电阻不再是电阻

发布时间:2014-12-15 15:13    发布者:designapp
关键词: 电阻 , 频率 , 阻抗 , 模型

        电阻不再是电阻——高频时确实如此
许多设计师没有意识到实际元件中的寄生因素会影响它们的值。当频率达到几百兆赫兹时,诸如电阻、电感电容等基本元件都会呈现出非理想的特性。这种变化在设计滤波器或试图优化供电网络、旁路网络或偏置电路时将变得非常关键。
我们将在后续文章中讨论电容和电感。现在让我们讨论最常见的电阻。下面是电阻的理想阻抗曲线,正如你期望的那样,是一条直线。


图1:理想电阻的阻抗与频率之间的关系曲线表明在所有频率下阻抗都是相同的值。

现在让我们考虑一个具有短引线的碳质电阻。通过增加引线的寄生电感和电阻端帽之间的并联电容就可以得到下面这种高频时的简化模型。


图2:典型电阻在高频时的简化模型,其中包含了并联电容和串联电感。

(引线长度为1/4英寸的)碳质电阻的典型串联电感为14nH,并联电容为1-2pF。
如果绘出这种简化模型的频率曲线,你应该会看到下面这个理想的阻抗图。


图3:实际电阻的理想阻抗图上有几个不同的点,分别展示了电阻主导、电容减少阻抗和电感增加阻抗的特性。

在较低频率时,图中的曲线是纯阻性的(水平直线)。但随着频率的增加,并联电容将占主导地位,阻抗开始以20dB/10倍频下降。电阻现在变成了电容,这里出现了转折点。





图中还有一个容性电抗等于感性电抗的点。在这个短暂的瞬间,阻抗再一次变为纯阻性(虽然阻值要小得多)。串联谐振就发生在这个转折点。




在这个点之后,串联的引线电感占主导地位,可怜的电阻变成了电感。它的阻抗曲线以20dB/10倍频的斜率上升。
为了帮助说明,我测量了一个引线长度为1/4英寸的碳质电阻,并绘出了下面这张图。


图4:带短引线的1kΩ碳质电阻的阻抗测量图。

由于图中只给出了从1MHz到450MHz的频率变化,因此看不到由于串联电感而引起的阻抗增加那段曲线。然而在100MHz时,你可以看到1kΩ电阻的阻抗已经下降到约730Ω。在300MHz时,阻抗只有300Ω了。
即使在使用串联电感为1-2nH、并联电容为0.2-0.4pF的典型表贴元件时,高达数百兆赫兹的频率也会影响阻抗测量值。
通过理解实际元件的寄生因素对阻抗的影响,你将明白为何要保持引线长度和电路走线尽可能短、为何在高频设计中表贴元件性能更加优异。

你遇到过随着频率的增加串联电感或并行电容改变的情况吗?这种情况将如何影响你的设计性能呢?



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