Widerstand / Induktivität im Hochfrequenzbereich

Hallo zusammen,

ich habe einmal eine Frage zu Widerständen und Induktivitäten im Bezug auf Hochfrequenz/ Hochfrequenzbereich.

Kann mir eventuell einmal jemand erklären, wie sich Widerstände und Induktivitäten ;bzw. Dioden wäre auch noch dabei; im Hochfrequenzbereich verhalten. Ich habe schon im Netz gesucht, aber irgendie nix gefunden, was mir persönlich weiter hilft.

Wäre klasse, wenn mir da jemand weiterhelfen könnte. Vielleicht kennt ja auch jemand ne gute Internetseite, auf der dieses Thema verständlich erklärt wird.

Vielen Dank!

Grüße
Sven

Hallo Sven,

Kann mir eventuell einmal jemand erklären, wie sich
Widerstände und Induktivitäten ;bzw. Dioden wäre auch noch
dabei; im Hochfrequenzbereich verhalten. Ich habe schon im
Netz gesucht, aber irgendie nix gefunden, was mir persönlich
weiter hilft.

Für jedes Bauteil gibt es ein Ersatzschaltbild mit den Induktiven und Kapazitiven Komponenten.
Bei DC und im niederfrequenten Bereich bringen diese oft keine Nennenswerten Beiträge.

Bei HF wirkt schon ein gerader Draht als Induktivität.

Vieles hängt sehr von der Bauart ab. Ein gewickelter Drahtwiderstand ist eine Spule. Ein zylindrischer Schichtwiderstand oft auch, weil zum Abgleich eine Wendel geschliffen wird, also wieder eine Spule entsteht.

Bei z.B. Kohlemasse-Widerständen gibt es keine Spule. Aber wie oben schon angemerkt, wirkt bei entsprechender Frequenz der Anschlussdraht als solche.

Je höher die Frequenz wird umso mehr spielt der ganze mechanische Aufbau eine grössere Rolle.
Das Schaltschema zeigt seine Unzulänglichkeiten und muss durch mechanische Zeichnungen ergänzt werden.

MfG Peter(TOO)

Kann mir eventuell einmal jemand erklären, wie sich Widerstände und Induktivitäten ;bzw. Dioden wäre auch noch dabei; im Hochfrequenzbereich verhalten.

Hallo Sven,

das hängt vom Aufbau und Grüße des Bauteils ab. Eine pauschale Angabe ist nicht möglich.

Schau mal bei Vishay http://www.vishay.com nach. Vishay hat in den vergangenen Jahren sehr viele Widerstands-, Kondensator- und Diodenhersteller aufgekauft.

Infos über das HF-Verhalten von Flachchip-Widerständen bietet Vishay z. B. http://www.vishay.com/docs/49335/carts_20.pdf

Zu Spulen:
Im Bemessungsfrequenzbereich überwiegt die Induktivität L.
Bei sehr tiefen Frequenzen (inkl. Gleichstrom) kommt ein Serienwiderstand Rs hinzu (Gleichstromwiderstand des Leiters).
Zu höheren Frequenzen merkt man die Kapazität zwischen den Windungen. Das entspricht einem Parallelkondensator Cp. Bei der Resonanzfrequenz wird das Gebilde hochohmig (Parallelschwingkreis).
Das Impedanzmaximum im Resonanzpunkt kann man als zusätzlichen Parallelwiderstand Rp betrachten.

Mit diesen vier Bauteilen kann man eine Spule sehr breitbandig betrachten, rel. genau bis etwa zum 1,5-fachen der Eigenresonanzfrequenz.

Tipp: Die kostenlose Simulationssoftware LTspice http://www.linear.com hat die Ersatzschaltbilder in ihren Modellen implementiert und in der Hilfe dazu kurz beschrieben.

Bernhard

Hallo Sven,

Kann mir eventuell einmal jemand erklären, wie sich
Widerstände und Induktivitäten ;bzw. Dioden wäre auch noch
dabei; im Hochfrequenzbereich verhalten. Ich habe schon im
Netz gesucht, aber irgendie nix gefunden, was mir persönlich
weiter hilft.

Für jedes Bauteil gibt es ein Ersatzschaltbild mit den
Induktiven und Kapazitiven Komponenten.
Bei DC und im niederfrequenten Bereich bringen diese oft keine
Nennenswerten Beiträge.

Bei HF wirkt schon ein gerader Draht als Induktivität.

Vieles hängt sehr von der Bauart ab. Ein gewickelter
Drahtwiderstand ist eine Spule. Ein zylindrischer
Schichtwiderstand oft auch, weil zum Abgleich eine Wendel
geschliffen wird, also wieder eine Spule entsteht.

