Durchgangskondensatoren mit drei Anschlüssen in Stromversorgungskreisen von Hochfrequenzgeräten. Große Enzyklopädie über Öl und Gas

Die Erhöhung der Betriebsfrequenzen digitaler integrierter Schaltkreise ist heute der wichtigste nachhaltige Trend in der Elektronik. Mit einer Erhöhung der Frequenz geht jedoch häufig auch ein Anstieg des Stromverbrauchs einher. Daher besteht die dringende Aufgabe darin, die Stromversorgung von Hochfrequenzknoten zu stabilisieren und den Einfluss ihres Betriebs auf den Rest der elektronischen Schaltung zu reduzieren – die sogenannte Leistungsentkopplung.

Typischerweise werden für diese Zwecke Multilayer verwendet. Keramikkondensatoren, direkt im Stromversorgungskreis von Hochfrequenzgeräten montiert. Bei Frequenzen über 10 MHz nimmt die Effizienz der Filterung von Wellen jedoch stark ab. Dies ist auf die Erhöhung der Impedanz des Kondensators aufgrund der vorhandenen Induktivität und dementsprechend einer äquivalenten induktiven Serienreaktanz zurückzuführen. Daher begannen Ingenieure, Hochfrequenz-Mikroschaltungen und -Knoten mit vielen parallel geschalteten Keramikchip-Kondensatoren aufzuhängen, wie Girlanden für Weihnachtsbäume. Der Einsatz von Ausgangskondensatoren kommt hier aufgrund der zusätzlichen Induktivität der Ausgänge nicht in Frage.

Um dieses Problem zu lösen, produzieren die meisten Kondensatorhersteller spezielle Serien von Kondensatoren mit reduzierter äquivalenter Serieninduktivität (ESL). Zu diesem Zweck befinden sich die Kondensatoranschlüsse an der Längsseite (Abb. 1). Mit diesem Aufbau ist es möglich, die strukturelle Induktivität um etwa die Hälfte zu reduzieren.

Für moderne Hochfrequenzschaltungen, die oft im Bereich über 100 MHz arbeiten, ist selbst diese Induktivität nicht niedrig genug. Und die Kapazität solcher Kondensatoren der meisten Hersteller, die normalerweise auf einen Nennwert von 0,2 μF begrenzt ist, ermöglicht keine hohe Effizienz bei der Unterdrückung hochfrequenter Störungen beim Einsatz in Stromkreisen von Hochfrequenzgeräten.

Eine interessante Lösung in diesem Bereich bietet das japanische Unternehmen Murata. Das Unternehmen hat eine Reihe von dreipoligen Durchgangskondensatoren mit hoher Kapazität und hoher Belastbarkeit entwickelt, darunter äußerst kompakte Produkte mit Abmessungen von 1,6 x 0,8 mm und einer Kapazität von 1 µF auf Basis des X7R-Dielektrikums. Aussehen dieser Produkte ist in Abb. 1 dargestellt. Ein äquivalenter Stromkreis ist in Abb. 2 dargestellt, und Tabelle 1 zeigt die Hauptmerkmale einiger Produkte dieser Serie.

Tab.1

Abb.2

Ein Vergleich eines der Kondensatoren der neuen NFM18PC105R-Serie mit herkömmlichen Vielschicht-Keramikkondensatoren und mit Kondensatoren mit reduzierter Induktivität ähnlicher Kapazität ist in Abb. 3 dargestellt. Es zeigt sich eine etwa zehnfache Impedanzreduzierung des NFM18PC105R bei hohen Frequenzen, die mit seiner reduzierten Designinduktivität zusammenhängt.

Abb. 3

Bildhinweis: Da Kondensatoren mit Anschlüssen an der Längsseite des Gehäuses mit Abmessungen von 1,6x0,8 pro 1 μF nicht kommerziell hergestellt werden, verwendeten die Forscher dieser Vergleich der gleiche Kondensator mit den Abmessungen 2,0x1,25.

Es ist bekannt, wann parallele Verbindung Kondensatoren verringert sich die gesamte effektive Induktivität eines solchen Stromkreises. Abbildung 4 zeigt die Ergebnisse des Vergleichs von einem und zehn parallel geschalteten Mehrschichtkondensatoren mit einem dreipoligen Kondensator NFM18P. Wie Sie sehen können, ersetzt ein Kondensator mit drei Anschlüssen zehn herkömmliche mehrschichtige Keramikkondensatoren hinsichtlich der Qualität der Hochfrequenzrauschfilterung.

