En electrónica , un condensador de desacoplamiento es un condensador que se utiliza para desacoplar (es decir, evitar que se transfiera energía eléctrica ) una parte de un circuito de otra. El ruido causado por otros elementos del circuito se desvía a través del condensador, reduciendo su efecto en el resto del circuito. Para frecuencias más altas, un nombre alternativo es condensador de derivación, ya que se utiliza para derivar la fuente de alimentación u otro componente de alta impedancia de un circuito.
Los dispositivos activos de un sistema electrónico (p. ej. transistores , circuitos integrados , tubos de vacío ) están conectados a sus fuentes de alimentación a través de conductores con resistencia e inductancia finitas . Si la corriente consumida por un dispositivo activo cambia, la caída de voltaje desde la fuente de alimentación al dispositivo también cambiará debido a estas impedancias . Si varios dispositivos activos comparten una ruta común hacia la fuente de alimentación, los cambios en la corriente consumida por un elemento pueden producir cambios de voltaje lo suficientemente grandes como para afectar el funcionamiento de otros ( picos de voltaje o rebotes de tierra , por ejemplo), por lo que el cambio de estado de uno El dispositivo se acopla a otros a través de la impedancia común a la fuente de alimentación. Un condensador de desacoplamiento proporciona una ruta de derivación para corrientes transitorias , en lugar de fluir a través de la impedancia común. [1]
El condensador de desacoplamiento funciona como almacenamiento de energía local del dispositivo . El condensador se coloca entre la línea eléctrica y la tierra al circuito que se debe proporcionar la corriente. Según la relación corriente-voltaje del condensador.
una caída de voltaje entre una línea eléctrica y tierra da como resultado una corriente extraída del capacitor al circuito. Cuando la capacitancia C es lo suficientemente grande, se suministra suficiente corriente para mantener un rango aceptable de caída de voltaje. El capacitor almacena una pequeña cantidad de energía que puede compensar la caída de voltaje en los conductores de alimentación del capacitor. Para reducir la inductancia en serie parásita equivalente no deseada , los condensadores pequeños y grandes a menudo se colocan en paralelo , adyacentes a circuitos integrados individuales (consulte § Colocación).
En los circuitos digitales, los condensadores de desacoplamiento también ayudan a prevenir la radiación de interferencias electromagnéticas de trazas de circuito relativamente largas debido a los cambios rápidos de las corrientes de suministro de energía.
Los condensadores de desacoplamiento por sí solos pueden no ser suficientes en casos como una etapa amplificadora de alta potencia con un preamplificador de bajo nivel acoplado a ella. Se debe tener cuidado en la disposición de los conductores del circuito para que una corriente intensa en una etapa no produzca caídas de voltaje en el suministro de energía que afecten a otras etapas. Esto puede requerir redireccionar las trazas de la placa de circuito impreso para segregar circuitos o el uso de un plano de tierra para mejorar la estabilidad del suministro de energía.
A menudo se utiliza un condensador de derivación para desacoplar un subcircuito de señales de CA o picos de voltaje en una fuente de alimentación u otra línea. Un condensador de derivación puede desviar energía de esas señales, o transitorios, más allá del subcircuito que se va a desacoplar, directamente a la ruta de retorno. Para una línea de suministro de energía, se usaría un capacitor de derivación desde la línea de voltaje de suministro hasta el retorno de la fuente de alimentación (neutro).
Las altas frecuencias y las corrientes transitorias pueden fluir a través de un capacitor hacia la tierra del circuito en lugar de hacia el camino más difícil del circuito desacoplado, pero la CC no puede pasar a través del capacitor y continúa hasta el circuito desacoplado.
Otro tipo de desacoplamiento consiste en impedir que una parte de un circuito se vea afectada por la conmutación que se produce en otra parte del circuito. La conmutación en el subcircuito A puede provocar fluctuaciones en el suministro de energía u otras líneas eléctricas, pero no desea que el subcircuito B, que no tiene nada que ver con esa conmutación, se vea afectado. Un condensador de desacoplamiento puede desacoplar los subcircuitos A y B de modo que B no vea ningún efecto de la conmutación.
