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什么是电阻电感?电感器和电阻器

电感是导体的一种电特性,通过导体的电流在导体本身(自感)和附近的其他导体中感应出电动势。由于电阻器由导电材料制成,因此它们也会表现出电感作为不需要的寄生效应。如果电阻器由形成线圈形状的导线制成,则这种效果尤其明显。根据应用的不同,电阻器电感可能很容易被忽略,尤其是在直流电路中。然而,寄生电阻器电感可能是高频交流应用中的一个重要因素。其原因是,由于电阻器的电抗增加,电阻器的阻抗随着施加的电压频率而增加。

电感器和电阻器

电力负载可分为两种类型:有功(或阻性)负载和无功负载。实际负载用于将电能转换成热量。理想电阻器是纯电阻负载,这意味着施加到电阻器的所有电力都以热量的形式耗散。另一方面,无功负载将电能转换为磁场或电场,并在返回到电路的其余部分之前将其暂时存储。无功负载可以是感性负载或容性负载。感性负载以磁场的形式存储能量,而容性负载以电场的形式存储能量。

因此,理想电阻器和理想电感器之间的主要区别在于,电阻器将电能以热量的形式耗散,而电感器将电能转化为磁场。理想的电阻器具有零电抗,因此也具有零电感。不幸的是,电气设备在实践中并不理想,即使是简单的电阻器也有轻微的寄生感抗。

电感 B 场

电感线圈的 B 场

寄生电感

当需要纯阻性负载时使用电阻器;因此,电感通常是一种不需要的副作用,在这种情况下,它被称为“寄生电感”。所有实际电阻器都会或多或少地表现出寄生电感,具体取决于电阻器的设计和结构。寄生电感在交流电路可能会导致系统模块之间产生不必要的耦合,或者可能导致高频下电路响应发生变化。电感问题的根源可能是自感(即使电阻器远离其他导体也会存在自感),或者是自感。互感,当附近有其他高频设备时会观察到自感可能会使高频信号失真,而互感可能会在信号路径中引入噪声。

由于其线圈形状,螺旋线绕电阻器特别容易具有显着的寄生电感。专为高频使用而设计的电阻器由金属膜制成,以避免形成线圈形状并减少寄生电感。

电抗和电感计算

在交流电路中,电阻抗是衡量施加电压时电路对电流通过的阻力的量度。它由以下公式给出:

Z=R+j?X

其中Z是阻抗,R是电阻,X是电路的电抗,j是虚数单位。在本文中,假设实际电阻器的寄生电抗是纯感性的,并且该电阻器的阻抗为:

Z=R+j?ω?L

其中ω是角频率,L是电阻器的寄生电感。

从上式可以看出,电阻器的阻抗随着电压频率的增加而增加,因为电阻器充当串联的电阻器和电感器。这种增加通常可以忽略不计,但在某些应用中相当显着。

不同电阻器类型的电感

电阻器类型电感

线绕式0.03 – 56 μH

挫败<0.08μH

金属氧化物3 – 200 纳赫

电影<2nH

寄生电感效应发挥作用的应用

寄生电感通常表现在性能较差的电阻器(例如螺旋线绕电阻器)或非常高频率的其他电阻器中。为了演示高频问题,让我们检查一个典型的 220 Ω 箔电阻器,其电感为 0.05 μH,工作频率为 1 GHz。

阻抗的大小可以使用以下公式计算:

|Z|=√R2+(ω?L)2

代入我们的值,我们得到:

|Z|=√(220)2+(2?π?0.05E?6)2=383.5Ω

1 GHz 时阻抗的大小为 383.5 Ω,比标称 DC 值增加了近 75%。如果不考虑寄生效应,工程师就不会预料到这种变化。一般来说,微波和射频应用对寄生效应特别敏感。