Abb.4

Es ist besonders zu beachten, dass die Kapazitätsstabilität bei Nennwerten von 0,1–1,0 μF hoch ist, was auf das X7R-Dielektrikum zurückzuführen ist, das bei der Herstellung der meisten der in Tabelle 1 aufgeführten Kondensatoren verwendet wird. Geringe Abmessungen, hohe Belastbarkeit – bis zu 6 A, außergewöhnlich niedrige Impedanz bei Frequenzen über 10 MHz machen den Einsatz dieser Produkte in einer Vielzahl von Hochfrequenzschaltungen äußerst attraktiv und sind in modernen Kompaktgeräten, wie z. B. tragbaren HF-/ Mikrowellensender, Spielekonsolen und Taschencomputer.

Valery Stepukov

Keramische Durchführungskondensatoren sorgen dafür zuverlässiger Schutz vor internen Störungen und eignen sich aufgrund ihrer Kompaktheit und des vereinfachten Designs der Leiterplatte sehr gut für den Einsatz in elektromagnetischen Verträglichkeitsfiltern (EMV).

Es gibt zwei Arten elektromagnetischer Störungen, die beim Betrieb verschiedener elektrischer Geräte auftreten: externe und interne.

• Externe elektromagnetische Störungen sind Störungen verschiedener externer Quellen (z. B. Radios, Hochspannungsgeräte und andere Geräte). Spezielle Geräte Sie schützen elektrische Anlagen vor Störungen von außen und idealerweise wird auch die Quelle der Störungen von außen durch das Störschutzsystem geschützt.
• Interne elektromagnetische Störungen entstehen durch elektronische Komponenten im selben oder benachbarten Stromkreisen. Während des Betriebs senden Antennen, Prozessoren, Softwareplatinen und andere Geräte elektromagnetische Wellen aus, die sich entlang gedruckter Leiter ausbreiten und Informationssignale stören und verzerren. Allerdings kommt es oft vor, dass man davon ausschließen muss Stromkreis Eine Störungsquelle ist ausgeschlossen, da das System nicht funktioniert.

EMV-Filter ermöglichen die elektrische Isolierung von Störquellen von Geräten, die vor diesen Störungen geschützt werden müssen, ohne die Funktionalität des Systems zu beeinträchtigen. Sie beseitigen Störungen, indem sie ihre Signale zur Erde ableiten. EMV-Filter tragen dazu bei, elektrische Geräte vor internen und externen Störungen zu schützen und die Ausbreitung von Störungen entlang der Leiter von gedruckten Schaltkreisen zu verhindern.

Der Schutz vor elektromagnetischen Störungen wird üblicherweise durch passive Komponenten erreicht. Da die EMV-Anforderungen immer strenger werden, besteht die Notwendigkeit, die EMV-Eigenschaften passiver Komponenten zu verbessern.

EMV-Filter basieren auf Kondensatoren sowie LC- oder RC-Schaltungen. Auf LC- und RC-Schaltungen basierende Filter bieten nicht immer die erforderliche Reduzierung des Geräuschpegels; sie sind komplex aufgebaut und benötigen viel Platz für die Installation. Filter auf Basis von Standard-Keramikkondensatoren nehmen außerdem viel Platz ein und reduzieren den Geräuschpegel in Stromkreisen nicht ausreichend.

Durchkontaktierte Keramikkondensatoren bieten zuverlässigen EMI-Schutz und sind ideal für EMV-Filter. Mit ihrer Hilfe können Sie durchführen gute Filterung und Reduzierung von Störungen bei Funkfrequenzen, sie sind kompakt in der Größe (0805 oder 1206) und einfach im Design.

Durchführungskondensatoren bestehen aus dem gleichen Material (COG,

Im Gegensatz zu Standardkondensatoren haben Durchgangskondensatoren 3 Pole (4 externe Anschlüsse). Zwischen dem 1. und 2. Pol dieses Kondensators (Durchgangskondensator) besteht keine Kapazität, wohl aber zwischen dem 1. und 3. bzw. 2. und 3. Pol. Der grundlegende Aufbau eines Passkondensators ist in Abb. dargestellt. 1 und sein grafisches Bild- auf dem Diagramm (Abb. 2).

