什么是電阻電感?電感器和電阻器
電感是導(dǎo)體的一種電特性,通過導(dǎo)體的電流在導(dǎo)體本身(自感)和附近的其他導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢。由于電阻器由導(dǎo)電材料制成,因此它們也會表現(xiàn)出電感作為不需要的寄生效應(yīng)。如果電阻器由形成線圈形狀的導(dǎo)線制成,則這種效果尤其明顯。根據(jù)應(yīng)用的不同,電阻器電感可能很容易被忽略,尤其是在直流電路中。然而,寄生電阻器電感可能是高頻交流應(yīng)用中的一個重要因素。其原因是,由于電阻器的電抗增加,電阻器的阻抗隨著施加的電壓頻率而增加。
電感器和電阻器
電力負(fù)載可分為兩種類型:有功(或阻性)負(fù)載和無功負(fù)載。實際負(fù)載用于將電能轉(zhuǎn)換成熱量。理想電阻器是純電阻負(fù)載,這意味著施加到電阻器的所有電力都以熱量的形式耗散。另一方面,無功負(fù)載將電能轉(zhuǎn)換為磁場或電場,并在返回到電路的其余部分之前將其暫時存儲。無功負(fù)載可以是感性負(fù)載或容性負(fù)載。感性負(fù)載以磁場的形式存儲能量,而容性負(fù)載以電場的形式存儲能量。
因此,理想電阻器和理想電感器之間的主要區(qū)別在于,電阻器將電能以熱量的形式耗散,而電感器將電能轉(zhuǎn)化為磁場。理想的電阻器具有零電抗,因此也具有零電感。不幸的是,電氣設(shè)備在實踐中并不理想,即使是簡單的電阻器也有輕微的寄生感抗。
電感 B 場
電感線圈的 B 場
寄生電感
當(dāng)需要純阻性負(fù)載時使用電阻器;因此,電感通常是一種不需要的副作用,在這種情況下,它被稱為“寄生電感”。所有實際電阻器都會或多或少地表現(xiàn)出寄生電感,具體取決于電阻器的設(shè)計和結(jié)構(gòu)。寄生電感在交流電路可能會導(dǎo)致系統(tǒng)模塊之間產(chǎn)生不必要的耦合,或者可能導(dǎo)致高頻下電路響應(yīng)發(fā)生變化。電感問題的根源可能是自感(即使電阻器遠(yuǎn)離其他導(dǎo)體也會存在自感),或者是自感。互感,當(dāng)附近有其他高頻設(shè)備時會觀察到自感可能會使高頻信號失真,而互感可能會在信號路徑中引入噪聲。
由于其線圈形狀,螺旋線繞電阻器特別容易具有顯著的寄生電感。專為高頻使用而設(shè)計的電阻器由金屬膜制成,以避免形成線圈形狀并減少寄生電感。
電抗和電感計算
在交流電路中,電阻抗是衡量施加電壓時電路對電流通過的阻力的量度。它由以下公式給出:
Z=R+j?X
其中Z是阻抗,R是電阻,X是電路的電抗,j是虛數(shù)單位。在本文中,假設(shè)實際電阻器的寄生電抗是純感性的,并且該電阻器的阻抗為:
Z=R+j?ω?L
其中ω是角頻率,L是電阻器的寄生電感。
從上式可以看出,電阻器的阻抗隨著電壓頻率的增加而增加,因為電阻器充當(dāng)串聯(lián)的電阻器和電感器。這種增加通??梢院雎圆挥嫞谀承?yīng)用中相當(dāng)顯著。
不同電阻器類型的電感
電阻器類型電感
線繞式0.03 – 56 μH
挫敗<0.08μH
金屬氧化物3 – 200 納赫
電影<2nH
寄生電感效應(yīng)發(fā)揮作用的應(yīng)用
寄生電感通常表現(xiàn)在性能較差的電阻器(例如螺旋線繞電阻器)或非常高頻率的其他電阻器中。為了演示高頻問題,讓我們檢查一個典型的 220 Ω 箔電阻器,其電感為 0.05 μH,工作頻率為 1 GHz。
阻抗的大小可以使用以下公式計算:
|Z|=√R2+(ω?L)2
代入我們的值,我們得到:
|Z|=√(220)2+(2?π?0.05E?6)2=383.5Ω
1 GHz 時阻抗的大小為 383.5 Ω,比標(biāo)稱 DC 值增加了近 75%。如果不考慮寄生效應(yīng),工程師就不會預(yù)料到這種變化。一般來說,微波和射頻應(yīng)用對寄生效應(yīng)特別敏感。