Defekte Kondensatoren. Foto: Rainer Knäpper, Lizenz Freie Kunst (http://artlibre.org/licence/lal/de)

Rein und raus – oder: Warum ein Kondensator?

Antwort: Um HF drinnen und auch draußen zu halten.

 Defekte Kondensatoren. Foto: Rainer Knäpper, Lizenz Freie Kunst (http://artlibre.org/licence/lal/de)
Defekte Kondensatoren. Foto: Rainer Knäpper, Lizenz Freie Kunst (http://artlibre.org/licence/lal/de)

Es gibt zwei wichtige Gründe, warum jedes IC einen Kondensator braucht, der jeden Spannungsanschluss direkt am Bauteil mit Masse verbindet. Um es vor Rauschen zu schützen, das seine Leistungsfähigkeit beeinträchtigen kann, und um zu verhindern, dass Rauschen ausgesendet wird, was sich auf die Eigenschaften anderer Schaltkreise auswirken könnte.

Versorgungsleitungen verhalten sich wie Antennen und können HF-Rauschen aufnehmen. Dieses HF-Rauschen kann durch elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder und die direkte Leitung von anderen Teilen des Systems entstehen. Die Leistungsfähigkeit vieler Schaltkreise wird durch die Anwesenheit von HF-Rauschen auf den Versorgungleitungen beeinträchtigt. Daher muss jedes HF-Rauschen, das auf der Versorgung eines ICs vorhanden sein kann, nach Masse abgeleitet werden. Einen Leiter kann man für diese Aufgabe nicht verwenden, da er einen Kurzschluss verursachen und eventuelle Sicherungen zerstören würde. Ein Kondensator jedoch (normalerweise im Bereich 1 bis 100 nF) blockiert Gleichspannung und verhält sich zugleich wie ein Kurzschluss für HF.

Ein Draht oder eine Leiterbahn auf der Leiterplatte mit einer Länge von 1 cm hat eine Induktivität von ungefähr 8 nH (5 Ω bei 100 MHz). Dies ist als Kurzschluss nicht ausreichend. Ein Kondensator, der sich als HF-Kurzschluss verhält, muss niedrige Anschluss- und Leiterbahn-Induktivitäten aufweisen. Daher muss sich jeder Versorgungs-Kondensator in unmittelbarer Nähe der beiden Anschlüsse des zu entkoppelnden ICs befinden. Auch ist es wichtig, Kondensatoren mit geringer interner Induktivität zu wählen – normalerweise Keramikkondensatoren.

Viele ICs enthalten Schaltkreise, die HF-Rauschen an ihren Versorgungen erzeugen. Dieses Rauschen muss ebenfalls mit einem Kondensator über der Versorgung kurzgeschlossen werden, bevor es andere Systemteile beeinträchtigen oder beschädigen kann. Und noch einmal – die Länge der Anschlüsse und Leiterbahnen ist entscheidend.

Lange Anschlussleitungen verhalten sich nicht nur wie Induktivitäten und machen den Kurzschluss weniger perfekt, sondern wirken als Antennen, die HF-Rauschen, das durch elektrische und magnetische Felder und elektromagnetische Strahlung in andere Systemteile verursacht wird, übertragen.

Es ist daher sehr wichtig, dass jeder Versorgungsanschluss jedes ICs (oder Anschlüsse, die alle über breite Leiterbahnen mit niedriger Induktivität verbunden werden müssen, damit kein Widerstand und keine Induktivität entsteht, und so verhindert wird, dass sie sich als Sternpunkt mit geringer Impedanz und nur einem Potenzial verhalten) über einen Kondensator mit sehr kleinem Wert mit seinem Masseanschluss verbunden sein sollte.

Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

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