理论教育 微波集成电路中的电阻及其等效电路分析

微波集成电路中的电阻及其等效电路分析

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:单片微波集成电路中使用的电阻有三类:半导体电阻、沉积金属膜电阻以及金属和介质的混合物。在射频应用中,电阻的等效电路比较复杂,不仅具有阻值,还会有引线电感和线间寄生电容,其性质将不再是纯电阻,而是“阻”与“抗”兼有,具体等效电路如图2.4所示。对于线绕电阻,其等效电路还要考虑线绕部分造成的电感量L1和绕线间的电容C1,引线间电容Cb与内部的绕线电容相比一般较小,可以忽略,等效电路如图2.5所示。

微波集成电路中的电阻及其等效电路分析

电阻是在电子线路中最常用的基础元件之一,基本功能是将电能转换成热产生电压降。电子电路中,一个或多个电阻可构成降压或分压电路用于器件的直流偏置,也可用作直流或射频电路的负载电阻完成某些特定功能。通常,主要有以下几种类型电阻:高密度碳介质合成电阻、镍或其他材料的线绕电阻、温度稳定材料的金属膜电阻和铝或铍基材料薄膜片电阻。

这些电阻的应用场合与它们的构成材料、结构尺寸、成本价格、电气性能有关。在射频/微波电子电路中使用最多的是薄膜片电阻,一般使用表面贴装元件(SMD)。单片微波集成电路中使用的电阻有三类:半导体电阻、沉积金属膜电阻以及金属和介质的混合物。

物质电阻的大小与物质内部电子和空穴的迁移率有关。从外部看,物质的体电阻与电导率σ和物质的体积L×W×H有关(图2.3),即

图2.3 物质的体电阻

当电阻厚度一定时,电阻值与长宽比成正比。

在射频应用中,电阻的等效电路比较复杂,不仅具有阻值,还会有引线电感和线间寄生电容,其性质将不再是纯电阻,而是“阻”与“抗”兼有,具体等效电路如图2.4所示。图中Ca表示电荷分离效应,也就是电阻引脚的极板间等效电容;Cb表示引线间电容;L为引线电感。

对于线绕电阻,其等效电路还要考虑线绕部分造成的电感量L1和绕线间的电容C1,引线间电容Cb与内部的绕线电容相比一般较小,可以忽略,等效电路如图2.5所示。

图2.4 电阻的等效电路

图2.5 线绕电阻的等效电路(www.daowen.com)

以500 Ω金属膜电阻为例(等效电路见图2.4),设两端的引线长度各为2.5 cm,引线半径为0.203 2 mm,材料为铜,已知Ca为5 pF,根据式(2.3)计算引线电感,并求出图2.4等效电路的总阻抗对频率的变化曲线,如图2.6所示。

图2.6 电阻的阻抗绝对值与频率的关系

从图2.6中可以看出,在低频率下阻抗即等于电阻R,而随着频率的升高达到10 MHz以上,电容Ca的影响开始占优,导致总阻抗降低;当频率达到20 GHz左右时,出现了并联谐振点;越过谐振点后,引线电感的影响开始表现出来,阻抗又加大并逐渐表现为开路或有限阻抗值。这一结果说明,看似与频率无关的电阻器,用于无线通信射频波段将不再仅是一个电阻器,应用中应特别加以注意。

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