¿Efecto del tipo de condensador en un circuito de filtro activo?

Desafortunadamente, los condensadores electrolíticos solo funcionan con un voltaje positivo en el terminal positivo; conducen en la otra dirección, por lo que solo son realmente buenos para el desacoplamiento de la fuente de alimentación.

Elija un condensador de cerámica con un dieléctrico NPO o COG. Otros dieléctricos varían dramáticamente con la temperatura, por lo que la respuesta de su filtro cambiará a medida que el circuito se calienta o en un día frío.

También tenga en cuenta que los condensadores de cerámica a menudo tienen una tolerancia de 5 o 10%. Debe usar un capacitor con un valor cercano pero inferior al valor calculado, y dejar espacio en su diseño para poner en paralelo los capacitores más pequeños para que pueda golpear su objetivo.

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Al considerar una C grande, no consideres más de ~ 0.33uF hasta que consideres una R mayor. Si OA tiene una corriente de polarización de entrada alta que puede causar voltaje de compensación de Vio, luego cambie la retroalimentación de 0 ohmios a Vin (-) para que coincida con la carga R en Vin (+), entonces la compensación se reduce a la especificación para la corriente de compensación de entrada Iio. Req + Vio = Vio_total) x ganancia > = Error de desplazamiento Voutput

Cualquier BUEN diseñador sabe cómo definir especificaciones antes de intentar elegir partes. APRENDE ESTO. definiendo lo más posible lo siguiente;

• Bandpass f
• Ganancia de paso de banda
• Ondulación de paso de banda (posible con más del 2º orden)
• Stopband f (punto de interrupción importante)
• Stopband min atenuación.
• tiempo de subida, latencia o retraso de grupo
• paso% de respuesta de rebasamiento y / o frecuencia de resonancia & Qu
• suministro único o dividido
• entrada Z (opcional)
• error máximo de compensación de DC y error de ganancia,
• Requisitos de Vin CMRR (y balance de impedancia diferencial)
• voltaje de suministro, ruido de suministro y consumo de energía.
• la distorsión de retardo de grupo y Q son otras formas de especificar algunas de las características anteriores.

enlace

por ejemplo Aquí una ganancia de 10 para una sola fuente con Vcc / 2 = Vref

ElproductoR2C2delfiltro,porejemplo,nopuedeacercarsealafugaRp*Cdelcondensador,delocontrarioyanoexistelagananciaunitaria.Rpesequivalenteafugaparalela.

¿Quétiempodesubida?t=0.35/f-3dBYOeslaRmásgrandeposible,demodoque2%*Iin*ResunacompensaciónaceptableconRcoincidentesencadaentradaOAcontoleranciadel1%.

• TantalumPolymer=0.1CVeslacorrientedefugadeCC,porlotanto,10uF@10V=10uA=V/R(ref.AVX)
  • entonces0.1CV=V/RporlotantoRC=10segundosparatodoslosvaloresyvoltajesparaTant.polímero
• Películaplástica,películametálicaPETPoliéster(tereftalatodepolietileno)
  T>=1000segundosparaC>1.0uFand>5000segundos(0.33~1uF)y15000segundos(<0.33uF)

AsíquelastapasdePETsontumejorapuesta.convalores<0.33uFyvaloresRgrandes.hasta15k/0.1uF*1%deerror=1.5GOhmdurante150segundoscon0.1uFcomomínimo,peroesmuchomásaltosisemanejaelerrordegananciadeCC.

REFKEmet:SerieR82,radial,espaciadodeloscablesde5mm,

XR7sonvaloresdeCpobresconsensibilidadagrandes-dC/dV,amenosquesecalifiquenconvaloresdeValtosenrelaciónconelrangodeoperación.Encuyocaso,lasNPO/COGsonmuchomásestablesyprecisas,tienenmenosfugasperotienenmenosk,porloqueelrangodeCesmenorenelmismotamaño.

Los condensadores realmente se ven así en el mundo físico:

Elmetal(enlascapasdeplomoyMLC)creaunainductanciadenominadaInductanciadeserieequivalenteoESL.Todoslosmaterialestienenresistencia(nohaycondensadoressuperconductores)porloquelaresistenciadetodoslosmaterialessepuedesumarenunaResistenciadeSerieEquivalenteoESR.

Lamayoríadelasveces,lahojadedatosdelcapacitormostraráelESLy/oESR.LosESLestángeneralmenteenelrangonHylosESRenelrangomΩ.Debidoaesto,generalmentesoloseconvierteenunproblemaafrecuenciasmásaltas.Lafiguraacontinuaciónmuestralaimpedanciadelcapacitordevarioslímites,elESLyelESRcreanuncorteenlasfrecuenciasmásaltasquereducelacapacidaddeloscapacitorespara"pasar" las frecuencias altas. La impedancia no se ve afectada por la ESL hasta aproximadamente 1Mhz para un capacitor cerámico de 2.2uf, por lo que si diseña un filtro con cortes por debajo de 1Mhz y por debajo de un capacitor de 2.2 uF, no tendrá que preocuparse por los efectos parásitos.