En un subcircuito, la conmutación cambiará la corriente de carga extraída de la fuente. Las líneas de suministro de energía típicas muestran una inductancia inherente , lo que resulta en una respuesta más lenta a los cambios en la corriente. La tensión de alimentación caerá a través de estas inductancias parásitas mientras se produzca el evento de conmutación. Esta caída de voltaje transitoria también sería vista por otras cargas si la inductancia entre dos cargas es mucho menor en comparación con la inductancia entre las cargas y la salida de la fuente de alimentación.
Para desacoplar otros subcircuitos del efecto de la demanda repentina de corriente, se puede colocar un condensador de desacoplamiento en paralelo con el subcircuito, a través de sus líneas de voltaje de suministro. Cuando se produce una conmutación en el subcircuito, el condensador suministra la corriente transitoria. Lo ideal es que, cuando el condensador se agote, el evento de conmutación haya finalizado, de modo que la carga pueda extraer toda la corriente a voltaje normal de la fuente de alimentación y el condensador pueda recargarse. La mejor manera de reducir el ruido de conmutación es diseñar una PCB como un condensador gigante intercalando los planos de potencia y tierra a través de un material dieléctrico . [ cita necesaria ]
A veces se utilizan combinaciones paralelas de condensadores para mejorar la respuesta. Esto se debe a que los condensadores reales tienen una inductancia parásita, lo que hace que la impedancia se desvíe de la de un condensador ideal a frecuencias más altas. [2]
El desacoplamiento de carga transitoria como se describe anteriormente es necesario cuando hay una carga grande que se conmuta rápidamente. La inductancia parásita en cada capacitor (de desacoplamiento) puede limitar la capacidad adecuada e influir en el tipo apropiado si la conmutación ocurre muy rápidamente.
Los circuitos lógicos tienden a realizar cambios repentinos (un circuito lógico ideal cambiaría de bajo voltaje a alto voltaje instantáneamente, sin que jamás se observe un voltaje medio). Por lo tanto, las placas de circuitos lógicos suelen tener un condensador de desacoplamiento cerca de cada CI lógico conectado desde cada conexión de fuente de alimentación a una tierra cercana. Estos condensadores desacoplan cada IC de todos los demás IC en términos de caídas de voltaje de suministro.
Estos condensadores suelen colocarse en cada fuente de alimentación, así como en cada componente analógico, para garantizar que los suministros sean lo más estables posible. De lo contrario, un componente analógico con una relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) deficiente copiará las fluctuaciones en la fuente de alimentación en su salida.
En estas aplicaciones, los condensadores de desacoplamiento a menudo se denominan condensadores de derivación para indicar que proporcionan una ruta alternativa para señales de alta frecuencia que, de otro modo, provocarían que cambiara el voltaje de suministro normalmente estable. Aquellos componentes que requieren inyecciones rápidas de corriente pueden evitar la fuente de alimentación recibiendo la corriente del condensador cercano. Por lo tanto, se utiliza la conexión de fuente de alimentación más lenta para cargar estos condensadores, y los condensadores en realidad proporcionan grandes cantidades de corriente de alta disponibilidad.
Se coloca un condensador de desacoplamiento de carga transitoria lo más cerca posible del dispositivo que requiere la señal desacoplada. Esto minimiza la cantidad de inductancia de línea y resistencia en serie entre el condensador de desacoplamiento y el dispositivo. Cuanto más largo sea el conductor entre el condensador y el dispositivo, mayor será la inductancia. [3]
Dado que los condensadores difieren en sus características de alta frecuencia, lo ideal es que el desacoplamiento implique el uso de una combinación de condensadores. Por ejemplo, en circuitos lógicos, una disposición común es cerámica de ~100 nF por CI lógico (múltiples para CI complejos), combinada con condensadores electrolíticos o de tantalio de hasta unos pocos cientos de μF por placa o sección de placa.
Estas fotos muestran placas de circuito impreso antiguas con condensadores de orificio pasante, mientras que las placas modernas suelen tener pequeños condensadores de montaje en superficie .
