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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

發布時間:2018-05-18 責任編輯:lina

【導讀】低頻電子學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,其中兩個電感L模擬電阻兩端的引線的寄生電感,同時還必須根據實際引線的結構考慮電容效應;用電容C模擬電荷分離效應。


高頻電阻
 
低頻電子學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,其中兩個電感L模擬電阻兩端的引線的寄生電感,同時還必須根據實際引線的結構考慮電容效應;用電容C模擬電荷分離效應。
 
 
電阻等效電路表示法
 
根據電阻的等效電路圖,可以方便的計算出整個電阻的阻抗:
 
 
下圖描繪了電阻的阻抗絕對值與頻率的關系,正像看到的那樣,低頻時電阻的阻抗是R,然而當頻率升高并超過一定值 時,寄生電容的影響成為主要的,它引起電阻阻抗的下降。當頻率繼續升高時,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開路線或無 限大阻抗。
 
 
一個典型的1K?電阻阻抗絕對值與頻率的關系
 
高頻電容
 
片狀電容在射頻電路中的應用十分廣泛,它可以用于濾波器調頻、匹配網絡、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;描述引線導體損耗用一個串聯的等效電阻R1;描述介質損耗用一個并聯的電阻R2。
 
 
電容等效電路表示法
 
同樣可以得到一個典型的電容器的阻抗絕對值與頻率的關系。如下圖所示,由于存在介質損耗和有限長的引線,電容顯示出與電阻同樣的諧振特性。
 
 
一個典型的1pF電容阻抗絕對值與頻率的關系
 
高頻電感
 
電感的應用相對于電阻和電容來說較少,它主要用于晶體管的偏置網絡或濾波器中。電感通常由導線在圓導體柱上繞制而成,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和串聯電阻R分別由分布電容和電阻帶來的綜合效應。
 
 
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期特性不同,如下圖所示:首先,當頻率接近諧振點時,高頻電感的阻抗迅速提高;第二,當頻率繼續提高時,寄生電容C的影響成為主要的,線圈阻抗逐漸降低。
 
 
電感阻抗絕對值與頻率的關系
 
總之,在高頻電路中,導線連同基本的電阻、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。讀者可以發現低頻時恒定的電阻值,到高頻時顯示出具 有諧振點的二階系統相應;在高頻時,電容中的電介質產生了損耗,造成電容起呈現的阻抗特征只有低頻時才與頻率成反比;在低頻時電感的阻抗響應隨頻率的增加 而線形增加,達到諧振點前開始偏離理想特征,最終變為電容性。這些無源元件在高頻的特性都可以通過前面提到的品質因數描述,對于電容和電感來說,為了調諧 的目的,通常希望的到盡可能高的品質因數。



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