Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Jeżeli nie jesteś, i nie chcesz być
konstruktorem, tej części materiału
też nie musisz czytać. Jeśli cię to
Kondensatory
jednak interesuje, otrzymasz teraz
szereg kolejnych wskazówek
praktycznych. SÄ… to rady co
stałe
stosować, a czego unikać
w poszczególnych rodzajach
budowanych układów.
część 5
Główne obszary zastosowań
ną bez napięcia. Jeśli to możliwe, lepiej kich kondensatorów; są one też dość
Zasilacze sieciowe
jest zastosować układ z rysunku 14b. drogie. Warto więc wiedzieć, że w zasi-
(klasyczne)
laczach i przetwornicach pracujÄ…cych
Zasilacze impulsowe
Do filtrowania napięcia całkowicie wy- z częstotliwościami 15...25kHz można
starczają zwykłe kondensatory elektroli- Zasilacze takie pracują przy częstotli- też stosować zwykłe, krajowe  elektroli-
tyczne aluminiowe. W zasilaczach nie- wościach rzędu 15...100kHz. Trzeba ko- ty . Przecież ze względu na znaczną
kiedy stosuje się dodatkowo niewielkie niecznie pamiętać, że w tym zakresie częstotliwość pracy, wymagane pojem-
kondensatory ceramiczne umieszczone pojemności zwykłe kondensatory elek- ności filtru są kilkadziesiąt razy mniejsze
przed mostkiem prostowniczym, mające trolityczne mają pojemność znacznie, niż w zasilaczach sieciowych 50Hz
za zadanie ograniczenie ewentualnych nawet kilkakrotnie, mniejszÄ… od pojem- (100Hz). Zaleca siÄ™ tu jednak stosowa-
zakłóceń impulsowych przedostających ności nominalnej; na dodatek, co jesz- nie kondensatorów na napięcie pracy
się z sieci energetycznej przez transfor- cze gorsze, przy takich częstotliwoś- znacznie wyższe niż rzeczywiste napię-
mator. Na rysunku 13 znajdziesz sche- ciach występują w nich duże straty mo- cie pracy, ponieważ kondensatory takie
maty, przebiegi napięcia i wskazówki cy na rezystancji szeregowej (tgd > 1). przy swych większych gabarytach mają
dotyczące doboru pojemności w zależ- Do filtrów takich zasilaczy produkuje się mniejszą wartość rezystancji ESR. Ko-
ności od pobieranego prądu. Oczywiście specjalne kondensatory elektrolityczne
wymaganą pojemność można uzyskać o podwyższonej niezawodności, ma-
łącząc równolegle kilka mniejszych kon- łych stratach (low ESR) i wysokiej do-
densatorów. puszczalnej temperaturze pracy. Dużo,
Natomiast na rysunku 14a pokaza- może nawet większość, zagranicznych
łem ci sposób łączenia szeregowego kondensatorów o większej pojemności
kondensatorów elektrolitycznych w przy- ma parametry pozwalające na zastoso-
padku, gdy trzeba uzyskać kondensator wanie ich w zasilaczach impulsowych.
o większym napięciu pracy. Koniecznie Zwykle można je poznać po zaznaczo-
należy zastosować rezystory boczniku- nej na obudowie dopuszczalnej górnej
jÄ…ce ze wzglÄ™du na możliwość wystÄ…pie- temperaturze pracy równej +105°C
nia znacznego prÄ…du upÅ‚ywu w konden- (zwykÅ‚e elektrolity: +70...+85°C). Nie
satorach, które przez jakiś czas pozosta- każdy hobbysta ma jednak dostęp do ta-
Rys. 14a. A
Ä…czenie szeregowe
jednakowych kondensatorów elektroli-
tycznych.
H" µ
µ
Rys. 14b. Zasilacz wykorzystujÄ…cy
Rys. 13. Dobieranie pojemności filtru sieciowego zasilacza.
transformator wielouzwojeniowy.
