Trong mạch điện có rất nhiều điều thú vị cần khám phá và trong đó có Điện cảm lạc và Tụ điện Ký sinh nghe các bạn thấy rất khó hiểu lắm đúng không tuy nhiên nó là những khái niệm quan trọng trong mạch điện. Vậy chi tiết Điện cảm lạc và Tụ điện Ký sinh là gì ? hãy cùng tham khảo với Bảo Khang Electric nhé !
Điện cảm lạc là gì ?
Điện cảm đi lạc là điện cảm ngoài ý muốn và không mong muốn trong một mạch. Điện cảm không chỉ tồn tại trong cuộn cảm. Trên thực tế, bất kỳ dây dẫn hoặc dây dẫn thành phần nào có dòng điện chạy qua đều tạo ra từ trường. Khi các từ trường này được tạo ra, chúng có thể tạo ra hiệu ứng cảm ứng. Do đó, dây dẫn hoặc dây dẫn thành phần có thể hoạt động như cuộn cảm nếu chúng đủ dài. Những hiệu ứng như vậy thường xuất hiện trong các mạch (ví dụ: giữa các đường dẫn điện của vết dây hoặc các thành phần có dây dẫn dài như tụ điện), mặc dù chúng không có chủ đích. Độ tự cảm ngoài ý muốn này được gọi là độ tự cảm tản nhiệt và nó có thể dẫn đến sự gián đoạn dòng điện thông thường trong mạch.
Các nhà thiết kế mạch cố gắng giảm thiểu điện cảm đi lạc càng nhiều càng tốt. Họ làm điều này bằng cách giữ cho các dây dẫn của các linh kiện điện tử rất ngắn và nhóm các linh kiện theo cách như vậy để loại bỏ sự ghép nối điện dung.
Một ví dụ tốt về điều này là một tụ điện. Khi mua một tụ điện mới từ nhà sản xuất, các dây dẫn của tụ điện thường khá dài. Các dây dẫn cực dương và cực âm có thể kéo dài xuống vài inch trên các tụ điện, như có thể thấy từ hình minh họa ở trên.Tuy nhiên, việc cắm một tụ điện có dây dẫn dài như vậy vào mạch điện có thể gây ra một số vấn đề trong mạch điện.
Khi bạn có các tụ điện có các dây dẫn rất dài gần nhau, thì các dây dẫn này về cơ bản là dây dẫn. Khi bạn có các dây gần nhau trong mạch, chúng có thể tạo ra hiệu ứng cảm ứng. Ngay cả một lượng nhỏ dây cũng có thể có độ tự cảm đáng kể. Khi bạn có điều này, điện cảm có thể dùng để cản trở hoặc chặn tín hiệu tần số cao. Điều này là do cuộn cảm hoặc một thiết bị hoạt động như cuộn cảm có trở kháng cao đối với tín hiệu tần số cao. Do đó, rất khó để các tín hiệu tần số cao đi qua một mạch thể hiện tính chất cảm ứng. Khi bạn thêm điện cảm không mong muốn vào mạch, lúc này mạch có thể hoạt động (một lần nữa không mong muốn) để chặn tín hiệu tần số cao. Do đó, một tụ điện, một thiết bị có điện kháng thấp ở tần số cao, giờ đây có thể cản trở tín hiệu tần số cao đi qua. Nếu đây là mạch vô tuyến hoặc mạch âm thanh, toàn bộ dải tần số có thể bị chặn, điều này tất nhiên có thể gây ra tình trạng truyền tải kém ở nhiều tần số. Đây là lý do tại sao người ta mong muốn rằng không tồn tại điện cảm đi lạc trong mạch.
Do đó, đây là lý do các dây dẫn của tụ điện phải được giữ ngắn, chiều dài lý tưởng là dưới 1,5 mm, để ngăn chặn hiệu quả các hiệu ứng cảm ứng, vốn có thể hạn chế khả năng truyền tín hiệu tần số cao của tụ điện.
Tụ điện gắn trên bề mặt thậm chí còn tốt hơn khi sử dụng trong các mạch vì các đầu cuối không có chì của chúng được đặt trực tiếp trên mặt phẳng nguồn của mạch sẽ chặn gần như toàn bộ điện cảm. Điều này là do các bộ phận gắn trên bề mặt không có dây dẫn mà chỉ có các đầu cuối. Điều này sẽ hạn chế độ tự cảm mà tụ điện có thể phát ra và sẽ cho phép chúng truyền tín hiệu tần số cao tốt hơn trong mạch điện.
Tụ điện Ký sinh là gì ?
Tụ điện Ký sinh hay Điện dung ký sinh của Transistor MOS được hình thành do sự phân tách các điện tích di động tại các vùng khác nhau trong cấu trúc. Điện dung ký sinh là thành phần không mong muốn trong mạch bị bỏ qua khi làm việc ở tần số thấp. Nhưng không thể tránh khỏi khi làm việc trong mạch RF tần số cao; do đó, chúng ta phải cẩn thận về điện dung ký sinh trong khi thiết kế.
Trở kháng của điện dung là 1/jcw. Đối với tần số thấp, nó được coi là vô cực ; do đó nó như dây dẫn và không ảnh hưởng đến mạch. Tuy nhiên, khi tần số tăng lên, điện dung trong mạch hoạt động giống như một trở kháng và nó có thể thay đổi hoạt động của bóng bán dẫn của chúng ta bằng cách hạn chế tốc độ chuyển mạch bật tắt của nó. Do đó, bóng bán dẫn có giới hạn khi làm việc với tần số cao.
