Despre filtre RF

[ancient]

Acum 6 ore, nico_2010 a spus:

un exemplu:

 

Multumesc! Dar astea sunt recente, pe cand dl. @puriu povestea de niste conzi de acum min.50 ani . Pe acelea as fi vrut sa le vad , ca prezentare... 

Daca se poate, bineinteles !

 

La 08.04.2020 la 22:13, puriu a spus:

Totdeauna m-am impacat bine cu condensatoarele cu mica argintata. Am salvat multe de la gunoi, pana la 100 nF (vechi de peste 50 de ani, chiar si masurate in cm in loc de pF).

 

Sanatate si numai bine,

Ancient

Editat Aprilie 13, 2020 de ancient

[ancient]

@puriu :

Buna dimineata, asadar si pana la urma, imi puteti arata cum se prezinta condensatoarele acelea cu mica argintata, de acum 50 ani ? 

Le-am vazut pe cele sugerate de dl. nico_2010 , dar m-ar interesa sa le vad ca aspect pe cele de care povestiti dvs. !

Multumesc !

Cu stima - Ancient

[franzm]

Asa ceva, de ex. Sau asa ceva. Sau în carcase metalice. Alea din prima poza aveau câteodata si o decupare în carcasa de pertinax, prin care se putea rade medalizarea.

Editat Aprilie 14, 2020 de franzm

[puriu]

Abia acum am citit doleanta d-lui "Ancient". Adun la repezeala cateva si incerc sa le fac o poza. Putintica rabdare.

[puriu]

S-a rezolvat. Am gasit cateva, mai am si altele. Sunt si intregi, si scoase din capsula, si un plic cu foite scoase din condensatoare. Asta este poza: 

                     

In stanga jos se vede cel mai "tanar" dintre ele, de 49 de ani. Are 100 nF la 1000 V si e mult mai precis decat scrie pe el, sub 0,5%. Este incapsulat in bachelita si masoara 35x25x13 mm. Cel elvetian de deasupra lui are 15 nF la 3000V. De fapt sunt doua condensatoare de 30 nF la 1500 V inseriate. Deasupra sunt doua "Siemens" incapsulate frumos, la 500V RF. Restul sunt scoase din capsule metalice in care era turnata ceara de albine. In punguta de sus sunt placute argintate de 300 - 400 pF fiecare. Din ele am facut diverse filtre LC si cu cuart.

 

 

 

[ancient]

Buna dimineata!

@puriu , @franzm  : domnilor, multumesc ptr exemplificari ! Cateva condensatoare din acelea maro/caramel stiu ca am si eu prin niste cutii, dar nu le-am bagat in seama pana acum. 

Restul sunt si mai interesante, nu le-am intalnit inca !

Spor in tot ce va doriti si multa sanatate !

Cu multumiri - Ancient

 

[puriu]

Condensatoarele cu mica sunt indispensabile la filtrele de la iesirea emitatoarelor. Cele cu polistiren, chiar daca rezista la tensiune (am si la 4000 V), au inductante parazite mari si nu suporta curenti de ordinul amperilor (un fir de cupru in contact cu o pelicula de aluminiu). Se poate face un artificiu: se leaga in paralel foarte multe condensatoare mici. Inductanta scade si curentul creste. Am pe undeva o asemenea "baterie" de 32 de condensatoare styroflex de 15 nF/1000 V (IPRS). 

[yo3fhm]

La 08.04.2020 la 22:13, puriu a spus:

Totdeauna m-am impacat bine cu condensatoarele cu mica argintata. 

Au pierderi foarte mici [...] si nu au inductanta. 

 

Buna dimineata,

Chiar am fost curios sa vad si eu un condensator ... fara inductanta. Pentru ca pana acum, in oricare model al unui condensator, apare si o inductanta parazita, care se poate regasi si in realitate. Strict pentru incepatori, iata aici o descriere care poate fi utila :

http://www.rfcafe.com/references/electrical/capacitance.htm

 

OK. Pentru a-mi satisface curiozitatea, de aceasta data a fost putin mai dificil, pentru ca pana acum am masurat cu impedantmetrul Tesla, a carui sonda are impedanta mare (100K) si era mai comod. Am depozitat aparatul la tatal meu, datorita volumului ocupat prea mare, asa ca in momentul de fata am doar analizorul vectorial VNWA3. O cutiuta mult mai mica, dar care poate fi convinsa sa faca ce trebuie, doar ca trebuie mai multa munca la procesul de calibrare. 

Materialele din care m-am inspirat pentru a efectua masuratorile sunt urmatoarele :

 

- Measuring Capacitor Parameters Using Vector Network Analyzers (Deniss Stepins, Gundars Asmanis, and Aivis Asmanis)

- Equivalent Circuits and Simulation Models – Circuit Types

- DATA SHEET SURFACE-MOUNT CERAMIC MULTILAYER CAPACITORS  (Phycomp, 2003)

- What is the significance of SRF and ESR while selecting SMT capacitor (Keysight Community )

- Capacitor Self-Resonance (Agilent Technologies)

- How to calibrate and measure a DUT like a toroid in shunt mode (Kurt Poulsen , OZ7OU)

 

Imaginile de mai jos prezinta setup-ul de masura (click pentru marire, back ptr revenire).

