探究元器件的低頻和高頻特性

我們先來(lái)說說電容，都說大電容低頻特性好，小電容高頻特性好，那么根據(jù)容抗的大小與電容C及頻率F成反比來(lái)說的話，是不是大電容不僅低頻特性好，高頻特性更好呢？

因?yàn)轭l率越高，容量越大，容抗就越低,高頻就是否越容易通過大電容呢，但從大電容充放電的速度慢來(lái)說的話，高頻好象又不容易通過的，這不很矛盾嗎？

首先，高頻低頻是相對(duì)的。如果頻率太高，那么，電容的容量變得再大也沒有意義，因?yàn)椋蠹抑?，線圈是電感，是阻高頻的，頻率越高，阻礙作用越大。盡管電感量很小，但是，大容量電容一般都有較長(zhǎng)的引腳和較大的極板圈在一起，這時(shí)，電容兩腳的等效電感量已經(jīng)對(duì)高頻起了很大的阻礙作用了。

因此，高頻不容易通過高頻性能差的大容量電解電容，而片狀的陶瓷電容則在價(jià)格性能上占盡優(yōu)勢(shì)。

同理，是不是電感越大對(duì)高頻了阻礙作用越大呢？不是。為了得到較大的電感量，必須有盡可能多、盡可能大的線圈，而這些導(dǎo)體就向電容的無(wú)數(shù)個(gè)極板，如果碰巧這些極板間距又較近的話（這是追求多圈數(shù)無(wú)法避免的），分布電容會(huì)給高頻信號(hào)提供通路。

所以，不同頻段的信號(hào)要選用合適容量的電容和電感。

下面咱們一起把最常用的三個(gè)無(wú)源器件，電阻、電容、電感的高頻等效電路分析一下：

1、高頻電阻

低頻電子學(xué)中最普通的電路元件就是電阻，它的作用是通過將一些電能裝化成熱能來(lái)達(dá)到電壓降低的目的。電阻的高頻等效電路如圖所示，其中兩個(gè)電感L模擬電阻兩端的引線的寄生電感，同時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際引線的結(jié)構(gòu)考慮電容效應(yīng)；用電容C模擬電荷分離效應(yīng)。

圖1：電阻等效電路表示法

根據(jù)電阻的等效電路圖，可以方便的計(jì)算出整個(gè)電阻的阻抗：

下圖描繪了電阻的阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系，正像看到的那樣，低頻時(shí)電阻的阻抗是R，然而當(dāng)頻率升高并超過一定值時(shí)，寄生電容的影響成為主要的，它引起電阻阻抗的下降。當(dāng)頻率繼續(xù)升高時(shí)，由于引線電感的影響，總的阻抗上升，引線電感在很高的頻率下代表一個(gè)開路線或無(wú)限大阻抗。

圖2：一個(gè)典型的1K?電阻阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系

2、高頻電容

片狀電容在射頻電路中的應(yīng)用十分廣泛，它可以用于濾波器調(diào)頻、匹配網(wǎng)絡(luò)、晶體管的偏置等很多電路中，因此很有必要了解它們的高頻特性。電容的高頻等效電路如圖所示，其中L為引線的寄生電感；描述引線導(dǎo)體損耗用一個(gè)串聯(lián)的等效電阻R1；描述介質(zhì)損耗用一個(gè)并聯(lián)的電阻R2。

圖3：電容等效電路表示法

同樣可以得到一個(gè)典型的電容器的阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系。如下圖所示，由于存在介質(zhì)損耗和有限長(zhǎng)的引線，電容顯示出與電阻同樣的諧振特性。

圖4：一個(gè)典型的1pF電容阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系

3、高頻電感

電感的應(yīng)用相對(duì)于電阻和電容來(lái)說較少，它主要用于晶體管的偏置網(wǎng)絡(luò)或?yàn)V波器中。電感通常由導(dǎo)線在圓導(dǎo)體柱上繞制而成，因此電感除了考慮本身的感性特征，還需 要考慮導(dǎo)線的電阻以及相鄰線圈之間的分布電容。電感的等效電路模型如下圖所示，寄生旁路電容C和串聯(lián)電阻R分別由分布電容和電阻帶來(lái)的綜合效應(yīng)。

圖5：高頻電感的等效電路

與電阻和電容相同，電感的高頻特性同樣與理想電感的預(yù)期特性不同，如下圖所示：首先，當(dāng)頻率接近諧振點(diǎn)時(shí)，高頻電感的阻抗迅速提高；第二，當(dāng)頻率繼續(xù)提高時(shí)，寄生電容C的影響成為主要的，線圈阻抗逐漸降低。

圖6：電感阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系

總之，在高頻電路中，導(dǎo)線連同基本的電阻、電容和電感這些基本的無(wú)源器件的性能明顯與理想元件特征不同。讀者可以發(fā)現(xiàn)低頻時(shí)恒定的電阻值，到高頻時(shí)顯示 出具有諧振點(diǎn)的二階系統(tǒng)相應(yīng)；在高頻時(shí)，電容中的電介質(zhì)產(chǎn)生了損耗，造成電容起呈現(xiàn)的阻抗特征只有低頻時(shí)才與頻率成反比；在低頻時(shí)電感的阻抗響應(yīng)隨頻率的增加而線形增加，達(dá)到諧振點(diǎn)前開始偏離理想特征，最終變?yōu)殡娙菪?。這些無(wú)源元件在高頻的特性都可以通過前面提到的品質(zhì)因數(shù)描述，對(duì)于電容和電感來(lái)說，為了調(diào)諧的目的，通常希望的到盡可能高的品質(zhì)因數(shù)。