Componentes passivos em circuitos de RF
Resistores, capacitores, antenas... Aprenda sobre componentes passivos usados em sistemas de radiofrequência.
Os sistemas de radiofrequência (RF) não são fundamentalmente diferentes de outros tipos de circuitos elétricos. As mesmas leis da física se aplicam e, consequentemente, os componentes básicos usados em projetos de RF também são encontrados em circuitos digitais e circuitos analógicos de baixa frequência.
No entanto, o projeto de RF envolve um conjunto único de desafios e objetivos e, consequentemente, as características e usos dos componentes exigem considerações especiais quando operamos no contexto de RF. Além disso, alguns circuitos integrados executam funcionalidades altamente específicas para sistemas de RF — eles não são usados em circuitos de baixa frequência e podem não ser bem compreendidos por aqueles que têm pouca experiência com técnicas de projeto de RF.
Costumamos categorizar componentes como ativos ou passivos, e essa abordagem é igualmente válida no campo da radiofrequência (RF). Esta notícia discute componentes passivos especificamente em relação a circuitos de RF, e a próxima página aborda os componentes ativos.
Capacitores
Um capacitor ideal proporcionaria exatamente a mesma funcionalidade para um sinal de 1 Hz e um sinal de 1 GHz. Mas os componentes nunca são ideais, e as não idealidades de um capacitor podem ser bastante significativas em altas frequências.
O “C” corresponde ao capacitor ideal que está embutido em meio a tantos elementos parasitas. Temos resistência não infinita entre as placas (RD), resistência em série (RS), indutância em série (LS) e capacitância em paralelo (CP) entre os pads da placa de circuito impresso e o plano de terra (estamos considerando componentes de montagem em superfície; mais sobre isso adiante).
A não idealidade mais significativa quando trabalhamos com sinais de alta frequência é a indutância. Esperamos que a impedância de um capacitor diminua indefinidamente com o aumento da frequência, mas a presença da indutância parasita faz com que a impedância caia na frequência de auto-ressonância e, em seguida, comece a aumentar.
Resistores, etc.
Mesmo os resistores podem ser problemáticos em altas frequências, pois possuem indutância em série, capacitância em paralelo e a capacitância típica associada aos terminais da placa de circuito impresso.
E isso nos leva a um ponto importante: quando se trabalha com altas frequências, os elementos parasitas estão por toda parte. Não importa quão simples ou ideal seja um elemento resistivo, ele ainda precisa ser encapsulado e soldado a uma placa de circuito impresso, e o resultado são os elementos parasitas. O mesmo se aplica a qualquer outro componente: se ele for encapsulado e soldado à placa, haverá elementos parasitas.
Cristais
A essência da radiofrequência (RF) é manipular sinais de alta frequência para que transmitam informações, mas antes de manipulá-los, precisamos gerá-los. Assim como em outros tipos de circuitos, os cristais são um meio fundamental para gerar uma referência de frequência estável.
No entanto, em projetos digitais e de sinais mistos, é comum que circuitos baseados em cristais não exijam a precisão que um cristal pode fornecer, e, consequentemente, é fácil ser descuidado na seleção do cristal. Um circuito de RF, por outro lado, pode ter requisitos de frequência rigorosos, o que exige não apenas precisão de frequência inicial, mas também estabilidade de frequência.
A frequência de oscilação de um cristal comum é sensível a variações de temperatura. A instabilidade de frequência resultante cria problemas para sistemas de radiofrequência (RF), especialmente sistemas que serão expostos a grandes variações de temperatura ambiente. Assim, um sistema pode exigir um TCXO, ou seja, um oscilador de cristal com compensação de temperatura. Esses dispositivos incorporam circuitos que compensam as variações de frequência do cristal.
Antenas
Uma antena é um componente passivo usado para converter um sinal elétrico de radiofrequência (RF) em radiação eletromagnética (REM), ou vice-versa. Com outros componentes e condutores, busca-se minimizar os efeitos da REM, enquanto com antenas, busca-se otimizar a geração ou recepção de REM de acordo com as necessidades da aplicação.
A ciência das antenas não é de forma alguma simples. Vários fatores influenciam o processo de escolha ou projeto de uma antena ideal para uma aplicação específica. A AAC possui dois artigos (clique aqui e aqui) que oferecem uma excelente introdução aos conceitos de antenas.
Frequências mais altas trazem consigo diversos desafios de projeto, embora a parte da antena do sistema possa, na verdade, se tornar menos problemática à medida que a frequência aumenta, pois frequências mais altas permitem o uso de antenas mais curtas. Atualmente, é comum usar uma "antena de chip", que é soldada a uma placa de circuito impresso como os componentes de montagem em superfície típicos, ou uma antena de placa de circuito impresso, que é criada incorporando uma trilha especialmente projetada no layout da placa.
Resumo
Alguns componentes são comuns apenas em aplicações de radiofrequência (RF), enquanto outros devem ser escolhidos e implementados com mais cuidado devido ao seu comportamento não ideal em altas frequências.
Os componentes passivos apresentam resposta de frequência não ideal como resultado da indutância e capacitância parasitas.
Aplicações de radiofrequência podem exigir cristais mais precisos e/ou estáveis do que os cristais comumente usados em circuitos digitais.
As antenas são componentes críticos que devem ser escolhidas de acordo com as características e requisitos de um sistema de radiofrequência.
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Data da publicação: 03/11/2022
