电感器的行为只有低于所谓的自谐振频率。由于实际电感的等效电路并不是严格的电感,因此产生了自谐振频率。寄生因素在起作用。
要理解为什么,看看电感的等效电路。电感器可以由线圈组成,也可以是所谓的多层器件,或者它可以用导电薄膜制成。所有这些都有相似的等效电路。为简单起见,考虑用线圈制成的电感器。它们的引线引入与理想电感并联的串联电感和电容。线绕电感器也在线圈中使用相对较多的导线,并且导线本身具有与理想电感串联的寄生电阻。最后,寄生电容与寄生电阻和理想电感串联并联。这种电容的产生主要是因为线圈的单个匝数彼此很接近。但是如果电感位于接地面上那么在电感和接地面之间就有一个电容,这也和理想电感平行。
事实证明,你通常可以忽略很多寄生元素。引线电感通常比理想电感小得多。导线电容通常比导线匝数产生的寄生电容小得多。通常,只有在低频率或有重要电流时,寄生电阻才会起作用。
在许多情况下,唯一感兴趣的寄生元素是线圈本身之间的电容。但最终,线圈的寄生电容会产生影响。随着频率的升高,寄生电容的阻抗下降,直到其大小等于理想电感。发生这种情况的点叫做自共振频率。这里等效电路的阻抗是最大的。
一个特定的100-nH线圈的例子揭示了通常会发生什么。在自共振频率处有一个巨大的阻抗峰。在自谐振频率以上,寄生电容开始支配等效电路的行为。在这个操作范围内,阻抗随着频率的上升而下降。这就是电感器不再像电感器而更像电容器的地方。
用于射频扼流圈或块的电感被指定为在其自谐振频率下工作。电感器的工作方式就像一个罐电路在那个频率,并阻止在那个点的频率通过。如果电路被设计成阻断一个频带的频率,而不仅仅是电感器的自谐振频率,则涉及到多个电感器。在这里,电感元件的计算通常使用商业电路仿真程序,如Spice或Keysight Technologies的Genesys RF软件。
当然,当电感器不是扼流圈工作时,在预期的工作频率范围内,其电感相对于频率保持相对平坦是比较理想的。因此设计人员应指定电感,使其自谐振频率远远高于设计频率。具体来说,经验法则是选择一个电感器,使其自谐振频率比工作频率高十年(10×)。
最后,电路中的容差和电流量对于调谐电路或电感自谐振是很重要的。线绕电感器通常比多层或厚膜型器件有更严格的公差。
一般来说,线绕电感器比相同尺寸和电感值的多层电感器处理更多的电流。更高的电流要求使用具有更大线径的电感器,以减少损耗和温升。较大的电线降低直流电阻,但代价是更大的部件和可能较低的自谐振频率。
为了降低给定电感值的直流电阻,电感器可以加入铁氧体铁芯。然而,铁氧体倾向于使电感随温度变化更大。铁氧体磁芯电感具有比那些没有的更宽松的公差。
参考文献
Coilcraft Inc .)http://www.coilcraft.com/
日本村田公司多层电感器,http://www.murata.com/en-eu/products/emiconfun/inductor/2011/03/14/en-20110314-p1
大学病了。薄膜电感器,http://www.nature.com/articles/srep09661
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