54 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
go układu, i w skrajnym przypadku
a)
dotknięcie go grozi śmiertelnym po-
rażeniem. Dlatego nie stosuj tego spo-
sobu zasilania, jeśli to nie jest koniecz-
ne. Standardowo używaj zwykłych zasi-
laczy transformatorowych, i to firmo-
wych, mających certyfikat bezpieczeńs-
twa.
Odsprzęganie zasilania
Jak ci wcześniej podałem, odsprzęga-
b)
nie zasilania jest konieczne praktycznie
we wszystkich układach elektronicznych
zawierajÄ…cych elementy wzmacniajÄ…ce.
Bez prawidłowego odsprzężenia szyn
zasilających układ może się wzbudzić
lub będzie podatny na różne zakłócenia.
Rys 15. Zasilacz beztransformatorowy.
Wiesz już, że do odsprzęgania szyn za-
silających standardowo stosuje się rów-
rzystnie jest też zastosowanie kilku kon- jest niezbędny ze względu na ogranicze- noległe połączenie  elektrolita i cera-
densatorów o mniejszej pojemności, nie do bezpiecznej dla diod wartości prą- micznego  lizaczka .
zamiast jednego o pojemności więk- du w momencie dołączania do sieci. Chcę ci jednak jeszcze bardziej przy-
szej. Bez niego, w przypadku dołączenia do bliżyć ten temat. Nie przestrasz się, ale
sieci w momencie szczytu napięcia (p- sprawa jest znacznie bardziej skompli-
Zasilacze
onad 300V), przez kondensator i diody kowana. Popatrz na rysunek 16 - prze-
beztransformatorowe
popłynąłby przez moment prąd rzędu kil- cież wszystkie przewodzące ścieżki
kuset (!) amperów, który uszkodziłby i przewody mają pewną indukcyjność.
W prostych zasilaczach beztransfor-
diody prostownicze. Ze względu na moż- Dowiedziałeś się też, że w zakresie wy-
matorowych (rysunek 15a) elementem
liwość wystąpienia znacznych impulsów sokich częstotliwości nawet kondensato-
ograniczajÄ…cym prÄ…d jest zwykle kon-
prądowych, w zasilaczu powinny być ry potrafią zachowywać się jak cewki.
densator - C1. Jak już wiesz, powinien to
stosowane diody prostownicze o prą- Jeśli nawet do odsprzęgania zastosu-
być kondensator polipropylenowy KMP
dzie nominalnym przynajmniej 1A, np. jesz naprawdÄ™ bezindukcyjne konden-
(MKP) na napięcie 400V lub poliestrowy
typu 1N4001...4007. satory monolityczne typu  chip , to i tak
MKSE (MKT) na napięcie 630V. Rezys-
Niektórzy nowicjusze do ograniczania musisz się liczyć, że ich pojemność
tory R1 i R2 o wartości rzędu mega-
prądu stosują wyłącznie rezystory (rys. z występującymi szkodliwymi indukcyj-
oma są niezbędne do rozładowania kon-
15b) i efektem jest znaczna moc strat, nościami stworzy jakieś równoległe ob-
densatora po odłączeniu od sieci - bez
rzędu kilku, kilkunastu watów, wydziela- wody rezonansowe LC (przy omawianiu
nich przypadkowe dotknięcie zacisków
jąca się w tych rezystorach. kondensatorów mówiliśmy o szerego-
wejściowych mogłoby spowodować
Przy zastosowaniu prostowania dwó- wych obwodach LC).
