电感和电感器的原理

发布时间:2012-2-24 01:05    发布者:1770309616
关键词: 电感 , 电感器 , 原理
  电感电子电路阻止电流改变的一种性质。注意“改变”一词的物理意义,这点非常重要,有点像力学中的惯性。一个电感器被用在磁场中储存能量,你会发现这个现象非常重要。为了理解电感的概念,必须了解三个物理现象:
  (1)当一个导体相对磁场运动时,导体中会感生电流。从而在导体的两端会产生感生电动势。
  (2)当导体处在变化的磁场中,导体内部会产生感生电流。像第一种情况一样,导体内也会产生感生电动势。
  (3)当导体中有电流流动时,导体周围会产生磁场。
  根据楞次定律.电路中的感生电动势是描述电路中抵消或补偿其自身的增加或减少的一个物理量。从这个原理出发,会有以下效应:
  (1)无论导体和磁场发生相对运动还是磁场变化,都会产生感生电流。感生电流的方向是其激发的磁场与原磁场的变化趋势相反的方向。
  (2)导体中电流改变时,由此电流激发的磁场会发生变化,磁场的变化会感生新的电流以阻碍原电流的变化。
  (3)由电流变化感生的电动势与产生电流变化的电势的极性相反。
  电感的单位是亨E[利](H)。如果导体中的电流以IA/s的速率变化,会感生IV的电动势,那么此导体的电感就为1H。这个关系可以表示为:
        V=L(ΔI/Δt)
  式中,V为感生的电动势,V;L为电感,H;r为电流,A;t为时间,s;△为微小改变量。
  亨E[利]这个单位适用于在直流电源供电的连续滤波腔体中使用的电感器,但对于射频和中频电路来说,它的量纲太大了。在这些电路中通常使用的是辅助单位毫亨(mH)和微亨(μH)。它们之间的换算关系是:
  1H=1000mH=1000000μH
  所以,
  1mH=10-3H, 1μH=10-6H
  这里有一个值得注意的现象叫做自感:当电路中的电流变化时,电流激发的磁场也相应变化。磁场的变化会感生一个反向电流阻碍原电流的变化。这个感生电流也会产生一个电动势,称作反向电动势。和其他形式的电感一样,自感的单位也是亨E[利]和它的辅助单位。
  虽然电感的概念涉及一系列现象,但是单独使用时通常是指自感。所以,本章中的讨论除非特别说明(比如互感等),电感都是指自感。不过要记住:该专业术语拥有比一般理解更多的含义。
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1770309616 发表于 2012-2-24 09:18:14
IBM使用石墨烯制造模拟IC,与电感器等实现“混载”
     — —制作出了最大工作带宽超过10GHz的混频器IC

  美国IBM公司于当地时间2011年6月9日宣布,在SiC晶元上集成使用石墨烯作为通道的晶体管(GFET)和电感器,制作出了最大工作带宽超过10GHz的混频器IC。详细内容已经在2011年6月10日的学术杂志《科学》(Science)上发表(论文)。
  混频器是无线通信电路中用于调制频率的重要电路。这次的混频器IC由1个栅极长为550nm的GFET、2个电感器以及4个端子焊盘组成。电感器采用了当局部振荡器(LO)的频率为5GHz左右时,转换损耗最小的设计。1枚芯片的尺寸约为900μm×600μm。
  工作情况基本与设计相符,在输入4GHz LO频率和3.8GHz模拟信号时,输出了7.8GHz的频率和以及200MHz的频率差。高次谐波在与GFET连接的电感器上获得了大幅衰减。
  该IC的寄生电容影响和特性温度依赖性较小。而且还具备无需外置被动部件的特征。温度依存性更是远小于一般的混频器IC,即使把温度从300K提高到400K,转换损耗的变化也不到1dB,无需补偿电路。当LO频率为4GHz时,转换损耗为27dB。
  论文指出在此之前,能够在数GHz下工作的混频器已经有基于GaAs的类型。GaAs混频器在LO为1.95GHz时,转换损耗为7dB。但另一方面,由于无法混载电感器等元件,因此需要外置被动部件。
  使用SiC热分解法制造GFET
  使用GFET制作混频器电路此前也曾有过先例。但形成石墨烯薄膜的方法大多是利用胶带从石墨上剥离石墨烯的机械式剥离法和CVD法。而且,使用这些方法时,GFET呈现两极性,会根据加载的栅极电压,转变为n型或p型。
  此次,IBM使用SiC分解法,在SiC晶元上形成了2~3层石墨烯薄膜。此时,GFET只显示n型特性。
  SiC热分解法是把SiC基板的表面加热到1400℃以上,只使Si脱离的方法。在形成石墨烯薄膜后,向其表面涂布PMMA,进而形成HSQ(hydrogen silsesquioxane)薄膜的。此时,使用电子光束(EB),通过光刻形成图案。当EB照射到HSQ时,会产生氧等离子。氧等离子与石墨烯的C发生反应,从而形成图案。
  端子焊盘和栅极电极使用的是Pd和Au,GFET的绝缘层使用的是Al2O3。电感器是叠加Al层之后,通过利用EB形成图案制成的。

--来源:技术在线
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