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电阻、电容和电感的实际等效模型(二)

2021.3.16

掌握了预备知识,我们再来看电阻、电容和电感的实际等效模型。

理想的电阻、电容和电感就是如下的这样子,在实际中并不存在,电阻里面会有寄生电容和寄生电感在,在电容里面会有寄生电阻和寄生电感的存在,在电感里面有寄生电阻和寄生电容。

 

理想电阻器

理想电阻的阻抗即为阻值R:

 

电阻实际等效模型

电阻上会存在寄生并联电容C寄生串联电感L的存在。

 

根据上图可得电阻的实际等效阻抗为:

化简可得:

 

理想电容器

理想电容器阻抗如下图所示,和频率呈反比,随着频率的增加,阻抗逐渐减小,由于理想电容器中无损耗,等效串联电阻ESR为零。

理想电容器的阻抗Z公式为:

 

 电容实际等效模型

理想的电容器在实际中是不存在的,电容的实际模型是一个ESR串联一个ESL,再串联一个电容,ESR是等效串联电阻,ESL是等效串联电感,C是理想的电容。

 

自谐振频率点是区分电容是容性还是感性的分界点,高于谐振点时,“电容不再是电容”,因此退耦作用将下降。实际电容器都有一定的工作频率范围,在工作频率范围内,电容才具有很好的退耦作用。ESL是电容在高于自谐振频率点之后退耦功能被消弱的根本原因。

下图是实际电容器的频率特性。

 

理想电感器

理想电感的阻抗为:

 

电感实际等效模型

 

电感器的等效模型和电阻是一样的,如下所示:

 

阻抗计算公式和电阻也是一样的,即:

 

从下图和公式可以看出,理想的电感的阻抗是随着频率的增加而变大的。

等效电感的阻抗图呈一个倒V型,正好和电容相反,倒V的醉高点称为电感的自谐振点

 

当系统阻尼R提供的衰减不足时,容抗和感抗相互抵消,能量在LC间来回传递,这就是谐振。

  • 频率低于自谐振频率SRF时,电感感抗随着频率增加而增加。
  • 频率等于自谐振频率SRF时,电感感抗达到最大。
  • 频率高于自谐振频率SRF时,电感感抗随着频率增加而减少。

电感自谐振频率SRF部分不做过多赘述,在后续的电感选型文章中会重点介绍。

总结

理想的电阻、电容和电感在实际中不存在,都会存在寄生参数,从而在不同的频率下,表现出的特性不同,只有在特定的频率范围内才能发挥出其本身的特性。


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