如何為射頻電路選擇合適的電感
發布時間:2009-01-06 來源:今日電子
中心議題:
- 射頻電感的用途
- 射頻電感的技術指標
- 射頻電感的分類
解決方案:
- 高Q值得電感在諧振電路中的選擇性更好、損耗更低
- 高頻使用的電感通常在毫亨和微亨級別
- 胎壓檢測應用使用的電感對溫度範圍的要求較高
- 較大的繞線直徑可以降低直流電阻、降低損耗和改善電流處理能力
- 高頻應用的電感通常使用空心或惰性磁芯
在手機、RFID、測試設備、GPS、雷達、Wi-Fi以及衛星無線電等應用的高頻模擬電路和信號處理中,電感是最重要的元件之一。通常,它可以承擔的幾項主要功能包括電路調諧、阻抗匹配、高通和低通濾波器,還可以用作RF扼流圈。選擇在設計中使用RF電感的電子工程師有多種選擇。為了簡化這種選擇,本文將討論電感元件的各種類型及其常見用法。
RF電感的用途
大部分電子器件都含有RF 電感。“為了跟蹤動物,在我們家養動物的皮膚中植入的玻璃管內部都含有一個電感”,普萊默公司的一位研發工程師Maria del Mar Villarrubia說,“每次啟動汽車的時候兩個電感之間都會產生無線通信,一個在汽車內部,另一個在鑰匙內部。”不過,正如這種元件的無所不在一樣,RF電感也有著非常具體的用途。在諧振電路中,這些元件通常與電容結合使用,以便選擇特定的頻率(如振蕩電路、壓控振蕩器等)。
RF 電感也可以用於阻抗匹配應用,以便實現數據傳輸線的阻抗平衡。這是為了確保IC間高效的數據傳輸所必需的。作為RF扼流圈使用時,電感串聯在電路中,起到RF濾波器的作用。簡單來說,RF扼流圈是個低通濾波器,它會給較高的頻率造成衰減,而較低的頻率則暢通無阻。
Q值是什麼
在討論電感性能時,Q值是最重要的衡量指標。Q值是一種衡量電感性能的指標,它是一個無量綱的參數,用於比較振蕩頻率和能量損耗速率。Murata公司的高級產品經理DerylJ. Kimbro說:“Q值越高,電感的性能就越接近於理想的無損電感。也就是說,它在諧振電路中的選擇性更好。”高Q值的另一個好處是損耗低,也就是說電感消耗的能量少。低Q值會造成帶寬較寬,而且在振蕩頻率處及其附近的諧振幅度較低。
電感值
除了Q因yin子zi以yi外wai,電dian感gan的de真zhen正zheng的de量liang度du當dang然ran是shi它ta的de電dian感gan值zhi。對dui於yu音yin頻pin和he電dian源yuan應ying用yong而er言yan,電dian感gan取qu值zhi通tong常chang是shi數shu亨heng利li,而er較jiao高gao頻pin率lv應ying用yong通tong常chang需xu要yao小xiao得de多duo的de電dian感gan,通tong常chang在zai毫hao亨heng或huo微wei亨heng範fan圍wei內nei。電dian感gan值zhi取qu決jue於yu幾ji個ge因yin素su,其qi中zhong包bao括kuo結jie構gou、鐵芯尺寸、鐵芯材料以及實際的線圈匝數。電感既有電感值固定的,也有電感值可調的。
其他規格
電感值並不是唯一重要的取值。直流電阻、電流以及自諧振頻率(SRF)是RF 電感的數據單中所提供的一些更加有用的規格。del Mar Villarrubia說:“根gen據ju應ying用yong場chang合he的de不bu同tong,每mei種zhong特te性xing都dou可ke能neng是shi需xu要yao重zhong點dian考kao慮lv的de因yin素su並bing決jue定ding其qi他ta特te性xing。例li如ru,如ru果guo元yuan件jian將jiang用yong在zai輪lun胎tai壓ya力li監jian測ce係xi統tong中zhong,那na麼me電dian感gan在zai很hen寬kuan的de溫wen度du範fan圍wei內nei的de穩wen定ding性xing是shi很hen重zhong要yao的de,而er這zhe種zhong要yao求qiu將jiang會hui確que定ding磁ci芯xin的de選xuan擇ze。”
額定電流
在選擇電感時,工作電流應該低於說明書中的額定電流。如果工作電流超過額定電流,就可能會損壞產品。
直流電阻(DCR)
