电容电阻电感的等效分析

2023-11-10

1.电阻的等效

在我们的日常学习中我们发现电阻的种类繁多,功能亦是让大家有些许迷糊,以下未说明适用于可变电阻情况。

首先说下电阻的定义:
电阻是一个变电能为热能的一个元件可以是功耗元件,电流流过产生内能,电阻通常作用为分压和分流的作用,而对于信号而言交直流信号都可以流过。

分析:首先说功耗元件那么其可以等效为一个电阻或者电感,而电流流过产生内能那么就更加说明其应该存在电感,而最后交直流都可以通过那么就是说还存在一个电容,而且还是和电阻电感并行的
我们尝试来对阻抗进行分析:(这里涉及信号与系统中频域复频域变换看不懂的自行查看,谢谢)
Z=(Ls+R)/(LCs2+RCs+1) 复频域
Z=(jwL+R)/[(1-w
2LC)+jwRC] 频域
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曲线分析:首先看参数,在1兆欧 0.2pF 10nH 的条件下的非理想电阻 ,我们关注两个点:在输入幅值为106时最后大概在105HZ的频率处出现幅值限制的情况,而在108频率这个点大概维持了104的输入幅值,由此可见其在高频段会较大的幅值限制,而在相对低的输入幅值情况下其高频特性相对较好和之前公式对应。

实际等效:最终电阻等效为
C//(R+L) 此处为 电路等效非公式

2.电容等效

在我们正常的使用中电容作用很多,但是在不同情景下我们选取的参数和材质也是有许多要求的,不管是我们常见的电源部分的去耦,级间耦合,交流旁路,滤波,谐振,交直流通断等等中都用处甚多。

电容定义:表征电容器容纳电荷本领的物理量。

分析:我们发现在我们的实际应用中理想电容给我们的印象便是对隔直通交,但是实际却远不止如此,从等效模型说起。
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图片分析:图中将电容等效为,连接电阻Rs串联(一个电容C并联一个绝缘体电阻Rd),我们可以发现在我们的使用中通常都是直流不过电容的,此处这里随有一个电阻但是可以近似电阻无穷大,而在高频段我们采用小电容便可让其通过,但是在低频段我们通常采用大电容,这里大电容由于体型比较大而且通常为大铝电解电容,所以其制作是且通常使用多层卷绕的方式制作所以其最终会有一定的分布电感,所以说在我们实际的电容中以上等效只是基于理论上的分析,并非是实际样品中都是如此。

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以上为铝电解电容为列的等效图。我们通过理想铝电解电容和实际铝电解电容来分析下(下图)。转自电子发烧友
曲线分析:我们发现在10*5这个频率上本该对随着频率的增加对输入幅值会减少截取的曲线在这里出现反折,那么我们从整体来看意思是高频段实际铝电解电容会有一段的频率曲线会对信号有一个较大的截取。所以说高频段反而不适合使用铝电解电容这种大电容。

注:所以我们在实际使用过程中我们对材料选取时应该更多的结合材料本身的特性来选择而非是单单的结合参数和电路需求。

3.电感等效

在我们应用于实际之时我们会发现电感真的无处不在,虽然它简单来说就只是由线圈绕制而成的但是其功能却很多,比如说 扼流,滤波,相位补偿,变压等,甚至我们发现在AD走线时的蛇形线也是利用了线圈绕制产生电感进行滤波的处理,所以说巧妙的应用电感可以对我们的研发有巨大帮助。

电感定义:由线圈绕制而成的电子元件

分析:我们在我们的脑海中建立的模型便是电容电阻和电感相结合而成的一个模型,其实我们在等效一个电感时确实时将其和电阻一样的。

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虽然等效图如电阻等效图,但是我们会发现电感不是隔交通直?所以这里的电容采取的interwinding capacitance 绕组间电容 。

在我们选用微型变压器时便是是因为它的绕组间电容(interwinding capacitance)低,主电感(primary inductance)高,以及洩漏电容够,其洩露电容将会限制Q1的峰值电流。在我们电机的线圈中也会采用这种绕组间电容的形式。

这里我们可以看作一个不是通交的电容,同时具备感性和阻性的一个器件。

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曲线分析;我们可以看出在3.2MHZ左右有一个尖峰并随后便下降,分析来看我们对比理想曲线在大于这个频率之后幅值限制开始变低,意思是在频率达到一定大小时电感的阻抗甚至会出现反常,进而下降的情况。所以刚好和之前等效的并联电容相匹配。

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