고주파회로 기초

 

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4. 집중정수 부품(칩 부품)의 한계

지난 수년동안, 휴대전화의 급속한 보급과 소형화에 따라 그것에 사용되는 칩 부품의 고주파 특성의 개선과 소형화도 빠른 속도로 진행되고 있다. 지금은 1005 타입(1.0mm×0.5mm)이 당연한 것처럼 사용되고 있다. 2GHz 정도의 회로에서도 분포정수가 아니라, 집중정수로 형성되도록 되고 있다.
그러면, 칩 부품(저항, 콘덴서, 인덕터)을 사용할 수 있는 주파수 한계는 어디에 있는 것일까? 한번 생각해 보기로 한다.
저주파이면 칩 저항은 저항, 칩 콘덴서는 콘덴서, 그리고 칩 인덕터는 인덕터로 동작한다. 그러나, 주파수가 높아짐에 따라 순수한 R, C, L과는 다른 특성을 나타내게 된다. 그것은 각 부품의 등가회로에서 그 이유를 찾을 수 있다. 칩 부품이라 해도 그 전극의 도체저항이나 전극간의 정전용량 등, 여러 가지 기생성분을 가지고 있다. 각부품의 등가회로와 그 주파수 특성에 대해 순서를 따라, 살펴 보기로 한다.

    [주의]
    다음에 제시하는 주파수 특성은 시뮬레이션 결과이다. 실측값이 아니다.
    시뮬레이션에서 사용한 기생성분의 값도 실측값이 아니다. 실제로 설계를 하는 경우에는 부품 메이커로부터 데이터를 입수하거나, 실측을 하기 바란다.

■ 칩 저항

등가회로를 그림 3-5에, 임피던스의 주파수 특성을 그림 3-6에 나타낸다. 주파수 특성의 세로축은 임피던스로 단위는 [Ω]이다.
적색선으로 나타내고 있는 것이 저항분이고, 녹색선으로 나타내고 있는 것이 리액턴스 성분이다.
그림 3-6의 상부에 나타낸 것이 시뮬레이션에서 사용한 각 소자의 값이다.

[50Ω, 1nH, 0.5pF]
기생 성분에 따라 주파수와 더불어 저항분이 변화하고 있다


    그림 3-5  칩 저항의 등가회로


    그림 3-6  저항의 주파수 vs 임피던스 특성

■ 칩 콘덴서

등가회로를 그림 3-7에, 임피던스의 주파수 특성을 그림 3-8에 나타낸다.
[20pF, 1MΩ, 1nH]
기생 인덕터와 직렬공진 회로가 형성되어, 공진주파수 이상에서는 리액턴스 성분이 유도성(+)으로 되고 있다.


    3-7  칩 콘덴서의 등가회로


    그림 3-8  콘덴서의 주파수 vs 임피던스 특성

■ 칩 인덕터

등가회로를 그림 3-9에, 임피던스의 주파수 특성을 그림 3-10에 나타낸다.

[22nH, 0.5Ω, 0.5pF]
기생용량 간에서 병렬공진 회로가 형성되며, 공진주파수 이상에서는 리액턴스 성분이 용량성(-)으로 되고 있다.


    그림 3-9  칩 인덕터의 등가회로


    그림 3-10  인덕터의 주파수 vs 임피던스 특성

    ☆ 콘덴서, 인덕터에서는 기생성분간에 생기는 공진주파수(자기공진 주파수) 이상에서 리액턴스의 극성이 반대로 되고 있다. 이 자기공진 주파수가 콘덴서, 인덕터 원래의 특성으로 사용 한계가 있다.
     

 

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