Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Resonanzfrequenz bei realen Kondensatoren und Spulen


von shr (Gast)


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Hallo!

Habe auf der Uni gelernt, dass reale Kondensatoren und Spulen aufgrund 
ihres Ersatzschaltbildes irgendwann bei hohen Frequenzen ihr Verhalten 
ändern. Dh die Impedanz eines Kondensators steigt mit zunehmender 
Frequenz wieder an, bei einer Spule nimmt sie ab.

Ich habe dazu nicht so viel gefunden, aber mich würden konkrete Werte 
für diese Frequenzen interessiere. Habe mir ein paar Datenblätter 
angesehen und nichts gefunden.
Und was mich noch interessieren würde, spielt dieser Effekt eigentlich 
auch eine große Rolle in realen Schaltungen in der HF-Technik z.B.?

Danke!

von Stefan F. (Gast)


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Der Effekt spielt eine große Rolle. Bei digitalen Schaltungen nutzt man 
daher kleine Keramik-Kondensatoren zum Abblocken der 
Versorgungsspannung. Dicke Elkos alleine sind dazu nutzlos.

von Achim S. (Gast)


Angehängte Dateien:

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shr schrieb:
> dass reale Kondensatoren und Spulen aufgrund
> ihres Ersatzschaltbildes

na ja, eigentlich nicht aufgrund ihres Ersatzschaltbildes, sondern 
aufgrund ihrer (parasitären) physikalischen Eigenschaften, die man mit 
dem ESB halbwegs beschreibt ;-)

shr schrieb:
> Ich habe dazu nicht so viel gefunden, aber mich würden konkrete Werte
> für diese Frequenzen interessiere. Habe mir ein paar Datenblätter
> angesehen und nichts gefunden.

Hängt völlig von den konkreten Eigenschaften (Kapazität, Baugröße, ...) 
ab und kann bei ganz unterschiedlichen Frequenzen liegen. Bei Spulen 
findest du eigentlich häufig die Angabe im Datenblatt (z.B. im folgenden 
Link schon in der einfachen Produktbeschreibung: SRF = 1,3MHz).

http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=73077;SEARCH=pisr

Bei Kondensatoren musst du evtl. etwas länger suchen, aber bei 
ernsthaften Herstellen findest du die Info auch (siehe z.B. das 
angehängte Bild vom Murata Characteristics-Viewer). Die Kurve gilt 
übrigens nur, wenn du den Kondensator "richtig" verwendest. Wenn du ihm 
lange Zuleitungen spendierst, dann verschiebt deren Induktivität die 
Resonanz zu niedrigeren Frequenzen.

shr schrieb:
> Und was mich noch interessieren würde, spielt dieser Effekt eigentlich
> auch eine große Rolle in realen Schaltungen in der HF-Technik z.B.?

Wenn du die "falschen" Bauteile für deine Anwendungen einsetzt (z.B. die 
oben verlinkte Spule oberhalb ihrer Resonanzfrequenz betreibst), dann 
spielt das tatsächlich eine Rolle (die Schaltung funktioniert entweder 
gar nicht oder schlecht oder mit miesem Wirkungsgrad).

Wenn du schon von Haus aus die "richtigen" Bauteile einsetzt (also 
kleine Kerkos möglichst nahe an der Versorgungspins deines Digital-ICs), 
dann musst du dir im Normalfall nicht jedesmal explizit ausrechnen, bei 
welcher Frequenz sich dafür die Resonanz ergibt. (Aber auch da gilt: 
Ausnahmen bestätigen die Regel).

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> shr schrieb:
> Habe auf der Uni gelernt, dass reale Kondensatoren und Spulen aufgrund
> ihres Ersatzschaltbildes irgendwann bei hohen Frequenzen ihr Verhalten
> ändern.
Ja logisch.
Jedes beliebige elktr. BE hat einen Widerstand, eine Kapazität und eine 
Induktivität.

> Dh die Impedanz eines Kondensators steigt mit zunehmender
> Frequenz wieder an, bei einer Spule nimmt sie ab.
Auch logisch, weil die Induktive komponenten irgendwann relevant wird.

> Ich habe dazu nicht so viel gefunden, aber mich würden konkrete Werte
> für diese Frequenzen interessiere. Habe mir ein paar Datenblätter
> angesehen und nichts gefunden.
Hier kannst du mit der parametrischen Suche einige konkrete MLCC finden:
https://product.tdk.com/en/search/capacitor/ceramic/mlcc/characteristic/

Hier Beipiele für MLCC mit 100nF, 10nF und 1nF in der Bauform 0603, Mat. 
X7R (siehe Grafiken)
https://product.tdk.com/en/search/capacitor/ceramic/mlcc/info?part_no=C1608X7R1H104K080AE

https://product.tdk.com/en/search/capacitor/ceramic/mlcc/info?part_no=CGA3E2X7R1H103M080AE

https://product.tdk.com/en/search/capacitor/ceramic/mlcc/info?part_no=CGA3E2X7R1H102K080AA

