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Leitfaden für Rauschunterdrückungsfilter
Grundlagen der Rauschunterdrückung [Lektion 5] Chip 3 Anschlusskondensatoren
Nachdem wir zuvor die Ferritperlen besprochen haben, werden wir in dieser Lektion über Chipkondensatoren mit 3 Anschlüssen sprechen.
<Keramikkondensatoren in Bleibauweise>
Bevor wir uns mit Chipkondensatoren mit 3 Anschlüssen befassen, wird eine Erläuterung von Kondensatoren mit 3 Anschlüssen in Bleibauweise das Verständnis der Konzepte erleichtern.
Abbildung 1 zeigt den Aufbau eines allgemeinen Keramikkondensators mit 2 Anschlüssen.
Bei Keramikkondensatoren in Bleibauweise sind die Elektroden auf beiden Seiten eines einzigen Platten-Dielektrikums beschichtet und mit Bleianschlüssen versehen. Bei diesem Aufbau haben die Anschlussklemmen eine minimale Induktivität (Restinduktivität), so dass bei Verwendung dieses Kondensators als Bypass-Kondensator eine Induktivität zwischen ihm und der Erdungsklemme vorhanden ist.
Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für die Einfügungsdämpfungseigenschaften, wenn der Kondensator als Bypass-Kondensator verwendet wird. Die Einfügungsdämpfung zeigt, dass der Rauschpegel zum unteren Ende des Diagramms hin abnimmt. Die Impedanz von Kondensatoren nimmt normalerweise proportional zur Frequenz ab, so dass die Einfügungsdämpfung selbst in Hochfrequenzbereichen entlang der gestrichelten Linie in der Abbildung weiter zunehmen sollte. In der Realität weisen Kondensatoren jedoch die bereits erwähnte Restinduktivität auf, und diese minimale Induktivität wirkt sich störend aus, so dass die Leistung bei hohen Frequenzen abnimmt, was durch die V-förmige Einfügungsdämpfungskurve der durchgezogenen Linie dargestellt wird.
<3 Anschlusskondensatoren werden hergestellt, indem die beiden Enden der Leitung auf einer Seite überstehen>
3-Terminal-Kondensatoren sind Keramikkondensatoren, bei denen die Form der Anschlussdrähte verändert wurde, um die Hochfrequenzeigenschaften von 2-Terminal-Kondensatoren zu verbessern. Wie in Abbildung 3 dargestellt, hat ein Anschluss in einem 3-Terminal-Kondensator zwei Vorsprünge. Bei dieser Konfiguration werden die Vorsprünge des 2-Anschlusses mit einem Eingang und einem Ausgang von Stromquellen bzw. Signalleitungen verbunden, und der andere Anschluss wird mit der Erdungsklemme verbunden, um die im Ersatzschaltbild rechts dargestellten Verbindungen herzustellen. Durch diese Art des Anschlusses gelangt die Induktivität der beiden Anschlussleitungen nicht auf die Erdungsseite, wodurch die Erdungsimpedanz extrem klein wird. Da die Induktivität der 2-Klemmen-Leitung ähnlich wie eine T-Filterinduktivität funktioniert, wirkt sie auch in Richtung Rauschunterdrückung.
<Mehrschicht-Keramik-Chip-Kondensatoren und Chip-Kondensatoren mit 3 Anschlüssen>
Die derzeit am häufigsten verwendeten Kondensatoren sind keramische Vielschichtkondensatoren in Chip-Bauweise. Abbildung 4 zeigt das strukturelle Konzept von Chip-Vielschichtkondensatoren mit 2 Anschlüssen. Zwischen den Platten befindet sich ein Dielektrikum, und die Innenelektroden sind mit den abwechselnd vorstehenden Enden der Elektroden in einem mehrschichtigen oder geschichteten Muster verbunden. Da er die Form eines Chips hat, hat er keine Anschlüsse und es gibt keine Restinduktivität mehr. Allerdings verbleibt im Inneren eine minimale Induktivität, so dass die Leistung bei höheren Frequenzen abnimmt.