Das Betriebsdiagramm eines solchen Kondensators ist recht einfach. Das Signal gelangt zusammen mit dem ihm überlagerten Rauschen am Pol 1 (Eingang) des Kondensators an. Über einen Kondensator werden Störungen herausgefiltert und über Pol 3 (Masse) zur Erde abgeleitet. Das entstörte Signal verlässt den Kondensator über Pol 2 (Ausgang). Ein Satz rauschunterdrückender Durchgangskondensatoren ist in Abb. dargestellt. 3. Kondensatorsätze müssen verwendet werden, wenn mehrere Kommunikationsleitungen an Geräte angeschlossen sind, die durch einen EMV-Filter geschützt sind. Der Einsatz von Durchführungskondensator-Kits verkürzt die Installationszeit für den EMV-Filter und spart Platz auf der Leiterplatte.

Ein Standard-X7R-Kondensator mit Baugröße 1206 und einer Nennkapazität von 2,2 nF ergibt eine maximale Einfügungsdämpfung von 36 dB und hat eine Resonanzfrequenz von etwa 120 MHz (Abb. 6), während ein Durchgangskondensator aus dem gleichen Material mit dem gleichen Gehäuse und Kapazität in Rahmengröße tragen zu einer maximalen Dämpfung von 45 dB bei und die Resonanzfrequenz beträgt etwa 280 MHz.

Eine ähnliche Situation ist bei einem größeren Wert der Nennkapazität zu beobachten (Abb. 7): Die eingebrachte Dämpfung ist höher, aber die Resonanzfrequenz nimmt aufgrund der Erhöhung der Kapazität ab.

Mit Hilfe von Durchgangskondensatoren können diese Störungen direkt in der Leitung unterdrückt werden. Der Passkondensator kann direkt auf der Kommunikationsleitung installiert werden. Alle Kondensatoren können gemeinsam an Masse angeschlossen werden (d. h. sie haben eine gemeinsame Masse), dann wird weniger Platz benötigt, um sie auf der Leiterplatte zu installieren. Ein Beispiel für den Anschluss von Passkondensatoren an Masse und Kommunikationsleitungen ist in Abb. dargestellt. 9. Es ist noch rentabler und effektiver, Sätze von Durchgangskondensatoren zu verwenden (Abb. 10).

Durchführungskondensatoren können auch an sich kreuzenden Leitern eingesetzt werden (Abb. 11).

Daher eignen sich Durchführungskondensatoren hervorragend für den Einsatz in EMV-Filtern. Die Haupteigenschaften dieser Kondensatoren:

• geringe elektrische Verluste;
• erhebliche Störunterdrückung;
• Arbeit an Radiofrequenzen;
• Kompaktheit;
• weiter Betriebstemperaturbereich –40 ... +125 C;
• geringe Kosten im Vergleich zu komplexen Rauschfiltern auf Basis von Filterschaltungen.

Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Durchgangskeramikkondensatoren häufig in verschiedenen Bereichen eingesetzt: Automobilelektronik, Telekommunikation, Personalcomputer, Laptops, Industrieelektronik, Mobiltelefone und viele andere.

Das Magnetron in einem Mikrowellenherd wird über einen eingebauten Filter mit Strom versorgt, der aus zwei Induktivitäten und zwei Durchgangskondensatoren besteht. Dieser Filter dient zur Filterung der Magnetron-Versorgungsspannung. Das Aussehen und die Schaltung des Filters sind in Abbildung 1 dargestellt und er funktioniert ungefähr genauso.

Bild 1

Auf die Feststellung der Fehlfunktion von Kondensatoren gehen wir hier nicht weiter ein, Sie können dies im Artikel nachlesen; Die Durchführungskondensatoren des Magnetrons sind in einem Kunststoffgehäuse mit Flansch zur Montage untergebracht (Abbildung 2 – rechte Seite). Die mit den äußersten (gemäß Diagramm) Platten der Kondensatoren verbundenen Leiter werden auf der einen Seite unter den Leistungsklemmen und auf der anderen Seite unter den Leitungen zum Anschluss an die Filterspulen herausgeführt. Die zweite Platte jedes Kondensators im Inneren des Gehäuses ist mit dem Montageflansch verbunden. Die gesamte Struktur ist nicht zerlegbar und dient zusätzlich als Isolator für die Magnetron-Stromversorgungsanschlüsse. Der Kondensator-Montageflansch befindet sich im Inneren des Filterkastens und wird mit Langnieten und Befestigungslaschen daran befestigt. Die Anschlüsse der Kondensatoren und der Filterspule werden durch Kontaktschweißen verbunden.

