Файл: Микроминиатюризация высокочастотных радиоустройств..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 52
Скачиваний: 0
36
И/ |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
1 .3 |
|
|
|
2 |
|
3 |
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
||
в |
|
|
|
|
||||||||||
где |
0 |
0,114 |
0,166 |
0,197 |
0,218 |
0,233 |
0,244 |
0,255 |
0,26 |
0,266 |
||||
|
г |
- |
радиус |
кольца; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
R |
радиус |
провода кольца. |
|
|
|
|
|
|||||
Значение |
- |
|
приведенной в [ 1 .5 ]; |
|||||||||||
'J - f ( k r ) |
находится по |
таблице, |
||||||||||||
|
/ta p |
- |
|
|
к ~ |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
магнитная проницаемость и удельная проводимость |
|||||||||||
|
|
|
|
вещеотва провода. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Определим индуктивность многовитковой миниатюрной проволоч |
|||||||||||||
ной катушки, |
помещенной в |
среду |
о |
|
. |
Согласно |
выражению |
|||||||
для |
L // |
, |
получаем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
LMnp =/*’fo У /P [(&!3&* -2* %-)■//+■ |
|
-ff.5569] , |
||||||||||||
или |
окончательно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
L m f |
=f» ■2jtD ^ •//[(&, |
|
|
-2-(- * tu3)-0.5569] ІО*мкГ», |
||||||||||
где |
|
іи з -- |
диаметр провода катушки; |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
d |
|
толщина изоляции провода. |
мкРн |
|
|
|
|
|||||
Здесь |
все |
|
, Из полученного |
|||||||||||
размеры |
- в мм, |
а |
д |
- в |
м |
|||||||||
выражения для величины индуктивности видна её зависимость от |
||||||||||||||
частоты, |
т .к . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Когда |
Х>ср > tOd |
1 = Н * > М ' Г )- |
можно пренебречь. При этом |
|||||||||||
, |
членом |
~•Г |
||||||||||||
получается погрешность не |
более |
2 |
$ [ 1 .5 ] . |
|
|
|
|
|||||||
|
Измерениями индуктивности большого числа образцов пленоч |
|||||||||||||
ных спиральных, |
с прямоугольной конфигурацией контура |
и про |
||||||||||||
37
водочных спиральных катушек, изготовленных по данным, рас
считанным по формулам ( І . І І , І . І 2 , І . І З ) , установлено, что
индуктивность катушек получается на 4 -5 $ меньше расчётной.
|
Т)а |
Jljm |
всех катушек было выдержано с о о т н о ш е н и е ^ ^ - « J . При |
|
выполнении этого условия добротность катушек получается максимальной и поддается приближенному расчёту.
На частотах 10-400 М1*ц в гибридных пленочных микросхемах
напыленные катушки индуктивности имеют ограниченное примене
ние и з-за их низкой добротности.Чащѳ используются толстопленоч
ные катушки индуктивности с толщиной пленки не менее 30 мкм,
полученные электрохимическим методом.
В гибридных микросхемах для рабочих частот 10-400 МГц
возможно применение проволочных спиральных катушек индуктив ности, наматываемых из обмоточных проводов. Диаметр провода может изменяться от 0,05 до 0,15 мм и выше в зависимости от требуемой величины индуктивности, добротности и габаритов катушек. Размеры таких катушек индуктивности в несколько раз меньше размеров катушек, изготавливаемых фотоэлектрохимиче-
ским методом, а добротность выше.
Добротность плоских проволочных спиральных катушек инду
ктивности зависит от сопротивления потерь материала проводни ка на постоянном и переменном токе ВЧ, величины потерь в материале подложки, в материале изоляции и клеющем веществе
в спиральной проволочной катушке индуктивности, а также от
собственной емкости катушки. Полная схема замещения катушки
при работе на ВЧ изображена на р и с .I .1 8 ,а . Здесь |
Г - |
- со |
|
противление потерь катушки |
на постоянном токейл; |
- сопро |
|
тивление потерь катушки на |
переменном токе; |
- сопротив- |
|
38
r = |
n |
On
Ra
0)
А |
Ъ |
Ra |
|
-i— |
ц |
6)
Р и с .I . 18 . Схема замещения катушек индуктивности.
