電子工程師都知道大部分電子元件都有阻抗這個(gè)特性,但是不同的電元對阻抗的要求不一樣,下面就簡要說明了阻抗的概念。阻抗就是阻力和電抗的結(jié)合。簡而言之,阻抗可以理解為交流電路中的無源元件減少或阻礙電流的程度。這同樣適用于高頻無線電應(yīng)用或高頻數(shù)字電路應(yīng)用,因?yàn)樗羞@些應(yīng)用都具有共同之處,即,它們在任何周期性波形中都具有某種形式的電壓變化。(注意:這并非僅局限于正弦波。)一些直流波形可以通過穩(wěn)定的直流輸入進(jìn)行操作,其中包括方波、鋸齒波、三角波和其他脈沖模式。
阻抗和電阻之間的主要區(qū)別在于電路工作頻率。直流應(yīng)用的輸入和/或輸出往往沒有頻率(暫時(shí)忽略時(shí)鐘產(chǎn)生和其他振蕩設(shè)計(jì))。電路達(dá)人應(yīng)熟悉電阻、電容、電感兩端的電壓、電流和功率的一般等式。在直流電路中用這些微積分表達(dá)式求解等式已經(jīng)很難了。以下是電容上電壓和電流的等式:
以下是電感器上電壓和電流的等式:
由于目前輸入電壓隨時(shí)間變化(電流也是如此),所以使用相同的等式在交流電中求解等式就變得更加困難。幸運(yùn)的是,繼傅立葉變換之后業(yè)界又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)省時(shí)捷徑。該方法將電感和電容的復(fù)雜等式轉(zhuǎn)換為虛數(shù)(復(fù)數(shù)),因而可使用相同的基本直流分析技術(shù)(歐姆定律和直流分析中的其他方法)來求解電路。以下是通過轉(zhuǎn)換到頻域得出的適用等式:
1. 電阻
其中: Rn等于一個(gè)以歐姆為單位的電阻N的電阻值。
注意:采用 MLCC 設(shè)計(jì)的現(xiàn)代器件具有更高的工作頻率,但仍有許多零件的頻率在 1 至 3 兆赫的范圍內(nèi)。 在較低頻率(通常將低于1至3兆赫視為低頻)下,電阻(Zr)的阻抗就等于電阻值。以下電容不變且電感不變的低頻零件也是如此。
2. 電容
其中:
ω=2?π?f;f=頻率(Hz)
Cn是一個(gè)以法拉為單位的電容N的電容值。
因?yàn)殡娏魍ǔS米帜浮?span>i”表示,所以引用字母“j”是電路分析中的慣例,從而避免引起混淆。此外,分析中的另一個(gè)慣例是使用弧度和角頻率,而不是使用線性頻率和度數(shù)。
3. 電感器
其中:
ω=2?π?f;f=頻率(Hz)
Ln等于以亨利為單位的電感器N的電感值。
在進(jìn)行任何分析之前,必須轉(zhuǎn)換交流電路中的每一項(xiàng)。阻抗的測量單位也是歐姆,并且當(dāng)說或者寫測量值時(shí),通常省略 “j”/ 復(fù)數(shù) 部分。以下是阻抗計(jì)算示例:
對于電感值為50微亨利(50μH),且電壓源/電流源的頻率為1000赫茲(1kHz)的電感器,其阻抗的計(jì)算方式如下:
歐姆測量值通常在“j”之后得出。當(dāng)在報(bào)告中說出或?qū)懗?span>j時(shí),通常會(huì)將j刪除,以免造成混淆。所以,此特定電感在1kHz頻率下的阻抗是314毫歐。“j”只有在電路分析中使用時(shí)才重要,因?yàn)樘摬繘Q定了周期波的相移。相關(guān)分析主題可根據(jù)要求做進(jìn)一步討論。
請注意,大部分規(guī)格書所列出的阻抗都是關(guān)于整體輸入/輸出阻抗,而不會(huì)列出電路或設(shè)計(jì)中的所有阻抗值。除了專門討論阻抗之外,這與直流電路中的總電阻或有效電阻都具有相同的概念。
確定脈沖直流信號等特殊應(yīng)用的阻抗比我所述的知識更復(fù)雜,但總的來說,同樣的理念仍然適用。現(xiàn)代設(shè)備可隨處通過這些類型的信號以幾兆赫到幾千兆赫的頻率運(yùn)行。由于這些頻率水平可能會(huì)引起不同組件混用方面的主要設(shè)計(jì)問題,所以仍然需要考慮阻抗。設(shè)計(jì)可具體到選擇合適的電纜,從而確保PCB走線不要太靠近,且必須考慮電容、電感和電阻的正確值及其工作頻率,接地層必須采用特殊設(shè)計(jì),屏蔽必須采用特定材料來減少EMI輻射,并滿足除此以外的更多要求。 |