Lomismoocurreconlasresistencias,sinembargo,elmodeloderesistenciaseveasí:

Fuente: EDN: Los resistores no son resistores

Estos efectos se modelan mejor en un paquete de especias, y puede obtener el ESL y el ESR y usar el modelo en serie de un capacitor para ver qué efecto tendrán en su circuito de filtro activo.

Si no quiere modelarlo, puede usar un modelo de impedancia en serie en lugar del condensador o la resistencia donde:

\ $ Z_ {R} = R \ $
\ $ Z_ {L} = j \ omega L \ $
\ $ Z_ {C} = \ frac {-j} {\ omega C} \ $

Y para un modelo de serie:

\ $ Z_ {total} = Z_ {R} + Z_ {L} + Z_ {C} = R + j \ omega L + \ frac {-j} {\ omega C} \ $

Y luego use \ $ Z_ {total} \ $ para cada elemento para encontrar la función de transferencia total (hay tres parámetros para cada uno de los elementos parásitos de cada componente).

$$ \ frac {V_ {out}} {V_ {in}} = \ frac {Z_3 Z_4} {Z_1 Z_2 + Z_3 (Z_1 + Z_2) + Z_3 Z_4} $$

Si hay un problema con los parásitos, hay condensadores de bajo ESL y tapas XY que son más caras pero mejores para aplicaciones de alta frecuencia.

Usted menciona filtros de constante de tiempo alta (frecuencia de corte muy baja). Otros han hecho buenas respuestas sobre el condensador ESL / ESR y los efectos de alta frecuencia, por lo que me centraré en las cosas de baja frecuencia.

Primero, debe decidir qué precisión desea en la frecuencia de corte y la respuesta general de su filtro. Los topes de alto valor (como los electrolíticos) suelen tener tolerancias extremas, como -20 / + 50%.

Las cerámicas High-K como X7R cambian el valor con la temperatura (¡por mucho!) y también con el voltaje (lo que crea una enorme distorsión en su señal). También son excelentes micrófonos debido a sus efectos piezoeléctricos. ¡Nunca use X7R / Z5U y similares en ningún tipo de material analógico de precisión! Están diseñados para el desacoplamiento y son excelentes en ese rol.

La ESR de los electrolíticos también varía con la temperatura, y la tolerancia de la capacitancia es enorme. Y hay absorción dieléctrica, que atornilla la respuesta del filtro a frecuencias muy bajas.

Sólo los tipos de cerámica y de cerámica C0G tienen una precisión razonable, un bajo coeficiente de temperatura, y son generalmente lo que consideraríamos "estables" en un amplio rango de temperatura utilizable.

Entonces, si no te importa la precisión de la respuesta de frecuencia y solo quieres una tapa de bloqueo de CC, entonces puedes usar electrolíticos. En un filtro, tendrá que preocuparse por la ESR, las fugas y la absorción dieléctrica.

Si le importa la precisión, entonces sus únicas opciones son tipos de película C0G, que solo están disponibles en valores de baja capacitancia. Las tapas de película también son caras.

Y las tapas grandes de película de orificio pasante también son microfónicas y están sujetas a la absorción dieléctrica ... a menos que use poliestireno o policarbonato ... que es aún más costoso.

Bummer.

Es por esto que implementará su filtro usando uno de estos métodos:

• Utilice opamps de entrada FET y valores de resistencia grandes, que permiten tapas más pequeñas, lo que le permite elegir las tapas correctas: C0G, PPS, poliestireno, policarbonato, polipropileno ... La solución más práctica realmente ...
• Obsérvese con poco ruido, elija una entrada de entrada de BJT con ruido ultra bajo, luego seleccione valores de resistencia bajos debido al ruido de la corriente de entrada, luego capte grandes mayúsculas, luego compruebe que son demasiado asequibles y microfónicos.
• El peor de los casos es cuando necesitas pasar la señal de HF, pero también filtrar LF hacia afuera. Esto le proporcionará una ruta rápida con un opamp rápido y el paso bajo implementado como un servo de DC con un opamp FET.
• Muestra la señal y usa un filtro digital. Si necesita bajas frecuencias de corte, entonces una tasa de muestreo lenta está bien, una micro implementación de un filtro IIR hará el truco. Por supuesto, debe preocuparse por los errores de redondeo y el ruido de cuantificación ahora. Si su filtro se coloca antes de un ADC, debe decidir qué partes del filtro debería implementar en analógico y qué partes en digital.

Además de todas las respuestas ya publicadas, si realmente insiste en usar condensadores electrolíticos, puede agregar dos en serie con clavijas comunes: vea this answer.