ление потерь катушки, определяемое собственной емкостью;
Ск - с о б с т в е н н а я е м к о с т ь к ат у ш к и . |
|
|
|||||
Известно |
[ 1 .2 ], |
что величина сопротивления потерь опреде |
|||||
ляется по.формуле: |
fcJ Ск ■lq8 |
|
|
|
|||
|
|
|
Ra - , |
|
|
|
|
Пересчитав это сопротивление на вносимое последовательное, |
|||||||
получаем: |
Га =0,25CK ^ S -L Z/ |
S' М * |
8м. |
( І . І І ) |
|||
Здесь |
. |
L |
- |
емкость, |
пф; |
|
|
|
|
Ск |
- |
индуктивность, |
мкГн; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
/ - частота, МРц.
Схема замещения катушки индуктивности в этом случае принимает вид, изображенный на рис,1 .1 8 ,б .
Величина добротности пленочной и проволочной спиральной катушек индуктивности в общем случае определяется по формуле:
|
|
|
39 |
где |
а = |
tu L |
|
|
Гоби^ |
||
Г общ = Г= |
- Гр * Гд . |
||
В пленочных катушках индуктивности с защитным покрытием
величина добротности определяется потерями в подложке и мате риале покрытия, а в спиральных проволочных катушках индуктив ности - потерями в изоляции и клеющем веществе, применяемом для скрепления витков.
Тогда |
выражение ( І . І І ) |
может быть представлено в виде: |
||
Ot ~ 0,25 L Z' f |
Ск(^1$п.к +tyâui. noKp.J ■fO f (?** , |
( I .I I a ) |
||
гдet^ffn.K |
- |
тангенс угла Потерь в материале |
подложки или |
|
i^ßuj.noKp _ |
клеющего вещества; |
|
||
|
|
танген0 урла потерь в материале покрытия или |
||
|
|
изоляции провода - для проволочной спиральной |
||
6 . |
|
катушки. |
|
|
РАСЧЁТ ДОБРОТНОСТИ ПЛОСКИХ КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ |
||||
В тонкопленочных катушках, в которых отношение толщины |
||||
пленки к |
глубине проникновения ВЧ токов менее |
0 ,1 , можно |
||
пренебречь поверхностный эффектом. |
выражению: |
|||
Добротность таких катушек рассчитываем по |
||||
|
|
еи£ |
■ |
( I .I 2 ) |
|
|
а = |
||
Представляя катушку двумя параллельными проводниками, получим
необходимую для вычисления |
величину собственной емкости |
катушки, т .е . |
|
Ск~С,(Л/-/)Ь.ф , п§, |
(І.ІЗ) |
40
где |
Са ^ 0,0885 t ' |
- ^ г - |
- |
~ емкость |
между |
Двумя |
|
|||||
соседними |
витками, |
пф/см; |
|
|
|
|
|
|
||||
|
£ц.у> |
- |
средняя длина первого витка. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
&<г = 2 г (Г г + £ £ ) , |
|
|
|
|
|||
|
|
Г, |
|
- |
средний радиус |
первого витка. |
|
|
Ск |
|||
|
Расчётами и экспериментально установлено, что величина |
|
||||||||||
изменяется |
I |
в пределах 0 ,1 -1 0 |
пф в катушках индуктивностью |
|
||||||||
от |
0,1 |
до |
мкГн. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В катушках индуктивности с применением толстой пленки |
|
||||||||||
отношение толщины пленки витков к -глубине проникновения ВЧ |
|
|||||||||||
токов в проводящую пленку много более |
0 ,1 . При вычислении ■ |
|
||||||||||
добротности такой катушки необходимо, |
кроме |
/]= и |
/д , |
|
||||||||
учесть |
/у |
|
- сопротивление материала |
пленки токам ВЧ. Тог |
||||||||
да |
расчётная формула ( І .І 2 ) |
принимает |
вид: |
|
|
|
||||||
Сопротивление |
/ф |
согласно |
[1 .2 ] вычисляем как |
|
|
|||||||
/- частота, МГц;
°( - поправочный коэффициент, учитывающий кон центрацию тока около углов сечения (эффект
близости), значения которого приведены в
[1.2] ;
і к - длина средней линии пленочного проводника катушки индуктивности, см .