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Wozu Keramikkondensatoren beim Spannungsregler
 
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Elektronik91



Anmeldungsdatum: 22.05.2015
Beiträge: 45

Beitrag Elektronik91 Verfasst am: 24. Jun 2016 16:42    Titel: Wozu Keramikkondensatoren beim Spannungsregler Antworten mit Zitat

Hallo,

es geht um einen linearen Spannungsregler wie z.B. der 7805.
Laut Datenblatt benötigt dieser ja zwei Keramikkondensatoren. Einmal am Eingang und einmal am Ausgang.
Einmal 0,33µF am Eingang & einmal 0,1µF am Ausgang.

Mittlerweile weiß ich, das der Kondensator am Eingang dafür sorgt, dass die Schaltung nicht anfängt zu Schwingen bzw. der Spannungsregler.
Das Schwingen entsteht durch Leitungsinduktivitäten vor dem Regler z.B. durch lange Verbindungsleitungen.
Nun heißt es, das der Keramikkondensator am Ausgang das Regelverhalten des Spannungsreglers bei großem Lastwechsel verbessert, nur Wie macht er das?

Ich war immer der Meinung, das der ELKO der zusätzlich zum Keramikkondensator am Ausgang des Spannungsregler angelötet werden kann für ein besseres Regelverhalten sorgt?
Und zwar dadurch, das er bei großem Lastwechsel als Buffer dient?

Ich dachte, das beide Keramikkondensatoren nur zur eliminierung der Leitungsinduktivitäten dienen?

Scheint aber nicht so zu sein?

MfG
isi1



Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2887
Wohnort: München

Beitrag isi1 Verfasst am: 24. Jun 2016 19:50    Titel: Re: Wozu Keramikkondensatoren beim Spannungsregler Antworten mit Zitat

Elektronik91 hat Folgendes geschrieben:
Mittlerweile weiß ich, das der Kondensator am Eingang dafür sorgt, dass die Schaltung nicht anfängt zu Schwingen
Das ist richtig.
Elektronik91 hat Folgendes geschrieben:
Nun heißt es, das der Keramikkondensator am Ausgang das Regelverhalten des Spannungsreglers bei großem Lastwechsel verbessert, nur Wie macht er das?
Der Regler regelt nicht beliebig schnell - in dieser Totzeit hält der Augangskondensator die Spannung so halbwegs und liefert den benötigten Strom.
Elektronik91



Anmeldungsdatum: 22.05.2015
Beiträge: 45

Beitrag Elektronik91 Verfasst am: 25. Jun 2016 17:44    Titel: Antworten mit Zitat

Das heißt, das der Keramikkondensator am Ausgang als Buffer dient, bis sich der Regler wieder auf die gewünschte Spannung eingeregelt hat.

Ist dafür der Keramikkondensator aber nicht etwas zu klein?
Man kann ja am Ausgang zum Keramikkondensator noch einen ELKO dazuschließen. Dieser ELKO sorgt in erster Linie für einen Buffer bei Lastwechsel und glättet noch zusätzlich die geregelte Ausgangsspannung vom Spannungsregler.
So hab ich das mal in Erfahrung gebracht?

MfG und DANKE für die Hilfe!
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3084

Beitrag ML Verfasst am: 25. Jun 2016 18:08    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Elektronik91 hat Folgendes geschrieben:
Das heißt, das der Keramikkondensator am Ausgang als Buffer dient, bis sich der Regler wieder auf die gewünschte Spannung eingeregelt hat.

Es würde mich wundern, wenn ein Keramikkondensator als Buffer dient. Dazu ist er doch viel zu klein. Es geht hier vor allem um das Regelverhalten des Linearreglers.

Hier findest Du eine ausführlichere Beschreibung dazu, differenziert nach verschiedenen Arten von Linearreglern:
http://www.ti.com/general/docs/litabsmultiplefilelist.tsp?literatureNumber=snva020b

Wenn Du selbst kleinere Einzelschaltungen baust, kannst Du die Kapazitäten ggf. nach Kochrezepten aussuchen (z. B. für kleine bis mittlere Ströme: 100nF Keramik parallel zu 100µF Elko jeweils an Ein- und Ausgang anlöten und ansonsten die Theorie Theorie sein lassen). Wenn Du Serienproduktionen machst, solltest Du Dich allerdings schon genauer damit beschäftigen.