przykry udar prÄ…dowy. Celowo naryso-
połówkowego w układzie z rysunku Dla częstotliwości bliskich resonansu,
wałem ci tu dwa szeregowo połączone
15a, zależnie od pojemności C1 otrzy- impedancja równoległego obwodu LC
rezystory, bowiem miniaturowe rezystor-
muje się prąd użyteczny zgodnie z za- jest duża, więc skuteczność odsprzęga-
ki mają napięcie pracy rzędu 150...250V,
mieszczoną tabelką. nia może być znikoma, wręcz żadna! No
tymczasem na kondensatorze występuje
Oczywiście taki zasilacz nie zapewnia i co tu zrobić? Na szczęście takie ob-
napięcie zmienne o wartości szczyto-
bezpieczeństwa użytkowania zasilane- wody rezonansowe zawierają zawsze ja-
waj prawie 300V. Z kolei rezystor R3
a)
b)
Rys. 17. Praktyczne obwody odsprzęgania napięcia
Rys. 16. Schemat zastępczy obwodów zasilania.
zasilajÄ…cego.
55
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
kieś (szkodliwe) rezystancje. Tym razem przyjmij jako zasadę projektowanie moż- mocy rodzaj zastosowanych kondensa-
rezystancje te są naszym sojusznikiem, liwie małych, zwartych płytek z szeroki- torów zwykle nie jest krytyczny.
bowiem zmniejszają dobroć obwodów mi ścieżkami i zawsze przemyśl roz- Jednak w niskoszumnych przed-
rezonansowych oraz ich impedancję. mieszczenie kondensatorów odsprzęga- wzmacniaczach nie można zaniedbać
Mam nadzieję, że rozumiesz o co cho- jących. właściwości kondensatorów.
dzi? Bardzo częs- Pierwszy stopień przedwzmacniacza
Obwody
to okazuje się obowiązkowo powinien zawierać obwo-
Kondensatory odsprzęgające
w.cz.
więc, iż takie ła- dy dodatkowej filtracji napięcia zasilają-
zasilanie powinny być
godne rezonanse cego. Potrzebne one są zarówno ze
W obwodach
nie mają wpływu względu na szumy, jak i dla zapobiega-
umieszczane jak najbliżej sygnałowych w.cz.
na pracÄ™ urzÄ…dze- nia samowzbudzeniu i przenikaniu za-
stosuje siÄ™ zwykle
odsprzęganych obwodów
nia. Dlatego też
kondensatory ce- kłóceń z zasilacza sieciowego. Z za-
i półprzewodników.
wersja z rysunku ramiczne: w obwo- sady nie stosuje się tu zwykłych elektro-
17b jest lepsza niż Prawdopodobieństwo dach rezonanso- litów aluminiowych, a tylko tantalowe.
z rysunku 17a. wych typu 1, a do Dobrze jest też dać mały, lokalny stabili-
samowzbudzenia układu
Szeregowy rezys- blokowania prÄ…- zatorek, np. 78L15, 79L15 czy podobny.
zmontowanego na dużej
tor wpływa korzys- dów w.cz, sprzę- Jak wiadomo, rezystancja zastępcza
tnie na filtrację za- powierzchni jest większe niż
gania stopni i filt- ESR, podobnie jak każda rezystancja,
równo w zakresie rowania zasilania - szumi  sama z siebie . Dotyczy to prze-
tego samego układu zmontowa-
małych, jak i wiel- ferroelektryczne, de wszystkim kondensatorów sprzęgają-
nego na małej powierzchni
kich częstotliwoś- typu 2. cych i filtrujących, umieszczonych
i objętości.
ci. Praktycznie je- w pierwszym stopniu przedwzmacnia-
Trzeba też mieć dynie w tej dzie- cza. Dlatego w urządzeniach najwy-
świadomość, iż jeśli omawiane teraz dzinie stosuje się też kondensatory ższej klasy w roli kondensatorów sprzę-
częstotliwości rezonansu równoległego zmienne, w tym trymery powietrzne, gających zamiast kondensatorów elek-
będą leżeć w zakresie setek megaher- ceramiczne, foliowe. trolitycznych stosuje się często konden-
ców lub jeszcze wyżej, to wtedy niebez- Warto też wspomnieć o pewnym satory foliowe: poliestrowe i polipropy-
pieczeństwo dla układów m.cz. nie jest problemie dotyczącym kondensatorów lenowe, i to nie pojedynczo, tylko po kil-
aż takie duże. stosowanych w obwodach mocy - prze- ka sztuk połączonych równolegle dla
Czy jednak mamy jakikolwiek wpÅ‚yw pÅ‚ywajÄ…ce prÄ…dy w.cz. powodujÄ… wydzie- uzyskania pojemnoÅ›ci rzÄ™du 10...50µF!