Figur 2

Jeder Vorgang zum Austausch eines fehlerhaften Elements kann in zwei Phasen unterteilt werden: Demontage des fehlerhaften Elements und anschließender Einbau eines neuen Elements. Um defekte Kondensatoren zu demontieren, müssen Sie:

1. Entfernen Sie die Abdeckung des Magnetron-Filterkastens.
2. Trennen Sie die Leitungen der Filterspulen von den Leitungen der Kondensatoren (Abbildung 2). Verwenden Sie dazu einen Seitenschneider und schneiden Sie die Spulenleitungen so nah wie möglich an der Punktschweißstelle ab.
3. Biegen Sie die Befestigungslaschen. Hebeln Sie den Montageflansch des Kondensators mit einem flachen, scharfen Werkzeug ab und lösen Sie die Nietverbindung.
4. Defekte Kondensatoren ausbauen.

Das ist alles, die Demontage ist abgeschlossen. Jetzt muss nur noch das neue Teil eingebaut werden.

Der Installationsprozess wird etwas interessanter sein.

1. Reinigen Sie vor dem Einbau funktionierender Kondensatoren gründlich die Anschlüsse der Filterspulen (entfernen Sie den Lack vom Draht). Wenn Sie als Spender Kondensatoren von einem alten Magnetron genommen haben, das aus einem anderen Grund ausgefallen ist, dann entfernen Sie die Kontaktschweißrückstände von den Anschlüssen und reinigen Sie diese ebenso gründlich mit einer Nadelfeile oder Schleifpapier.
2. Als nächstes müssen Sie das Arbeitselement an seiner Stelle installieren und den Kondensatormontageflansch sicher mit dem Magnetrongehäuse verbinden. Wenn Versuche, den Flansch mit nativen Befestigungselementen zu befestigen, zu nichts Gutem führen, versuchen Sie es mit einer anderen Methode. Der Flansch kann außerhalb des Filterkastens platziert und mit selbstschneidenden Schrauben geeigneter Länge und Durchmesser festgezogen und in die Nietlöcher eingeschraubt werden. Für diese Zwecke können Sie auch gewöhnliche M3-Schrauben mit Muttern verwenden. Die Position des Flansches relativ zum Filterkastenkörper (innen oder außen) hat keinen Einfluss auf den Betrieb des Magnetrons. Die Hauptsache ist ein verlässlicher Kontakt.
3. Anschließend biegen wir die Anschlüsse der Filterspulen, legen sie auf die Anschlüsse der Kondensatoren und verbinden sie durch Widerstandsschweißen.
4. Verschließen Sie den Filterkasten mit einem Deckel. Das war's, das Magnetron ist einsatzbereit.

Es ist einfach, nicht wahr? Aber wahrscheinlich ist es nur etwas für die glücklichen Besitzer von Widerstandsschweißmaschinen, und ich bin mir sicher, dass es unter denen, die diesen Artikel lesen, nur eine Minderheit gibt. Der Rest ist durch den dritten Installationspunkt wahrscheinlich sehr verwirrt. Tatsächlich ist es nicht so einfach, Kondensatoren ohne Widerstandsschweißen zuverlässig mit Spulen zu verbinden. Das erste, was mir in den Sinn kommt, ist die Verwendung normaler Lötkolben und die Leitungen zusammenlöten. Diese Verbindungsmethode wird helfen, aber nicht für lange. Tatsache ist, dass beim Betrieb des Magnetrons ziemlich viel Wärme freigesetzt wird. Sowohl das Magnetrongehäuse als auch alle seine Strukturelemente, einschließlich Filterteile, erhitzen sich. Diese Temperatur erreicht natürlich nicht den Schmelzpunkt des Lots (ca. 300 Grad C), reicht aber völlig aus, um die mechanische Festigkeit des Lots zu zerstören. Nach längerem Betrieb des Ofens wird das Lot weicher und schon die geringste Vibration, beispielsweise durch den Betrieb eines Ventilators, beendet den zerstörerischen Prozess. Die Leitungen fallen auseinander und der Ofen funktioniert wieder nicht mehr.

