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电阻、电容和电感的实际等效模型(一)

2021.3.16
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

信号完整性在高速电路中有着至关重要的作用,而很多信号完整性问题需要用「阻抗」的概念来解释和描述。

在高频信号下,很多器件失去了原有的特性,如我们经常听到的“高频时电阻不再是电阻,电容不再是电容”,这是咋回事呢?那就看今天的文章吧!

容抗的概念

电容有两个重要特性,一个是隔直通交,另一个是电容电压不能突变,先来看一下百度百科对容抗的解释。

 

简单说,虽然交流电能通过电容,但是不同频率的交流电和不同容值的电容,通过时的阻碍是不一样的,把这种阻碍称之为容抗

容抗与电容和频率的大小成反比,也就是说,在相同频率下,电容越大,容抗越小;在相同电容下,频率越高,容抗越小。

如何理解容抗与电容大小和频率成反比呢?

以RC一阶低通滤波器举例。

 

Vin通过R1电阻对电容C1进行充电,Vin的电势加在电容C的两个金属极板上,正负电荷在电势差作用下分别向电容的两个极板聚集而形成电场,这称「充电」过程。

若将Vin拿掉,在Vout上加一个负载R2(青色部分),电容两端的电荷会在电势差下向负载流走,这称为「放电」过程。(流过电容的电流并不是真正穿过了极板的绝缘介质,指的是外部的电流)

衡量电容充电的电荷数为Q,Q=CV,其中C是常量,所以电荷数和电压呈正比。

 

从公式可以看出:电容上的电流和电压的变化量成正比,或者说电容上电压的变化量和电流是成正比的

即在电压一定时,电容越大,单位时间内电路中充、放电移动的电荷量越大,电流越大,所以电容对交变电流的阻碍作用越小,即容抗越小。

在交变电流的电压一定时,交变电流的频率越高,电路中充、放电越频繁,单位时间内电荷移动速率越大,电流越大,电容对交变电流的阻碍作用越小,即容抗越小。

 

感抗的概念
 
 

如下是百度百度对感抗的解释,电感的特性是隔交通直,与电容是相反的;所以说容抗和感抗的性质和效果几乎正好相反,而电阻则处在这两个级端中间。

感抗与电感的大小和频率成正比,也就是说,在相同频率下,电感越大,感抗越大;在相同电感下,频率越大,感抗越大。

 

感抗和容抗又被称为电抗,电路的总的阻抗Z由电阻R和电抗X组成。


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