Tụ RF băng rộng Hiệu suất cao

Đường cong hiệu suất 0402BB 1 - Suy hao chèn và suy hao phản hồi

Đường cong tổn thất chèn Đường cong tổn thất phản hồi

Tụ điện băng rộng và tụ điện Q cao có chung cấu trúc vật lý: các điện cực kim loại bên trong xen kẽ được nhúng trong thân gốm vuông. Vậy tại sao chúng lại thể hiện những đặc tính hiệu suất khác nhau? Hình 4 và 5 cung cấp ít nhất một câu trả lời: tụ điện băng rộng bị tổn hao. Cụ thể, trong Hình 5, các giá trị Rp1 đến Rpn đủ lớn dẫn đến cộng hưởng song song với hệ số Q cực thấp khi điện kháng là điện dung và các nhánh bậc thấp hơn là điện cảm. Trong điều kiện này, ở tần số đủ cao, có thể bỏ qua điện kháng của C so với L, và mạch có thể được đơn giản hóa như trong Hình 6. Như có thể thấy, Hình 6 là một mạch gộp (bộ lọc thông thấp) xấp xỉ một phần của đường dây truyền tải, có trở kháng đặc tính Ls​/Cg​ xấp xỉ 50 Ohms.

Hình 6 Mạch gộp đơn giản - mạch tương đương tần số cao của tụ MLCC khi gắn vi dải (cộng hưởng song song Q rất thấp)

Mặc dù các mô hình mạch gộp rất linh hoạt, đặc biệt khi các giá trị thành phần có thể bao gồm các biến thể phụ thuộc tần số tùy ý, cần phải thận trọng khi áp dụng phương pháp này cho các tụ điện băng rộng: mô hình này mang tính đặc biệt, với hành vi heuristic của nó bắt nguồn từ sự kết hợp của các quan sát thử nghiệm và các nguyên tắc mạch "thông thường" (ví dụ: độ tự cảm nối tiếp, tụ điện nối đất, v.v.) chứ không phải là các định luật vật lý cơ bản. Không có phương pháp nào khác mô tả rõ ràng hơn cách nhánh Lp​ - Cp​ hình thành sự cộng hưởng song song. Việc xây dựng mạch điện gộp thiếu cơ sở vật lý rõ ràng và thay vào đó được thiết kế đặc biệt để bắt chước hiệu suất điện quan sát được.

Trên thực tế, cần hết sức thận trọng khi sử dụng mô hình mạch tổng hợp cho tụ điện hoạt động ở tần số đủ cao - nhưng khi đó câu hỏi đặt ra: điều gì tạo nên "tần số đủ cao"? Đối với chất điện môi X7R điển hình được sử dụng trong các thành phần như vậy, độ thấm tương đối thường là 2500 ~ 3000. Điều này có nghĩa là tần số 1/4λ cho ranh giới 60 triệu là 1 GHz. Do đó, đối với thành phần có kích thước 0402 (dài 40mil), tần số 1/4λ là 1,5 GHz; đối với thành phần 0201 dài 20 triệu, nó đạt tới 3 GHz. Do đó, rõ ràng là để mô tả hoạt động của các thành phần này ở tần số lên tới 50 GHz, cần phải có một mô hình phân tán.

◆ Mô hình điện phân phối

Hình 7 minh họa cách một nhánh chuỗi mạch hở lý tưởng, suy hao có thể hoạt động như một phần tử ghép nối băng rộng. Lưu ý nghịch lý rõ ràng trong nguyên tắc này: bản thân phần sơ khai bị mất mát, nhưng làm thế nào nó có thể có tác động tối thiểu đến dòng chính? Câu trả lời là miễn là trở kháng đặc tính của sơ khai thấp hơn trở kháng đặc tính của đường dây chính thì tổn thất chèn của đường dây chính cũng sẽ thấp. Trong thực tế, nếu sơ khai có tổn thất đủ cao và trơn tru, trở kháng đầu vào của nó sẽ đạt đến trở kháng đặc tính của nó.