Passive Bauelemente und deren HF-Verhalten - Cheatsheet

Unterschiedliche Arten von Widerständen und deren Hochfrequenzeigenschaften

Definition:

Verschiedene Widerstandsarten und ihre Auswirkungen auf Hochfrequenzanwendungen.

Details:

• Drahtwiderstände: Hohe Induktivität, ungeeignet für HF
• Schichtwiderstände: Bessere HF-Eigenschaften, niedrigere Induktivität
• Metallfilmwiderstände: Sehr geringe Induktivität, gut für HF
• Karbonfilmwiderstände: Günstig, mäßige HF-Eigenschaften
• SMD-Widerstände: Sehr geringe parasitäre Elemente, ideal für HF
• Hochfrequenzverhalten: Reaktanz durch Induktivität und Kapazität beachten
• Gesamtimpedanz \( Z(f) = R + j(\omega L - 1/(\omega C)) \) mit \( \omega = 2\pi f \)
• Parallel- und Serienresonanzfrequenz berücksichtigen

Temperaturkoeffizienten und deren Auswirkungen auf Widerstände

Definition:

Temperaturkoeffizient (TK) beschreibt, wie sich der Widerstand eines elektrischen Bauteils mit der Temperatur ändert.

Details:

• TK wird in ppm/°C oder \frac{1}{°C} angegeben.
• Positive TK (\beta > 0): Widerstand steigt mit Temperatur (z.B. Metalle).
• Negative TK (\beta < 0): Widerstand sinkt mit Temperatur (z.B. Halbleiter, NTC-Widerstände).
• Formel: \Delta R = R_0 \cdot \beta \cdot \Delta T, wobei \Delta R die Widerstandsänderung ist.
• Wichtige Rolle in Präzisionsanwendungen und bei der Temperaturkompensation.

Grundprinzipien und Kapazitätsformeln von Kondensatoren

Definition:

Ein Kondensator speichert elektrische Energie im elektrischen Feld zwischen zwei Platten. Kapazität ist die Fähigkeit eines Kondensators, Ladung zu speichern.

Details:

• Kapazitätsformel: \[ C = \varepsilon \frac{A}{d} \]
• \( \varepsilon \): Permittivität des Dielektrikums
• \( A \): Plattenfläche
• \( d \): Plattenabstand
• Serienschaltung: Gesamtkapazität \( C_{ges} \) \[ \frac{1}{C_{ges}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \ldots \]
• Parallelschaltung: Gesamtkapazität \( C_{ges} \) \[ C_{ges} = C_1 + C_2 + \ldots \]
• Hochfrequenzverhalten von Kondensatoren berücksichtigen Parasitärkapazitäten und -induktivitäten.

Impedanz und frequenzabhängiges Verhalten von Kondensatoren

Definition:

Impedanz eines Kondensators ist frequenzabhängig; bei steigender Frequenz sinkt die Impedanz.

Details:

• Impedanz eines Kondensators: \( Z_C = \frac{1}{j \omega C} \)
• Frequenz \( f \) und Kreisfrequenz \( \omega = 2\pi f \)
• Bei niedrigen Frequenzen: höhere Impedanz
• Bei hohen Frequenzen: niedrigere Impedanz
• Parasitische Effekte (ESL, ESR) erhöhen die reale Impedanz
• Idealer Kondensator: rein imaginäre Impedanz

Verlustmechanismen und Kopplungsfaktoren bei Induktivitäten im Hochfrequenzbereich

Definition:

Untersuchung der Verluste und Kopplungseffekte bei Induktivitäten im Hochfrequenzbereich.

Details:

• Skin-Effekt: Stromverdrängung zur Leiteroberfläche bei HF, erhöht den Widerstand.
• Proximity-Effekt: Wechselwirkung benachbarter Leiter, verursacht durch Magnetfelder, erhöht den Widerstand.
• Dielektrische Verluste: Energieverluste im Isolationsmaterial, abhängig von Frequenz und Materialeigenschaften.
• Kernverluste: Hysterese- und Wirbelstromverluste im Kernmaterial bei magnetischer Ummagnetisierung.
• Kopplungsfaktoren: Bei enger Nähe von Bauelementen können gegenseitige Induktivitäten und kapazitive Kopplungen auftreten, beeinflusst durch Layout und Abschirmung.

Hochfrequenzmodelle von passiven Bauelementen (Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten)

Definition:

Modelle der passiven Bauelemente bei hohen Frequenzen - Berücksichtigen frequenzabhängige Effekte und parasitäre Elemente.

Details:

• HF-Verhalten von Widerständen:
  • Ersatzschaltbild: Serieninduktivität und parasitäre Kapazität
  • Impedanz: \( Z_R(f) = R + j2\pi fL - \frac{j}{2\pi fC} \)
• HF-Verhalten von Kondensatoren:
  • Ersatzschaltbild: Serieninduktivität und Serienwiderstand
  • Impedanz: \( Z_C(f) = \frac{1}{j2\pi fC} + j2\pi fL + R \)
• HF-Verhalten von Induktivitäten:
  • Ersatzschaltbild: Parasitärer Serienwiderstand und Parallelkapazität
  • Impedanz: \( Z_L(f) = j2\pi fL + R - \frac{j}{2\pi fC} \)

Messtechniken zur Charakterisierung von Bauelementen im Hochfrequenzbereich

Definition:

Messtechniken zur Charakterisierung von Bauelementen im Hochfrequenzbereich umfassen Methoden und Werkzeuge, um die elektrischen Eigenschaften passiver Bauelemente wie Widerstände, Induktivitäten und Kapazitäten bei hohen Frequenzen zu bestimmen.

Details:

• Netzwerk-Analysator: Bestimmt Streuparameter (\textit{S-Parameter}), welche Reflexion und Übertragung beschreiben.
• Spektrumanalysator: Misst Frequenzspektrum und Störungen/Signale.
• Time-Domain-Reflectometry (TDR): Lokalisiert Fehlstellen durch reflektierte Impulse.
• Vector Network Analyzer (VNA): Präzise Messung komplexer Impedanz und Phasenwinkel.
• Stichworte: Retourverlust (\textit{Return Loss}), Durchlassdämpfung (\textit{Insertion Loss}), Reflexionskoeffizient (\textit{Reflection Coefficient}).

Design und Entwicklung von Hochfrequenzschaltungen und -systemen

Definition:

Entwurf und Konstruktion von Schaltungen und Systemen, die mit Hochfrequenzsignalen arbeiten.

Details:

• Frequenzbereich: von 3 kHz bis 300 GHz
• Wichtige Bauelemente: Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten
• Verlustfaktor (DF) und Qualitätsfaktor (Q)
• Parallele und serielle Resonanzkreise
• S-Parameter zur Charakterisierung
• Smith-Diagramm zur Impedanzanpassung
• Vermeidung von Störsignalen und Reflexionen