电感是两个物理定律的结果。首先,流过导体的恒定电流会产生恒定的磁场。其次,可变的磁场在所有附近的导体中感应出电压,包括首先用于产生磁场的导体。当这两个定律结合在一起时,结果就是电感。低频的时候,我们不关心电容的寄生电感,但是高频的时候,我们就不能忽略这个参数了,有些人会说,我的电路就是低频啊,没有特别高频的信号呀,那是不是就不用考虑了,以前我也是这么想的,后来发现不是这样的。因为做产品最后都要拿去做测试,测试的时候,静电,注入电流这些测试就会引入高频干扰,这个时候就需要考虑寄生电感的影响了。
PCB过孔对寄生电感的影响
寄生电感
寄生电感是一种有害的电感效应,在所有实际的电子设备中都不可避免地存在这种效应。我们先介绍一下电容的等效模型吧。任何介质都不是绝对绝缘的,绝缘体说白了只是导电能力比较低而已,还是有一定的导电能力;所以电容也不例外,也是存在着漏电流,以等效电阻Rleak表示;电容器的引线以及介质都存在一定的电阻,用ESR表示;当然了,电容器的导线存在着一定的电感,在高频时影响较大,以等效串联电感ESL表示;电容还有一个特性需要大家注意的是电容在快速放电后,如果这时候突然断开电压,电容会恢复部分电荷量,在模型中,我们用RC电路表示。一般来说,我们主要关注电容的ESR和ESL。
电容等效模型
寄生电感对电容器的影响
电容器的电抗与电感的电抗具有相反的符号。这意味着电容器上存在的任何寄生电感都会使该电容器的阻抗降低一定量。公式如下:
阻抗计算公式
假设电容的工作频率为1Mhz,电容的容值为0.1 µF,一般来说陶瓷电容器的典型寄生电感约为1nH,当然封装不同,寄生电感也是不一样的。如果我们不考虑寄生电感,那么电容器的阻抗约为-j·1.591Ω。如果考虑寄生电感,则阻抗为-j·1.585Ω。这样看来没什么大不了的,因为当存在寄生电感时,有效阻抗几乎没有降低啊。
然而,在较大的频率下,寄生电感就会成为一个更大的问题。现在让我们将频率增加到10MHz。在没有寄生电感的情况下,0.1 µF电容器的阻抗约为-j·0.1591Ω。如果我们引入寄生电感,则阻抗为-j·0.0963Ω。现在,有效阻抗几乎降低了一半,在较高的频率下,问题就很严重了。所以加电容时,不要再说自己是根据经验值什么的,要去实际计算的。
阻抗频率曲线
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