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电阻、电感、电容的等效电路及应用

2017-12-14

有没有想过平时我们用的电阻、电容、电感等元件器,实际使用时并不是我们表面上看到的仅仅有自身的一些特性,他们都有各自不同的等效电路,在不同的工作频率下,它所体现的就不在只是单纯的电阻、电容、电感。

一、 电阻

同一个电阻元件在通以直流和交流电时测得的电阻值是不相同的,

在低频时,就是普通的电阻,它的作用是通过将一些电能装化成热能来达到电压降低的目的。在高频交流下,须考虑电阻元件的引线电感L0和分布电容C0的影响,其等效电路图如下所示,图中R为理想电阻。

根据电阻的等效电路图,可以方便的计算出整个电阻的阻抗:

下图描绘了电阻的阻抗绝对值与频率的关系,正像看到的那样,低频时电阻的阻抗是R,然而当频率升高并超过一定值时,寄生电容的影响成为主要因素,它引起电阻的阻抗的下降。当频率继续升高时,由于引线电感的影响,总的阻值上升,引线电感在很高的频率下代表一个开路线或无限大阻抗。

典型值为1K的电阻阻抗绝对值与频率的关系

二、 电感

电感主要用于晶体管的偏置网络或滤波器中。电感通常由导线在圆导体柱上绕制而成,因此电感除了考虑本身的感性特征,还需要考虑导线的电阻以及相邻线圈之间的电容分布电容。电感的等效电路如下图所示,RL为串联电阻,CL为寄生旁路电容,他们是由分布电容和电阻带来的综合效应。

电感元件除电感L外,也总是有损耗电阻RL和分布电容CL。一般情况下RL和CL的影响很小。电感元件接与直流并达到稳态,可视为电阻;高频时等效电路如下图:

电感的高频特性与理想电感的预期特性不同,如下图所示:首先,当频率接近谐振点时,高频电感的阻抗迅速提高,当频率继续提高时,寄生电容C的影响为主要因素,线圈阻抗逐渐降低。

电感阻抗绝对值与频率的关系

三、电容

片状电容在射频电路中的应用十分广泛,它可以用于滤波器调频、匹配网络、晶体管的偏置等很多电路中,因此很有必要了解它们的高频特性。电容的高频等效电路如下图所示,其中L为引线的寄生电感;描述引线导体损耗用一个串联的等效电阻R1;描述介质损耗用一个并联的电阻R2。

同样可以得到一个典型的电容器的阻抗绝对值与频率的关系,如下图所示,由于存在介质损耗和有限长的引线,电容显示出于电阻同样的谐振特性。当电容的工作频率低于其自身的自谐振频率时,其阻抗值会随着频率的升高而降低,其电容值随着随着频率的升高而升高。

典型的1pF电容阻抗绝对值与频率的关系


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