Какая польза от развязывающего конденсатора рядом с накопительным конденсатором?

Наиболее вероятная причина, по которой это делается, заключается в том, что в реальной жизни конденсаторы не имеют бесконечной полосы пропускания. Как правило, чем выше емкость конденсатора, тем меньше он будет реагировать на высокие частоты, в то время как маломощные конденсаторы лучше реагируют на более высокие частоты, как показано на графике ниже. Совместное использование двух конденсаторов с разными номиналами просто сделано для улучшения отклика фильтрации.

Как вы сказали, развязывающая крышка и крышка объемного резервуара источника питания служат двум разным целям. Вы правы в том, что развязывающий колпачок должен быть физически близко к потребителю мощности, которую он развязывает. Объемная крышка может быть где угодно в силовой сети, поскольку она работает с токами низкой частоты.

Однако неправильное предположение, которое вы делаете, предполагает, что схематическое размещение подразумевает физическое размещение. Это не так. В хорошей схеме будет некоторый намек на физическое размещение. В этом случае мы не можем сказать, находится ли развязывающий конденсатор (C5) физически рядом с IC1 (где он должен быть) или нет.

Лично я бы не стал рисовать схему таким образом именно по этой причине, и я считаю, что это безответственно. Однако программное обеспечение для захвата схем будет генерировать один и тот же список цепей в любом случае, поэтому детали действительно зависят от размещения. Без схемы разводки платы просто не скажешь. Обычно я рисую развязывающие колпачки физически близко к их частям, чтобы дать понять, что я именно этого и хотел и думал об этом. Это одна из проблем, о которой я упоминал, говоря о том, как рисовать хорошие схемы на https://electronics.stackexchange.com/a/28255/4512 .

К сожалению, есть много плохо нарисованных схем.

При параллельном использовании двух или более развязывающих конденсаторов разной емкости необходимо учитывать параллельный резонанс, возникающий между двумя цепями.

Клейтон Пол описал это явление. Рассмотрим параллельное соединение конденсаторов С1, С2 с разными номиналами и С1>>С2 с паразитными L1 и L2 примерно одинаковыми L1=L2 (рисунок 1.А).

Мы предполагаем$f_1$- частота, на которой конденсатор C1 находится в резонансе с катушкой индуктивности L1, и$f_2$частота, на которой конденсатор С2 находится в резонансе с катушкой индуктивности L2.

Ниже частоты$f_1$обе сети выглядят емкостными, а общая емкость равна сумме двух конденсаторов. Это улучшает (очень немного) развязку на частотах ниже$f_1$.

Выше$f_2$, обе цепи выглядят индуктивными, а общая индуктивность равна двум катушкам индуктивности, включенным параллельно, или половине индуктивности. Это улучшает развязку на частотах выше$f_2$.

На частоте между резонансами двух сетей ($f_1 < f < f_2$), эквивалентная схема двух цепей представляет собой конденсатор, включенный параллельно с катушкой индуктивности, как показано на рисунке 1.b (параллельная резонансная цепь). Это приводит к резонансу (рис. 2), который становится проблемой, когда допуск компонентов превышает 50%.

Следовательно, мы можем сделать вывод, что развязка будет улучшаться на частотах выше (и ниже) частоты, на которой обе цепи конденсаторов находятся в резонансе.
Развязка на самом деле будет хуже на некоторых частотах между этими двумя резонансными частотами из-за всплеска импеданса, вызванного параллельной резонансной цепью, что плохо.

Основное различие между маленькими конденсаторами и большими электролитическими конденсаторами заключается в их частотной характеристике. Электролитические конденсаторы имеют плохие характеристики для более высоких частот и могут в конечном итоге выйти из строя из-за воздействия высокочастотного шума. В свою очередь, высокие частоты, которые электролитический конденсатор фильтрует лишь частично, вполне могут оказаться в верхнем слышимом диапазоне вашего усилителя.

Небольшой конденсатор легко фильтрует высокочастотный шум, но, конечно, малоэффективен, когда речь идет о фильтрации пульсаций низкочастотного сетевого питания.

Не все конденсаторы созданы одинаковыми... Большие объемные конденсаторы не могут реагировать так быстро из-за ESR и ESL (эквивалентного последовательного сопротивления и индуктивности), которые зависят от их состава.

Конечно, есть возможность приблизиться, как вы упомянули, но в целом хорошая схема будет иметь более громоздкие, медленные и большие емкости по мере удаления от схемы. соответствующие частоты, с которыми необходимо работать, также падают, если все сделано правильно.

Что ограничивает небольшие развязывающие емкости, так это собственный резонанс самой крышки и индуктивность соединительных проводов в корпусе (опять же, в зависимости от корпуса).

Эта схема иерархического масштабирования продолжается внутри ИС с критическими узлами, имеющими локальные конденсаторы для более высокочастотных событий. Конечно эти колпачки внутри самые дорогие и самые маленькие из всех.