首先,对于被动特性的电子元件,也就是R电阻器,L电感器,及C电容器,正确的思考是:所有电子元件都具有R,L,C的基本特性,只是它工作在某一个使用频率时,才会显现它设计上应有的特性。有这种思维,才能在电路上避免一些元件参数的变异影响,尤其应用在一些特定的产品设计上。 1. 电阻器:在高频率工作时,低值电阻会显现部分电感特性,高值电阻会显现电容特性。 2. 电感器:在高频率工作时,所有电感器会显现部分电容特性。然而在各种频率工作下均会显现电阻特性,这就是我们所熟知的Q值来源。 3. 电容器:在高频率工作时,所有电容器会显现部分电感特性。然而在各种频率工作下均会显现电阻特性,这就是我们所熟知的D值来源。
在学校里,大家都知道Q与D的意义,及其所代表的公式,但是却没有在电路上作出适当的计算,尤其不了解在串联与并联转换间的运用。以电感器的Q值为例:Q = ωL / Rs = Rp /ωL (Rs为串接电阻,Rp为并接电阻, ω = 2ΠF) 在电路上,你可以依照需要计算出Rs或是Rp,再与电路上其他串接或并接阻抗合并计算其实际数值。
有人要问了,Q值高低对于电路有什么影响,计算出Rs与Rp又有何用?当然电感器多数需要和电容器组合工作,才能产生通频带,阻频带,高通及低通的滤波作用,即使电容器可能是电路图上看不到的寄生电容。以滤波电路为例,Q值 = 20相当于5 %的串接阻抗,或是20倍的并接阻抗,那么原来计算的滤波效果,可以评估会减少5 %。至于用在通频带电路,则为6dB通频带范围为工作频率的1 / 20。此时所说的工作频率即为电感器与其工作的电容器的谐振电路频率。在接收机的射频电路及中频电路上经常看到,在谐振电路上并接电阻,就是要降低Q值使接收频带变宽。
至于电感器的电容特性,在高频线圈的规格书中可以看到“自共振频率”项目,以此频率数据与电感器数值,所计算出来的电容量,就是电感器的并接寄生电容量。在实用上如果工作频率为自共振频率的1 / 10,寄生电容量减为原有的1 / 10,容抗值增为10倍,也就是电感器的实际电感量减少10 %,对于谐振或滤波频率点的影响为5 %, 即为频率提升5 %。(备注:频率为LC的开平方变化量)
这边顺便提供一个判断电感器的高频特性简易方法,在使用数位LCR表时(当然Q表更好,对于小厂及设计公司是梦想吧),以200KHz与100KHz不同频率测试时,所得到的电感量差距越小,表示寄生电容量较低,越适合高频使用。另外也许你会发现,真正的高频电感器所测得的电感量数值会较大,那可是正确的,因为在低频工作时,寄生电容没有作用,寄生电容在高频时才会使原有电感量减低为正确数值。
现在要谈到电容器,话就更长了。所有电子元件甚至把主动元件都给纳进去,种类最多且特性最复杂,而且工程师最不了解,在产品上发生最多问题的,应该就是电容器了。哎呀,我看另外再弄个专题,否则又是离题扯远了。电容器先把它区分为高频及低频工作两种,在高频的跟电感器一样,也是使用Q值计算。其公式如下: Q = 1 /ωC Rp = Rs /ωC (Rs为串接电阻,Rp为并接电阻,ω = 2ΠF)
其实上面这个公式可以不理它,因为一般与电感器谐振或是滤波组合的电容器,它的Q值都相当高(一般在300-1000,至少是电感器的10倍),与电感器相比可以忽略不计。至于在低频工作的,就必须使用D值计算,这个D值数字其实就是Q值的倒数。(D = 1 / Q)再把上面的公式拉下来用:D = 1 / Q =ωC Rp = Rs /ωC 电容器在低频工作时,一般主要是作为滤波用途,此时的D值与电感器的Q值具有相同意义,也就是D值与电容量所计算出来的串接并接电阻值,会影响滤波的效果。
这边也要提到一些电路上的例子。由于现代元件小型化的要求,一些电容器的容量增加使得D值变大,再加上温度造成的漏电量,使得并联阻值更低影响电路功能。因此一般的概念是D值越小越好,但是D值小往往会造成大电容器的冲击电流(Surge),使得电源电路受损。
{zh1}还是要补充一下电阻部分,虽然它的重要性不高。高电阻的导通电流很低,两端的电压降形成的电荷累积,与电容器的特性xx相同,当然在高频工作时产生寄生容量。至于低电阻产生的大电流导通,所产生的微量磁场,是不是和电感器极为类似。当然实际影响就得看它本身的原料特性啦,不属于我们电子成品技术人员的领域了。(故事再吹嘘下去,有可能会让老师傅死的很难看,就此罢了) |