Impedancia que se adapta a una carga de condensador

Actualmente estoy tratando de hacer coincidir la impedancia de un condensador como carga. En detalle, es una película delgada aislante que crece sobre una capa conductora (puesta a tierra). Ahora pulverizamos pequeños electrodos de Pt en la parte superior y queremos aplicarles un voltaje. Esperamos que la capacitancia esté en el área de 0,5 a 1 pF y nuestra fuente tiene una impedancia de 50 ohmios. Queremos aplicar pulsos de voltaje de forma cuadrada con un tiempo de subida < 50 ps (20 GHz) y hasta 20 ns (50 MHz) de longitud. Por lo tanto, el circuito de adaptación de impedancia tiene que ser de banda ancha.

Como no soy ingeniero eléctrico, le agradecería mucho que explicara cualquier intento de resolver este problema de la manera más fácil y detallada posible.

EDITAR:

Hice el cálculo para verificar el cambio de fase del reflejo posterior. Obtengo este gráfico:

ingrese la descripción de la imagen aquí

parece que tengo el salto justo en mi ancho de banda (aproximadamente 50 MHz a 50 GHz).

Respuestas (1)

Desafortunadamente, no puede igualar una carga puramente reactiva. Podría cancelar la reactancia a una frecuencia particular usando un inductor donde

Z L = j ∗ ω ∗ L
y
Z C = 1 j ∗ ω ∗ C = − j ω ∗ C

Sin embargo, eso solo le daría un cortocircuito. En cualquier caso, utilizando la fórmula para el coeficiente de reflexión de una carga en una línea de 50 ohmios

Γ = Z L o a d − 50 Z L o a d + 50

La magnitud de Gamma para cualquier Z_Load puramente imaginario será 1 (reflexión de onda de voltaje completa). Por ejemplo, si Z_Load es j50, obtendrá una Gamma de j. Si Z_load es j25 obtendrá un Gamma de -0.6 + j0.8. Si es -j33 obtendrás -0.39-j0.92, etc.

Simplemente trataría de mantener su línea de transmisión muy corta y espero que su fuente tenga una impedancia de salida suficientemente baja para manejar esta carga no ideal.

Hola MikeP, muchas gracias por tu respuesta! Una reflexión de onda de voltaje completa no sería el peor de los casos siempre que las amplitudes de ambas ondas simplemente se sumen. Pero, según tengo entendido, habrá un cambio de fase según la capacitancia. ¿Hay alguna forma de arreglar de alguna manera el cambio de fase de modo que siempre tenga el doble del voltaje de la amplitud del pulso de mi fuente en la carga? ¡Muchas gracias! Saludos, Marvin.
¡De nada Marv! Creo que mientras la capacitancia sea baja y, por lo tanto, tenga una gran reactancia negativa hasta frecuencias muy altas, entonces los términos de -50 y +50 ohmios en la expresión de Gamma serán insignificantes y tendrá un fase relativamente constante. Por ejemplo, a 1 pF, tendría más de 1000 ohmios de reactancia hasta casi 160 MHz. Para 50 MHz, esto es bueno, pero los pulsos cuadrados necesitan una cantidad de armónicos, y para el séptimo armónico (350 MHz), la reactancia se reduce a aproximadamente 450 ohmios (alrededor de un cambio de 12,5 grados, lo que podría estar bien).
Hola MikeP, gracias por la respuesta! ¿Puedes mostrarme la ecuación para calcular el cambio de fase? Y mis pulsos deben tener tiempos de subida muy pronunciados (menos de 50 ps). Por lo tanto, tendré frecuencias en el régimen de GHz que experimentan un gran cambio de fase. Ahora me temo que mi tiempo de subida se prolonga significativamente debido a los cambios de fase en el reflejo.
No hay problema Marv, solo usa Zload = 1/(j * w * C) donde w es 2 * pi * frecuencia, y C es la capacitancia, luego conecta eso en la ecuación de Gamma anterior y encuentra el ángulo de ese vector complejo. Por ejemplo, a 100 MHz y 1 pF: Zload = 1/(j*2*pi*100e6*1e-12)=-j1592, Gamma es entonces 0,998-j0,0628, atan(-0,0628/0,998) = -3,6 grados
Hola MikeP, gracias de nuevo por la ayuda! Hice el cálculo y tracé un gráfico para mi ancho de banda (tiempo de subida de 20 ps = 50 GHz; ancho de 20 ns = 50 MHz). Parece que el gran salto (en el cambio de fase) está justo en el medio de mi ancho de banda y, por lo tanto, ¿lo más probable es que arruine mi pulso en la muestra? Supongo que tendré un tiempo de subida más largo, así como timbres y otras inestabilidades en la amplitud del pulso (al menos al comienzo del pulso). ¿Hay algo que pueda hacer al respecto?
no con otros elementos de circuito agrupados; creo que lo mejor que se puede hacer es tratar de mantener esa línea de transmisión lo más corta posible
Impedancia que se adapta a una carga de condensador
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