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簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

貿(mào)澤電子 ? 來源:djl ? 作者:貿(mào)澤電子 ? 2019-08-19 11:23 ? 次閱讀

我們先來說說電容,都說大電容低頻特性好,小電容高頻特性好,那么根據(jù)容抗的大小與電容C及頻率F成反比來說的話,是不是大電容不僅低頻特性好,高頻特性更好呢,因為頻率越高,容量越大,容抗就越低,高頻就是否越容易通過大電容呢,但從大電容充放電的速度慢來說的話,高頻好象又不容易通過的,這不很矛盾嗎?

首先,高頻低頻是相對的。

如果頻率太高,那么,電容的容量變得再大也沒有意義,因為,大家知道,線圈是電感,是阻高頻的,頻率越高,阻礙作用越大。盡管電感量很小,但是,大容量電容一般都有較長的引腳和較大的極板圈在一起,這時,電容兩腳的等效電感量已經(jīng)對高頻起了很大的阻礙作用了。

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

因此,高頻不容易通過高頻性能差的大容量電解電容,而片狀的陶瓷電容則在價格性能上占盡優(yōu)勢。

同理,是不是電感越大對高頻了阻礙作用越大呢?

不是。為了得到較大的電感量,必須有盡可能多、盡可能大的線圈,而這些導(dǎo)體就向電容的無數(shù)個極板,如果碰巧這些極板間距又較近的話(這是追求多圈數(shù)無法避免的),分布電容會給高頻信號提供通路。

所以,不同頻段的信號要選用合適容量的電容和電感。

下面咱們一起把最常用的三個無源器件,電阻、電容、電感的高頻等效電路分析一下:

1、高頻電阻

低頻電子學(xué)中最普通的電路元件就是電阻,它的作用是通過將一些電能裝化成熱能來達到電壓降低的目的。電阻的高頻等效電路如圖所示,其中兩個電感L模擬電阻兩端的引線的寄生電感,同時還必須根據(jù)實際引線的結(jié)構(gòu)考慮電容效應(yīng);用電容C模擬電荷分離效應(yīng)。

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

電阻等效電路表示法

根據(jù)電阻的等效電路圖,可以方便的計算出整個電阻的阻抗:

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

下圖描繪了電阻的阻抗絕對值與頻率的關(guān)系,正像看到的那樣,低頻時電阻的阻抗是R,然而當(dāng)頻率升高并超過一定值時,寄生電容的影響成為主要的,它引起電阻阻抗的下降。當(dāng)頻率繼續(xù)升高時,由于引線電感的影響,總的阻抗上升,引線電感在很高的頻率下代表一個開路線或無限大阻抗。

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

一個典型的1K?電阻阻抗絕對值與頻率的關(guān)系

2、高頻電容

片狀電容在射頻電路中的應(yīng)用十分廣泛,它可以用于濾波器調(diào)頻、匹配網(wǎng)絡(luò)晶體管的偏置等很多電路中,因此很有必要了解它們的高頻特性。電容的高頻等效電路如圖所示,其中L為引線的寄生電感;描述引線導(dǎo)體損耗用一個串聯(lián)的等效電阻R1;描述介質(zhì)損耗用一個并聯(lián)的電阻R2。

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

電容等效電路表示法

同樣可以得到一個典型的電容器的阻抗絕對值與頻率的關(guān)系。如下圖所示,由于存在介質(zhì)損耗和有限長的引線,電容顯示出與電阻同樣的諧振特性。

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

一個典型的1pF電容阻抗絕對值與頻率的關(guān)系

3、高頻電感

電感的應(yīng)用相對于電阻和電容來說較少,它主要用于晶體管的偏置網(wǎng)絡(luò)或濾波器中。電感通常由導(dǎo)線在圓導(dǎo)體柱上繞制而成,因此電感除了考慮本身的感性特征,還需 要考慮導(dǎo)線的電阻以及相鄰線圈之間的分布電容。電感的等效電路模型如下圖所示,寄生旁路電容C和串聯(lián)電阻R分別由分布電容和電阻帶來的綜合效應(yīng)。

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

高頻電感的等效電路

與電阻和電容相同,電感的高頻特性同樣與理想電感的預(yù)期特性不同,如下圖所示:首先,當(dāng)頻率接近諧振點時,高頻電感的阻抗迅速提高;第二,當(dāng)頻率繼續(xù)提高時,寄生電容C的影響成為主要的,線圈阻抗逐漸降低。

簡要分析元器件在低頻和高頻中特性區(qū)別

電感阻抗絕對值與頻率的關(guān)系

總之,在高頻電路中,導(dǎo)線連同基本的電阻、電容和電感這些基本的無源器件的性能明顯與理想元件特征不同。讀者可以發(fā)現(xiàn)低頻時恒定的電阻值,到高頻時顯示 出具有諧振點的二階系統(tǒng)相應(yīng);在高頻時,電容中的電介質(zhì)產(chǎn)生了損耗,造成電容起呈現(xiàn)的阻抗特征只有低頻時才與頻率成反比;在低頻時電感的阻抗響應(yīng)隨頻率的增加而線形增加,達到諧振點前開始偏離理想特征,最終變?yōu)殡娙菪?。這些無源元件在高頻的特性都可以通過前面提到的品質(zhì)因數(shù)描述,對于電容和電感來說,為了調(diào)諧的目的,通常希望的到盡可能高的品質(zhì)因數(shù)。

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