集总元器件的高频特性(二)

文摘   2023-02-21 23:21   陕西  

在上一期我们介绍了集总元器件高频特性的基本理论。这一期我们重点介绍一下,应该如何利用上一期的知识来挑选合适的电阻电容电感。在最后我们将测试几个实际的器件。帮助大家对于它们的高频特性有一个感性的认识。

上一期介绍到电容和电感,在高频下分别等效为串联谐振器和并联谐振器。因此在电容和电感的手册中,你可以看到,他们各自有一个参数叫做自谐振频率。自谐振频率越高意味着这个器件在很宽的频带内都非常理想。一般我们希望器件是理想的器件,因此自谐振频率一般希望越高越好。除非你专门需要利用器件的谐振特性。

一个简单的规律是在同一个产品系列下。电容值越大的电容自谐振频率越低,电感值越大的电感字谐振频率越低。你可以想象,在有限的空间内制作大电容和大电感总是更困难的。所以同一系列下的电容和电感总是更大的值,更不理想。

这里我们以电感为例。

从企业给我们的手册中可以看到随着电感值的逐渐增大,自谐振频率逐渐降低。电容也遵循同样的道理。

关于自谐振频率的另一个重点是,在同样电容电感值的情况下,更小的封装往往意味着更高的自谐振频率。下图是两个电容值相同的电容。左边的电容封装为0402,右边的电容封装为0603。可以看到右边的电容自谐振频率要低于左边的电容。

因此在购置几种联系现实尽可能小的封装往往是更好用。同时也意味着更贵的价格。

我们还可以注意到两个电容在自谐振状态下,其阻抗的绝对大小并不相同。更小的封装,似乎拥有更大的谐振电阻。这就要提到一个重要的概念,就是Q值。Q值代表储能与损耗的比值,Q值往往是越高越好。 关于Q值我们所需要知道的是电感的Q值远远低于电容的Q值。这是由于人类工艺的限制。在感情上我也不是很喜欢用电感,但往往又迫不得已。

从上面的解释我们可以看到几种元器件的特性与加工它的工艺强相关。因此一些工程师会对所购置元器件的品牌有某种偏执。

电容方面名气比较大的是村田。我也一直用它的电容特性,非常理想而且非常稳定。十分的喜爱。电感方面村田的也可以用,品质也属中上,但是据说线艺的更棒。我没有用过,没有实测数据,姑且相信吧。

村田有一点好,就是有非常好的设计辅助工具,可以将器件的宽带特性展示的清清楚楚,并且提供了丰富的设计模型,兼容不同的设计工具(主要是类似于ADS这种电路设计工具),使用起来很方便。就是官网打开特别慢......

也许你已经注意到电容的特性似乎不是理想的rlc并联谐振电路特征。事实上我自己在用电容的时候也发现了这个规律。所以电容电感的特性不经过亲自测量和标定,是不敢轻易使用的。电容电感的特性测量是我常常进行的实验活动。接下来我们实际测量三个RLC器件,来直观的感受一下器件的宽频特性。

我们要测试的,是一个集总电容一个集总电感。长这样,都是0402封装的。

先看电容的S11,S11越低,说明通交流更顺畅

你看这个感觉,前半段还是挺像理想电容随频率阻抗下降的。但是明显可以看到有谐振出现。后面好像还有一个高次谐振。

它测试的样子长这样

然后我们看电感,看S21,越低说明阻隔交流效果越好。

也是能明显看到有谐振现象的,前半段还挺理想的,频率越高阻抗越大。而且阻隔带宽也挺宽。

事实上啊,我们购买这两个器件,绝对不是希望它们谐振在他们实际谐振的频率的。应该是器件标称的谐振频率欺骗了我们。

吐个槽哈,工程细节了解越多,对各种器件,材质的标称值就越不信任。结果就是疯狂做测试。三天两头往仪器室跑。标定所要使用的器件。确保他们都是正确的。

在我不多的使用经历中,有两个感慨。

“如果不是迫不得已,璞初并不想使用集总电感这种品质低下的东西。”

“应该说,村田是一家负责任的企业。”


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微波电磁技术中,富有乐趣的小技巧。