Procesul de calibrare e putin mai laborios decat cel normal, intrucat implica utilizarea unui adaptor SMA-T si cateva trucuri compensatorii.

Daca exista intrebari, pot raspunde pe privat celor interesati. 

 

 

 

Componenta masurata a fost un condensator sovietic cu mica, de culoare maro, cu valoarea nominala de 150pF (masurat = 145.5pF).

Acesta se poate vedea in partea dreapta a pozelor de mai sus.

Dupa efectuarea calibrarii VNA-ului + montura de masura, iata rezultatele (click pentru marire, back ptr revenire).

 

 

 

Se observa din pozele de mai sus ca frecventa de rezonanta proprie a condensatorului astfel masurat este de 71.759 MHz.

Ignorati valorile in dB ale trasei S21. Se mai poate observa ca rezonanta serie corespunde cu valoarea nula a fazei modulului impedantei. 

Aplicand apoi formula lui Thompson, se obtine valoarea inductantei parazite a condensatorului: Lprz =1/[(2π*fo)² * C] = 33.8 nH

 

 

Softul de la VNWA3 permite introducerea unor formule matematice pentru afisarea diversilor parametri, dar ar fi fost prea laborios sa fac transformari din S21 in S11 pentru a afisa ulterior direct pe marker valoarea inductantei parazite - asadar de aceea am preferat s-o calculez manual, "batraneste" , in Excel. 

Daca se introduce aceasta valoare a inductantei parazite in cadrul modelului Spice al condensatorului, simularea va oferi aceleasi rezultate ca si cele obtinute cu ajutorul VNA-ului. 

 

Prin cele de mai sus, am dorit sa demonstrez ca exista inductanta parazita in cazul oricarui condensator si ca depinde de valoarea acesteia, pentru a fi considerata sau nu neglijabila in contextul in care e folosit condensatorul. In speranta ca cele de mai sus vor fi utile celor care doresc sa proiecteze filtre sau alte circuite acordate, inchei aici prezentarea, urandu-va multa sanatate si o saptamana cat mai faina.

 

Cu stima,

Cezar YO3FHM

Editat Aprilie 26, 2020 de yo3fhm

[grosu99]

E bun...lasa-l asa !

Condensatorii cu mica sunt buni in oscilatoare avind coeficient mic de variatie cu temperatura.

Editat Aprilie 27, 2020 de grosu99

[Marele Savant]

Cei 33nH ar putea fi inductanta terminalelor condensatorului respectiv!

[mila]

Caramelele au aprox 100 ani!?Dovada si diferenta de capacitate relativ mare fata de nominal.Ar trebui testat un condensator cu mica mai recent

Pentru comparatie ar trebui testat un chinezism ceramic cu capacitatea identica.

Trebuie testata neaparat si deriva termica.

Editat Aprilie 27, 2020 de mila

[puriu]

Acum 2 ore, mila a spus:

Ar trebui testat un condensator cu mica mai recent

Mica pentru condensatoare este un cristal natural (muscovit) si nu este prea recenta, s-a format in Asia pe vremea dinozaurilor.

                                

Puntea masoara acum capacitatea C si tangenta unghiului de pierderi D la 1 kHz. (Q se foloseste la inductante). La D avem trei liniute, adica 0,000. Uneori apare scurt si .001. La un styroflex mare la 500 V arata .002. La un PMP la aceeasi teniune arata .006.

Deriva termica la condensatorul din figura este greu de stabilit cu exactitate, dar este mica. Dupa fierbere in apa si uscare, puntea arata 100,49 nF, iar la temperatura camerei 100,53 nF.

[ndor]

Cred ca e necesar sa facem unele precizari privind cele de mai sus.

Se stie ca nu orice condensator este bun oriunde, asta privind numai din perspectiva valorii lui.

Masuratoarea facuta de Cezar mai sus arata ca un condensator poate avea si ati factori determinanti pentru a pune "pe butuci" un filtru  daca nu este masurat sau ales scopului pentru care a fost facut .  Acel Q , factor de calitate, este mai putin luat in seama de catre multi cei care au avut nevoie sa construiasca diferite fitre RF. Cred ca cel putin 80% din tot ce am citit despe filtrele RF , pe net face referire la Q-ul inductantelor si nu si la cel al capacitatilor . Decat ca si valoare si tensiuni de lucru. Daca  pentru domeniul zecilor de Hz asta e deajuns asta , pentru RF , sute de Khz  in sus  problema se schimba radical .

Masuratorea facuta de Cezar arata ca inductanta parazita a unui condensator trebuie luata in considerare atunci cand se lucreaza la frecvente mari cu el. Acea inductanta parazita isi face simtita prezenta la frecvente de ordinul Mhz ...zeci , sute de Mhz.

 

Nu stim inca daca terminalele au fost luate in calcul la calibrarea VNA-ului  sau cat de mult au influentat ele masuratoarea . Poate ne lamureste Cezar .

