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解析電阻、電容及電感的高頻等效電路及特性曲線
發(fā)布時(shí)間:2018-05-18 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】低頻電子學(xué)中最普通的電路元件就是電阻,它的作用是通過將一些電能裝化成熱能來達(dá)到電壓降低的目的。電阻的高頻等效電路如圖所示,其中兩個(gè)電感L模擬電阻兩端的引線的寄生電感,同時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際引線的結(jié)構(gòu)考慮電容效應(yīng);用電容C模擬電荷分離效應(yīng)。
高頻電阻
低頻電子學(xué)中最普通的電路元件就是電阻,它的作用是通過將一些電能裝化成熱能來達(dá)到電壓降低的目的。電阻的高頻等效電路如圖所示,其中兩個(gè)電感L模擬電阻兩端的引線的寄生電感,同時(shí)還必須根據(jù)實(shí)際引線的結(jié)構(gòu)考慮電容效應(yīng);用電容C模擬電荷分離效應(yīng)。
電阻等效電路表示法
根據(jù)電阻的等效電路圖,可以方便的計(jì)算出整個(gè)電阻的阻抗:
下圖描繪了電阻的阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系,正像看到的那樣,低頻時(shí)電阻的阻抗是R,然而當(dāng)頻率升高并超過一定值 時(shí),寄生電容的影響成為主要的,它引起電阻阻抗的下降。當(dāng)頻率繼續(xù)升高時(shí),由于引線電感的影響,總的阻抗上升,引線電感在很高的頻率下代表一個(gè)開路線或無 限大阻抗。
一個(gè)典型的1K?電阻阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系
高頻電容
片狀電容在射頻電路中的應(yīng)用十分廣泛,它可以用于濾波器調(diào)頻、匹配網(wǎng)絡(luò)、晶體管的偏置等很多電路中,因此很有必要了解它們的高頻特性。電容的高頻等效電路如圖所示,其中L為引線的寄生電感;描述引線導(dǎo)體損耗用一個(gè)串聯(lián)的等效電阻R1;描述介質(zhì)損耗用一個(gè)并聯(lián)的電阻R2。
電容等效電路表示法
同樣可以得到一個(gè)典型的電容器的阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系。如下圖所示,由于存在介質(zhì)損耗和有限長的引線,電容顯示出與電阻同樣的諧振特性。
一個(gè)典型的1pF電容阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系
高頻電感
電感的應(yīng)用相對(duì)于電阻和電容來說較少,它主要用于晶體管的偏置網(wǎng)絡(luò)或?yàn)V波器中。電感通常由導(dǎo)線在圓導(dǎo)體柱上繞制而成,因此電感除了考慮本身的感性特征,還需要考慮導(dǎo)線的電阻以及相鄰線圈之間的分布電容。電感的等效電路模型如下圖所示,寄生旁路電容C和串聯(lián)電阻R分別由分布電容和電阻帶來的綜合效應(yīng)。
高頻電感的等效電路
與電阻和電容相同,電感的高頻特性同樣與理想電感的預(yù)期特性不同,如下圖所示:首先,當(dāng)頻率接近諧振點(diǎn)時(shí),高頻電感的阻抗迅速提高;第二,當(dāng)頻率繼續(xù)提高時(shí),寄生電容C的影響成為主要的,線圈阻抗逐漸降低。
電感阻抗絕對(duì)值與頻率的關(guān)系
總之,在高頻電路中,導(dǎo)線連同基本的電阻、電容和電感這些基本的無源器件的性能明顯與理想元件特征不同。讀者可以發(fā)現(xiàn)低頻時(shí)恒定的電阻值,到高頻時(shí)顯示出具 有諧振點(diǎn)的二階系統(tǒng)相應(yīng);在高頻時(shí),電容中的電介質(zhì)產(chǎn)生了損耗,造成電容起呈現(xiàn)的阻抗特征只有低頻時(shí)才與頻率成反比;在低頻時(shí)電感的阻抗響應(yīng)隨頻率的增加 而線形增加,達(dá)到諧振點(diǎn)前開始偏離理想特征,最終變?yōu)殡娙菪?。這些無源元件在高頻的特性都可以通過前面提到的品質(zhì)因數(shù)描述,對(duì)于電容和電感來說,為了調(diào)諧 的目的,通常希望的到盡可能高的品質(zhì)因數(shù)。
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