Kimbro稱,直流電阻(DCR)與(yu)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)有(you)很(hen)大(da)的(de)關(guan)聯(lian)。以(yi)線(xian)圈(quan)電(dian)阻(zu)為(wei)基(ji)準(zhun),直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu)等(deng)於(yu)電(dian)感(gan)的(de)損(sun)耗(hao)。如(ru)果(guo)繞(rao)線(xian)的(de)直(zhi)徑(jing)增(zeng)加(jia),那(na)麼(me)直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu)會(hui)減(jian)小(xiao),而(er)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)會(hui)增(zeng)加(jia)。較(jiao)大(da)的(de)繞(rao)線(xian)直(zhi)徑(jing)降(jiang)低(di)了(le)損(sun)耗(hao)並(bing)改(gai)善(shan)了(le)電(dian)流(liu)處(chu)理(li)能(neng)力(li)。Vishay 公司電感部門的產品市場經理Doug Lillie說:“直流電阻會限製在不過熱或不發生飽和(感應係數急劇降低)的情況下器件可以傳輸的直流電流。”
自諧振頻率(SRF)
電(dian)感(gan)中(zhong)的(de)每(mei)一(yi)匝(za)繞(rao)線(xian)都(dou)可(ke)以(yi)看(kan)成(cheng)一(yi)塊(kuai)電(dian)容(rong)器(qi)極(ji)板(ban),匝(za)與(yu)匝(za)之(zhi)間(jian)以(yi)及(ji)線(xian)圈(quan)與(yu)鐵(tie)芯(xin)之(zhi)間(jian)電(dian)容(rong)的(de)總(zong)體(ti)效(xiao)果(guo)可(ke)以(yi)用(yong)與(yu)電(dian)感(gan)並(bing)聯(lian)的(de)單(dan)個(ge)電(dian)容(rong)來(lai)表(biao)示(shi),稱(cheng)為(wei)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)(Cd)。這種並聯結構的諧振頻率就稱為自諧振頻率(SRF)。Lillie說:“在此頻率,電感看起來像帶有阻抗的純電阻。如果頻率超過自諧振頻率,這種並聯結構的容抗將成為主要因素。”
疊層片式電感
疊(die)層(ceng)片(pian)式(shi)電(dian)感(gan)是(shi)使(shi)用(yong)陶(tao)瓷(ci)材(cai)料(liao)結(jie)構(gou)通(tong)過(guo)集(ji)成(cheng)工(gong)藝(yi)製(zhi)成(cheng)的(de)。陶(tao)瓷(ci)材(cai)料(liao)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)在(zai)高(gao)頻(pin)處(chu)提(ti)供(gong)很(hen)好(hao)的(de)性(xing)能(neng),而(er)疊(die)層(ceng)片(pian)式(shi)工(gong)藝(yi)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)電(dian)感(gan)值(zhi)。疊(die)層(ceng)片(pian)式(shi)器(qi)件(jian)的(de)電(dian)感(gan)值(zhi)範(fan)圍(wei)要(yao)比(bi)薄(bo)膜(mo)或(huo)空(kong)芯(xin)線(xian)圈(quan)類(lei)的(de)電(dian)感(gan)廣(guang),但(dan)是(shi)比(bi)不(bu)上(shang)線(xian)繞(rao)式(shi)元(yuan)件(jian)的(de)電(dian)感(gan)取(qu)值(zhi)範(fan)圍(wei)或(huo)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)。疊(die)層(ceng)片(pian)式(shi)技(ji)術(shu)因(yin)其(qi)很(hen)好(hao)的(de)電(dian)特(te)性(xing),特(te)別(bie)是(shi)其(qi)低(di)廉(lian)的(de)成(cheng)本(ben),而(er)越(yue)來(lai)越(yue)流(liu)行(xing)。