 

De asta si sunt condensatoare special proiectate pentru domeniul RF , cu pierderi mici si Q mare . Problema e ca nu avem mereu acces la ele , plus pretul destul de mare. Un condensator de calitate pentru RF care lucreaza si la tensiuni mari poate depasi ca pret de cateva ori un semiconductor pentru RF.

 

Ca sa fiu sincer, pe mine m-a mirat  , condensatorul ala inca se tine in toleranta dupa 100 de ani . Asta apropo de ce a sus @mila mai sus.

 

Acum 14 ore, puriu a spus:

...

Puntea masoara acum capacitatea C si tangenta unghiului de pierderi D la 1 kHz. (Q se foloseste la inductante). ...

De fapt acel D , normal DF , este raportul dintre  reactanta capacitiva si ESR -ul condensatorului . Adica altfel spus determina factorului de calitate . Qc = Xc/Rc . Rc = ESR

Tinem cont si ca ESR-ul este dependent de frecventa .

Termenul este mai putin folosit si de regula este exprimat in procente .

Problema apare la frecventa de masurare a lui . Din ce  imi mai aduc aminte  frecventele de masurare sunt standardizate functie de materialele din care este facut condensatorul . 100 Hz , 1 Khz , 1 Mhz .

Incearca sa-l masori la frecvente mai mari , 30 Mhz de exemplu , sa vezi ce spune . Cat de bun mai este pentru acea frecventa .

 

Apropo , cum testezi deriva termica ? Ce referinta iei ?

Editat Aprilie 28, 2020 de ndor

[yo3fhm]

Acum 11 ore, ndor a spus:

Nu stim inca daca terminalele au fost luate in calcul la calibrarea VNA-ului  sau cat de mult au influentat ele masuratoarea . Poate ne lamureste Cezar .

 

La 27.04.2020 la 11:08, Marele Savant a spus:

Cei 33nH ar putea fi inductanta terminalelor condensatorului respectiv!

 

Aici, Marele Savant a intuit bine. Raspunsul il descompun dupa cum urmeaza:

@Marele Savant :

- da, cei 33nH reprezinta inductanta terminalelor condensatorului, dar si a armaturilor interne. Daca era styro, care e obtinut prin infasurare, era si mai dramatic.

@ndor :

- nu, terminalele nu le-am inclus la calibrare, pentru ca nu am avut cum. In urma efecturarii calibrarii, am impins planul de masura pana la capetele contactelor mufei SMA pe care am folosit-o pentru conectarea componentei masurate. Ca sa pot introduce terminalele in calibrare, ar trebui fie sa modific montura de masura, fie sa folosesc niste artificii de masura ceva mai laborioase. 

 

Oricum, masuratorile pe care le-am facut arata ca un terminal metalic (recuperat de la un rezistor) cu diametrul de 0.8mm si lungimea de 25.08 mm are o inductanta de 21.08 nH.

Daca folosim calculatorul online de aici , pentru aceleasi dimensiuni rezulta 20.6 nH, deci foarte apropiat de ceea ce am masurat eu.

Condensatorul are doua terminale, unul mai lung (conectat la masa) si unul mai scurt, conectat la firul central al mufei SMA din montura de masura.

Terminalul lung are 30.3 mm, deci inductanta ar trebui sa fie de 26 nH (conform calculatorului online). Eu am masurat 25.47 nH .

Terminalul scurt are 9.86 mm, deci inductanta ar trebui sa fie de 6.29 nH , iar eu am masurat 8.29 nH ,

25.47 nH + 8.29 nH = 33.76 nH -> deci iata ca banuiala Marelui Savant se confirma

 

La conzii SMD, inductanta parazita va fi clar mult mai mica - de exemplu, conform celor publicate intr-o nota AVX,  la un ceramic multilayer de tip 1206 ar fi de aprox. 1.2nH . 

Asadar, trebuie analizata intotdeauna oportunitatea utilizarii anumitor valori intr-un anumit context. 

 

Acum 11 ore, ndor a spus:

Problema apare la frecventa de masurare a lui . Din ce  imi mai aduc aminte  frecventele de masurare sunt standardizate functie de materialele din care este facut condensatorul . 100 Hz , 1 Khz , 1 Mhz .

Incearca sa-l masori la frecvente mai mari , 30 Mhz de exemplu , sa vezi ce spune .

 

Nu are cum. Aparatul (ELC-132A) ofera doar 2 frecvente de test: 1kHz si 120 Hz (foaia tehnica). 

 

[ndor]

N-am spus ca trebuie masurat cu aparatul ala  la 30 Mhz .

Chestia asta cu condensatorii nu prea e luata in discutii atunci cand trebuie sa proiectam un filtru RF.

M-am lovit de ea , si pentru ca mi-a dat cu virgula cand m-am apucat sa trag filtrul  si nu intelegeam de ce nu iese  cum trebuie , la sapaturi mai adanci pe net am dat de problema condensatorilor.

Toti , sau majoritatea pomenesc doar de Q-ul inductantelor nu si al capacitatilor  la frecvente mari.

Am vazut ca si in Elsie exista posibilitatea sa setezi Q-ul capacitatii cat si al inductantei.