¿Puede un condensador de desacoplamiento proteger contra picos no sinusoidales?

Un condensador toma corriente cuando la tensión a través de él está aumentando. La fórmula es: -

$$ I = C \ cdot \ dfrac {dV} {dt} $$

Donde dv / dt es la tasa de cambio de voltaje aplicado al capacitor. No tiene nada que ver específicamente con las ondas sinusoidales: toma la corriente X cuando la tasa de cambio de voltaje se multiplica por la capacitancia = X.

Si el voltaje no cambia, el capacitor no toma corriente. Si el voltaje cae, es porque la corriente se está extrayendo del condensador.

Nada que ver con las ondas sinusoidales.

La reorganización de la fórmula nos permite concluir que con una corriente constante en un condensador, la tasa de cambio de voltaje es constante, es decir: -

$$ \ dfrac {dV} {dt} = \ dfrac {I} {C} $$

Entonces, si el capacitor es muy grande en valor, la tasa de cambio de voltaje en sus terminales es menor en comparación con un capacitor de valor pequeño.

Entonces, si tienes una resistencia de 100 ohmios que alimenta un condensador de 10 uF como este: -

Yelevóelvoltajedeentradainstantáneamentea10voltiosdesdeunvalorpreviamenteestablede5voltios,elvoltajedelcapacitorcomenzaríaaaumentar(peromuchomáslentamentequeelcambiodevoltajeenlaentrada).Estosedebeaquelatasadecambiodevoltajedelcapacitorserigeporlacorrienteenelcapacitory,queestálimitadaporlaresistenciade100ohmiosyelcambiode5voltiosenlaentrada.

Lacorrienteinicialdelcapacitores(10voltios-5voltios)/100ohmios=50mA.

Estosignificaqueelaumentoinicialdelvoltajedelcapacitoresde50mA/10uF=5000voltiosporsegundo.Silaaplicacióndelos10voltiosfueraunapequeñafallade10usd,entonceselvoltajeenelcapacitoraumentaríaaproximadamente50mVsobreesos10us.Comenzaríaa5voltiosyaumentaríaa5.05voltiosdespuésde10us.Silafallavuelveaunaconstantede5voltiosdespuésde10us,entonceselvoltajedelcondensadorregresaráa5voltiosdespuésdeaproximadamente10us.

Porlotanto,enesteescenario,elcondensadorhaprotegidouncircuitode5voltiosdeunpicode10voltiosqueduró10us.Sielpicodurómástiempo,entonceslasaproximacionesqueutilicéparacalcularelaumentoenelvoltajedelcapacitorcomienzanaerosionarseyusteddebeconsiderarqueamedidaqueaumentaelvoltajedelcapacitor,lacorrienteatravésdelaresistenciasereduce.Essimpleleydeohmios:cuandoelcondensadorestabaa5voltiosylapuntaa10voltios,lacorrienteatravésdelaresistenciaerasimplemente(10-5)voltios/100ohmios.

Sisepermitióqueelcapacitorsecargaraa5.5voltios(debidoaunpicodemayorduración),lacorrienteenelcapacitorahoraesdesolo45mA.Sisepermitióqueelcapacitorsecargaraa9voltios(debidoaunpicomuchomáslargo),lacorrienteenelcapacitorenestepuntoesdesolo10mA.

Estosignificaqueamedidaqueelcondensadorsecarga,latasadecambiodevoltajeensusterminalessereduce,porlotanto,elcondensadorsecargaasí:-

Y, aunque el condensador finalmente se cargará a un voltaje que es la magnitud de un pico largo, todavía ofrece una protección considerable contra picos moderados o de corta duración.

Un Capacitor de desacoplamiento se usa generalmente en las líneas de suministro de energía. Son relativamente grandes, y la intención es detener el voltaje de la línea variando más que una cantidad muy pequeña. Se llaman así porque desacoplan el efecto de grandes cambios de corriente consumidos por una parte del circuito que afecta el voltaje en otra parte del circuito.

Lo que ha dibujado, en una línea de entrada, es un filtro . Esto tiene la intención de permitir el paso de señales, pero para reducir la velocidad de sus bordes. También evitará que los picos de corta duración cambien significativamente el voltaje en la salida. Esto puede ser suficiente para proteger de algunos transitorios. Depende de la energía del transitorio si la tensión de salida causará los siguientes problemas de circuito.

Tal vez lo que necesita es una protección contra sobretensión de entrada, la más simple de las cuales es un diodo Zener o abrazaderas de diodo en los rieles.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Pongamos un pico en este circuito

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}