Diese MLCC sind

> Und was mich noch interessieren würde, spielt dieser Effekt eigentlich
> auch eine große Rolle in realen Schaltungen in der HF-Technik z.B.?
Natürlich. Mit falsch eingesetzen BE wirst du keine HF-Schaltung 
vernünftig zum funktionieren bringen und schon gar nicht eine 
EMV-Prüfung bestehen. Falsche Kond. in modernen digitalen Schaltungen 
mit Grenzfrequenzen bis in den Breich von einigen GHz wird man kaum mit 
gewickelten Kondensatoren abblocken können.

Noch was zu Elkos. Die haben bei rel. kompakter Bauform vergleichweise 
sehr hohe Kapazitäten, aber nur bei recht niedrigen Frequenzen
(bis einige kHz). Das aber primär nicht, weil die auch aufgewickelt sind 
und deshalb eine hohe Induktivtät haben.
Hier ist es die Ladungsträgergeschw. der Ionen im Elektrolyt, welche 
vergleichsweise elendig langsam ist.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von voltwide (Gast)


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> Noch was zu Elkos. Die haben bei rel. kompakter Bauform vergleichweise
> sehr hohe Kapazitäten, aber nur bei recht niedrigen Frequenzen
> (bis einige kHz). Das aber primär nicht, weil die auch aufgewickelt sind
> und deshalb eine hohe Induktivtät haben.
> Hier ist es die Ladungsträgergeschw. der Ionen im Elektrolyt, welche
> vergleichsweise elendig langsam ist.
> Gruß Öletronika

Das halte ich für ein Gerücht. Hast Du Belege für diese Theorie?

von Alexxx (Gast)


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@voltwide:
>> Das halte ich für ein Gerücht. Hast Du Belege für diese Theorie?

Hast DU Belege für DEIN Gerücht???
Wenn du dir mal ein ausführliches Datenblatt eines Elko's anschaust,
ist da ein Diagramm mit Kapazität über der Frequenz und da siehst du,
dass z.B. bei >100KHz die Kapazität gegen NULL geht.
Siehe das pdf auf Seite 8 vom Beitrag "Frequenzabhängigkeit Kapazität 
Elko"

@shr:
Hier - gut versteckt im Datenblatt findet man den Impedanzverlauf:
http://ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/index.html#
Dann z.B. MLCC auswählen und mit der Parametersuche gewünschten 
Kondensator
aussuchen und mit Mausklick markieren. Jetzt bekommt man mit dem lila 
Button das "Data sheet".

PS: Hier ist auch die Spannungsabhängigkeit der Kapazität zu sehen!
Wird bei X7R etc. gerne verschwiegen.

von shr (Gast)


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Danke euch für die informativen Antworten!

von tomato (Gast)


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voltwide schrieb:
> Das halte ich für ein Gerücht. Hast Du Belege für diese Theorie?

Bei einem Kondensator mit Nassem Elektrolyt beeinflusst dessen 
Leitfaehigkeit sein Verhalten massgeblich. Das wird sich sicher noch 
staerker bemerkbar machen wenn sich die Bauform verkleinert.

Indirekt kann man sich diesbezueglich auch etwas herauslesen:

Suche mal nach, KEMET+
'Why that 47uF capacitor drops to 37uF - 30uF - or lower?'

von voltwide (Gast)


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voltwide schrieb:
>> Hier ist es die Ladungsträgergeschw. der Ionen im Elektrolyt, welche
>> vergleichsweise elendig langsam ist.
>> Gruß Öletronika

Genau hierfür hätte ich gerne eine Quelle, und nein, ich werde jetzt 
nicht sämtliche threads zu diesem Thema hier durchforsten.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> voltwide schrieb:
> Genau hierfür hätte ich gerne eine Quelle, und nein, ich werde jetzt
> nicht sämtliche threads zu diesem Thema hier durchforsten.
https://de.wikipedia.org/wiki/Ionenbeweglichkeit
http://www.chemieonline.de/forum/showthread.php?t=102236
https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/elekleit/html/index033.html

von voltwide (Gast)


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Die links zeigen auf die allseits bekannte Chemie der Elektrolyse.
Was bitte hat das mit dem Frequenzverhalten von Elektrolytkondensatoren 
zu tun?

von U. M. (oeletronika)


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> voltwide schrieb:
> Die links zeigen auf die allseits bekannte Chemie der Elektrolyse.
> Was bitte hat das mit dem Frequenzverhalten von Elektrolytkondensatoren
> zu tun?
Die Frage wurde oben schon beantwortet!

von voltwide (Gast)


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Verstehe - die Antwort weiß der Wind.
Also das übliche Dampfgeplaudere.

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