Kapazitive Kopplung

Die kapazitive Kopplung stellt im Bereich der Elektrotechnik die Übertragung von Energie zwischen zwei physisch nicht miteinander verbundenen Leitern aufgrund des gegenseitigen unterschiedlichen elektrischen Potentials dar[1][2][3][4]. Es kann sich dabei um einen unerwünschten parasitären Effekt (z. B. das Nebensprechen zweier Kabelleitungen[5]) oder um einen erwünschten Effekt (z. B. für eine kontaktlose Messmethode[6]) handeln.

Die kapazitive Kopplung ist frequenzabhängig und nimmt mit zunehmender Frequenz zu. Da die elektrische Kapazität zwischen Leitern mit steigender Entfernung abnimmt, ist die kapazitive Kopplung sehr stark abstandsabhängig und daher nur bei kleinen Abständen nutzbar.

Die unerwünschte kapazitive Kopplung ist (neben induktiver Kopplung, galvanischer Kopplung und Strahlungskopplung) eine der Kopplungsarten, die für die Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eine Rolle spielt. Sie ist eine Ursache für unerwünschtes Übersprechen zwischen parallel geführten Telefonleitungen. Als erwünschter Effekt kommt sie in der Schaltungstechnik zur Kopplung zweier Schaltkreise unter bestimmten Rahmenbedingungen zum Einsatz; als Kopplungskapazität werden hierbei entsprechend gewählte Kondensatoren benutzt.

Elektromagnetische Verträglichkeit

Prinzip der kapazitiven Kopplung, mit Feldbeschreibung (A) und als Netzwerkmodell (B)

Die kapazitive Kopplung betrifft im Rahmen der EMV verschiedene räumlich benachbarte elektrische Schaltungsteile, welche in Folge von Streukapazitäten gekoppelt sind. Tritt zwischen zwei Stromkreisen eine Potentialdifferenz auf, d. h. liegen sie auf unterschiedlichem Potential, so entsteht ein elektrisches Feld E. Dieses elektrische Feld kann bei zeitlicher Veränderung Verschiebungsströme verursachen, welche sich als Spannungsfälle in einer dem Nutzsignal überlagerten Störspannung äußern. Die Feldwirkung wird in Netzwerken, wie in der Abbildung rechts, als eine Kapazität mit der Streukapazität C_s modelliert.

Schaltungstechnische Anwendung

Transistorverstärkerstufe mit Koppelkondensatoren an Ein- und Ausgang

Wenn zwei Teile eines Stromkreises auf verschiedenen Gleichspannungspotenzialen liegen, aber ein Wechselspannungssignal (Beispiel: Audiosignal) von einem zum anderen Schaltungsteil übertragen werden soll, schaltet man einen Kondensator dazwischen. Wenn er eine genügend hohe Kapazität aufweist, ist seine Impedanz für die zu übertragenden Wechselspannungssignale vernachlässigbar oder zumindest beherrschbar; die Gleichspannungskomponente, welche unter anderem für die Arbeitspunkteinstellung der Verstärkerstufe benötigt wird, wird hingegen abgeblockt.

Literatur

Adolf J. Schwab: Elektromagnetische Verträglichkeit. 4. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 1996, ISBN 3-540-60787-0, S. 23–24.
- Adolf Schwab, Wolfgang Kürner: Elektromagnetische Verträglichkeit. 6. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg u. a. 2011, ISBN 978-3-642-16609-9, S. 123, doi:10.1007/978-3-642-16610-5.

Einzelnachweise

Kapazitive Kopplung. Deutsche Gesellschaft für EMV-Technologie e.V., abgerufen am 10. August 2020.
Heinz Zenkner, Markus Haller: Phänomene in der EMV: Elektromagnetische Kopplung und Signalzusammensetzung. In: elektroniknet.de. 16. April 2018, abgerufen am 10. August 2020.
Adolf Schwab, Wolfgang Kürner: Elektromagnetische Verträglichkeit. Springer, Berlin/Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-16609-9, S. 123, doi:10.1007/978-3-642-16610-5.
Nicolai Korshenewsky, Wilhelm T. Runge, F. Schröter (Hrsg.): Lehrbuch der drahtlosen Nachrichtentechnik: Fernsehtechnik 2. Teil – Technik des elektronischen Fernsehens. Springer, Berlin/Heidelberg 1963, ISBN 978-3-642-92863-5, S. 530, doi:10.1007/978-3-642-92863-5.
Maßnahmen gegen kapazitive Kopplung. In: Planungskompendium Energieverteilung. 10. September 2017, abgerufen am 10. August 2020.
Stefan Finkbeiner, Wolfgang-Michael Müller, Wolfgang Welsch, Hartmut Kittel, Christian Bauer: Sensormessprinzipien. In: Sensoren im Kraftfahrzeug. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-11210-3, S. 26–111, doi:10.1007/978-3-658-11211-0_2.

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[1] Kapazitive Kopplung. Deutsche Gesellschaft für EMV-Technologie e.V., abgerufen am 10. August 2020.

[2] Heinz Zenkner, Markus Haller: Phänomene in der EMV: Elektromagnetische Kopplung und Signalzusammensetzung. In: elektroniknet.de. 16. April 2018, abgerufen am 10. August 2020.

[3] Adolf Schwab, Wolfgang Kürner: Elektromagnetische Verträglichkeit. Springer, Berlin/Heidelberg 2011, ISBN 978-3-642-16609-9, S. 123, doi:10.1007/978-3-642-16610-5.

[4] Nicolai Korshenewsky, Wilhelm T. Runge, F. Schröter (Hrsg.): Lehrbuch der drahtlosen Nachrichtentechnik: Fernsehtechnik 2. Teil – Technik des elektronischen Fernsehens. Springer, Berlin/Heidelberg 1963, ISBN 978-3-642-92863-5, S. 530, doi:10.1007/978-3-642-92863-5.

[5] Maßnahmen gegen kapazitive Kopplung. In: Planungskompendium Energieverteilung. 10. September 2017, abgerufen am 10. August 2020.

[6] Stefan Finkbeiner, Wolfgang-Michael Müller, Wolfgang Welsch, Hartmut Kittel, Christian Bauer: Sensormessprinzipien. In: Sensoren im Kraftfahrzeug. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-11210-3, S. 26–111, doi:10.1007/978-3-658-11211-0_2.