Tantalkondensatoren würde ich im Zweifel keine nehmen.
http://www.deutschlandradio.de/blut-handys-der-rohstoff-tantal-naehrt-kriege.331.de.html?dram:article_id=203436


Viele Grüße
Michael
Elektronik91



Anmeldungsdatum: 22.05.2015
Beiträge: 45

Beitrag Elektronik91 Verfasst am: 25. Jun 2016 22:12    Titel: Antworten mit Zitat

Ich möchte es schon genau Wissen, sonst hätte ich diese Frage gar nicht gestellt sondern einfach nur die im Datenblatt angegeben Kondensatoren dran gelötet ohne mir dabei was zu denken.

Da ich mich als junger Elektroniker schon dafür Interessiere, möchte ich das einfach gerne Wissen.

Die Kondensatorwerte sind ja eh vorgegeben.
Beim 78XX z.B. sind es immer die gleichen zwei.
Einmal 0,33µF am Eingang und einmal 0,1µF am Ausgang.

Wozu der Keramikkondensator am Eingang dient, habe ich ganz am Anfang von dieser Frage schon erklärt. Das weiß ich schon. Nur wozu der Keramikkondensator am Ausgang benötigt wird leuchtet mir noch nicht ein.
Das dieser Kondensator als Buffer dient kann ich mir auch nicht vorstellen. Das habe ich in meinem zweiten Post schon geschrieben.

Danke für die PDF, nur so wirklich habe ich die Lösung nicht gefunden.
Ich habe da was mit Kompensation gelesen, bin mir aber nicht sicher ob dieser Kondensator etwas mit der Kompensation zu tun hat?

MfG
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3084

Beitrag ML Verfasst am: 26. Jun 2016 01:31    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Elektronik91 hat Folgendes geschrieben:
Ich möchte es schon genau Wissen, sonst hätte ich diese Frage gar nicht gestellt sondern einfach nur die im Datenblatt angegeben Kondensatoren dran gelötet ohne mir dabei was zu denken.

Da ich mich als junger Elektroniker schon dafür Interessiere, möchte ich das einfach gerne Wissen.

Dann müsstest Du Dir den Regelkreis anschauen und überlegen, wann der Regler zu schwingen beginnen kann bzw. wie Du verhinderst, dass die Schwingbedingung erfüllt wird.

Grundsätzlich kann so ein Regler schwingen, wenn für eine bestimmte Frequenz f die Schleifenverstärkung die Phase 0 hat und die Amplitude der Schleifenverstärkung für diese Frequenz >=1 ist.

Eine Methode, das Schwingen zu verhindern, besteht dann darin, dass man die Amplitude der Schleifenverstärkung für hohe Frequenzen rasch klein werden lässt. Ziel: Wenn die Schleifenverstärkung die Phase 0 erreicht, soll die Amplitude der Schleifenverstärkung schon kleiner null sein, so dass sich das System nicht aufschwingen (sondern nur "abschwingen" kann).

Das Dumme dabei: Die gesamte Beschaltung am Ausgang gehört zum Regelkreis mit dazu. Es gibt hier keine ganz einfachen (und dennoch präzisen) Antworten.

Die Frage ist, wie Du zu realistischen Modellen für das Innenleben der Regler kommst. Entweder besorgst Du Dir hier Spice-Modelle bzw. Schaltungen, oder Du baust Dir einen solchen Linearregler selbst aus den benötigten Bauteilen (Referenzspannungsquelle, OPV, ein paar Widerstände usw.) zusammen. Das kannst Du auch nur als Simulation machen.

Zitat:
Nur wozu der Keramikkondensator am Ausgang benötigt wird leuchtet mir noch nicht ein.

Ich dachte immer, beide Kerkos dienten zur Stabilisierung des Regelkreises. Ich habe aber auch schon in Datenblättern Angaben gesehen, die sagen, es ginge nur darum, die Spannung möglichst glatt zu halten und transiente Störungen zu unterdrücken. Insofern kann ich es Dir nicht 100%ig sagen.

In der AN, die ich Dir geschickt hatte, stand zu Low-Drop-Reglern (7805 ist kein Low-Drop-Regler) sogar drin, dass große Kerkos (>1µF) die Stabilität negativ beeinflussen können, wenn man keinen seriellen Widerstand hinzuschaltet.