na takie rezonanse? Tak! I to znaczny! lanie się znacznej mocy strat na rezys- Czy jest to konieczność, czy tylko szpan,
Czym krótsze ścieżki i wyprowadze- tancjach ESR. mający wzbudzić podziw ewentualnego
nia, tym mniejsze indukcyjności, a więc Układy w.cz. to specyficzny zakres obserwatora? To bywa rozmaicie - aby
większe częstotliwości rezonansowe. zastosowań, którego nie da się omówić się przekonać, należałoby policzyć jaki
Przy większych częstotliwościach rezo- w kilku zdaniach. Poza tym ja nie jes- wpływ na szumy całkowite mają po-
nanse są łagodniejsze wskutek rosną- tem specjalistą w tej dziedzinie. szczególne elementy: z
ródło sygnału,
cych strat i mniej groz
ne, bo leżą powy- Zainteresowanym mogę tylko polecić rezystory, kondensatory i półprzewod-
żej pasma przenoszenia elementów literaturę specjalistyczną, na przykład niki. To jest jednak historia z zupełnie
wzmacniających. dobrą książkę Zdzisława Bieńkowskiego innej bajki. Zagadnienie walki z szuma-
Najmniejszą indukcyjność, rzędu po-  Poradnik Ultra- mi jest zbyt szero-
jedynczych nanohenrów mają kondena- krótkofalowca . kie, abym mógł ci
W obwodach sygnałowych
tory ceramiczne typu  chip - przezna- Ogólnie rzecz je dogłębnie wy-
wzmacniaczy wysokiej klasy
czone do montażu powierzchniowego biorąc, kwestia jaśnić w tym krót-
oraz ceramiczne  lizaczki , o ile tylko stabilności pojem- kim omówieniu.
unikaj w miarę możliwości
montowane są jak najbliżej płytki. Kon- ności traci coraz Jeśli cię to intere-
kondensatorów ceramicznych
densatory foliowe z natury majÄ… nieco bardziej znaczenie suje, napisz do
ferroelektrycznych.
większą indukcyjność - kilka...kilkanaś- wskutek powsze- mnie, wtedy
cie nanohenrów w zależności od wy- chnego stosowa-
W niskoszumnych przed- w jednym z lis-
miarów i konstrukcji zwijki. nia układów cyfro- tów podam ci sze-
wzmacniaczach nigdy nie
W przypadku kondensatorów elek- wej syntezy częs- reg dalszych
stosuj zwykłych aluminiowych
trolitycznych nie mówi się o indukcyj- totliwości oraz filt- szczegółów.
ności doprowadzeń, bowiem z innych rów kwarcowych  elektrolitów , a tylko Ja w roli we-
względów stosowane są one przy częs- i ceramicznych jściowych konden-
kondensatory foliowe
totliwościach rzędu co najwyżej setek ki- z falą powierzch- satorów sprzęga-
i tantalowe.
