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探討一下電容的高頻特性

2022年08月11日 11:45 射頻美學(xué) 作者:RF Technologies 用戶評(píng)論(0

01 高頻電容的作用

射頻領(lǐng)域,貼片式電容的作用非常豐富,可以進(jìn)行濾波器調(diào)諧、阻抗匹配、晶體管有源器件的偏置電路等等,了解電容的高頻特性顯得非常重要。

02?平行板電容器

當(dāng)平行板的尺寸大于其間隔時(shí),常規(guī)電路分析理論對(duì)平行板電容器的電容定義如下:

poYBAGL0esGALsYAAAAHTKlBr1Q773.png

其中A代表平板的面積,d代表平板的間隔,ε代表真空電容率,ε=1/4πk。???

理想情況下,平板間沒有電流。

poYBAGL0etWAWrYLAAA04C37hk8960.png

?

03?電容器的阻抗表達(dá)式及損耗角正切

在高頻時(shí),電介質(zhì)變得有損耗了(即有傳導(dǎo)電流存在)。所以電容器的阻抗表示成電導(dǎo)Ge和電納ωC 的并聯(lián)組合:

poYBAGL0euWAfdnIAAALTCUa-A8515.png

在上面的表達(dá)式中,直流電流起源于電導(dǎo)Ge=σA/d,其中σ是介質(zhì)的電導(dǎo)率。

目前習(xí)慣引入損耗角正切tanΔ,其中tanΔ=σ/ωε,將其帶入Ge的表達(dá)式中,得到:

Ge=σA/d=(ωεA/d)tanΔ=ωCtanΔ。

04 高頻電容的等效模型

考慮到寄生引線電感L,引線歐姆損耗的串聯(lián)電阻Rs?以及介質(zhì)損耗電阻Re,?

所以一個(gè)高頻電容的等效電路如下圖所示:
?

poYBAGL0ewOABJfFAABg1islhR0672.png

進(jìn)一步電容器的阻抗表達(dá)式可以詳細(xì)表達(dá)如下:

poYBAGL0ewmARAElAAAPEKrt6Ng729.png

所以電容的阻抗絕對(duì)值和頻率的關(guān)系如下圖所示:
?

poYBAGL0exmAKr94AACfiW3TKWM123.png

解析:在低頻時(shí),其電阻器的阻抗是線性下降,表現(xiàn)為容性特質(zhì);

當(dāng)頻率到達(dá)一定值時(shí),比如到了GHz時(shí),出現(xiàn)了一個(gè)諧振點(diǎn),使整個(gè)電容器的阻抗值達(dá)到了最低,通常來講會(huì)出現(xiàn)多個(gè)諧振點(diǎn)。

當(dāng)頻率超過諧振點(diǎn)頻率之后,由于電感效應(yīng)的增強(qiáng),使得整個(gè)電阻器的阻抗又繼續(xù)上升。


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