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Abblockkondensator

aus RN-Wissen, der freien Wissensdatenbank

Viele Anf├Ąnger in Sachen Elektronik bekommen, wenn sie eine selbst entworfene Schaltung im Forum posten, als erstes zu h├Âren: "Alle ICs mit Kondensatoren an den Stromversorgungspins versehen!!!". Die Erkl├Ąrungen, die dazu geliefert werden, schwanken zwischen <nicht vorhanden>, und langen, ausf├╝hrlichen, physikalisch korrekten, aber f├╝r Laien kaum verst├Ąndlichen Ausf├╝hrungen. Dieser Artikel soll nun dazu dienen, die Wirkung eines Abblockkondensators zu beschreiben und zu erkl├Ąren, sodass in Zukunft vom Forum einfach hierhin verlinkt werden kann, wenn das Thema mal wieder zur Sprache kommt...


Inhaltsverzeichnis

Theorie

Erkl├Ąrung in wenigen S├Ątzen: Digitale ICs ziehen impulsweise sehr hohe Str├Âme, sodass die Spannung einbrechen kann. Das kann sich st├Ârend auf andere Teile der Schaltung auswirken. Ein Kondensator kann Energie speichern und sie sehr schnell wieder abgeben, wenn pl├Âtzlich viel Strom ben├Âtigt wird. Dadurch wird die Spannung im Rest der Schaltung stabiler gehalten. Aber jetzt Schluss mit der Theorie, die folgenden Bilder sprechen f├╝r sich (alle Aufnahmen mit Zeitbasis 0,5┬Ás/Div):

Bild:Abblockkondensator OhneC amAVR.jpg

So sieht es auf der 5V-Versorgungsleitung aus, wenn ein AVR (90S8515, 4MHz) ohne Abblockkondensatoren betrieben wird. Die periodische hohe Stromaufnahme f├╝hrt zu kurzen Spannungseinbr├╝chen und -spitzen, die bis zu 0,25V erreichen k├Ânnen. Diese St├Ârungen breiten sich ├╝ber die Leitungen in die gesamte Schaltung aus, und selbst 30cm Kabell├Ąnge entfernt sieht es noch so aus:

Bild:Abblockkondensator OhneC weit entfernt.jpg

Die St├Ârungen werden schw├Ącher, sind aber immer noch recht deutlich zu erkennen und k├Ânnen andere Bauteile st├Âren.

Abhilfe schafft nun ein Abblockkondensator, der m├Âglichst nahe am Stromversorgungspin des AVRs gegen Masse geschaltet wird. Ein Folien-oder Keramikkondensator mit 100nF schafft Ruhe auf der Leitung:

Bild:Abblockkondensator 100nF amAVR.jpg

Das ├╝brig bleibende "Grundrauschen" ist nun so gering, dass es sich in den allermeisten F├Ąllen nicht mehr st├Ârend auswirkt.

Die St├Ârungen auf der Versorgungsspannung st├Âren nicht nur die zuverl├Ąssige Funktion der Schaltung selbst, sondern sind auch eine Quelle von Funkst├Ârungen. Die Abblockkondensatoren sind also auch aus EMV-Gr├╝nden notwendig.

Praxis

Welchen Kondensatortyp verwenden?

Als Abblockkondensator werden ├╝blicherweise keramische Kondensatoren verwendet. Geschichtete (flache, nicht gewickelte) Folienkondensatoren sind ebenfalls geeignet, allerdings normalerweise teurer. Elkos sind ungeeignet! Sie sind meist gewickelt, und haben deswegen auch einen induktiven Anteil, verhalten sich also auch ein wenig wie eine Spule, und k├Ânnen daher ihre Ladung nur langsam (im Verh├Ąltnis zu Keramik oder Folie) aufnehmen oder abgeben. Daher k├Ânnen sie die Stromspitzen digitaler ICs nicht so effektiv abfangen. Es treten also gr├Â├čere St├Ârungen auf.

Welche Kapazit├Ąt?

Die n├Âtige Kapazit├Ąt ist von der Schaltfrequenz des ICs abh├Ąngig. Im f├╝r Mikrocontroller wie AVRs oder PICs ├╝blichen Frequenzbereich bis etwa 20MHz ist der genaue Wert allerdings recht unkritisch, und man kann gew├Âhnlicherweise einen Standardwert von 100nF verwenden. Bei gr├Â├čeren Frequenzen sollte man sich aber etwas eingehender mit der Thematik befassen und die optimale Gr├Â├če bestimmen. "Viel hilft viel" gilt hier ├╝brigens nicht! Ein sehr gro├čer Kondensator hat unter Umst├Ąnden einen gr├Â├čeren Innenwiderstand als ein kleinerer, und damit evtl. sogar eine geringere Wirkung.

Wo montieren?

Damit der Kondensator seine Wirkung optimal entfalten kann, sollte er so nahe wie m├Âglich am IC platziert werden. Bei vielen ICs sind die Versorgungsanschl├╝ssen VCC und GND direkt nebeneinander angeordnet. Hier kann man dann den Kondensator sehr einfach parallel neben dem IC einl├Âten. Manche ICs haben mehrere Anschl├╝sse f├╝r VCC/GND. Hier sollte man m├Âglichst an jedem dieser Anschl├╝sse eine eigenen Kondensator setzen, wenn diese auf entgegengesetzten Seiten des ICs liegen. Damit sich St├Ârungen nicht am Abblockkondensator vorbei schleichen k├Ânnen, sollten die Leitungen vom IC zum Abblockkondensator gehen und von da aus weiter zur Versorgung - nicht direkt vom IC aus.

Weiterf├╝hrende Weblinks

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