LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av hcb »

Inspirerad av denna tråden fortsatte jag idag under lunchen mina mätningar. Idag tog jag mig an 330 nF kondensator (bild nedan). Inte direkt världens HF-komponent, men den får duga som exempel på att komponenter inte alltid beter sig idealt.

Samma brasklapp som jag lämnade i den andra tråden gäller här: jag har mätt efter bästa förmåga och hoppas att det är rätt mätt.
IMG_0284.jpg
Vid 100 kHz ser det OK ut:
LCR-100kHz.png
Vid 1 MHz håller sig kapacitansen fortfarande någorlunda, men Q och R// har sjunkit betänkligt:
LCR-1MHz.png
... och vid 4 MHz är det inte så mycket kapacitans kvar:
LCR-4MHz.png
Det borde betyda att det finns en resonansfrekvens mellan 1 och 4 MHz. Fasen på S11 ser ut såhär:
Phase-1-4-MHz.png
Japp, teckenbyte omkring 2.7 MHz, och det ser man litet mindre brusigt i S11s imaginärdel:
Imag-1-4MHz.png
Kikar man på impedansens belopp ser man också ett minimum (serieresonans) vid 2.7 MHz:
abs(Z)-50MHz.png
och sveper man över resonansfrekvensen ser man att C// byter tecken i resonansen.
Cpar-1-4MHz.png
Smithdiagrammet bekräftar. Från 0.1 till 400 MHz rör man sig från markör 1 (≈rent kapacitiv reaktans) över en ren kortslutning i resonansfrekvensen till en inte helt rent induktiv reaktans vid 400 MHz.
Phase-1-4-MHz.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
YD1150
Inlägg: 1943
Blev medlem: 29 oktober 2010, 22:41:10

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av YD1150 »

Då får man extra bra avkoppling vid serieresonansfrekvensen :D

Intressant att se :tumupp:
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av hcb »

Jo, det borde man ju rimligtvis få---det heter ju inte vågfälla för intet.

Den som vill grotta ner sig i kondensatorers egenskaper och varför det är svårt att avkoppla rätt (eller är det "svårt att koppla av" 8) ) hittar mycket matnyttigt i den bifogade PDFen.
sloa069.pdf
Edit: Bland annat tips om att montera chipkondensatorer vända 90° så att plattorna i kondensatorn är vinkelräta mot jordplanet. Det låter nästan som en audiofilgrej, men det stämmer!
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av hcb »

För skojs skull tog jag en 22 pF hålmonterad keramisk kondensator ur ett set med kristaller och lastkondensatorer som jag köpt av sodjan, tror jag. Den har sin serieresonansfrekvens först vid 371 MHz.
22pF.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18287
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av 4kTRB »

Du borde testa kondensatorn vid olika temperatur också
för de ändrar data rätt så snabbt då.
xxargs
Inlägg: 10183
Blev medlem: 23 september 2006, 14:28:27
Ort: Södertälje

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av xxargs »

Sedär hcb - nu har du börjat kika in i RF och radiotekniken värld - för man krånglar med sådant här hela tiden med komponenter som inte gör som det står på komponentmärkningen ;-)

Prova att linda en enlagrig spole på typ 35 µm tunn kopparfolie (bortriven från kretskort tex.) 2 eller 3 mm brett remsa i stället för rund tråd - så kommer du att se att det händer saker med Q-värdet, till det bättre med Q-värde kanske över 1000 istället för max 150 som brukar vara ganska vanligt värde när man använder rund tråd.

mycket önskat när man skall göra resonanskretsar för tex. filter oavsett om det är LP, HP eller BP-filter.


Om du skall kolla en resonanskrets olastade Q-värde (tex. en koaxbit klippt 1/4-delns våglängd för en viss frekvens eller en kristall) så mäter du S11 och gör det genom att skärmen jordas i din mätkabels skärm i samma ända som mitten ansluts (andra ändan kan vara öppen eller kortsluten - mitten ansluts via variabel kondensator helst av lufttyp och så trimmat man tills mitten av den tänkta frekvensen tills S11 kurvan är så djup som möjligt för den önskade frekvensen, därefter så tittar man efter högsta delarna på kurvan utanför resonansen och från toppen av dessa så letar man efter punkten 7 dB nedåt för branten mot resonansfrekvensen och därefter mäter frekvenserna på dessa punkter och med:

Q = F-resonans / (F-hög - F-låg).

och den vägen får ut komponentens olastade Q-värde

Kör du med simulator /vipec så kommer du att se att 7 dB-punkterna i returförlusten stämmer precis med normaliserat 0.5 + j0.5 resp. 0.5 - j0.5 i smith-diagrammet - motsvarande 3 dB-punkterna när man kör transmission och den vägen med kopplinganpassning mha. variabla kondingen har man 'trollat bort' omgivande systemets impedans utan ser bara komponentens olastade Q-värde som tex koaxresonator eller en kristalls Q-värde - eller en högtalares mekaniska Q-värde....

kör du i transmission (S21/S12) och går efter 3-dB punkterna så ser du komponentens lastade Q-värde i systemet

---

hmm svårt att skiva en text hur man gör - en bild skulle vara mer tydligt...
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av hcb »

xxargs: tack för informationen och för uppmuntran!