loherców i indukcyjność doprowadzeń niową. jących, gdzie tylko
nie ma wtedy znaczenia. siÄ™ da, stosujÄ™
Wzmacniacze
Jeśli więc zaprojektujesz  półhektaro- kondensatory fo-
wÄ… pÅ‚ytkÄ™ drukowanÄ… zawierajÄ…cÄ… szyb- liowe o pojemnoÅ›ci 470nF, 1µF lub
elektroakustyczne
kie tranzystory czy wzmacniacze opera- 2x1µF, i to nie tyle ze wzglÄ™du na szu-
Stosowane tu sÄ… praktycznie wszyst-
cyjne, a kondensatory odsprzęgające my, co raczej z lenistwa, dla własnej
kie typy kondensatorów: od malutkich
 przezornie umieścisz tuż przy zasila- wygody. Nie muszę się potem martwić
 ceramików typu 1 w obwodach kom-
czu sieciowym, to nie dziw się, że układ o biegunowość ewentualnie występują-
pensacji częstotliwości przez foliowe
może się wzbudzić, lub pojawią się inne cych stałych napięć polaryzujących.
kondensatory blokujące i sprzęgające,
kłopoty. Przyzwyczajaj się więc do moż- W każdym razie unikaj stosowania
aż do potężnych elektrolitów o pojem-
liwie małych płytek. Oczywiście, do- zwykłych, aluminiowych elektrolitów
ności dziesiątek tysięcy mikrofaradów.
świadczony konstruktor poradzi sobie w stopniach wejściowych niszkoszum-
We wzmacniaczach końcowych dużej
w każdym przypadku, ale ty na razie nych przedwzmacniaczy. Jeśli możliwe,
56 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
Listy od Piotra
towaniu. Jak pamiętasz, takie same zja-
wisko zaobserwowaliśmy podczas bada-
Zwiększanie stałej czasowej
nia rezystorów (EdW1/96). Nie należy
obwodu RC
więc przegrzewać kondensatorów,
a w uzasadnionych przypadkach moż-
na montować krytyczne elementy na
Istnieje bardzo prosty sposób
trochę dłuższych wyprowadzeniach.
zwiększania stałej czasowej obwodu
Jeśli tylko masz możliwość dokładne-
RC przez zastosowanie tranzystora.
go pomiaru pojemności, to proponuję ci
Wypadkowa stała czasowa jest b-
przeprowadzenie szeregu prób w tym
krotnie większa od iloczynu RC
zakresie. Sam przekonaj siÄ™, na ile trze-
(gdzie b jest wzmocnieniem stało-
ba się tym przejmować, a na ile nie
prądowym tranzystora). Wydawało-
warto zawracać sobie głowy. Wez
więc
by się, że jest to idealny sposób na
kilka różnych rodzajów kondensatorów
pozbycie siÄ™ zawodnych  elektroli-
i zmierz pojemność  dziewiczą i po-
tów na przykład z obwodów czaso-
tem sprawdz
, jak zmienia siÄ™ ona po
wych prostych urządzeń alarmo-
kolejnym wlutowaniu i wylutowaniu
wych, gdzie potrzebne sÄ… czasy rzÄ™-
elementu. Pewnie przekonasz się, że
du kilkudziesięciu i więcej sekund.
nie warto idealnie dokładnie dobierać
Sposób ten ma jednak pewną wa-
pojemności na cyfrowym mostku, bo
dę i jest rzadko stosowany w ukła-
rozjedzie siÄ™ ona po wlutowaniu
dach wymagających dużej nieza-
w płytkę. Raczej należałoby przepro-
wodności. Mianowicie przy dużej
wadzać korektę częstotliwości gene-
wartości rezystancji R i dużym
ratora lub filtru RC (dolutować dodatko-
wzmocnieniu tranzystora, prÄ…d bazy,
we niewielkie kondensatory lub rezysto-
czyli prÄ…d Å‚adowania kondensatora,
ry) po zmontowaniu i sprawdzeniu ukła-
może mieć wartość rzędu nanoam-
du.
