Термины «шунтирующий конденсатор» и «развязывающий конденсатор» используются как взаимозаменяемые, хотя между ними есть определенные различия.
Давайте сначала разберемся, в каком контексте возникает необходимость в шунтировании. При питании любого активного устройства основным требованием является то, чтобы точка входа источника питания («шина питания») имела как можно более низкий импеданс (относительно земли) (желательно ноль Ом, хотя на практике этого никогда не удается достичь). Это требование обеспечивает стабильность схемы.
Шунтирующий конденсатор («байпас») помогает нам выполнить это требование, ограничивая нежелательные связи, так называемый «шум», исходящий от линии питания к рассматриваемой электронной схеме. Любой глюк или шум, возникающий в линии питания, немедленно шунтируется в землю шасси («GND») и таким образом предотвращается попадание в систему, отсюда и название «шунтирующий конденсатор».
Для различных устройств в электронной системе или для различных компонентов в одной интегральной схеме (ИС) шунтирующий конденсатор подавляет межсистемный или внутрисистемный шум. Такая ситуация возникает из-за общности в виде общей почты питания. Само собой разумеется, что на всех рабочих частотах влияние шумов должно сдерживаться.
Что касается их физического расположения в конструкции, то шунтирующие конденсаторы размещаются рядом с источниками питания и контактами питания разъемов. Эти конденсаторы пропускают переменный ток («AC») и поддерживают постоянный ток («DC») внутри активного блока.
Рис. 1: Базовая реализация шунтирующего конденсатора
Как показано на рис. 1, простейшая форма шунтирующего конденсатора — это конденсатор, подключенный непосредственно к источнику питания («VCC») и к GND. Характер соединения позволяет переменной составляющей VCC проходить через GND. Конденсатор действует как резерв тока. Заряженный конденсатор помогает заполнить любые «провалы» в напряжении VCC, высвобождая свой заряд при падении напряжения. Размер конденсатора определяет, насколько большой «провал» он может заполнить. Чем больше конденсатор, тем больше резкое падение напряжения, которое он может выдержать. Типичные значения конденсатора — .1uF и .01uF.
Что касается вопроса о том, сколько шунтирующих конденсаторов необходимо использовать в конструкции, то правило большого пальца гласит: столько, сколько ИС в конструкции. Как упоминалось ранее, шунтирующий конденсатор таким образом напрямую подключается к выводам VCC и GND. Хотя использование такого количества шунтирующих конденсаторов может показаться излишеством, по сути, это помогает нам гарантировать надежность конструкции. Стало обычным делом использовать в конструкциях гнезда DIP, в которые встроены шунтирующие конденсаторы, когда количество конденсаторов на квадратный дюйм достигает определенного порога.
Развязывающие конденсаторы («decap»), с другой стороны, используются для изоляции двух этапов схемы, чтобы эти два этапа не оказывали влияния друг на друга по постоянному току.
В действительности, развязка является усовершенствованной версией шунтирования. Поскольку шунтирование имеет ограниченные возможности по созданию идеального источника напряжения, часто требуется «развязка» или изоляция соседних источников шума. Развязывающий конденсатор используется для разделения постоянного и переменного напряжения и, как таковой, располагается между выходом одного каскада и входом следующего.
Развязывающие конденсаторы, как правило, поляризованы и действуют в основном как накопители заряда. Это помогает поддерживать потенциал вблизи соответствующих выводов питания компонентов. Это, в свою очередь, предотвращает падение потенциала ниже порога питания, когда компонент(ы) переключаются со значительной скоростью или когда на плате происходит одновременное переключение. В конечном итоге это снижает потребность в дополнительной мощности от источников питания.
Шунтирующий конденсатор обычно имеет форму шунтирующего конденсатора, помещенного поперек шины питания, как показано на рис. 2. Развязка завершает подразумеваемую «RC» (LC) часть сети: последовательный элемент — как в фильтре низких частот.
Рис. 2: Базовая реализация развязывающего конденсатора
Развязка также может быть выполнена с помощью регулятора напряжения вместо LC-сети, как показано на рис. 3.
Рис. 3: Использование регулятора напряжения вместо развязывающего конденсатора