射頻電感器的選擇涉及到這樣一些關鍵參數(shù):安裝方式(表貼式或直插式)、電感值、電流額定值、直流電阻(DCR)、自諧頻率(SRF)、品質因數(shù)和溫度額定值。在應用中,電感器通常追求小尺寸,但給定應用中電感器的尺寸常常受到物理定律的限制。電感值和電流額定值是其尺寸的主要決定因素,之后可再對其他參數(shù)進行優(yōu)化。
關鍵一、決定電感值的因素
若將電感器用作一個簡單的單元件(第一級)高頻扼流圈,則應根據(jù)需要扼制的峰值噪聲頻率進行選擇。在電感器的自諧頻率(SRF)下,串聯(lián)阻抗將達到最大值。因此,要選擇一個簡單的射頻扼流圈就應尋找一個SRF接近所需扼流頻率的電感器。
對于高階濾波器,每個元件的電感值必須根據(jù)濾波器的截止頻率(低通和高通濾波器)或帶寬(通濾波器)計算。進行這些計算時通常會用到商用電路模擬軟件,如SPICE、AWR的MicrowaveOffice和Agilent的Genesys或ADS。
對于調諧電路或阻抗匹配,嚴格的電感公差是必需的。如表1所示,與層疊式或厚膜型電感器相比,繞線式電感器通常能夠達到更嚴格的公差。
關鍵二、電流要求決定直流電阻
電流額定值和DCR密切相關。在多數(shù)情況下,如果所有其他參數(shù)保持均等,則需要選取較大尺寸的產品來降低DCR。
關鍵三、能讓電感器工作的自諧頻率
SRF的計算公式為:
在扼流圈的應用中,SRF能夠最有效地阻斷信號的頻率。在低于SRF的頻率下,阻抗隨頻率增大而增大。在SRF下,阻抗達到最大值。在高于SRF的頻率下,阻抗隨頻率減小而減小。
對于高階濾波器或阻抗匹配應用,在接近要求的頻率時,擁有一條較為平緩的電感曲線(恒定電感與頻率的曲線)更為重要。這就要求選擇一個SRF遠遠高于設計頻率的電感器。根據(jù)以往經驗,可選擇一個SRF比工作頻率高10倍(10×)的電感器。一般而言,電感值的選擇通常決定了SRF,反之亦然。由于繞線電容增加,電感值越高,SRF就會越低。
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關鍵四、電感和阻抗與頻率的關系
如圖1所示,電感和阻抗在接近電感器的自諧頻率(SRF)時急劇上升。對于扼流圈的應用,需選擇一個SRF等于或接近衰減頻率的電感器。對于其他應用,SRF應至少比工作頻率高10倍。
關鍵五、Q值何時比較重要?
高Q值產生窄帶寬,這一點對于將電感器用于LC(振蕩)回路或窄帶通的應用來說非常重要。請參考圖2。高Q值還會產生低插入損耗,從而使功率損耗降到最低。
電感器Q值的計算公式為:
所有與頻率相關的實和虛的損耗都包含在Q的計算中,包括電感、電容、導體的集膚效應和磁性材料的鐵芯損耗。如表1所示,與相同尺寸和電感值的層疊式電感器相比,繞線式電感器的Q值要高得多。
圖1:一個100nH繞線式電感器的電感值和阻抗
圖2:高Q產生窄帶寬和
關鍵六、如何選擇溫度額定值
功率損耗隨電流和直流電阻的增大而增大,導致元件溫度升高。電感器通常額定于某個特定的環(huán)境溫度和因電流通過電感器所產生的高于環(huán)境溫度的溫升。例如,一個元件額定于125℃的環(huán)境溫度和因滿載額定電流(Irms或Idc)所產生的15℃的溫升,它的最大溫度約為140℃。您只需確認您的應用環(huán)境溫度和電流損耗不超出電感器的額定值即可。
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