perów. Tymczasem tego rzędu war-
Na pewno masz świadomość, że od
tość może mieć prąd upływu w za-
zwykłych aluminiowych elektrolitów nie
kurzonej i zabrudzonej płytce
można oczekiwać stabilności - zmiany
umieszczonej w urzÄ…dzeniu pracu-
pojemności z upływem czasu mogą
jącym bez przerwy kilka lat. Jeśli
znacznie przekroczyć 10%. Jedyne
więc zastosujesz gdzieś takie roz-
w miarÄ™ stabilne elektrolity to tantale,
wiązanie, musisz pomyśleć o sku-
ale jeśli tylko masz dość miejsca, użyj
tecznym zabezpieczeniu płytki
raczej  baterii kondensatorów MKSE
i elementów dobrym lakierem izola-
(MKT) i zwiększaj współpracujące re-
cyjnym lub nawet zalewÄ… silikonowÄ….
zystancje. Masz tu do dyspozycji kon-
Jednak radzÄ™ ci raczej zastoso-
densatory MKSE-25 i stare MKSE-012
wanie generatora i układu liczniko-
i -018, które co prawda są dość duże,
wego, choćby wspomnianej już kost-
ale majÄ… pojemność aż do 10µF. Bez tru-
ki CMOS 4541.
du dostaniesz też miniaturowe konden-
satory MKSE-20 lub MKT o pojemności
1µF lub nawet 2,2µF.
stosuj sprzężenie bezpośrednie - galwa- wtedy w zakresie do kilkudziesię-
Podsumowanie
niczne. Gdy potrzeba, wykorzystaj kon- ciu...kilkuset nanofaradów najlepiej jest
densatory foliowe i tantalowe. W urzą- stosować kondensatory ceramiczne typ Cykl artykułów o kondensatorach
dzeniach wysokiej klasy ferroelektrycz- 1: NP0 (G0C) lub styrofleksowe, nawet dobiegł do końca. Jeszcze raz cię za-
ne ceramiki stosuj tylko w układach od- gdy wymaganą pojemność trzeba złożyć chęcam, żebyś w miarę możliwości
sprzęgania zasilania. Starannie unikaj z kilku mniejszych. przeprowadził zalecane pomiary kon-
stosowania ich w obwodach sygnało- Dość dobrą alternatywą byłoby użycie densatorów i nabrał przekonania
wych. Wcześniej celowo pokazałem ci kondensatorów poliwęglanowych (MKC), o stałości ich parametrów. Nie zapomi-
na rysunku 4, jak zmieniają się paramet- ale dla polskiego hobbysty mogą się one naj o odsprzęganiu zasilania we wszys-
ry tych kondensatorów pod wpływem okazać zbyt trudne do zdobycia. tkich budowanych układach.
choćby zmian napięcia - może to spowo- Dlatego w wielu przypadkach zasto- Zapisz sobie na widocznym miejscu
dować (uważaj!) pojawienie się dodatko- sujesz najpopularniejsze kondensatory najważniejsze informacje o kondensa-
wych zniekształceń nieliniowych. Tak! poliestrowe (MKSE-20 lub MKT). Przy torach lub zrób odbitkę ksero stron 54-
Ferroelektryczne ceramiki tak naprawdę stosowaniu tych kondensatorów oprócz 55 z EdW 5/96.
nie są wcale elementami liniowymi, choć temperaturowych zmian pojemności
Piotr Górecki
pewno się naczytałeś w książkach, że (nieliniowych - patrz rysunek 10) musisz
standardowe rezystory i kondensatory liczyć się z wpływem innych czynników,
to elementy liniowe. które mogą zmienić pojemność nawet
o 1...3%.
Generatory i filtry m.cz.
Generalnie przy wszelkich kondensa-
W układach tych zachodzi koniecz- torach musisz zwracać uwagę na warun-
ność używania kondensatorów o po- ki lutowania. Wiele kondensatorów może
jemnoÅ›ciach w granicacj 1nF...10µF. trwale zmienić swÄ… pojemność
Jeśli wymagana jest duża stabilność, o 0,2...2% wskutek podgrzania przy lu-
57
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/96