第二章 无源元件的高频特性
目录 电阻的高频特性 电感的高频特性 电容的高频特性
理想电阻模型 a）幅频特性 b）相频特性 图2-1 理想电阻的幅频特性和相频特性
实际电阻的高频模型 a）实际电阻的高频等效电路 b）幅频特性示意图 c）相频特性示意图 图2-2 实际电阻的高频等效电路及其幅频特性和相频特性示意图 寄生电容的阻抗与电阻的阻值相等时 出现f1 对于一般的大电阻来说，在高频范围寄生电容一般是主要的，而对于阻值较小的电阻来说，寄生电感起主要作用
理想电感模型 Z=jωL a）幅频特性 b) 相频特性 图2-3 理想电感的幅频特性和相频特性 电感通常绕制成线圈形式，按其所环绕的磁芯来分类，最常用的是空气磁芯（即空芯）和磁性磁芯，实际电感的绕组及磁芯都存在一定的损耗及匝与匝之间通过空气、绝缘层和骨架而存在分布电容，此外，多层绕组的层与层之间也存在分布电容 a）幅频特性 b) 相频特性 图2-3 理想电感的幅频特性和相频特性
实际电感的高频模型 a）实际电感等效电路 b）电感幅频特性 c）电感相频特性 图2-4 实际电感的高频等效电路及其幅频和相频特性示意图 图中的电阻Rpar是铁芯和磁芯的铁耗和绕组的铜耗的等效，对于铁氧体磁芯来说，在射频段，磁芯损耗占主要地位。Cpar是电感匝间及层与层之间的总寄生电容的等效。在该等效电路中，忽略了漏感，因为它远小于主电感。 从直流到f1的频率段，寄生电阻Rpar起主要作用，阻抗一直为Rpar，而其相位一直是0° 当频率升高时，电感L起主要作用，电感阻抗以20 dB/十倍频程上升，相位很快达到90°。当电感的阻抗幅值ωL与寄生电容的阻抗1/ωC近似相等时，电感开始呈容性 a）实际电感等效电路 b）电感幅频特性 c）电感相频特性 图2-4 实际电感的高频等效电路及其幅频和相频特性示意图
电容的种类 1．电解电容 电容量对体积的比值高，但内部杂散电感以及等效串联电阻较大。电解电容主要有两种：铝电解电容和钽电解电容，钽电解电容比铝电解电容性能好，但也只在较低的频率范围内呈容性，并且价格较高，由于这些缺点，电解电容极少用于噪声抑制，主要用于减小整流电路的输出纹波。 2．纸质电容 其额定电容和电压值范围较广，且其等效串联电阻比电解电容小得多，但仍具有较高的杂散电感值。各种纸质电容和敷金属纸电容被广泛地应用于电力电子装置，因为它的性能好，可靠性高，也常被用于电力线性滤波。 3．陶瓷电容 不同介质物质，会有不同的能量密度和温度系数，陶瓷电容的特性随时间、温度和电压而变，且易受电压的瞬变而损坏。陶瓷电容体积小，并且具有极好的高频特性和较小的等效串联电阻，因而被广泛地应用于印刷电路板中。 4．薄膜介质电容 如聚酯电容、聚丙烯电容，聚苯乙烯电容，聚碳酸酯电容等，等效串联电阻小，不同的绕制方法会影响其阻抗，但能量密度很小，聚苯乙烯电容具有很低的电解损失和非常稳定的电容频率特性。 在电力电子电路中，电容主要起平波、储能、去耦和隔离等作用，不同种类的电容，电容值、频率特性及损耗特性相差很大，适用于不同的场合，
理想电容模型 a）幅频特性 b）相频特性 图2-5 理想电容的幅频和相频特性
电容的高频模型 a）实际电容高频等效电路图 b）幅频特性 c）相频特性 图2-6 实际电容的高频等效电路图及其幅频和相频特性示意图 在直流和低频状态下，电容的阻抗很高，可以近似看作是开路。当频率升高时，电容C起主导作用，它的幅值以-20 dB/十倍频程下降，当电容的阻抗1/（ωC）与杂散电感的阻抗ωLlead近似相等时，电容的特性开始发生变化， 此时电容呈阻性，阻值是Resr，在转折频率之上，杂散电感起主导作用，电容的阻抗值以20 dB/十倍频程上升，其相角始终为90°。 a）实际电容高频等效电路图 b）幅频特性 c）相频特性 图2-6 实际电容的高频等效电路图及其幅频和相频特性示意图
电容引线的影响 图2-7 带引线电容的高频等效电路 在使用电容滤除电磁干扰时，最容易忽视的问题是电容引线对滤波效果的影响。电容的谐振频率由杂散电感Llead、和电容容量C共同决定，电容值或电感值较大，则转折频率较低，也就是电容的高频滤波效果越差。杂散电感除了与电容的种类有关外，电容的引线长度是一个十分重要的参数，引线越长，则电容的等效杂散电感越大，如图2-7所示，电容的转折频率就越低，有效滤波频率范围也就随之降低。因此，在实际工程应用中，电容的布局应尽量使其引线最短，从而减小杂散电感的影响，提高EMI滤波的性能。 图2-7 带引线电容的高频等效电路