En electrónica , un condensador de desacoplamiento es un condensador que se utiliza para desacoplar (es decir, evitar que la energía eléctrica se transfiera a) una parte de un circuito de otra. El ruido causado por otros elementos del circuito se desvía a través del condensador, lo que reduce su efecto en el resto del circuito. Para frecuencias más altas, un nombre alternativo es condensador de derivación , ya que se utiliza para desviar la fuente de alimentación u otro componente de alta impedancia de un circuito.
Los dispositivos activos de un sistema electrónico (por ejemplo, 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 de la fuente de alimentación al dispositivo también cambiará debido a estas impedancias . Si varios dispositivos activos comparten una ruta común a 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 rebote de tierra , por ejemplo), por lo que el cambio de estado de un 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 un dispositivo de almacenamiento de energía local . El condensador se coloca entre la línea de alimentación y la tierra del circuito al que se debe suministrar corriente. Según la relación corriente-voltaje del condensador
Una caída de tensión entre una línea eléctrica y la tierra da como resultado una corriente extraída del condensador hacia el circuito. Cuando la capacitancia C es lo suficientemente grande, se suministra suficiente corriente para mantener un rango aceptable de caída de tensión. El condensador almacena una pequeña cantidad de energía que puede compensar la caída de tensión en los conductores de la fuente de alimentación hacia el condensador. Para reducir la inductancia parásita en serie equivalente no deseada , los condensadores pequeños y grandes se colocan a menudo en paralelo , adyacentes a los circuitos integrados individuales (consulte § Colocación).
En los circuitos digitales, los condensadores de desacoplamiento también ayudan a prevenir la radiación de interferencia electromagnética de trazas de circuitos relativamente largas debido a corrientes de suministro de energía que cambian rápidamente.
Los condensadores de desacoplamiento por sí solos pueden no ser suficientes en casos como el de una etapa de amplificación 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 tensión en la fuente de alimentación que afecten a otras etapas. Esto puede requerir la reubicación de las pistas de la placa de circuito impreso para separar los circuitos o el uso de un plano de tierra para mejorar la estabilidad de la fuente de alimentación.
Un condensador de derivación se utiliza a menudo para desacoplar un subcircuito de las señales de CA o picos de tensión en una fuente de alimentación u otra línea. Un condensador de derivación puede desviar la 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 utilizaría un condensador de derivación desde la línea de tensión de alimentación 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 duro del circuito desacoplado, pero la CC no puede pasar a través del capacitor y continúa hacia el circuito desacoplado.
Otro tipo de desacoplamiento consiste en evitar 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 la fuente de alimentación o en otras líneas eléctricas, pero no se 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 para que B no sufra 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 da como resultado una respuesta más lenta a los cambios en la corriente. El voltaje de suministro caerá a través de estas inductancias parásitas mientras se produzca el evento de conmutación. Esta caída de voltaje transitoria también se observaría en 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 energía.
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 tensión de alimentación. Cuando se produce una conmutación en el subcircuito, el condensador suministra la corriente transitoria. Lo ideal es que, cuando el condensador se quede sin carga, el evento de conmutación haya terminado, de modo que la carga pueda extraer toda la corriente a tensión normal de la fuente de alimentación y el condensador pueda recargarse. La mejor forma de reducir el ruido de conmutación es diseñar una PCB como un condensador gigante intercalando los planos de alimentación y tierra a través de un material dieléctrico . [ cita requerida ]
A veces se utilizan combinaciones de capacitores en paralelo para mejorar la respuesta. Esto se debe a que los capacitores reales tienen inductancia parásita, lo que hace que la impedancia se desvíe de la de un capacitor ideal a frecuencias más altas. [2]
El desacoplamiento de carga transitoria , como se describió anteriormente, es necesario cuando hay una carga grande que se conmuta rápidamente. La inductancia parásita en cada condensador (de desacoplamiento) puede limitar la capacidad adecuada e influir en el tipo apropiado si la conmutación se produce muy rápidamente.
Los circuitos lógicos tienden a realizar cambios repentinos (un circuito lógico ideal cambiaría de bajo voltaje a alto voltaje instantáneamente, sin que se observe ningún voltaje medio). Por lo tanto, las placas de circuitos lógicos a menudo tienen 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 CI de todos los demás CI en términos de caídas de voltaje de suministro.
Estos condensadores suelen colocarse en cada fuente de alimentación y en cada componente analógico para garantizar que las fuentes de alimentación sean lo más estables posible. De lo contrario, un componente analógico con una mala relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) copiará las fluctuaciones de la fuente de alimentación en su salida.
En estas aplicaciones, los condensadores de desacoplamiento suelen denominarse condensadores de derivación para indicar que proporcionan una ruta alternativa para las señales de alta frecuencia que, de otro modo, provocarían un cambio en la tensión de alimentación, que normalmente es constante. Los componentes que requieren inyecciones rápidas de corriente pueden pasar por alto la fuente de alimentación al recibir la corriente del condensador cercano. Por lo tanto, se utiliza la conexión de alimentación más lenta para cargar estos condensadores, y los condensadores realmente 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 presente. [3]
Dado que los condensadores difieren en sus características de alta frecuencia, el desacoplamiento idealmente implica el uso de una combinación de condensadores. Por ejemplo, en circuitos lógicos, una disposición común es de ~100 nF de cerámica por CI lógico (varios para CI complejos), combinados con condensadores electrolíticos o de tantalio de hasta unos pocos cientos de μF por placa o sección de placa.
Estas fotografías muestran placas de circuitos impresos antiguas con condensadores de orificio pasante, mientras que las placas modernas suelen tener pequeños condensadores de montaje superficial .