Ich möchte zwei Möglichkeiten vorschlagen, dieses Problem zu lösen. Beide Methoden wurden in der Praxis bereits mehrfach erfolgreich eingesetzt. Im ersten Fall verwenden wir weiterhin einen Lötkolben. Wir werden jedoch nicht nur Löten, sondern auch verstärktes Löten verwenden. Dazu führen wir im dritten Installationsschritt folgende Schritte durch:

A) Wir biegen die freien Anschlüsse der Filterspulen so, dass sie die Anschlüsse der Kondensatoren im rechten Winkel (oder annähernd) schneiden. Möglicherweise müssen Sie dazu eine Windung der Spule abwickeln. Dadurch verändern sich die Filterparameter natürlich etwas, aber nicht kritisch. Zuvor müssen beide Anschlüsse gründlich gereinigt werden.

B) Wir nehmen ein kleines Stück gewöhnliches, gestrandetes (definitiv gestrandetes!), Installationsdraht. Wir reinigen es von der Isolierung. Dann wickeln wir mit einem gereinigten Draht die Anschlüsse der Filterspulen über Kreuz auf die Anschlüsse der Kondensatoren und verdrillen sie. Die Drehung sollte so eng wie möglich sein. Verwenden Sie einen Seitenschneider, um überschüssigen Draht zu entfernen.

C) Mit einem gut erhitzten Lötkolben den verdrillten Bereich vorsichtig erwärmen und mit Lot auffüllen. Eine gründliche Erwärmung ist sehr wichtig; das geschmolzene Lot sollte zwischen fast jedem Draht des Montagedrahtes fließen und sich gleichmäßig im gesamten Lötbereich verteilen. Sparen Sie beim Lötvorgang nicht an Flussmittel – Kolophonium. Wenn sich das Lot beim Erhitzen nicht ausbreitet, sondern sich als Brei herausstellt, sollten Sie die Temperatur der Lötkolbenspitze erhöhen oder eine leistungsstärkere verwenden. Andernfalls ist die Verbindung nicht zuverlässig.

Figur 3

Es sollte in etwa so aussehen wie in Abbildung 3 rechts dargestellt. Es sieht nicht sehr ästhetisch aus, ist aber recht zuverlässig. Wem die ästhetische Seite dieses Themas am Herzen liegt, kann die Lötstelle auf Wunsch mit einer Nadelfeile oder Feile bearbeiten, um der Verbindung ein ansprechenderes Aussehen zu verleihen. Mit dieser Lötmethode können Sie die Wärmekapazität der Verbindung leicht erhöhen und ihre mechanische Festigkeit deutlich erhöhen.

Bei der zweiten Methode ist alles viel einfacher. Legen Sie den Lötkolben beiseite und gehen Sie wie folgt vor:

A) Genau wie bei der ersten Methode klären wir die Schlussfolgerungen. Wir biegen die Anschlüsse der Spulen, aber jetzt platzieren wir sie Seite an Seite mit den Anschlüssen der Kondensatoren.

B) Wir nehmen zwei Verbinder mit Schrauben, wie z. B. die in Abbildung 4 links gezeigten oder andere, die für den Innendurchmesser geeignet sind. Wir entfernen sie aus der Isolation.

C) Wir stecken die Steckverbinder mit einem Ende an die Anschlüsse der Kondensatoren und das andere an die Anschlüsse der Spulen. Ziehen Sie die Befestigungsschrauben fest.

Figur 4

Die Ausgabe sollte wie in Abbildung 4 rechts dargestellt aussehen. Um ein spontanes Lösen der Verbindungsschrauben unter dem Einfluss von Vibrationen während des Ofenbetriebs zu vermeiden, sollte jede Schraube mit einem Tropfen hitzebeständigem Lack oder Farbe gesichert werden. Nach Abschluss von Installationsschritt 4 kann der Austausch der Durchführungskondensatoren als abgeschlossen betrachtet werden. Sowohl im ersten als auch im zweiten Fall ist das Magnetron für den weiteren Betrieb bereit.

Natürlich kann jemand andere, vielleicht sogar bessere Methoden zum Austausch von Durchführungskondensatoren verwenden. Aber in diesem Artikel habe ich nur meine geteilt persönliche Erfahrung. Ehrlich gesagt habe ich in der Praxis meistens die erste Ersetzungsmethode verwendet. Kein einziger auf diese Weise reparierter Mikrowellenherd wurde jemals zurückgegeben. Ich würde mich sehr freuen, wenn Sie in diesem Artikel Antworten auf Ihre Fragen finden. Viel Glück bei der Reparatur, meine Herren!