Bei z.B. Kohlemasse-Widerständen gibt es keine Spule. Aber wie
oben schon angemerkt, wirkt bei entsprechender Frequenz der
Anschlussdraht als solche.

Je höher die Frequenz wird umso mehr spielt der ganze
mechanische Aufbau eine grössere Rolle.
Das Schaltschema zeigt seine Unzulänglichkeiten und muss durch
mechanische Zeichnungen ergänzt werden.

MfG Peter(TOO)

Hallo,

vielen Dank schon einmal für die Hilfe!

Also wenn ich das richtig verstehe, verhält sich ein Widerstand samt seiner Anschlussdrähte als eine Induktivität bei sehr hohen Frequenzen!?

Ich habe ein Ersatzschaltbild eines Widerstandes, in dem noch ein Kondensator parallel zum Widerstand eingezeichnet ist. Heißt das, dass sich an den Enden des Kondensator Ladungen bilden bei hohen
Frequenzen, die dadurch dann noch eine Kapazität bilden!?

Wird der Widerstand bei steigender Frequenz nicht auch noch höher und zwar durch den Skineffekt, da der Querschnitt, durch den der Strom durch den Widerstand fließt, aufgrund des Effektes kleiner wird!?

Nun zu Spulen:
>Bei der Resonanzfrequenz wird das Gebilde hochohmig (Parallelschwingkreis).
Wodurch wird das ganze hochohmig? Spielt dabei auch wieder der Skineffekt eine Rolle, weil der genutzte Leiterquerschnitt quasi verringert wird?

Durch die Kapazitäten zwischen den Wicklungen und der INduktivität und dem Widerstand des Drahtes entsteht der Parallelschwingkreis (Ersatzschaltung) Bei der Grenzfrequenz dieses Parallelschwingkreises der aus den auftretenden Effekten besteht, wird die Induktivität, wie ein rein ohmscher Widerstand? Diese Frequenz würde sich doch dann mit der normalen Formel für den Parallelschwingkreis berechnen lassen. 1/(2*pi*sqt(L*C))!? Wobei das dann ja nur bei hohen Frequenzen gilt, weil die Kapazität zwischen den Windungen ja nur bei hohen Frequenzen auftritt. Kann man somit sagen, dass sich die SPule zu höheren Frequenzen immer mehr wie ein ohmscher Widerstand verhält, bis zum Maximum bei der Resonanzfrequenz?

Grüße
Sven

Also wenn ich das richtig verstehe, verhält sich ein Widerstand samt seiner Anschlussdrähte als eine Induktivität bei sehr hohen Frequenzen!?

Nicht immer, das hängt vom Aufbau ab. Bei gewendelten, niederohmigen Widerständen überwiegt der durch den Wendel erzeugte induktive Anteil. Bei hochohmigen Masse- oder Flachchip-Widerständen überwiegt die Kapazität der Anschluss-Kontaktierungen (Plattenkondensator).

Ich habe ein Ersatzschaltbild eines Widerstandes, in dem noch ein Kondensator parallel zum Widerstand eingezeichnet ist. Heißt das, dass sich an den Enden des Kondensator Ladungen bilden bei hohen Frequenzen, die dadurch dann noch eine Kapazität bilden!?

S. o. (Plattenkondensator)

Wird der Widerstand bei steigender Frequenz nicht auch noch höher und zwar durch den Skineffekt, da der Querschnitt, durch den der Strom durch den Widerstand fließt, aufgrund des Effektes kleiner wird!?

Ja. Die Widersandsschicht ist bei den meisten Bauformen sehr dünn (Schicht- oder Filmwiderstand). Dann wird der Skineffekt erst im oberen GHz-Bereich merklich, wobei ihn andere Effekte völig überdecken.

Nun zu Spulen: Bei der Resonanzfrequenz wird das Gebilde hochohmig (Parallelschwingkreis).

Wodurch wird das ganze hochohmig? Spielt dabei auch wieder der Skineffekt eine Rolle, weil der genutzte Leiterquerschnitt quasi verringert wird?

Primär zeigt das „Bauteil Spule“ das gleiche Verhalten wie ein Parallelschwingkreis. dessen Impedanz steigt bei der Resonanzfrequenz stark an. Der Skineffekt erzeugt zusätzliche Verluste, dadurch wird die Impedanz (ohmscher Parallelwiderstand) nicht unendlich hoch.

Durch die Kapazitäten zwischen den Wicklungen und der INduktivität und dem Widerstand des Drahtes entsteht der Parallelschwingkreis (Ersatzschaltung) Bei der Grenzfrequenz dieses Parallelschwingkreises der aus den auftretenden Effekten besteht, wird die Induktivität, wie ein rein ohmscher Widerstand?

