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Hi, ich habe für meine Facharbeit eine Platine erstellt(Schaltplan und Layout im Anhang) mit der ich den Effekt der kapazitiven Kopplung untersuchen wollte. Die Strösenken-Leiterbahnen sind 0.3mm dick und in 0.6mm-Schritten angeordnet. Sie verlaufen 8cm lang parallel zur Störquellen-Leiterbahn. An dieser liegt eine 5V, 20MHz Rechteckspannung an. Nach der Formel:
Ergeben sich die Koppelkapazitäten jeweils zu 4.06pF, 2.59pF und 2.16pF. Die Berechnung der Störspannung erfolgt über einen komplexen Spannungsteiler und ergibt: 2.25V, 1.53V und 1.30V. Im Versuch ergeben sich allerdings Werte um 140mV. Woran kann diese massive Abweichung liegen? Wenn das kein Messfehler sein sollte, scheint das Modell ja nicht viel zu taugen. Da unsere Schule mit Top-Equipment ausgestattet ist, gab es keine geeigneten Tastköpfe zum Ausgleich der Eingangskapazität des OSCars, sondern nur einfache Messspitzen. Die daraus resultierende Frequenzabhängigkeit der Messspannung könnte eine Fehlerursache sein. Aber ein Fehler von über einer Zehnerpotenz??? Eins von beiden ist falsch: Das Modell oder die Messung. Nur was? mfg The Scientist
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Ein Standart-Tastkopf 1:10 hat ca. 10 pf Eingangskapazität ... Gruss
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Das sind Lambda/4 Microstrip-Richtkoppler. Mit Verkürzungfaktor von etwa 2 wäre die Wellenlänge also 64cm, das sind ca 470 MHz. Es kommt beim Richtkoppler auf die Flußrichtung an, die Auskopplung hat bei diesen einfachen Kopplern allerdings eine Richtschärfe von etwas mehr als 10 dB. Wieviel da überkoppelt ist eine Frage des Oberwellengehalts der 20 MHz Rechteckschwingung im genannten Frequenzbereich. Zu Null Hertz hin fällt die Kopplung nach minus unendlich ab.
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Dazu gibts Berechnungsprogramme, hier Aplac, die Abbildung stammt von: http://www.elektronikschule.de/~krausg/APLAC_Schal... Das sind natürlich Leitungen, die allseitig mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen sind, keine leerlaufenden Leitungen. Hier noch ein Text zur Theorie dieser Koppler. http://www.ee.bilkent.edu.tr/~microwave/programs/m... Ich nehme auch an, dass der Tastkopf die Messung zu stark verfälscht, ohne definierte Messbedingungen wird das immer sehr ungenau bleiben.
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was heißt das denn konkret? Ich habe von HF jetzt nicht sooo viel ahnung. Die Modellrechnung hab ich aus einem Buch über EMV(http://www.teubner.de/index.php;do=show/site=t/boo...), wo die kapazitive Kopplung durch einen Kondensator modelliert wird. Ich interpretiere deinen Beitrag so, dass dieses Modell selbst bei 20MHz sehr ungenau ist(eine zehner Potenz) und die Messergebnisse durchaus stimmen können.
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Wie schaut's mit der induktiven Kopplung aus ? Villeicht sollte man das Ganze auch in Abhaengigkeit der Frequenz messen.
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@6639: Klar hätte ich auch gemacht, wenn die Facharbeit nicht auf 12 DIN A4 Seiten beschränkt wäre. Und ich muss den Effekt ja erstmal theoretisch erklären und noch so ne allgemeine Einführung geben. Da bleibt nicht mehr viel für ne genaue Untersuchung. Induktive Kopplung sollte recht klein sein, da kleiner Strom in der Störquelle und großer Innenwiderstand der Störsenke(100k). Und wenn, sollte sie die Störung doch eher verstärken, oder? Worum es mir geht ist einfach: Lässt sich der Effekt, wie im gennanten Buch, durch einen Spannungsteiler aus Koppelkapazität und Impedanz der Störsenke - Innenwiderstand + Last - einigermaßen mathematisch beschreiben? Dann wären die Messergebnisse total daneben und ich könnte argumentieren, das Schulequipment lässt eine solche Messung nicht zu. Wenn aber die Messergebnisse so normal sind für den dargestellten Aufbau, dann wäre das Modell selbst für eine grobe Abschätzung nicht zu gebrauchen. mfg The Scientist
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Du brauchst zum messen was sehr hochohmiges. Ein normaler Tastkopf geht nicht. Vielleicht kann man aber was mit einem Gleichrichter aus vorgespannten Dioden machen. Da kann man wenigstens den Spitzenwert ganz sinnvoll bestimmen. Ansonsten braucht man ein FET-Tastkopf. (Oder Du nimmst einen sehr hochohmigen Spannungsteiler - 1:200 vielleicht.) Aber das ganze Konzept ist eigentlich Murks (oder soll ich gronottig schreiben?). Für sowas nimmt man einen (vektoriellen) Networkanalyser der einem die S-Parameter Frequenzabhängig ausgibt. Da muss man sich auch keine Gedanken um Tastköpfe etc. machen und kalibriert auch die Zuleitungen bis zum Koppler auf der Platine mit heraus. Den induktiven Teil kannst Du u.U. nicht vernachlässigen weil es ja einen Wellenwiderstand gibt und da bei den Flanken schon ein Strom von U/Z fließt, bis die elektromagnetische Welle - die sich ja nun mal nur mit maximal der Lichtgeschwindigkeit ausbreitet - merkt, dass die Leitung ja eigentlich im Leerlauf ist. Ansonsten ist die Formel aber auch nur eine Nährung weil das Platinensubstrat ja eine andere relative Dielektrizätskonstante als die Luft aufweist und es IMO überhaupt keine geschlossene analytische Lösung dafür gibt. (Was ich sogar bei zwei Rechtecken in einem homogenen Dielektrikum bezweifel.) Also nimm erst mal ein einfaches 2D-FEM Progamm und schau mal was die tatsächliche Koppelkapazität ist. Mindestens ein Progamme gibt es sogar kostenlos. Viele Grüße, Martin L.
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