寄生电感与对电容器的影响
发布时间:2018-10-24 文章来源:敏创原创 点击次数:
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寄生电感
什么是电感?
电感是所有导体的特性。流过导体的电流的变化在该导体以及所有附近的导体中产生(感应)电压。感应电压与感应电压的电流变化相反。电感是两个物理定律的结果。首先,流过导体的恒定电流产生恒定的磁场。其次,可变磁场在所有附近的导体中感应出电压,包括首先用于产生磁场的导体。当这两个定律组合在一起时,产生的效果就是电感。就像电阻器用于在电路中引入所需的电阻一样,并且类似的电容器用于引入所需的电容电感器是用于将所需量的电感引入电路的电子元件。缠绕在圆柱形材料体上的理想螺线管(线圈)的电感公式如下:
其中L是电感,μ是电感器中使用的材料的磁导率,A是线圈的横截面积,l是螺线管的长度(不是电线的长度,而是纵向尺寸)线圈)。
理想电容器没有电阻且没有电感,但具有确定的恒定电容值。用于表示电感的单位是亨利,以发现电感的美国科学家约瑟夫亨利的名字命名。
寄生电感
寄生电感是不希望的电感效应,不可避免地存在于所有真实电子设备中。与通过使用电感器引入电路的故意电感相反,寄生电感几乎总是不希望的效果。寄生电感实际上是所需效果的应用很少,例如可用作滤波器的螺旋谐振器。就像电子设备中使用的所有其他真实元件一样,例如电阻器甚至连接线,电容器也表现出这种效果。
为了理解寄生电感对电容器的影响,首先必须掌握电抗的概念。
电抗
在直流电路中,每个元件都可以通过其电阻来描述。电阻器具有一定的固定电阻,R。直流电路中的电容器可视为具有无限电阻的元件(没有电流流过电容器),而电感器可视为短路连接(电感器上没有电压降)。直流电路。
然而,AC电路是不同的。AC电路中的每个元件可以通过其阻抗来描述。阻抗是衡量当在其端子上施加固定幅度可变电压时元件“阻碍”或反对电流的程度。
阻抗可以进一步分为两部分,称为电阻和电抗。在AC电路中的纯电阻元件(电阻器)上施加可变电压将导致一定量的交流电流流过元件,并且该电流将与电压同相。对交流电路中的纯电抗元件施加可变电压将导致通过元件的交流电流,但该电流将与电压相差±90度,具体取决于所使用的元件 - 电容器或电容器电感器。即,电容器两端的电压滞后于电流90度,而通过电感器的电流滞后于电感器两端的电压90度。阻抗公式如下:
其中Z是阻抗,R是电阻,X是电抗。值得注意的是,阻抗是一个复数,其实部是电阻,虚部是电抗。
理想的电容器和电感器是纯粹的无功元件,它们只影响阻抗的无功,虚部。但是,他们以不同的方式这样做。电容器的电抗如下:
其中ω是角频率(ω= 2pf,其中f是信号的频率),C是电容。另一方面,电感的电抗如下:
其中L是电感的电感。应注意,电容器的电抗是负值,电感器的电抗是正值。
寄生电感对电容器的影响
如前所述,电容器的电抗与电感器的电抗符号相反。这意味着电容器上存在的任何寄生电感都会将该电容器的阻抗降低一定量。为了说明这一点,请考虑以下公式:
中Z是表现出寄生电感(但没有表现出寄生电阻)的电容器的阻抗。让我们分析一下这个公式,以了解寄生电感对电容的影响。
假设角频率为1Mhz(约6.2·10 6 rad / s),电容为0.1μF,陶瓷电容器的典型寄生电感约为1nH。在没有任何寄生效应的情况下,这种电容器的阻抗约为-j·1.591Ω。如果考虑寄生效应,阻抗现在为-j·1.585Ω。这不是什么大问题,因为当存在寄生电感时,有效阻抗仅减少0.37%。
然而,在更大的频率下,寄生电感成为更大的问题。现在让我们将频率增加到10MHz并重复计算。角频率现在约为6.2×10 7 rad / s。在没有寄生效应的情况下,0.1μF电容的阻抗约为-j·0.1591Ω。如果我们引入寄生阻抗,阻抗现在为-j·0.0963Ω。有效阻抗现在降低了40%!在更高的频率下,这成为一个日益严重的问题,并且在某些时候阻抗变为正,并且事实上电容器开始像电感器那样起作用。
出于这个原因,有低电感电容器专门用于高频应用和非常不希望寄生效应的应用。它们采用特殊材料和包装制成,引线尽可能短。为了进一步降低电感,电容器的内部布局被设计为抵消由电容器电流产生的所有磁场
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