مفهوم فرکانس خود رزونانس چیست؟

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز،عبارت self resonance frequency یا فرکانس خود رزونانس، معمولا در دیتاشیت سلف‌ها و خازن‌ها به چشم می‌خورد. مفهوم آن چیست؟ به چه دردی می‌خورد؟ چگونه مدل می‌شود؟

چیز‌های زیادی در طبیعت، فرکانس خود رزونانس دارند. معنی این حرف این نیست که به‌خودی‌خود نوسان کنند، بلکه به این مفهوم که اگر توسط یک انرژی بیرونی تحریک شوند، در یک فرکانس مشخص رزونانس می‌کنند. اگر یک خازن یا سلف واقعی را با یک ولتاژ پله‌ای تحریک کنید، یک نوسان گذرا اتفاق می‌افتد که به علت مقاومت پارازیتی سریعاً میرا می‌شود. این پدیده در اسیلوسکوپ قابل‌مشاهده است. 

مدل سلف

یک سلف، دارای مدلی به شکل زیر است. یک مقاومت و خازن موازی با سلف و یک مقاومت سری. خازن موازی باعث رزونانس می‌شود. در شبیه‌سازی مداری که توسط نرم‌افزار ADS انجام‌شده است، مقدار اندوکتانس سلف برحسب nH و فرکانس خود رزونانس برحسب GHz به‌عنوان متغیر‌های ورودی لحاظ شده‌اند که مقدار خازن C۱ با توجه به رابطه SRF محاسبه‌شده است.

نمودار‌های زیر، برای یک سلف ۱۰۰ nH شرکت CoilCraft از سری ۱۰۰۸ CS که طبق دیتاشیت فرکانس خود-رزونانس ۱ GHz دارد، شبیه‌سازی و رسم شده‌اند. در نزدیکی SRF، قطعه به‌صورت مدار-باز دیده می‌شود که برای کاربرد‌های خاص مانند چوک می‌تواند بسیار مناسب باشد.

مقدار مقاومت R۲ همان مقاومت DC یا DCR است که توسط شرکت سازنده در دیتاشیت ارائه می‌شود یا در آزمایشگاه با یک مولتی‌متر دقیق قابل‌اندازه‌گیری است. مقاومت R۱ بخشی از مدل است که ضریب انعکاس در فرکانس رزونانس را کاهش می‌دهد؛ درواقع هیچ قطعه‌ای مدار-باز کامل نیست.

 

مدل خازن

مدل عمومی خازن در شکل زیر قابل‌مشاهده است که درواقع دو فرکانس رزونانس دارد. اولین SRF، فرکانس رزونانس سری است که مربوط به شاخه بالایی و قطعات R۱، C۱ و L۱ می‌شود که هنگام رزونانس تقریباً به‌صورت اتصال کوتاه دیده می‌شود. در واقعیت به علت وجود مقاومت ESR که در اینجا با R۱ مدل شده است، هیچ‌وقت اتصال کوتاه کامل نداریم. دومین SRF، فرکانس رزونانس موازی است که ناشی از خازن موازی C۲ است. این رزونانس معمولاً نامطلوب است، زیرا باعث باز دیده شدن خازن می‌شود.



در شکل زیر یک خازن ۴۷ pFS شبیه‌سازی شده است که طبق دیتاشیت دارای فرکانس رزونانس سری ۲٫۱ GHz و فرکانس رزونانس موازی ۲٫۷ GHz و مقاومت ESR برابر ۰٫۱ اهم است.

فایل شبیه‌سازی مدل سلف و خازن توسط نرم‌افزار ADS را از لینک زیر دریافت کنید:

 

 

حجم:126کیلوبایت