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高频时电阻不再是电阻

当电阻不再是电阻-高频时,许多设计师没有意识到实际元件中的寄生因素会影响其值。当频率达到数百兆赫兹时,电阻、电感、电容等基本元件将呈现出不理想的特性。这种变化是在设计滤波器或尝试

电阻不再是电阻-高频

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。当频率达到数百兆赫兹时,电阻、电感、电容等基本元件将表现出不理想的特性。这种变化在设计滤波器或试图优化电源网络、旁路网络或偏置电路时至关重要。

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。以下是电阻的理想阻抗曲线,正如你所期望的,它是一条直线。

图1:理想电阻的阻抗和频率之间的关系曲线表明阻抗在所有频率下都是相同的值。

现在让我们考虑一个碳电阻导线的碳电阻。下面的高频简化模型可以通过增加导线的寄生电感和电阻端帽之间的并联电容来获得。

图2:典型的高频电阻简化模型,包括并联电容和串联电感。

(引线长度为1/4英寸)碳质电阻的典型串联电感为14nH,并联电容为1-2pF。

如果画出这个简化模型的频率曲线,你应该看到下面理想的阻抗图。

图3:实际电阻的理想阻抗图中有几个不同的点,分别显示了电阻主导、电容降低阻抗和电感增加阻抗的特点。

当频率较低时,图中的曲线为纯阻性(水平直线)。但随着频率的增加,并联电容器将占据主导地位,阻抗开始为20dB/10倍频率下降。电阻现在变成了电容,这里有一个转折点。

图中还有一个容性电抗等于感性电抗的点。在这个短暂的时刻,阻抗再次变成纯电阻(尽管电阻值要小得多)。串联谐振发生在这个转折点。

此时,串联引线电感占主导地位,可怜的电阻变成电感。其阻抗曲线为20dB/10倍频斜率上升。

为了帮助解释,我测量了引线长度为1/4英寸的碳电阻,并绘制了下图。

图4:带短引线的1kΩ碳电阻的阻抗测量图。

因为图中只给出了从1MHz到450MHz频率变化,所以串联电感引起的阻抗不会增加曲线。然而,在100MHz可见1kΩ阻抗已降至730左右Ω。在300MHz阻抗只有300Ω了。

即使串联电感是1-2nH、并联电容为0.2-0.4pF数百兆赫兹的频率也会影响阻抗测量值。

通过了解实际元件寄生因素对阻抗的影响,您将了解为什么要尽可能短地保持导线长度和电路布线,以及为什么在高频设计中表示元件性能更好。

串联电感或并行电容随频率的增加而变化吗?这种情况会如何影响你的设计性能?

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