalar yapmıyorsanız çok ta kafaya takmayın.
Bu işin nihai sonucunu göreceğiniz yer EMC testleridir. Onlarca ürünü EMC testlerinden sıkıntısız geçimiş biri olarak tekrar ediyorum. Devreniz Yüksek güçlü anahtarlama yapmıyorsa, gürültü hassasiyeti cok yüksek olan analog uygulamalar yapmıyorsanız çok takılmayın bu konuya. Kapasiteleri doğru yere doğru şekilde bağlayın, GND ,PWR gibi yolların uzunluğu bağlantısı gibi genel kurallara dikkat edin yeter.
Alıntı yapılan: Klein - 08 Şubat 2017, 06:41:19
Özüne katılıyorum. Fakat bu pratikte biraz imkansıza yakın. Artık devrelerimizdeki frekans çeşitliliği o kadar fazla ki. Tek bir çipin farklı pinleri onlarca farklı frekansta çalışıyor. Farklı zamanlarda frekanslar farklı. Kullandığımız çevre birimler de ona keza. Evet hesaplayalım demek kolay ama. Hesaplamak o kadar kolay değil. Bu yüzden insanların tecrübelerine güvenmek akıllıca olacaktır.
ayrıca Yüksek güçlü anahtarlama yapan bir uygulamanız yoksa, çok yüksek çözünürlükte bilimsel uygulamalar yapmıyorsanız çok ta kafaya takmayın.
Bu işin nihai sonucunu göreceğiniz yer EMC testleridir. Onlarca ürünü EMC testlerinden sıkıntısız geçimiş biri olarak tekrar ediyorum. Devreniz Yüksek güçlü anahtarlama yapmıyorsa, gürültü hassasiyeti cok yüksek olan analog uygulamalar yapmıyorsanız çok takılmayın bu konuya. Kapasiteleri doğru yere doğru şekilde bağlayın, GND ,PWR gibi yolların uzunluğu bağlantısı gibi genel kurallara dikkat edin yeter.
Tasarımcı bazı kuralları tam olarak biliyorsa pratikte zaten ne kullanacağını bilir. Yani imkansızdan ziyade birkaç seçenekten başka birşey değil.
Önceki vermiş olduğum resimleri yeniden ele alıp inceleyelim.
(https://s23.postimg.cc/9kvitfelj/image.png) (https://postimg.cc/image/9kvitfelj/)
Capacitors provides low AC impedance to ground.
Kondansatörler AC de ground hattına kısa devre gibi davranır. (Zaten herkes bilir)
Resimdeki anlatılan esas ise DC besleme hattının esasen bir BOBİN olduğu, bu hattın mümkün mertebe kısa yapılması gerekliği belirtilmiştir.
KEEP TRACE LENGHTS SHORT
Örnek olarak ta 100nF kapasite ile 1uH lik bir bobinin temel rezonans frekansı verilmiştir.
Bu kondansatör, ayrıca hızlı yükselme ve düşme için lokal depo olarak görev yapar.
Provide local charge storage for fast rising/falling edges.
İkinci resmi incelersek. (Soru'nun esas yanıtı buradadır)
(https://s28.postimg.cc/ck1gwsi95/FR2.png) (https://postimg.cc/image/ck1gwsi95/)
Belli değerlerdeki kondansatörlerin frekanslara göre gösterebileceği minimum empedans belirtilmiştir.
Örnek 2.2uF bir kondansatör kullandığımızda, yaklaşık 3.5MHz lik frekansta kondansaör empedansının 0.01 ohm civarı olabildiği, bu frekans bölgesinden uzaklaştıkça kondansatör empedansının YÜKSELDİĞİ özellikle belirtilmiştir.
20MHz te ise 100nF kondansatörün minumum empedans gösterdiği, aynı frekansta 2.2uF kondansatörün 10 katı fazla direnç gösterdiği grafikten anlaşılmaktadır.
Resmi blok olarak incelediğimizde ise ortaya şu gerçeklik çıkmaktadır.
1MHz ten itibaren 1GHz e kadar frekans aralığında kullanılabilecek kondansatör değerleri zaten dar bir alan içerisindedir. Yani bizler tutup ta orada 100uF değerinde bir kondansatör kullanamayız.
NEDEN?
Bu hesaplamalar, besleme kaynağı çıkışı ile entegrenin besleme ucu arasındaki hattın BOBİN etkisinden kaynaklanan enterfere ve entegrenin davranışı dolayısı ile (Anahtarlama) yapabileceği etkilerin mümkün olduğunca elimine edilmesinin uygulamalarıdır.
Konuda sorulmuş soru ise bu kondansatörün hesaplamaları ile ilgili olduğuna göre.
Kaba bir yanıt ile yanıtlarsak.
TAK KARDEŞİM ORAYA BİR 100nF KONDANSATÖR gayet uyumlu olacaktır ;D
Zaten bu değer artık alışılagelmiş bir değer değilmidir. ;)