¿De qué sirve un condensador de desacoplamiento cerca de un condensador de depósito?

He visto algunos circuitos donde se usa un condensador de desacoplamiento así como un condensador de depósito, como este (C4 y C5):

He leído sobre los condensadores de desacoplamiento y para mí parece que están destinados a eliminar pequeñas fluctuaciones en el voltaje de suministro. Entonces pensé: ¿no era ese también el propósito de un condensador de depósito ? ¿Por qué el condensador del depósito no podría filtrar las pequeñas fluctuaciones, si es capaz de filtrar las grandes fluctuaciones?

Así que siento que tengo un malentendido básico aquí. ¿Cuál es el propósito de un condensador de desacoplamiento junto a un condensador de depósito, cuando suponemos que los colocamos igualmente cerca de la parte que consume energía? ¿O la única ventaja del condensador de desacoplamiento es que es más pequeño y, por lo tanto, puede colocarse más cerca de la parte que consume energía?

La razón más probable por la que se hace esto es porque, en la vida real, los condensadores no tienen un ancho de banda infinito. En general, cuanto mayor sea la capacitancia del capacitor, menor será su capacidad de reacción a las frecuencias altas, mientras que los capacitores de pequeño valor reaccionan mejor a las frecuencias más altas, como se ve en el gráfico a continuación. El uso de dos condensadores de valores diferentes juntos solo se hace para mejorar la respuesta del filtrado.

Como usted dice, una tapa de desacoplamiento y una tapa de depósito de alimentación a granel sirven para dos propósitos diferentes. Tiene razón en que la tapa de desacoplamiento debe estar físicamente cerca del consumidor del poder que está desacoplando. El límite máximo puede estar en cualquier parte de la red eléctrica ya que se trata de corrientes de baja frecuencia.

Sin embargo, la suposición incorrecta que está haciendo es suponer que la ubicación esquemática implica una ubicación física. No lo hace. En un buen esquema, habrá alguna pista sobre la ubicación física. En este caso, no podemos saber si el condensador de desacoplamiento (C5) está físicamente cerca de IC1 (donde debería estar) o no.

Personalmente, no dibujaría un esquema de esta manera exactamente por esta razón, y creo que hacerlo es irresponsable. Sin embargo, el software de captura esquemática generará la misma lista de red de cualquier manera, por lo que los detalles están realmente a la altura. Sin un diagrama de diseño del tablero, simplemente no se puede saber. Por lo general, dibujo las tapas de desacoplamiento físicamente cerca de sus partes para dar una pista de que esto es lo que pretendo y que he pensado al respecto. Este es un problema que menciono cuando hablo sobre cómo dibujar buenos esquemas en https://electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 .

Desafortunadamente, hay muchos esquemas mal dibujados por ahí.

Cuando se usan dos o más condensadores de desacoplamiento de valores diferentes en paralelo, es necesario considerar la resonancia paralela que ocurre entre las dos redes.

Clayton Paul describió este fenómeno. Considere un acoplamiento paralelo de condensadores C1, C2, con diferentes valores y C1 >> C2 con parásitos L1 y L2 aproximadamente iguales L1 = L2 (figura 1.A).

$f_1$$f_2$

$f_1$$f_1$

$f_2$$f_2$

$f_1 < f < f_2$

Por lo tanto, podemos concluir que el desacoplamiento se mejorará a frecuencias superiores (y menores) a la frecuencia en que ambas redes de condensadores resuenan.
El desacoplamiento en realidad será peor en algunas frecuencias entre estas dos frecuencias de resonancia, debido al pico de impedancia causado por la red resonante paralela, lo cual es malo.

La principal diferencia en condensadores pequeños y condensadores electrolíticos grandes es su respuesta de frecuencia. Los condensadores electrolíticos tienen especificaciones deficientes para frecuencias más altas y eventualmente pueden fallar debido al estrés del ruido de alta frecuencia. A su vez, las frecuencias altas que el condensador electrolítico solo filtra parcialmente, pueden estar en el rango audible superior de su amplificador.

El pequeño condensador filtra fácilmente el ruido de alta frecuencia, pero por supuesto tiene poco efecto cuando se trata del filtrado de ondulación de la fuente de alimentación de baja frecuencia.

No todos los condensadores se crean de la misma manera ... Los condensadores a granel más grandes no pueden responder tan rápido debido a ESR y ESL (resistencia e inductancia de serie equivalente) que depende de su composición.

Por supuesto, existe la capacidad de acercarse como usted menciona, pero en general un buen esquema tendrá capacidades más voluminosas, más lentas y más grandes cuanto más se aleje del circuito. las frecuencias correspondientes que deben tratarse también disminuyen, si se hacen correctamente.

Lo que limita las pequeñas capacidades de desacoplamiento es la autorresonancia de la tapa en sí y la inductancia de los cables de enlace en el paquete (nuevamente dependiendo del paquete).

Este esquema de escalamiento jerárquico continúa dentro del CI con nodos críticos que tienen condensadores locales para eventos de mayor frecuencia. Por supuesto, estas tapas en el interior son las más caras y más pequeñas de todas.