Jag fortsatte kondensatorundersökningarna efter att dottern somnat. Det sägs ju att det är bra att //-koppla en större och en mindre kondensator för att förbättra avkopplingsegenskaperna, så jag satte den tidigare 22pF-kondensatorn // med 330-nF-dito från den andra tråden. Så här blev det:

|Z|:
22pf+330nf-abs(Z).png
Fas, Im(S11) samt |Z|:
22pf+330nf.png
... och det intressanta området expanderat:
22pf+330nf-expanded.png
Tolkar jag det rätt att det är en parallellresonans vid 295 MHz och en serieresonans vid 387 MHz? Jag har försökt tänka efter vad fasen borde göra i de fallen, och det verkar rimligt, i alla fall vid den här tidspunkten :)

När jag tagit bort 22pF-kondensatorn ser det ut så här:
330nf-expanded.png
... och med ett större svep så här:
330nf.png

Det verkar inte _helt_självklart att man kan //-koppla kondensatorer och förvänta sig en bättre avkoppling för alla frekvenser.

Vidare kan jag meddela att det är otroligt kul att göra den här typen av mätningar :)
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
limpan4all
Inlägg: 8195
Blev medlem: 15 april 2006, 18:57:29
Ort: Typ Nyköping

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av limpan4all »

Jag är väldigt nyfiken på SMD0603 X7R 100nF // 10uF SMD0603 U5V eller bättre...
Samt SMD0603 X7R 10nF // 1uF SMD0603 X7R.
Och om man får önska SMD0603 X7R 100nF // 1uF SMD0603 X7R
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18287
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av 4kTRB »

Har du testat skillnaden mellan till exempel 1st 100nF
eller 10st 10nF i parallell?
Användarvisningsbild
lizerdboy
Inlägg: 1606
Blev medlem: 6 oktober 2003, 22:24:12
Ort: Stockholm

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av lizerdboy »

Jag hade tänkt fråga om samma sak som limpan4all :tumupp:
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av hcb »

0603-kondensatorer har jag inte hemma, däremot en sats med (tror jag) 0805 från Sure. Dielektrikumet är okänt, men jag skall göra ett försök när jag får tid.
Borre
Inlägg: 4564
Blev medlem: 14 juni 2007, 15:43:50
Ort: Hälsingland

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av Borre »

Här finns en stor artikel om avkoppling, som publicerats i Elektronik i Norden för några år sedan. I den kommer man fram till att parallellkoppla kondensatorer med olika kapacitans inte ger några fördelar. Läs den, finns mycket läsvärt i den.
http://www.axotron.se/index.php?page=27
Det finns ytterst sällan något att vinna på att blanda in kondensatorer med lägre värden än nödvändigt, däremot finns det en hel del att förlora på det i form av oönskade resonanstoppar och högre impedans vid låga frekvenser.
PDF från EiN om nån hellre vill ha det:
http://www.elinor.se/index.php/Download ... ml?gid=247
http://www.elinor.se/index.php/Download ... ml?gid=249
http://www.elinor.se/index.php/Download ... ml?gid=251
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18287
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av 4kTRB »

Ultracad har en pdf om avkoppling som är mycket läsvärd.

Citerar angående parallellkoppling av avkopplingskondensatorer:

"Paralleling capacitors does not change the selfresonant
frequency, but it effectively increases the capacitance,
reduces the inductance, and reduces the ESR compared
to a single capacitor."
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av hcb »

Så, här kommer några av kvällens mätningar. Som vanligt påpekar jag att de är gjorda efter bästa förmåga och att de inte nödvändigtvis är korrekta.

Mätjiggen ser ut så här (sista mätningen; 10 nF och 1 uF satt ovanför):
IMG_8604.jpg
Samtliga kondensatorer kommer från ett set med 0805-kondingar från Sure Electronics. Dielektrikum och övriga egenskaper är fullkomligt okända.

1 uF:
1u 1 GHz.png
Självresonansfrekvensen omkring 2.7 MHz:
1u 3 MHz.png
1 uF || 10 nF:
10nF+1uF 1 GHz.png
Samma fast med mindre svep:
10nF+1uF 70 MHz.png
10nF+1uF 30 MHz.png
... och 10 pF || 10 nF || 1uF:
10 pF+10nF 1GHz.png
Efter att ha plockat bort 1 uF blev resultatet följande:
10 pF+10nF 1GHz.png
10 pF+10nF 70 MHz.png
Till sist endast 10 pF, svept över 0.1 MHz -- 1 GHz
10 pF 1GHz.png
Jag är litet för trött för att försöka reda ut detaljerna, men jag kommer att komplettera med rimlighetsanalyser och mera på torsdag eller fredag.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
hcb
Moderator
Inlägg: 5739
Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
Skype: hcbecker
Ort: Lystrup / Uppsala
Kontakt:

Re: LCR-mätning, frekvensberoende egenskaper

Inlägg av hcb »

Av olika anledningar har det inte blivit så mycket mer utredande från min sida än, men jag mätte upp vad en kortslutning på ungefär samma ställe som kondensatorerna satt har för egenskaper. Så här såg det ut (lösningarna ser bättre ut i verkligheten :oops: ):

Det ser ut som om den lilla spole på ett varv som bildas av kortslutningnbygeln är tillräcklig för att ge en avsevärd impedans redan vid 500 MHz.
IMG_0695-3.JPG
short.png
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Skriv svar