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電子元件阻抗知識總結(jié)

2019-03-13| 發(fā)布者: 深圳市福正升電子有限公司

摘要:電子工程師都知道大部分電子元件都有阻抗這個特性,但是不同的電元對阻抗的要求不一樣,下面就簡要說明了阻抗的概念。阻抗就是阻力和電抗的結(jié)合。...

電子工程師都知道大部分電子元件都有阻抗這個特性,但是不同的電元對阻抗的要求不一樣,下面就簡要說明了阻抗的概念。阻抗就是阻力和電抗的結(jié)合。簡而言之,阻抗可以理解為交流電路中的無源元件減少或阻礙電流的程度。這同樣適用于高頻無線電應用或高頻數(shù)字電路應用,因為所有這些應用都具有共同之處,即,它們在任何周期性波形中都具有某種形式的電壓變化。(注意:這并非僅局限于正弦波。)一些直流波形可以通過穩(wěn)定的直流輸入進行操作,其中包括方波、鋸齒波、三角波和其他脈沖模式。

 

阻抗和電阻之間的主要區(qū)別在于電路工作頻率。直流應用的輸入和/或輸出往往沒有頻率(暫時忽略時鐘產(chǎn)生和其他振蕩設計)。電路達人應熟悉電阻、電容、電感兩端的電壓、電流和功率的一般等式。在直流電路中用這些微積分表達式求解等式已經(jīng)很難了。以下是電容上電壓和電流的等式:

 

以下是電感器上電壓和電流的等式:

 

由于目前輸入電壓隨時間變化(電流也是如此),所以使用相同的等式在交流電中求解等式就變得更加困難。幸運的是,繼傅立葉變換之后業(yè)界又發(fā)現(xiàn)了一個省時捷徑。該方法將電感和電容的復雜等式轉(zhuǎn)換為虛數(shù)(復數(shù)),因而可使用相同的基本直流分析技術(shù)(歐姆定律和直流分析中的其他方法)來求解電路。以下是通過轉(zhuǎn)換到頻域得出的適用等式:

 

1. 電阻

 

其中:

Rn等于一個以歐姆為單位的電阻N的電阻值。

 

注意:采用 MLCC 設計的現(xiàn)代器件具有更高的工作頻率,但仍有許多零件的頻率在 1 3 兆赫的范圍內(nèi)。 在較低頻率(通常將低于13兆赫視為低頻)下,電阻(Zr)的阻抗就等于電阻值。以下電容不變且電感不變的低頻零件也是如此。


2. 電容

 

其中:

ω=2?π?f;f=頻率(Hz)

 

Cn是一個以法拉為單位的電容N的電容值。

 

因為電流通常用字母“i”表示,所以引用字母“j”是電路分析中的慣例,從而避免引起混淆。此外,分析中的另一個慣例是使用弧度和角頻率,而不是使用線性頻率和度數(shù)。

 

3. 電感器

 

其中:

 

ω=2?π?f;f=頻率(Hz)

 

Ln等于以亨利為單位的電感器N的電感值。

 

在進行任何分析之前,必須轉(zhuǎn)換交流電路中的每一項。阻抗的測量單位也是歐姆,并且當說或者寫測量值時,通常省略 “j/ 復數(shù) 部分。以下是阻抗計算示例:

 

對于電感值為50微亨利(50μH),且電壓源/電流源的頻率為1000赫茲(1kHz)的電感器,其阻抗的計算方式如下:

 

歐姆測量值通常在“j”之后得出。當在報告中說出或?qū)懗?span>j時,通常會將j刪除,以免造成混淆。所以,此特定電感在1kHz頻率下的阻抗是314毫歐?!?span>j”只有在電路分析中使用時才重要,因為虛部決定了周期波的相移。相關(guān)分析主題可根據(jù)要求做進一步討論。

 

請注意,大部分規(guī)格書所列出的阻抗都是關(guān)于整體輸入/輸出阻抗,而不會列出電路或設計中的所有阻抗值。除了專門討論阻抗之外,這與直流電路中的總電阻或有效電阻都具有相同的概念。

 

確定脈沖直流信號等特殊應用的阻抗比我所述的知識更復雜,但總的來說,同樣的理念仍然適用?,F(xiàn)代設備可隨處通過這些類型的信號以幾兆赫到幾千兆赫的頻率運行。由于這些頻率水平可能會引起不同組件混用方面的主要設計問題,所以仍然需要考慮阻抗。設計可具體到選擇合適的電纜,從而確保PCB走線不要太靠近,且必須考慮電容、電感和電阻的正確值及其工作頻率,接地層必須采用特殊設計,屏蔽必須采用特定材料來減少EMI輻射,并滿足除此以外的更多要求。