Viele Grüße
Michael
isi1



Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2887
Wohnort: München

Beitrag isi1 Verfasst am: 26. Jun 2016 07:40    Titel: Antworten mit Zitat

ML hat Folgendes geschrieben:
Elektronik91 hat Folgendes geschrieben:
Das heißt, das der Keramikkondensator am Ausgang als Buffer dient, bis sich der Regler wieder auf die gewünschte Spannung eingeregelt hat.
Es würde mich wundern, wenn ein Keramikkondensator als Buffer dient. Dazu ist er doch viel zu klein. Es geht hier vor allem um das Regelverhalten des Linearreglers.
ML hat Folgendes geschrieben:
Eine Methode, das Schwingen zu verhindern, besteht dann darin, dass man die Amplitude der Schleifenverstärkung für hohe Frequenzen rasch klein werden lässt. Ziel: Wenn die Schleifenverstärkung die Phase 0 erreicht, soll die Amplitude der Schleifenverstärkung schon kleiner null sein, so dass sich das System nicht aufschwingen (sondern nur "abschwingen" kann).
Im Grunde sind die Aussagen
a) "Der Keramik-Ausgangskondensator verhindert Spannungsänderungen bei sehr schnellen Belastungsänderungen (Zeitbereich)" und
b) "Durch die Dämpfung hoher Frequenzen verhindert man, dass die Ortskurve die (-1) umschlingt, was zu Schwingungen führt (Frequenzbereich)"
wohl sehr ähnlich. Ist doch die Verlangsamung eines der einfachsten Mittel, einen Regler stabil zu bekommen. Warum zu große Kapazitäten am Ausgang ebenfalls wieder zu Schwingungen führen kann (was ich auch schon hatte), dürfte daran liegen, dass das eben kein einfaches RC-Glied ist sondern eine etwas komplexere Angelegenheit mit Totzeiten usw.
Um das wirklich zu verstehen, muss man, wie Du andeutest, Michael, etwas genauere Modelle mit z.T. mathematisch recht anspruchsvollen Stabilitätskriterien rechnen. Oder man verlässt sich eben doch nur auf die Erfahrungen der Hersteller. grübelnd
schnudl
Moderator


Anmeldungsdatum: 15.11.2005
Beiträge: 6979
Wohnort: Wien

Beitrag schnudl Verfasst am: 27. Jun 2016 08:38    Titel: Antworten mit Zitat

Ist eigentlich schon alles gesagt.

Ich möchte nur noch anmerken, dass sich keramische Kondensatoren im Vergleich zu Elkos durch einen sehr niedrigen Serienwiderstand (ESR) auszeichnen. Normalerweise würde man das von einem Kondensator auch erwarten. Es gibt aber Fälle (insbesondere bei DC/DC Konvertern oder eben auch LDOs) wo es zu Intabilitäten kommen kann, wenn man den Ausgang mit einem "zu guten" Kondensator puffert. Deshalb nimmt man in diesem Fall eben "schlechte" Elkos und erspart sich den Einbau eines Dämpfungswiderstandes.

Gleiches trifft auch auf LC-Entstörfilter zu: würde man für das C einen zu guten Kondensator nehmen, käme es zu Resonanzüberhöhungen und "Klingeleffekten".

Umgekehrt kann es notwendig sein, zu einem Elko noch einen "guten" kleineren) Kondensator parallel zu schalten, da dieser im Gegensatz zum Elko dann Spitzenströme ohne Spannungsabfall absorbieren kann. Z.B. 470uF Elko/100nF KerKo.

Übrigens ist es mir noch nicht gelungen, einen 78XX zum Schwingen zu bringen (der sollte aufgrund seines dominaten Pols bei etwa 10Hz intrinsisch weitgehend stabil sein, von pathologischen Anwendungem einmal abgesehen). In meiner Anfangszeit dachte ich immer, je größeres C umso besser und habe immer einen 1000uF Elko am Ausgang eingebaut. Das hat zwar nach heutigem Wissen nichts gebracht, Probleme hatte ich aber nie.

Wenn du Stabilität "verstehen" willst, solltest du dich mit Regelungtechnik befassen und das System im Frequenzbereich modellieren.

_________________
Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)


Zuletzt bearbeitet von schnudl am 27. Jun 2016 10:29, insgesamt einmal bearbeitet
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3084

Beitrag ML Verfasst am: 27. Jun 2016 09:27    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

schnudl hat Folgendes geschrieben:

Übrigens ist es mir noch nicht gelungen, einen 78XX zum Schwingen zu bringen (der sollte aufgrund seines dominaten Pols bei etwa 10Hz intrinsisch weitgehend stabil sein, von pathologischen Anwendungem einmal abgesehen).

Mir auch nicht. Ich denke, es gibt kaum ein gutmütigeres Elektronikbauteil als 7805. (7905 und LM337 sollen bei falscher Beschaltung angeblich leichter schwingen.)


Viele Grüße
Michael
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