Eine Induktivität wirkt nie wie ein rein ohmscher Widerstand. Bei der Induktivität sind hinkt der Strom der Spannung hinterher, beim Kondensator umgekehrt und beim ohmschen Widerstand sind beide stets gleichphasig.

Diese Frequenz würde sich doch dann mit der normalen Formel für den Parallelschwingkreis berechnen lassen. 1/(2*pi*sqt(L*C))!? Wobei das dann ja nur bei hohen Frequenzen gilt, weil die Kapazität zwischen den Windungen ja nur bei hohen Frequenzen auftritt.

Genau so wird die Resonanzfrequenz berechnet (bzw. man misst die Resonanzfrequenz und berechnet die dazu passende Parallelkapazität). Das gilt immer, d. h. bei allen Frequenzen. Bei tiefen Frequenzen kann man die Kapazität manchmal vernachlässigen.

Kann man somit sagen, dass sich die SPule zu höheren Frequenzen immer mehr wie ein ohmscher Widerstand verhält, bis zum Maximum bei der Resonanzfrequenz?

Ja. Bei tiefen Frequenzen wie ein ohmscher Widerstand, dann wird sie induktiv, dann wieder mehr ohmsch (bei der Resonanfrequenz rein ohmsch) und bei noch höherer Frequenz sogar kapazitiv.

Irgendwo zwischen 0 Hz und der Resonanzfrequenz liegt daher eine Frequenz, bei der eine Spule ihre maximale Güte (Verhältnis von induktivem Widerstand zu ohmschem Widerstand) besitzt.

Bernhard

Hallo,

vielen Dank zusammen für die ausführlichen Erklärungen!

Grüße
Sven

Hallo Sven,

Also wenn ich das richtig verstehe, verhält sich ein
Widerstand samt seiner Anschlussdrähte als eine Induktivität
bei sehr hohen Frequenzen!?

Du musst das von der mechanischen Seite angehen:

Zwei parallele Leiter bilden einen Kondensator.

Einen 90° geknickten Draht kannst du als eine 1/4 Windung einer Spule betrachten.
Bei sehr hohen Frequenzen braucht es nicht einmal den Knick.

Betrachten wir mal diesen Widerstand:
http://www.itwissen.info/bilder/aufbau-des-kohlewide…

R besteht aus dem Wendel der Kohleschicht, dem (Übergangswiderstand der beiden Anschlusskappen und den beiden Drähten.

L wird hauptsächlich durch den Wendel der Kohleschicht gebildet, ist ja im Prinzip eine Spule.

Ein C wird durch die beiden Kappen gebildet. Aber auch zwischen den einzelnen Windungen findest du Kondensatoren.
Wenn man jetzt diese Widerstand noch stehend einbaut, also den rechten Draht um 180° biegt, sodass er parallel zum linken zu liegen kommt, wird es noch wilder.
Du bekommst ein weiteres C zwischen den beiden Drähten und zwischen dem Draht und jeder Wicklung der Kohleschicht.
Die Cs liegen zwar im einstelligen pF- Bereich und darunter, aber bei entsprechenden Frequenzen muss man sie berücksichtigen.

Ein IC-Sockel hat zwischen benachbarten Kontakten schnell einmal 2-4 pF.

Installationsleitungen haben auch schon mal 100 nF bei 100m Kabellänge. Das spielt bei 50 Hz noch keine Rolle, sieht aber bei 1 MHz schon ganz anders aus.

In der Praxis wirst du kein Bauteil finden, welches als Ersatzschaltbild, keine RLC Schaltung ist.

MfG Peter(TOO)
P.S.MOD: bitte keine Vollzitate

Hallo Sven und Mitleser!

Du musst das von der mechanischen Seite angehen…
In der Praxis wirst du kein Bauteil finden, welches als Ersatzschaltbild, keine RLC Schaltung ist.

Ich meine, das sind zwei Kernaussagen von Peter(TOO), die man sich merken sollte.

Die parasitären Effekte werden durch den mechanischen Aufbau erzeugt und das elektrische Verhalten kann durch Kombination von Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten nachgebildet werden.

Falls du in eine Bibliothek kommst, möchte ich folgendes Buch empfehlen:
Dr. Michael Reisch: „Elektronische Bauelemente - Funktion, Grundschaltungen, Modellierung mit SPICE“, Springer-Verlag, ISBN 978-3-540-34014-0 Buch anschauen.

Bernhard

Hallo zusammen, guten morgen…

vielen Dank für die vielen Beiträge und die ausführlichen Erläuterungen. Das hat mir wiklich weitergeholfen. Recht vielen Dank!

Beste Grüße
Sven