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了解微波应用中的单层电容器
材料来源:《微波杂志》2020年3/4月号           录入时间:2020/4/30 15:33:51

Understanding Single Layer Capacitors for Microwave Applications

Tecdia,www.tecdia.com.cn

点此阅读含图表公式的全文

Tecdia在适用于微波和光学市场中单层电容器(SLC)的制造方面拥有40多年的经验。Tecdia的SLC应用于:

l 微波/光收发器

l 合成器、振荡器和其他信号发生器

l TOSA/ROSA/BOSA(发射/接收/双向光学组件)

l 微波/光放大器和调制器

l 高频信号和射频测量设备

它们在这些应用中用于隔直流、高频旁路或阻抗匹配。在所有这些应用中,选择正确的电容是获得理想性能的第一步。SLC的电容可根据平行板电容方程计算:

      (1)

其中:C是电容,单位为法拉;A是两块板重叠的面积,单位为平方米;er是介电常数;e0是电常数(e0≈8.854×10-12F/m);d是平行板之间的间距,单位为米。

我们有标准系列的介电材料,这些是通过混合和烧结制成的,介电常数范围从40到50,000。我们的电容器厚度从75微米到300微米不等,可以切成精细到0.20毫米尺寸的正方形。

选择好了电容,接下来就是了解它在工作频率范围内的表现。

1Tecdia PN SK06C102M12A6的典型电容频率特性

图1显示了1000pF 1.00x1.00x0.15 mm电容器在1到3 GHz范围内的典型表现。通过测量ESR(等效串联电阻)和Z(阻抗),并使用下述近似公式计算电容器在特定频率上的电容。在SRF(自谐振频率)以上,ESL(等效串联电感)引起的感抗随频率增加,在交流耦合应用中导致更大的信号衰减,但是保持了直流阻断特性。通过这种方式,它们在谐振时基本上起隔直电感的作用。

     (2)

其中f是频率,C是电容。

然而,公式2只能在接近SRF时使用,因为接近或超过自谐振频率时还需要考虑电感。图1显示在SRF处电容降到零。

实际上,并没有理想的电容器,所以每个电容器都有电阻和电感,如图2所示。

(Minamiya san供图)

2:显示ESRESL元件的实际电容电路

ESR和ESL元件的总阻抗公式如下:

    (3)

其中:=总阻抗;j=虚数。

实际电容器的阻抗和频率之间的这种关系可以在图3中观察到。被测电容器与图1相同。

3TecdiaSK06C102M12A6电容器的频位。

在理想的电容器中没有电阻或电感,因此阻抗随频率成反比下降。然而,如图3所示,当频率达到SRF时,阻抗降到最小,然后电感占主导地位,阻抗随频率而增加。图1中SRF后的电容下降是因为SRF后ESL占主导地位,公式2不能使用。因此,电容值无法计算。

另一个需要注意的是,SLC在SRF附近的阻抗比理想电容器小。这是因为理想的电容器没有ESL或ESR,但是SLC的ESL抵消了SRF附近的电容电抗(从而抵消了阻抗)。这意味着在SRF附近,SLC比理想电容器的损耗小。

其他感兴趣的参数包括电容器的RWV(额定工作电压)、IR(绝缘电阻),它们与电介质的厚度成正比。电容会随着偏置电压而变化,其偏置电压又会随着介电常数的增加而恶化;电容会随着温度的变化而改变,其温度又会随特定的介电材料而变化。

一般来说,在选择SLC时,可遵循以下原则:

l 为获得最佳ESR,请选择尺寸大而薄的SLC。

l 为获得最佳IR和RWV,请选择较厚的电容。

l 对于最高的SRF,选择尺寸更小、更薄的电容。

l 对于最低损耗,使用最低介电常数。


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