Durchgangskondensatoren sind in der Elektronikindustrie nichts Neues: Sie wurden unmittelbar nach herkömmlichen Doppelplattenkondensatoren entdeckt und fanden Anwendung in Hochfrequenzkomponenten von Röhrengeräten von Kommunikationsgeräten. Heute wird die Bedeutung von Durchgangskondensatoren aus einer neuen Perspektive dargestellt.

Die Erhöhung der Betriebsfrequenzen digitaler integrierter Schaltkreise ist heute der wichtigste nachhaltige Trend in der Elektronik. Um den Einfluss von Störungen auf die Mikroschaltungen von Geräten zu verringern, ist es notwendig, die Versorgungsspannung von Hochfrequenzgeräten zu stabilisieren und die Auswirkungen ihres Betriebs auf den Rest der elektronischen Baugruppe zu verringern (Leistungsentkopplung).

Typischerweise werden für solche Zwecke mehrschichtige Keramikkondensatoren verwendet, die direkt im Stromversorgungskreis von Hochfrequenzgeräten und neben Mehrzweck-Mikroschaltungen montiert werden. Bei Frequenzen über 10 MHz Filtereffizienz Pulsationen fällt aufgrund der Impedanz des Kondensators (seiner internen Induktivität) - Serieninduktivitätsreaktanz - stark ab. Und obwohl Praktiker auch bei Frequenzen von 2...3 GHz Chip-Kondensatoren zur Stromversorgung einbauen und behaupten, dass bei Frequenzen über 10 MHz kein Bedarf für den Einbau von Glättungskondensatoren besteht (angeblich kann dieser Effekt vernachlässigt werden), handelt es sich hier um den Einbau eines solchen hocheffizienter Durchgangskondensator anstelle mehrerer gewöhnlicher Chipkondensatoren. In Fällen, in denen die Stromquelle von Mikroschaltungen entfernt ist, die mit Hochfrequenzsignalen arbeiten, ist der Einbau von Glättungselementen erforderlich. Wird oft auf modernen Geräten gesehen Leiterplatten„Wiegende“ Mikroschaltungen, die bei hohen Frequenzen arbeiten und an die zahlreiche Chipkondensatoren angeschlossen sind parallel. Anschlusskondensatoren (Keramik, Scheiben o.ä.) können in diesem Fall aufgrund der zusätzlichen Induktivität ihrer Anschlüsse nicht verwendet werden, was die Unterdrückung von Störungen durch das Hochfrequenzgerät erheblich beeinträchtigt. Störungen und Interferenzen werden von Geräten besonders gut erfasst, wenn die elektronische Hochfrequenzeinheit von der Stromquelle getrennt wird.

Um dieses Problem zu lösen, produzieren Kondensatorhersteller spezielle Serien von Kondensatoren mit möglichst geringer Äquivalentinduktivität (ESL). In diesem Fall befinden sich die Anschlüsse solcher Chipkondensatoren an der langen Seite ihres Gehäuses, wodurch die Ersatzinduktivität im Vergleich zu den Typen, bei denen sich die Anschlüsse an den kurzen Stirnseiten des Gehäuses befinden, um etwa die Hälfte reduziert werden kann.

Soll das Gerät jedoch in einem Frequenzbereich größer 100 MHz betrieben werden, ist dieser Ansatz nicht ausreichend. Japanisches Unternehmen „Murata“ schlug die Entwicklung einer Serie von Durchgangskondensatoren mit hoher Kapazität und drei Anschlüssen vor. Dabei handelt es sich um kompakte Chipbauteile im Format 2,0x1,25 mm auf Basis des X7R-Dielektrikums.

Ein Vergleich des Kondensators der neuen NFM18P-Serie mit einem herkömmlichen Vielschicht-Keramikkondensator in der Praxis zeigt eine fast zehnfache Reduzierung der Impedanz des neuen Kondensatortyps bei hohen Frequenzen über 100 MHz, verbunden mit einer verringerten Strukturinduktivität.

