Vidlákovo elektro 49. Elektrolytický nekondenzátor

21. července 2013 v 5:55 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Už na začátku vidláků jsem poznamenal, že akustické pásmo - 20 Hz - 20kHz je robotikovi k ničemu a vůbec se jím nebudeme zabývat. Tím pádem bychom se taky vůbec nemuseli zabývat elektrolytickými kondenzátory, protože jejich role ve filtraci napájení - je jasná. A druhá role kondenzátoru - to jest být vazebním prvkem na cestě signálu - tam elektrolyty prostě nepotřebujeme.

Jsou ale těžké okamžiky v životě lidském, takže občas se přece jenom stane, že potřebujete použít elektrolyt - k vedení signálu, a při té příležitosti bych rád upozornil na věc, která se všude učí, všude vykládá, ale nikde se "elektronicky" neřeší - a to je svod proudu elektrolytem, alias - heslo pro Bing - "electrolytic capacitor leak".

Teď bych prostě mohl napsat, každý elektrolytický kondenzátor má svod v mikroampérech - který de facto slouží k tomu aby elektrolýzou hliníkové hmoty kondenzátoru obnovoval nevodivou dielektrickou vrstvu a zbytek si nastudujte v knize. Na druhou sranu je legrace, kyž čtete veledůležitě se tvářící článek v "Amáru" o tom jak je zásadní používat operační zesilovače s nízkým offsetem a na vstupu je RC člen tvořený kondenzátorem 10uF a odporem 10kOhm - takkže má-li takový kondenzátor svod 5uA tak se na tom odporu vytvoří napětí 5uA * 10k = 50 mV a kde jsme s mikrovoltovými napěťovými offsety ???

Takže nejprve něco málo vzorečků pro svod kondenzátoru - jsou různé, podle různých norem a navíc jsou i různé pro různou dobu od zapnutí - protže svodový proud přiložením napětí na kondenzátor postupně klesá (nikdy ale nedosáhne nuly) - takže malý přehled:
IL = (2 min) < (0.01 * UR * CR) + 3 μA
IL = (5 min) < (0.002 * UR * CR) + 3 μA
IL = (5 min) < (0.01 * UR * CR) + 3 μA
IL = (5 min) < (0.3 * UR * CR) ^ 0.7 ) + 4 μA

kde UR je napětí na kondenzátoru a CR je jeho kapacita - jak jinak.

Samozřejmě, že svodový proud nás u filtračních kondenzátorů prakticky nezajímá - obvod který bere 100mA nemá smysl řešit z hlediska kondenzátorů co pustí 100uA. U signálového použití elektrolytů to silně závisí na výstupním a vstupním odporu obvodů, které jsou spolu spojeny. Neboli pokud připojujete 4 Ohmový reproduktor k zesilovači - taky nebudete mikroampéry řešit. Nicméně pokud třeba chcete z elektrolytu udělat náhradu AC vazby pro osciloskop - na vstupním odporu osciloskopické sondy, který bývá 1 megaOhm de vám signál pěkně zkreslí.
Jak z toho ven - vlevo vidíte naivní řešení - které je časté, ale často špatné. Uprostřed máte řešení, kdy výstup kondenzátoru je nějakým dosti velkým odporem (ale menším než vstupní odpor následujícího stupně) uzemněn a tím je zajištěna alespoň částečně definovaná stejnosměrná úroveň. Samořejmě že RC člen, který je tvořen výstupním odporem zesilovače a paralelní kombinací odporu R1 a odporu vstupu (osciloskopu) musí být spočten na frekvenční pásmo, ktré má přenášet. I v tom případě vám zbyde na výstupu stejnosměrný offset - nejčastěji kolem těch už zmiňovaných 50mV. Pokud se chcete i toho zbavit - doporučuju schémátko vpravo - výstupní RC člen je poněkud upraven a hlavně je zdvojený - takové zapojení má stále ještě offset kolem 1mV - takže můžete zapojení ztrojit atd .... ale 1 mV už většinou je snesitelný, nebo se dá v dalším obvodu kompenzovat.
Pokud budeme přes "dvojici kondenzátorů" spojovat dva operační zesilovače které místo dvojitého napájení používají napájení jedním napětím a mají děličem vytvořenou "virutální zem" - je výhodné "uzemňovací odpory" připojit na virtuální zem - protože pokud bychom je připojili na skutečnou zem baterie - moc bychom si nepomohli, protože napětí na elektrolytu byla přibližně polovina napájecího napětí a jejich svod by nám signál poškodil i kdyby byly dva v sérii.

Na druhé straně - pokud máte řetězec kondenzátory vázaných zesilovačů - je smysluplné DC offset z vazebního elytu řešit jedině tehdy, pokud jeho zesílení v následujícím stupni by přineslo problémy. To znamená že u operačních zesillovačů napojených na společnou virtuální zem to příliš smysl nemá (všechny stupně mají stejnou stejnoměrnou úroveň). Pokud by ale svod elytu měl způsobit třeba posun rozkmitu signálu z 0-5V na 2-7V - byl by to třeba pro AD převodník v procesoru veliký problém a řešit byste to museli.

Příklad - svod elytu nám způsobí 50mV offset - pokud následující stupeň zesiluje 10x - je to offset na výstupu 0,5V - pokud je i výstup zesilovače vázaný elytem - je to nepodstatné (leda byste používali moderní 1,8V napájení).
Pokud je zesílení dalšího stupně 100x - bude zkreslení způsobené svodem elytu 5V - a to už není žádná legrace.....

Tolik drobná finta za 80 haléřů, zbývá nám už jenom oblíbená rada pro brunety : Chcete aby se miláček "konečně vyjádřil" (k otázce manželství) - pokud jej dovlečete na svatební veletrh - možná se "vyjádří nohama" - bude v šoku prchat, až se mu bude za patami prášit - tak raději pozor !
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 Dalik Dalik | 26. července 2013 v 0:15

Asi bych doplnil..:

1. vzorečky udávající svodový proud platí pro jmenovité napětí. Při nižším napětí je proud mnohem nižší. Např. pro 100/45V kondík jsem naměřil při 20V cca 0,4 uA.

2. Problém naivního zapojení úplně vlevo není často ve svodovém proudu. I kdyby byl kondenzátor naprosto ideální, tak obvod za nějakou dobu může přestat fungovat. Levá strana kondenzátoru je napěťově ukotvena výstupem OZ, avšak pravá strana žádné ukotvení nemá. Bude-li připojena přímo k neinvertujícímu vstupu dalšího OZ, bude kondenzátor nabíjen velmi malým proudem ze vstupu buzeného OZ, až dojde k limitaci. Proto musí být ukotveny obě strany kondenzátoru.

Bude-li pravá strana zapojena k invertujícímu zesilovači, tak problém s limitací nenastane, zůstane chyba působená svodovým proudem.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama