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射频无源组件电容电感的等效电路和仿真分析_谐振_电容器

落叶飘零 2024-11-29 08:39:02 0

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电容器与电阻器有同样的问题。
当带引线时,自感常日太高而无法在射频下利用。
它们还包括一些损耗,有时称为 ESR 或有效串联电阻。
图 1 显示了一种可能的等效电路。

图1

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图 1 用于高频仿照的电容器等效电路模型。

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(图片来自网络侵删)

由于电容器的等效电路看起来像串联 RLC 网络,因此它将具有自谐振频率。
高于此频率,它实际上表现得像电感器。
如果您考试测验利用电容器构建 LC 滤波器,这将是一个严重的毛病!

例如,100 pF 引线电容可能具有 10 nH 的串联电感。
这意味着它将在 159 MHz 处串联谐振,看起来像一个小的实际电阻。
这被称为其自谐振频率或 SRF。
如果须要更大的 C 或须要更高频率的操作,则常日利用贴片电容器。
这些电容器的电感要低得多,常日为 1 nH 的数量级。

有些情形下应避免自谐振。
例如,在存在大量瞬态行为的数字电路中,应通过添加小串联电阻来抑制谐振。

请把稳,一些常见类型的电容器在高频下根本不起浸染。
它们具有较大的电感。
除了直流电源、音频运用以及偶尔须要 RF 放大器上的低频旁路外,应避免利用这些电容器。
因此,一样平常来说,对付高频运用:

该当避免将电解电容器和钽电容器用于 RF 的运用电路中;

2 旁路电容器示例

图 1 中的等效电路模型是在 ADS 中仿照的,以绘制幅度和相位与频率的关系(图 2)。
(请参阅本号的视频 ADS 教程根本,理解如何设置。
)假设引线陶瓷电容器的范例串联电阻为 1 欧姆,电感为 10 nH。
电容为 10 nF。
对付高频旁路电容器,这可能是一个合理的选择,其功能是在一定频率范围内供应低阻抗,以防止旗子暗记泄露到电源总线中并在须要时供应良好的互换接地。

我们可以看到,电容器在 16 MHz 时自谐振,并将在约 5 MHz 至 50 MHz 之间供应相称低的接地阻抗。
对付更高频率的利用,电感低得多的芯片电容器将是一个不错的选择。

再次解释,如果存在能够引发自谐振的瞬变,则自谐振可能成为振铃的来源。

图2

图2,电容的高频寄生效应仿真事理图

图3

图 3, 高频运用中的电容的幅度和相位与频率的关系。

3 电感器

高频电路中的电感器常日实行以下角色之一:

RF 扼流圈:阻断交流电 - 常日用于偏置馈电。
谐振器:频率掌握或滤波器运用。
电抗:用于在某个繁芜频率下引入极点或零点。

正如您现在已经预见到的那样,这些与其他组件一样不理想。
等效电路如图 4 所示:

图4

图 4, 高频电感器的等效电路。

串联电阻是由于导线 IR 损耗、趋肤效应损耗、辐射、磁芯材料损耗(如果有)和介电损耗造成的。
电感器中的损耗可能非常高。
电路模型中的电容是由导线线圈匝之间的电场引起的,由于匝之间会有电位差。
有关 Zin1 的频率依赖性,请拜会图5和图6的仿真事理图和仿真结果。
另一个端口接地。
在此示例中,C = 5 pF,R = 1 欧姆,L 从 0.1 扫描至 100 μH。

电感器也是自谐振的,在高频下会表现出容抗。
这会导致视在电感在靠近谐振频率时变得非常依赖于频率。

图5

图5,电感的高频寄生效应仿真事理图

图6

图6,电感的高频寄生效应影响的仿真结果

下面的图 7的 四个 L 值与频率的参数扫描仿照。
在较低频率下,所有电感器看起来都是电感性的。
每个电感器都有明确定义的自谐振。
在自谐振频率以上,它们会显示自电容的影响。

图7

图 7寄生元件对假定的低通滤波器构造的影响:(a) 按设计,(b) 添加寄生元件,(c) 元件自谐振以上的有效电路变为高通。

用于 HF/VHF 频率范围的电感器常日会利用磁芯材料、铁粉或铁氧体,以减少实现所需电感值所需的导线长度。
有关选择这些材料的详尽指南,请参阅参考资料 。
有许多棒状或环形电感器来源。
它们还可用于通过在同轴或带状线上供应共模扼流圈来抑制滋扰。

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