Als Beispiel nenne ich ein einfaches Experiment, das in jedem ausgestatteten Labor wiederholt werden kann. Sie benötigen ein Netzteil, ein Hochfrequenzoszilloskop und einen Generator mit einer Frequenz von 10 MHz, den Sie mit einem Technikchip selbst zusammenbauen können CMOS. Schließen wir es parallel an eine stabilisierte Stromquelle mit festem Anschluss an konstante Spannung 5 V beliebiger Generator. Der Autor verwendete einen Generator auf Basis der Mikroschaltung KR1561LE5, der am Ausgang Rechteckimpulse erzeugt. Die Länge ungeschirmter Leiter von der Stromquelle bis zum Generator beträgt 1 m. Mit einem Oszilloskop zeichnen wir den Pegel hochfrequenter Wellen am Leistungsausgang der Mikroschaltung auf.

Die Welligkeitsamplitude beträgt etwa 1 V und die Frequenz dieser Störung entspricht der Frequenz der Ausgangsimpulse des Generators. Lassen Sie uns nun einen mehrschichtigen Keramikkondensator parallel zu den Stromanschlüssen der Mikroschaltung schalten Murata MLCC 1206 X5R und werfen Sie noch einmal einen Blick auf den Oszilloskopbildschirm. Die Störung ist vorhanden, aber ihre Amplitude ist auf 0,65 V gesunken. Anstelle eines Mehrschichtkondensators mit einem X5R-Dielektrikum schalten wir nun den Durchgangskondensator NFM18PC105R ein (hier ist der Durchgangskondensator als Filter enthalten) und messen die Messwerte mit ein Oszilloskop am selben Punkt - direkt an den Anschlüssen des Kondensators, der in der Nähe der Mikroschaltungen installiert ist. Der Welligkeitsgrad wurde auf 0,3 V reduziert. Ungefähr der gleiche Effekt wird erzielt, wenn 10 Mehrschicht-Keramikkondensatoren der Marke verwendet werden MLCC 0201-2220 mit Dielektrikum X7R. Ein Kondensator mit drei Anschlüssen der Marke NFM18P ersetzt zehn Mehrschichtkondensatoren mit Doppelplatte (Ausgang mit drei Anschlüssen vom Mittelpunkt aus) hinsichtlich der Qualität der Filterung von Hochfrequenzrauschen. Wenn es außerdem möglich ist, die Erzeugungsfrequenz zu ändern, können Sie sicherstellen, dass mit zunehmender Frequenz hochfrequenter Störungen der Welligkeitspegel abnimmt und umgekehrt

Besonders hervorzuheben ist die hohe Stabilität der Kapazität von Kondensatoren im Bereich von 0,1–1 μF (dank der Art des betrachteten Dielektrikums). Geringe Abmessungen, hohe Belastbarkeit (Strom bis 6 A) und niedrige Impedanz bei Frequenzen über 10 MHz machen den Einsatz von Durchgangskondensatoren mit drei Anschlüssen in Hochfrequenzkomponenten effektiv und attraktiv und sind in modernen Kompaktbauteilen praktisch bisher alternativlos Geräte wie tragbare Geräte HF-/Mikrowellensender, Radiosender, Spielekonsolen, Computer und ähnliche Geräte.

Die Tabelle zeigt das Wichtigste Elektrische Eigenschaften einige Produkte.

Tisch. Grundlegende elektrische Eigenschaften von Durchgangskondensatoren mit drei Anschlüssen

Detaillierte Referenzdaten zu Mehrschicht-Keramikkondensatoren mit hoher Kapazität finden Sie in der Referenzliteratur und auf der Murata-Website.

Keramische Durchführungskondensatoren bieten zuverlässigen Schutz vor internen Störungen und eignen sich aufgrund ihrer Kompaktheit und des vereinfachten Leiterplattendesigns hervorragend für den Einsatz in elektromagnetischen Verträglichkeitsfiltern (EMV).

Es gibt zwei Arten elektromagnetischer Störungen, die beim Betrieb verschiedener elektrischer Geräte auftreten: externe und interne.

Externe elektromagnetische Störungen sind Störungen verschiedener externer Quellen (z. B. Radios, Hochspannungsgeräte und andere Geräte). Spezielle Geräte schützen elektrische Systeme vor externen Störungen, und im Idealfall wird die Quelle externer Störungen auch durch ein Anti-Interferenz-System bereitgestellt. Interne elektromagnetische Störungen gehen von elektronischen Komponenten aus, die sich in denselben oder benachbarten Stromkreisen befinden. Während des Betriebs senden Antennen, Prozessoren, Softwareplatinen und andere Geräte elektromagnetische Wellen aus, die sich entlang gedruckter Leiter ausbreiten und Informationssignale stören und verzerren. Es kommt jedoch häufig vor, dass es unmöglich ist, die Störquelle aus dem Stromkreis zu entfernen, da das System nicht funktioniert.

