高頻電感介紹

何謂電感的Q

設計中,只要有用到電感的地方,都繞不開電感Q值這個參數。但是往往很多人並不了解,什麼是電感Q值?電感Q值對電感和電路有哪些影響?那麼下面我們就講講電感Q值的含義及在應用過程中應該注意的問題。 
    Q值:也叫電感的品質因素,是衡量電感器件的主要參數。是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時,所呈現的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高,其損耗越小,效率越高。電感器品質因數的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗及鐵心。使用場合的不同,對品質因數Q的要求也不同。對調諧迴路中的電感線圈,Q值要求較高,因為Q值越高,迴路的損耗就越小,迴路的效率就越高;對耦合線圈來說,Q值可以低一些;而對於低頻或高頻扼流圈,則可以不做要求。 
    Q值的提高往往受到一些因素的限制,如導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗、鐵心和屏蔽引起的損耗以及高頻工作時的集膚效應等。因此,線圈的Q值不可能做得很高,通常Q值為幾十至一百,最高也只有四五百。 

電感Q值的的功用表現在哪些地方?

   Q值過大,引起電感燒毀,電容擊穿,電路振盪。Q很大時,將有VL=VC》》V的現像出現。這種現像在電力系統中,往往導致電感器的絕緣和電容器中的電介質被擊穿,造成損失。所以在電力系統中應該避免出現諧振現象。而在一些無線電設備中,卻常利用諧振的特性,提高微弱信號的幅值。 

電感Q值的換算方法?

因數又可寫成Q=2pi*電路中存儲的能量/電路一個週期內消耗的能量。通頻帶BW與諧振頻率w0和品質因數Q的關係為:BW=wo/Q,表明,Q大則通頻帶窄,Q小則通頻帶寬。 
Q值的計算公式:Q=wL/R=1/wRC  
其中: 
Q是品質因素 
w是電路諧振時的電源頻率 
L是電感 
R是串的電阻 
C是電容 
Q值是品質因素,它是有用功與總功之比。 

影響電感Q值的因素

 
    電感器品質因數的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關。
也有人把電感的Q值特意降低的,目的是避免高頻諧振/增益過大。降低Q值的辦法可以是增加繞組的電阻或使用功耗比較大的磁芯。 
    Q值一般統稱品質因數,它是衡量一個元件或諧振迴路性能的一個無量綱單位。簡單地說是理想元件與元件中存在的損耗的比值。這個元件可以是電感、電容、介質諧振器、聲表面波諧振器、晶體諧振器或LC諧振器。Q值的大小取決於實際應用,並不是越大越好。例如,如果設計一個寬帶濾波器,過高的Q值如果不採取其他措施,將使帶內平坦度變壞。在電源退耦電路中採用LC退耦應用時高Q值的電感和電容極容易產生自諧振狀態,這樣反倒不利於消除電源中的干擾噪聲。反過來,對於振盪器我們希望有較高的Q值,Q值越高對振盪器的頻率穩定度和相位噪聲越有利。對不同的應用對Q值有不同的要求。 
    元件的品質因數,即Q值的大小取決於元件的製作工藝、製作材料以及應用環境。例如,同樣一個電感,如果其他參數不變,僅改變繞製電感導線的粗細,則導線粗的電感Q值要比導線細的電感Q值高。如果再在導線上鍍銀,則鍍銀導線所繞製的電感要比不鍍銀導線繞製的電感Q值高。至於介質諧振器其Q值更是取決於構成介質諧振器材料和製作工藝。
    Q值的大小還與工作頻率有關。一般的電感隨著頻率的變高其Q值也會增高。但它有一個極限,當超過這個極限頻率點後電感的Q值要陡然下降,這個電感就失去了電感的作用。在這點上介質諧振器、聲表面波諧振器和晶體諧振器更為明顯。當工作頻率偏離他們的諧振頻率後,其Q值將急劇下降,同時他們也將不能工作。 
品質因數描述了迴路的儲能與它一周耗能之比。 
    因為同頻帶與品質因數之積為迴路的諧振頻率。所以,在保證諧振點的情況下品質因數與通頻帶的寬窄是一對矛盾。所以不能說品質因數越高越好,還要看對頻帶的要求的Q值越大,諧振的通頻帶就越窄,也就是包含的頻率範圍更窄,如果需要寬一點的通頻帶,Q值越小越好。
 
    在選頻電路(選用某一頻率)、阻波電路(阻止某一頻率)、吸收電路(衰減某一頻率)、陷波電路(去掉某一頻率)中都是利用或者去掉某一個頻率f,此時Q值越大越好,這是利用諧振電路在諧振時的頻率f,當LC並聯諧振電路發生諧振時,電路阻抗最大,相當於斷路,使頻率為f的頻率信號不能通過,達到阻止此信號的目的。當LC串聯諧振電路發生諧振時,阻抗最小,相當與短路,此時頻率為f的頻率很容易通過,而其它的信號頻率被阻止,就能達到選頻的目的。 
    關於磁損與影響磁環電感Q值關係現在電源設計要求越來越嚴格,這就要我們對每個問題點必須認真分析計算,針對磁損的計算一般只是簡單的根據磁芯的體積和相關的損耗曲線進行簡單計算但實際工作之中出現,同一種磁芯不同的繞製方式,與相同磁芯相同的繞製方式線的鬆緊程度不同,卻帶來不同的溫升差距等。

RF(高頻/射頻)電感器的種類和特徵

要旨

小型RF電感器被使用於手機為主的RF電路中,小型RF電感器按照工藝方法不同可以分為三個類型的電感器。
電感器類型不同,特徵也不一樣,本次將介紹電感器的特徵和選擇要點。

RF電感器的種類和特徵

RF電感器根據工藝方法不同,可以分為繞線、多層、薄膜3類。
外部照片分別如下圖所示。

高頻電感繞線型

繞線型

WireWound

高頻電感疊層型

疊層型(多層/積層)

Multilayer

高頻電感薄膜型

薄膜型

Thin film

(繞線型)
在非磁性材料上纏繞電線形成線圈。
繞線型具有高 Q值・低直流阻抗・大電流・大電容的特點。
其中,尤為突出的特點是Q值(表現線圈品質的值)高,所以被廣泛用於天線周圍電路中。

(多層型)     
在非磁性板上印刷形成線圈模型,通過將多個非磁性板重疊形成線圈。由於其小型、高性能和高可靠性,所以一般被用於RF電路。

(薄膜型) 
通過用和IC(集成電路)等半導體同樣的工藝方法(通過打光讓其感光的工藝方法)形成線圈,具有小型、高性能、低背窄感值偏差窄感值間隔的特徵。
線圈種類中也又被作為多層型同類使用的事例。

下表為不同類型的RF電感器的特徵和使用電路

類型 特徵 使用電路
繞線 高Q值
低直流阻抗
大電流
大電感
天線周圍
多層 小型高性能
高可靠性
一般RF電路
薄膜 小型高性能
低背
耐電感偏差
窄感值間隔
高Q值
RF阻抗綜合電路
天線周圍

RF電感陣容

下圖為並日RF電感比較村田RF電感陣容。

高頻電感比較

高頻電感比較

並日所生產的RF電感,對於Q值(品質係數)從12min~60min至今持續開發中。

結語

小型RF電感器被廣泛用於以手機為主的RF電路中,因此有必要根據電路和Q值特性選擇合適的元件,以目前高速射頻傳輸的趨勢,向藍芽耳機、手機…等電子產品,是不可或缺的原件。

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