Was ist parasitäre Kapazität?

Die parasitäre Kapazität in elektrischen Schaltkreisen ist der zusätzliche Effekt von Leitern, die als Platten zwischen einem Dielektrikum dienen, das normalerweise Luft ist. Bei höheren Frequenzen wird dies zu einem Problem, da die vorhandenen sehr kleinen verteilten Kapazitäten bei diesen Frequenzen niedrigere Impedanzen aufweisen. Dieser Effekt kann in der Phase des Schaltungsentwurfs angegangen werden, wo die Positionierung von Komponenten die Auswirkungen bis zu einem Punkt verringern kann, an dem ein zufriedenstellender Betrieb erreichbar ist.

Kondensatoren sind als konzentrierte oder verteilte Komponenten erhältlich. Als konzentrierte Komponenten gelten diese Kondensatoren als auf bestimmte Komponenten beschränkt; für verteilte Kapazitäten besteht Planungsbedarf im Komponenten- und Schaltungsdesign. Bei der Herstellung eines Induktors ist immer eine verteilte Kapazität beteiligt; dies kann als parasitäre Kapazität angesehen werden. Ein idealer Induktor hat eine verteilte Kapazität von null; daher wird es bei einer Frequenz in der Nähe von Unendlich mitschwingen. Es ist bekannt, dass die meisten Induktoren aufgrund der verteilten Kapazität der Wicklung, die zu einer messbaren Resonanzfrequenz führt, eine nicht unendliche Resonanzfrequenz haben.

Parasitäre Kapazitäten in Hochfrequenz-(HF)-Verstärkern können dazu führen, dass diese Verstärker aufgrund von parasitären Verlusten eine geringe Verstärkung aufweisen. In einigen Fällen kann dies dazu führen, dass diese Verstärker schwingen. Bei parasitärer Kapazität ist die tatsächliche Schaltung in der realen Welt die Schaltung, die in der Entwurfsphase gezeichnet wurde, plus Kapazitäten zur Erde oder zwischen verschiedenen Punkten der Schaltung. In einigen Fällen besteht die Lösung einfach darin, die konzentrierte Kapazität für eine bestimmte Schaltungsposition zu reduzieren. In anderen Fällen könnte die Lösung darin bestehen, eine Induktivität zu erhöhen, um einen bestimmten Frequenzdurchlassbereich aufrechtzuerhalten.

Es gibt Fälle, in denen die Eigenschaften des elektronischen Bauteils parasitäre Kapazitäten kompensieren können. Beispielsweise kann die verringerte HF-Ausgabe aufgrund einer parasitären Kapazität durch Verwendung eines Transistors mit höherer Verstärkung erhöht werden. In einigen Fällen können die ungeraden Effekte der parasitären Kapazität durch Hinzufügen von Schaltungsstufen kompensiert werden.

Ein parasitäres Element kann aufgrund der Nähe von Leitern oder der Länge von Leiterbahnen, Drähten oder Zuleitungen von Komponenten vorhanden sein. Der übliche Ansatz zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit, ein parasitäres Element zu entdecken, besteht darin, Leiter zu verkürzen und die Oberfläche in Komponenten und Leiterbahnen auf gedruckten Leiterplatten (PCBs) zu verringern. Basierend auf den genannten Praktiken zur Vermeidung übermäßiger parasitärer Effekte hat sich die Miniaturisierung von Bauteilen und Leiterbahnen auf der Leiterplatte durchgesetzt.

Bei digitalen Schaltkreisen beeinflussen die Anstiegszeit und Abfallzeit des digitalen Signals stark die erreichbaren Höchstgeschwindigkeiten. Die parasitäre Kapazität an den Ein- und Ausgängen der digitalen Geräte erhöht die Anstiegs- und Abfallzeiten. Eine Alternative besteht darin, Ausgabegeräte zu verwenden, die höhere Ströme injizieren können, um die parasitären Kapazitäten zu kompensieren. Leider erhöht dieser Ansatz den Gleichstrom-(DC)-Leistungsverbrauch. Dies erklärt, warum sehr schnelle digitale Schaltungen normalerweise große Mengen an Gleichstrom benötigen.