薄膜電感
薄(bo)膜(mo)電(dian)感(gan)是(shi)使(shi)用(yong)光(guang)刻(ke)工(gong)藝(yi)生(sheng)產(chan)的(de),這(zhe)種(zhong)工(gong)藝(yi)可(ke)以(yi)在(zai)陶(tao)瓷(ci)基(ji)底(di)上(shang)生(sheng)產(chan)出(chu)非(fei)常(chang)精(jing)確(que)的(de)線(xian)圈(quan)模(mo)式(shi),從(cong)而(er)滿(man)足(zu)苛(ke)刻(ke)的(de)電(dian)感(gan)公(gong)差(cha)。陶(tao)瓷(ci)基(ji)板(ban)使(shi)得(de)這(zhe)些(xie)電(dian)感(gan)成(cheng)為(wei)RF應用的理想元件。但是,薄膜電感能傳輸的電流較小,而且電感值範圍有限。
線繞式電感
線繞式電感通常用於低頻應用之中。線繞式電感是將銅線繞在陶瓷(氧化鋁)磁(ci)芯(xin)上(shang)製(zhi)成(cheng)的(de)。因(yin)其(qi)結(jie)構(gou)和(he)材(cai)料(liao)的(de)原(yuan)因(yin),線(xian)繞(rao)式(shi)電(dian)感(gan)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)很(hen)好(hao)的(de)電(dian)特(te)性(xing)。水(shui)平(ping)繞(rao)線(xian)結(jie)構(gou)使(shi)得(de)公(gong)差(cha)很(hen)小(xiao)而(er)雜(za)散(san)電(dian)容(rong)很(hen)小(xiao),而(er)銅(tong)線(xian)使(shi)得(de)直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu)很(hen)小(xiao),從(cong)而(er)增(zeng)加(jia)了(le)品(pin)質(zhi)因(yin)子(zi)性(xing)能(neng)以(yi)及(ji)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)。
錐形電感
錐(zhui)形(xing)電(dian)感(gan)是(shi)麵(mian)向(xiang)寬(kuan)帶(dai)和(he)高(gao)頻(pin)應(ying)用(yong)的(de),它(ta)的(de)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)展(zhan)寬(kuan)線(xian)圈(quan)的(de)帶(dai)寬(kuan)。錐(zhui)形(xing)電(dian)感(gan)的(de)實(shi)際(ji)尺(chi)寸(cun)較(jiao)小(xiao),通(tong)常(chang)是(shi)用(yong)細(xi)線(xian)繞(rao)成(cheng)的(de),因(yin)此(ci)雜(za)散(san)電(dian)容(rong)較(jiao)小(xiao)。在(zai)超(chao)寬(kuan)帶(dai)Bias-T 器件中,錐形電感同時提供了直流偏置提取或注入路徑,它可以將電源與有源器件隔離。
磁芯的選擇
高頻器件通常使用空心或惰性(也就是陶瓷)cixin。tamentigonglebicixingtiexingenghaoderexingneng,danshiqidianganquzhiyouxian。zhongpinqijiantongchangcaiyongtiexin。tiexinbuhuibaohe,danshiwufatigongtieyangticixinnayangdedadianganzhi。dipinqijiantongchangshiyongtieyangticixin。yinggaijinkenengdibimianshiyongtieyangticixin,yinweitamenhuizaijiaoxiaodeIdc值處飽和,而且會受溫度的影響(△L/△T)。廠商們也在開發和使用更新的鐵氧體,如無定形和納米晶體材料
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