Los componentes electrónicos tienen diferencias entre sus características ideales y reales. Estas diferencias se deben a los elementos parásitos y componentes de resistencia inherentes a los componentes reales. Por ejemplo, un condensador ideal mantiene una capacitancia constante a cualquier frecuencia, pero los condensadores reales tienen inductancia parásita y resistencia de CC, que alteran sus características.
Esta diferencia es crucial al diseñar circuitos electrónicos. Las características no ideales pueden afectar inesperadamente la operación del circuito completo, lo que requiere modelar y predecir con precisión estos comportamientos de componentes para simulaciones precisas y diseños confiables.
En este artículo, explicaremos cómo identificar los parámetros de circuito equivalente para condensadores de chip usando QucsStudio. Dominar esta técnica puede mejorar la precisión de sus simulaciones y aumentar la confiabilidad de sus diseños de circuitos.
Paso 1: Adquisición de los parámetros S del componente real
Primero, medimos las características del componente real. Para este ejemplo, utilizaremos un condensador cerámico multicapa (MLCC) de 100pF y tamaño 0.6×0.3 mm.
- Medición de la característica S12: Utilizamos un analizador de redes para medir la impedancia del condensador a varias frecuencias. Esta medición nos ayuda a comprender en detalle el comportamiento real del condensador.
- Importación de datos: Los datos medidos se exportan a un archivo de parámetros S en formato Touchstone y se importan a QucsStudio. Esto nos permite utilizar los datos medidos reales en nuestras simulaciones.
Paso 2: Verificación de los parámetros S
Usando QucsStudio, mostramos los parámetros S adquiridos y los usamos para construir un circuito paralelo a la línea de transmisión y conectado a tierra (GND).
1. Construcción del circuito equivalente del componente real: Abrimos QucsStudio y creamos un nuevo diagrama de circuito. Primero, seleccionamos el componente de parámetros S de la biblioteca ‘componentes del sistema’ y construimos el circuito como se describe a continuación.
2. Ejecución de la simulación de parámetros S: Realizamos la simulación de parámetros S para el circuito configurado en un rango de 100MHz a 3GHz.
A medida que aumenta la frecuencia, la impedancia del condensador disminuye, lo que lleva a una atenuación de la señal. Sin embargo, los parámetros S medidos muestran una atenuación esperada hasta aproximadamente 1GHz, más allá de lo cual la atenuación disminuye, indicando una diferencia entre las características del condensador ideal y las reales.
Por lo tanto, el componente real difiere de un condensador ideal debido a la presencia de componentes de inductancia y resistencia. A continuación, se presentan los pasos para crear el circuito equivalente que incorpora estos elementos.
Construcción del circuito equivalente del componente real: El componente de condensador en QucsStudio incluye una característica para describir el componente de resistencia. Utilizando esta característica, agregamos componentes que representan elementos inductivos al circuito equivalente, construyendo así el circuito equivalente de un condensador real.
Usando este circuito equivalente, ajustamos los componentes inductivos y resistivos para encontrar valores que coincidan con las características del componente real, modelando así el componente.
Paso 4: Revisión y análisis de los resultados
Utilizamos la función Tune de QucsStudio para ajustar los valores de inductancia y encontrar aquellos que son similares a las características de frecuencia del componente real.
Al referirnos al gráfico, identificamos los puntos donde la resonancia coincide y encontramos que el valor de la inductancia en ese momento es de 0.2739pF.
A continuación, determinamos el valor de la resistencia. Hacemos doble clic en el componente L1 para abrir sus propiedades e ingresar el valor de la resistencia en serie.
En el caso de un condensador de chip, la resistencia se suele ajustar en el rango de 0.1 a 0.2 ohmios. En este caso, configurándolo a 0.18 ohmios proporciona características casi idénticas al componente real. Logramos los mismos resultados utilizando la función Tune para ajustar los valores de resistencia, al igual que hicimos con los valores de inductancia.
Resumen
Hemos podido extraer los parámetros del circuito equivalente del condensador de chip usando QucsStudio.
Este método nos permite comprender con precisión el comportamiento de los componentes y lograr un diseño de circuitos más confiable. Además, al utilizar esta técnica, podemos realizar simulaciones precisas basadas en datos de medición reales, mejorando la calidad de nuestros diseños.
Esperamos que esta guía le ayude a mejorar sus habilidades en diseño y simulación de circuitos electrónicos.
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