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元器件在低頻和高頻中特性有何不一樣?
我們先來(lái)說(shuō)說(shuō)電容,都說(shuō)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(lái)說(shuō)的話(huà),是不是大電容不僅低頻特性好,高頻特性更好呢?
因?yàn)轭l率越高,容量越大,容抗就越低,高頻就是否越容易通過(guò)大電容呢,但從大電容充放電的速度慢來(lái)說(shuō)的話(huà),高頻好象又不容易通過(guò)的,這不很矛盾嗎?
首先,高頻低頻是相對(duì)的。如果頻率太高,那么,電容的容量變得再大也沒(méi)有意義,因?yàn)?,大家知道?span style="margin:0px;padding:0px;max-width:100%;color:#FF0000;box-sizing:border-box !important;word-wrap:break-word !important;">線(xiàn)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(zhǎng)的引腳和較大的極板圈在一起,這時(shí),電容兩腳的等效電感量已經(jīng)對(duì)高頻起了很大的阻礙作用了。
因此,高頻不容易通過(guò)高頻性能差的大容量電解電容,而片狀的陶瓷電容則在價(jià)格性能上占盡優(yōu)勢(shì)。
同理,是不是電感越大對(duì)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(xiàn)圈,而這些導(dǎo)體就向電容的無(wú)數(shù)個(gè)極板,如果碰巧這些極板間距又較近的話(huà)(這是追求多圈數(shù)無(wú)法避免的),分布電容會(huì)給高頻信號(hào)提供通路。
所以,不同頻段的信號(hào)要選用合適容量的電容和電感。
下面咱們一起把*常用的三個(gè)無(wú)源器件,電阻、電容、電感的高頻等效電路分析一下:
低頻電子學(xué)中*普通的電路元件就是電阻,它的作用是通過(guò)將一些電能裝化成熱能來(lái)達(dá)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(gè)電感L模擬電阻兩端的引線(xiàn)的寄生電感,同時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際引線(xiàn)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)。
圖1: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(jì)算出整個(gè)電阻的阻抗:
下圖描繪了電阻的阻抗優(yōu)良值與頻率的關(guān)系,正像看到的那樣,低頻時(shí)電阻的阻抗是R,然而當(dāng)頻率升高并超過(guò)一定值時(shí),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(shí),由于引線(xiàn)電感的影響,總的阻抗上升,引線(xiàn)電感在很高的頻率下代表一個(gè)開(kāi)路線(xiàn)或無(wú)限大阻抗。
圖2:一個(gè)典型的1K?電阻阻抗優(yōu)良值與頻率的關(guān)系
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(xiàn)的寄生電感;描述引線(xiàn)導(dǎo)體損耗用一個(gè)串聯(lián)的等效電阻R1;描述介質(zhì)損耗用一個(gè)并聯(lián)的電阻R2。
圖3:電容等效電路表示法
同樣可以得到一個(gè)典型的電容器的阻抗優(yōu)良值與頻率的關(guān)系。如下圖所示,由于存在介質(zhì)損耗和有限長(zhǎng)的引線(xiàn),電容顯示出與電阻同樣的諧振特性。
圖4:一個(gè)典型的1pF電容阻抗優(yōu)良值與頻率的關(guān)系
電感的應(yīng)用相對(duì)于電阻和電容來(lái)說(shuō)較少,它主要用于晶體管的偏置網(wǎng)絡(luò)或?yàn)V波器中。電感通常由導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)的電阻以及相鄰線(xiàn)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(lái)的綜合效應(yīng)。
圖5: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(diǎn)時(shí),高頻電感的阻抗迅速提高;**,當(dāng)頻率繼續(xù)提高時(shí),寄生電容C的影響成為主要的,線(xiàn)圈阻抗逐漸降低。
圖6:電感阻抗優(yōu)良值與頻率的關(guān)系
總之,在高頻電路中,導(dǎo)線(xiàn)連同基本的電阻、電容和電感這些基本的無(wú)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(shí)恒定的電阻值,到高頻時(shí)顯示 出具有諧振點(diǎn)的二階系統(tǒng)相應(yīng);在高頻時(shí),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(shí)才與頻率成反比;在低頻時(shí)電感的阻抗響應(yīng)隨頻率的增加而線(xiàn)形增加,達(dá)到諧振點(diǎn)前開(kāi)始偏離理想特征,*終變?yōu)殡娙菪?/span>。這些無(wú)源元件在高頻的特性都可以通過(guò)前面提到的品質(zhì)因數(shù)描述,對(duì)于電容和電感來(lái)說(shuō),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)。