Ähnlich wie bei einem Kondensator mit 3 Anschlüssen in Bleibauweise wird die Elektrodenstruktur bei Chipkondensatoren mit 3 Anschlüssen verändert, um die Leistung bei hohen Frequenzen zu verbessern. Abbildung 5 zeigt das strukturelle Konzept eines Chipkondensators mit 3 Anschlüssen. An jeder Seite des Chips ist ein Erdungsanschluss angebracht, das Dielektrikum befindet sich zwischen den Platten, und Durchführungselektroden und Erdungselektroden sind abwechselnd aufgestapelt, um eine Durchführungskondensator-ähnliche Struktur zu schaffen. Wie im Ersatzschaltbild zu sehen ist, wirkt die Induktivität der Durchführungselektroden wie eine T-Filterinduktivität, ähnlich den Verhältnissen im 3-Pol-Leitungskondensator, so dass die Restinduktivität weniger Einfluss hat. Der Abstand zur Masseseite ist kürzer, was zu einer minimalen Induktivität in diesem Teil führt. Da die Masseseite mit beiden Enden verbunden ist, werden sie außerdem in Reihe geschaltet, und die Induktivität wird scheinbar halbiert.
Abbildung 6 vergleicht die Einfügungsdämpfungseigenschaften von Chip-Kondensatoren mit 3 Anschlüssen und Chip-Vielschichtkondensatoren mit 2 Anschlüssen. Die Kapazität ist bei beiden Typen gleich, so dass im Niederfrequenzbereich ähnliche Eigenschaften zu beobachten sind. Die Leistung des 2-Terminal-Kondensators beginnt jedoch ab 10 MHz zu sinken, während der 3-Terminal-Kondensator seine Leistung bis in die Nähe von 100 MHz beibehält. Da die Leistung des Chip-Kondensators mit 3 Anschlüssen nicht abnimmt, bis er den Hochfrequenzbereich erreicht, eignet er sich für Anwendungen, die eine Rauschunterdrückung bis zu einer hohen Frequenz erfordern.
<Chip-Kondensatoren mit 3 Anschlüssen haben eigentlich 4 Anschlüsse>
Wie in Abbildung 5 dargestellt, haben Chipkondensatoren mit 3 Anschlüssen zwar 3 Anschlüsse, aber eigentlich vier. Typen mit vier Anschlüssen können die Impedanz auf der Masseseite sogar noch weiter reduzieren, aber selbst wenn sie zu Chips verarbeitet sind, werden sie immer noch als "3-Anschluss"-Kondensatoren bezeichnet, weil alle Anschlüsse elektrisch das gleiche Potenzial haben und weil die ursprünglichen 3-Anschluss-Kondensatoren vom Typ Blei drei Anschlüsse hatten.
<3 Terminal Chip-Kondensator-Montageverfahren>
Da Chipkondensatoren mit 3 Anschlüssen über Durchführungsklemmen und Erdungsklemmen verfügen, unterscheidet sich die Montagemethode von der eines normalen Kondensators mit 2 Anschlüssen. Abbildung 7 zeigt die Montagemethode.
Bei der Montage eines Chip-Kondensators mit 3 Anschlüssen als Bypass-Kondensator schneiden wir das Signal- oder Leistungsmuster ab, schließen eine Durchführungselektrode dazwischen an und bereiten ein Erdungsmuster am Erdungsanschluss vor. Das Erdungsmuster muss mit einer möglichst kurzen Verbindung zu einer stabilen Erdungsebene verbunden werden, um eine minimale Impedanz zu erhalten. Bei Verwendung einer doppelseitigen oder mehrlagigen Leiterplatte ist es vorzuziehen, diese über ein Durchgangsloch mit der Masseebene zu verbinden.
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