Modelando elementos pasivos a altas frecuencias

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Es bien sabido que cualquier elemento pasivo eléctrico (resistencia, capacitor, inductor) contiene parásitos que generalmente se manifiestan en rangos de alta frecuencia de operación.

Por ejemplo, una resistencia en DC se puede modelar, simplemente, mediante una resistencia que depende del material y la geometría del elemento. A frecuencias más altas, la capacitancia y la inductancia parásitas comienzan a aparecer, y esto se puede encontrar experimentalmente (por ejemplo) mediante:

  1. Voltaje: diferencia de fase actual.

  2. Dependencia de impedancia en la frecuencia.

El mismo argumento también es válido para los condensadores e inductores, en los que se altera su modelo ideal y se agregan efectos parasitarios a altas frecuencias.

La gráfica de Impedancia vs. frecuencia puede informarnos sobre estos parásitos y cuándo comienzan a aparecer. También nos informarán sobre el rango de frecuencia de operación válido, en el que después de eso, el elemento ya no se comporta normalmente (un inductor que actúa como un condensador después de su frecuencia de resonancia propia (SRF), por ejemplo) como se muestra a continuación:

Entonces,cuandomencionamoseltérmino"frecuencias altas", (probablemente?) queremos decir más allá de la SRF, ya que los elementos comienzan a comportarse como no intencionados.

Según mi entendimiento, cada elemento pasivo generalmente se comporta de una manera que pensé en explicar mediante la siguiente figura:

Mispreguntasestáninterconectadasdealgunamanerayson:

  1. ¿Escorrectoelconceptodelafigura(2)?

  2. Ademásdelosparásitosmencionadosanteriormente,parecehabervariacionesenlosvaloresfísicosdeL,CyRensímismos(regiónazulenlafigura2),loquesignificaquetodosseconviertenenfuncionesdefrecuencia:R(w),C(w),L(w).¿Esestocierto?

Concluíestode:

a.EfectodepielparaR,porloqueesunafuncióndelafrecuencia.

b.Imagen#1arriba(gráficoazul).¿Lainductanciarealmentesevuelvenegativa,oeslaherramientaqueestamosutilizandolaquemedicequemivalordeinductorseperdiódebidoalgranvalordecapacitanciaparásita?

  • ¿Cómo influye el tamaño de la característica geométrica del elemento pasivo (independientemente de su forma) en la determinación de la frecuencia que separa las regiones verde y azul de la figura (2)? En otras palabras, ¿hay una manera de determinar si tengo que considerar los efectos de AC o no usar el conocimiento del tamaño de mi función?

  • ¿Podemos decir que la línea que separa las regiones azul y roja puede representarse por la SRF?

    • pregunta HaneenSu

    2 respuestas

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    1/2) Más o menos, trato de aclarar, me parece que usted cree que su gráfica en la figura (2) muestra las variaciones de R y L con la frecuencia de .r.t. Ese gráfico simplemente muestra la impedancia de un circuito resonante paralelo formado por un inductor constante de aproximadamente 100 nH, una resistencia de 45 kohm y una \ $ \ frac {1} {(2 \ pi \ veces 2 \, \ texto {GHz}) ^ 2 \ veces 100 \ , \ text {nH}} \ approx 65 \, \ text {fF} \ $ capacitor.
    Esta es una aproximación de primer nivel que, sin embargo, puede ser buena en muchas circunstancias.
    Entonces, se puede argumentar que la resistencia depende de la frecuencia y agrega esto al modelo, lo mismo para la inductancia y la capacitancia, pero esto generalmente no se puede ver en los gráficos a menos que mida, analice y ajuste las curvas con cuidado en los modelos. Normalmente están ocultos en los errores de medición.
    Luego, puede agregar muchos otros parásitos y no lineridades adicionales descritos anteriormente por otros colaboradores, pero no existe tal evidencia en el barrido que publicó.

    b) Su medidor muestra inductancia variable (posiblemente negativa) solo porque usted lo solicita. Solo mide una impedancia, una relación compleja entre el voltaje y la corriente, y luego la representa como lo configuró: usted solicitó Ls + Rs y si la fase de impedancia medida no concuerda con ese modelo, simplemente sigue calculando y encuentra "inductancias negativas". ".

    El límite de usabilidad (transición verde / azul en la figura (2)) no es función de su componente parásito, pero depende mucho del resto del circuito, por ejemplo. Si usa ese inductor en un resonador, debe agregar capacitancia parásita a los cálculos y ver si obtiene números consistentes.

    4) Sí, SRF es ese límite azul a rojo.

    3) La dimensión sí cuenta. Para resistencias y capacitores, por lo general, cuanto más larga es la pieza, mayor es la inductancia de la desviación. P.ej. el SMD pequeño 0204 o 0603 puede exhibir unos pocos cientos de pH, mientras que algunos de los grandes condensadores MKM HV que usé se especificaron como 7nH / cm w.r.t al paso de los terminales.

        
    respondido por el carloc
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    No es exactamente como se muestra o como se supone. Tampoco es posible tener un modelo universal para todos los componentes pasivos. L&CtendráserieRyCparalela,

    CtendráseriesR,LyRparalelas,yalgunasvecesmáspartesenelmodelo

    LoscomponentespuedentenerunaserieyunafrecuenciaderesonanciaparalelaymuchasotrasvariablesparaVdc,T('C),I(L)consaturación.

    Esposibleutilizarmayúsculassobre"frecuencia resonante en serie", SRF, pero a menudo es útil tener inductores cerca o por encima de "frecuencia resonante paralela", PRF a menos que se agregue otra serie con PRF más alta.

    (Algunas veces las especificaciones usan SRF para ambos modos como auto res. freq.)

      

    Cuando su frecuencia de operación está en el rango de la SRF, es   Es necesario elegir una parte diferente con un SRF más alto o una   parte "adicional" para proporcionar la impedancia deseada (L más pequeña adicional en   serie o menor C en //)

    Lectura sugerida enlace

    • Los ingenieros de RF entienden las relaciones L / W que controlan la inductancia o ESL de las mayúsculas y líneas de separación. SRF en realidad se refiere a la Frecuencia Resonante en Serie de los condensadores, que también tienen una antirresonancia (PRF o resolución de paralelo) al elevar ligeramente la ESR en una cantidad controlada para reducir estos efectos y EXTENDER el rango "ÚTIL" de baja impedancia A la derecha en el eje de frecuencia. es decir, útil por encima de SRF

    • Los inductores tienen una frecuencia de resonancia paralela, mientras que los límites tienen tanto una SRF como una PRF, ya que no tienen el límite de Cs.

    • Los resonadores como MEMS y cuarzo usan el mismo modelo de arriba, pero tienen una inductancia masiva para su tamaño y su pequeña capacitancia de 1pF de < < por lo tanto, su PRF es primero seguido por la SRF.
    respondido por el Tony EE rocketscientist

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