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2011年11月 1日 (火)

大容量セラミックコンデンサーのはなし

大容量セラミックコンデンサーとは
 積層セラミックコンデンサーは、小型化され積層数を上げて大容量のものが開発されています。しかしながら、主として携帯電話や低電圧回路用のものが主流で、高周波パワーアンプに使うような高耐圧(100V以上)で使える大容量のものはあまり多くありません。10KHz程度の低い周波数から 200MHz程度までの広帯域のアンプを作る場合にデバイスのデカップリング(直流阻止)のためのコンデンサーの選定は重要です。
ハード的には
1000p
01u
上図は 50Ωのインピーダンスで 1000pFのコンデンサーをデカップリングに使用した場合の通過特性(S21)と入力マッッチング(S11)を示しています。通過特性では 1.5MHz付近で3dB程度下がっていますが、コンデンサーの容量が少なく、低域でマッチングしなくなるのが判ります。このコンデンサーを100倍して 0.1uF にしたのが右のグラフです。周波数軸が変わっていますので、計り直せば、15KHz程度で 3dBダウンと改善されているのが判ります。
10u25
 このようにデカップリングのコンデンサーの容量で通過ロス・マッチングが変わりますので、低い周波数を増幅しようとする場合、大きなコンデンサーが必要です。さらに増幅するデバイス付近ではインプーダンスが 50Ωより低い場合が多いので、例えば半分の25Ωでは右図のように10uF程度にすることで十分な特性を得ることができます。反対に電解コンデンサーなどでは内部の抵抗が高周波域では大きくなって損失が増えるため、数10MHzまで使いたい場合は電解コンデンサーでなく、積層セラミックコンデンサーが適していますが、大容量で高耐圧なものが必要になります。
20111101_92404
 右図は TDKの積層セラミックコンデンサーを金属端子に接続したメガキャップタイプですが
、耐圧 100Vならば 22uF 250Vならば 3.3uF,450Vならば 2.2uF が選択できます。
ソフト的には
 大きなコンデンサーを使うとサイズによるインダクタンスが増えて高周波特性が良くなりませんが、損失による発熱も注意すべき点です。大きいと放熱面積が増えるので、有利な面もあります。熱膨張による変化で半田部分にクラックが発生する場合がありますが、金属端子を使っているこのようなタイプでは有利ではないかと思います。

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