Các điện dung này được hình thành bên trong bóng bán dẫn do sự sắp xếp của nó. Như bạn có thể thấy từ mặt cắt ngang của bóng bán dẫn, điện dung C1 được hình thành do các vùng nghèo. Theo cách tương tự, có điện dung C 2 do sự phân tách giữa khối và cống. Vì có chất bán dẫn loại n và loại p nên chúng là các điện dung suy giảm. Các công suất cạn kiệt này là nguồn tiêu hao cho C DB số lượng lớn và nguồn cho số lượng lớn C SB .
Nhìn kỹ vào cấu trúc MOSFET, chúng ta có thể thấy sự chồng chéo ở các cạnh của oxit kim loại cổng và vùng nguồn. Khi đặt điện áp V gs , các điện tích được tích lũy tại vùng này, tạo thành một điện dung (C 4 /C GS ), tương tự như tụ điện bản song song trong đó bản dưới là loại n+ vùng nguồn (NMOS) và bản trên là kim loại. Tương tự, một điện dung (C 5 /C GD ) được hình thành giữa oxit kim loại G và vùng D. Chúng được gọi là điện dung chồng lấp. C 3 & C 6 được hình thành giữa G và chất nền. Điện dung từ kênh đến số lượng lớn phụ thuộc vào trạng thái của chất nền. Điện dung từ G đến C6 có một lớp oxit như chúng ta đã biết. Điện dung này có thể nằm giữa G và kênh và giữa kênh và số lượng lớn (C3). C GB đại diện cho điện dung này.
Có ba vùng mà bóng bán dẫn hoạt động: Vùng tắt, Dẫn và vùng bão hòa. Hầu hết đều làm việc trong khu vực bão hòa. Trong vùng Bão hòa, điện dung C GS có thể được tính bằng phương trình sau:
Trong vùng bão hòa, điện dung cao nhất trong mạch là C GS . Điện dung đầu vào của cực G bóng bán dẫn bằng C in = C GS và hoạt động trong vùng bão hòa và giá trị có thể được tính bằng phương trình (1). C GS có giá trị cao hơn so với điện dung cổng cống C GD , bằng với WC ov .
Do tác dụng của khối nên mạch này có g mb v bs . Tuy nhiên, g mb < < g m; do đó đôi khi nó bị bỏ qua. Trong các mô hình tần số cao, điện dung trở nên chiếm ưu thế. Hai điện dung quan trọng được tính đến là C GS & C GD
Điện dung ký sinh giới hạn tốc độ của mạch của chúng tôi. Thay đổi kích thước bóng bán dẫn ảnh hưởng đến tốc độ. Do đó, trong khi đưa ra các lựa chọn thiết kế, các nhà thiết kế mạch phải xem xét các tùy chọn được thực hiện ảnh hưởng như thế nào đến tốc độ của mạch. Tốc độ của Transitor MOS được đo bằng tần số khuếch đại đơn vị fT. Như thể hiện trong sơ đồ mạch, fT là khi dòng điện đi vào cổng iin bằng với dòng điện chạy qua kênh i ra . Chúng ta cũng có thể nói rằng fT là tần số mà tại đó Độ lợi hiện tại trở thành 1.
Từ phương trình trên, fT phụ thuộc vào g m và C GS . Nếu có độ dẫn điện cao (g m ), sẽ có một bóng bán dẫn tốc độ cao. Để có được g m cao, dòng điện phải được tăng lên, theo phương trình:
Vì vậy, sự đánh đổi là; nếu chúng ta có dòng điện cao, thì sẽ có công suất cao. Một sự đánh đổi khác theo phương trình (1) là C GS phải giảm, nhưng làm như vậy, kích thước của bóng bán dẫn cũng giảm. Vì C GS theo phương trình (1) phụ thuộc vào W/L.
Kích thước của bóng bán dẫn điều khiển điện dung C GS . Do đó, một bóng bán dẫn kích thước nhỏ phải hoạt động ở công suất cao; tuy nhiên, một bóng bán dẫn kích thước nhỏ sẽ dẫn đến vùng đảo và không ở vùng bão hòa. Do đó, một nhà thiết kế mạch hiệu quả cần phải đánh đổi tốt bằng cách hiểu các lựa chọn.
Để có một bóng bán dẫn tốc độ cao, công suất phải được tăng lên. Như chúng ta có thể thấy fT đối với tần số thấp, Độ lợi dòng cao, nhưng tần số tăng thì nó giảm xuống, đạt fT đến 1. FT ảnh hưởng đến Độ lợi. Chúng tôi biết rằng gain=gm(RL||r0) là Độ lợi DC và nó có tần số thấp từ phân tích mô hình tín hiệu nhỏ. Mô hình này hoạt động ở tần số thấp và điện dung ký sinh không được tính đến. Trong mô hình tần số cao, nếu chúng ta tính toán Độ lợi, thì có điện dung trong phương trình. Bằng cách tăng tần số, Độ lợi sẽ giảm cho đến khi đạt 1. Vì vậy, các nhà thiết kế phải chọn vùng sao cho Độ lợi của bóng bán dẫn không quá thấp bằng cách tăng công suất và điều chỉnh kích thước của bóng bán dẫn.
