電感是導體的一種電氣特性,通過導體的電流在導體本身(自感)和附近的其他導體中感應出電動勢。由于電阻器是由導電材料制成的,因此它們也會表現出電感,這是一種不希望的寄生效應。如果電阻器由形成線圈形狀的導線制成,則這種效果尤其明顯。根據應用的不同,電阻電感可能很容易被忽略,尤其是在直流電路中。然而,寄生電阻電感在高頻交流應用中可能是一個重要因素。其原因是電阻器的阻抗由于其電抗的增加而隨著施加的電壓頻率而上升。
電感器和電阻器
功率負載可分為兩種類型:實際(或電阻)負載和無功負載。實際負載用于將電能轉換為熱能。理想電阻器是純電阻負載,這意味著施加到電阻器上的所有電能都以熱量的形式耗散。另一方面,無功負載將電能轉換為磁場或電場,并在將其返回到電路的其余部分之前將其臨時存儲。無功負載可以是電感性的或電容性的。電感負載以磁場的形式存儲能量,而電容負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別在于,電阻器將電能作為熱量散發,而電感器將電能轉化為磁場。理想電阻器的電抗為零,因此電感為零。不幸的是,電氣設備在實踐中并不理想,即使是最簡單的電阻器也有輕微的寄生感抗。
電感線圈的電場
寄生電感
當需要純電阻負載時使用電阻器;所以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”。所有實際電阻器都或多或少地表現出寄生電感,具體取決于電阻器的設計和結構。交流電路可能會導致系統模塊之間出現不需要的耦合,或者可能是導致高頻電路響應發生改變的原因。電感問題的根源可能是自感,即使電阻器遠離其他導體也存在,或者互感,當附近有其他高頻設備時觀察到。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產生顯著的寄生電感。專為高頻使用而設計的電阻器由金屬膜制成,以避免產生線圈形狀并減少寄生電感。
電抗和電感計算
在交流電路中,電阻抗是在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是虛數單位。在本文中,假設實際電阻器的寄生電抗是純感性的,并且這種電阻器的阻抗為:
Z=R+j·ω·L
其中ω是角頻率,L是電阻器的寄生電感。
從上面的等式可以看出,電阻的阻抗隨著電壓頻率的增加而上升,因為電阻作為電阻和電感串聯。這種增加通常可以忽略不計,但在某些應用中卻相當顯著。
不同電阻類型的電感 | |
電阻器類型 | 電感 |
線繞 | 0.03–56μH |
箔式 | <0.08μH |
金屬氧化物 | 3–200nH |
膜式 | <2nH |
寄生電感效應發揮作用的應用
寄生電感通常表現在性能較差的電阻器(如螺旋線繞電阻器)或其他非常高頻率的電阻器中。為了演示高頻問題,讓我們檢查一個典型的220Ω箔電阻,電感為0.05μH,工作頻率為1GHz。
可以使用以下等式計算阻抗的大小:
|Z|=√R^2+(ω·L)^2
替換我們的值,我們得到:
|Z|=√(220)^2+(2·pi·0.05E-6)^2=383.5Ω
1GHz時的阻抗幅度為383.5Ω,比標稱DC值增加了近75%。如果不考慮寄生效應,工程師不會預料到這種變化。一般來說,微波和射頻應用對寄生效應特別敏感。
審核編輯 :李倩
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原文標題:電阻寄生電感
文章出處:【微信號:QCDZYJ,微信公眾號:汽車電子工程知識體系】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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