EMV-Filter ermöglichen die elektrische Isolierung von Störquellen von Geräten, die vor diesen Störungen geschützt werden müssen, ohne die Funktionalität des Systems zu beeinträchtigen. Sie beseitigen Störungen, indem sie ihre Signale zur Erde ableiten. EMV-Filter tragen dazu bei, elektrische Geräte vor internen und externen Störungen zu schützen und die Ausbreitung von Störungen entlang der Leiter von gedruckten Schaltkreisen zu verhindern.

Der Schutz vor elektromagnetischen Störungen wird üblicherweise durch passive Komponenten erreicht. Da die EMV-Anforderungen immer strenger werden, besteht die Notwendigkeit, die EMV-Eigenschaften passiver Komponenten zu verbessern.

EMV-Filter basieren auf Kondensatoren sowie LC- oder RC-Schaltungen. Auf LC- und RC-Schaltungen basierende Filter bieten nicht immer die erforderliche Reduzierung des Geräuschpegels; sie sind komplex aufgebaut und benötigen viel Platz für die Installation. Filter auf Basis von Standard-Keramikkondensatoren nehmen außerdem viel Platz ein und reduzieren den Geräuschpegel in Stromkreisen nicht ausreichend.

Durchkontaktierte Keramikkondensatoren bieten zuverlässigen EMI-Schutz und sind ideal für EMV-Filter. Mit ihrer Hilfe können Sie eine gute Filterung durchführen und Störungen bei Funkfrequenzen reduzieren; sie haben kompakte Größen (0805 oder 1206) und ein einfaches Design.

Durchführungskondensatoren bestehen aus dem gleichen Material (COG,

Im Gegensatz zu Standardkondensatoren haben Durchgangskondensatoren 3 Pole (4 externe Anschlüsse). Zwischen dem 1. und 2. Pol dieses Kondensators (Durchgangskondensator) besteht keine Kapazität, wohl aber zwischen dem 1. und 3. bzw. 2. und 3. Pol. Der grundlegende Aufbau eines Passkondensators ist in Abb. dargestellt. 1, und seine grafische Darstellung befindet sich im Diagramm (Abb. 2).

Das Betriebsdiagramm eines solchen Kondensators ist recht einfach. Das Signal gelangt zusammen mit dem ihm überlagerten Rauschen am Pol 1 (Eingang) des Kondensators an. Über einen Kondensator werden Störungen herausgefiltert und über Pol 3 (Masse) zur Erde abgeleitet. Das entstörte Signal verlässt den Kondensator über Pol 2 (Ausgang). Ein Satz rauschunterdrückender Durchgangskondensatoren ist in Abb. dargestellt. 3. Kondensatorsätze müssen verwendet werden, wenn mehrere Kommunikationsleitungen an Geräte angeschlossen sind, die durch einen EMV-Filter geschützt sind. Der Einsatz von Durchführungskondensator-Kits verkürzt die Installationszeit für den EMV-Filter und spart Platz auf der Leiterplatte.

Ein Standard-X7R-Kondensator mit Baugröße 1206 und einer Nennkapazität von 2,2 nF ergibt eine maximale Einfügungsdämpfung von 36 dB und hat eine Resonanzfrequenz von etwa 120 MHz (Abb. 6), während ein Durchgangskondensator aus dem gleichen Material mit dem gleichen Gehäuse und Kapazität in Rahmengröße tragen zu einer maximalen Dämpfung von 45 dB bei und die Resonanzfrequenz beträgt etwa 280 MHz.

Eine ähnliche Situation ist bei einem größeren Wert der Nennkapazität zu beobachten (Abb. 7): Die eingebrachte Dämpfung ist höher, aber die Resonanzfrequenz nimmt aufgrund der Erhöhung der Kapazität ab.

Daher eignen sich Durchführungskondensatoren hervorragend für den Einsatz in EMV-Filtern. Die Haupteigenschaften dieser Kondensatoren:

geringe elektrische Verluste; Betrieb bei Funkfrequenzen; großer Betriebstemperaturbereich -40 ... +125 C;

Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Durchführungs-Keramikkondensatoren häufig in verschiedenen Bereichen eingesetzt: Automobilelektronik, Telekommunikation, Personalcomputer, Laptops, Industrieelektronik, Mobiltelefone und viele andere.