电阻的寄生电感、寄生电容

1、前言

电阻的寄生电感、寄生电容是在高频的场景下才有体现的,现在的我也用不到,菜嘛,所以看到此处只是了解一下。

首先想到的是看电阻的数据手册,翻了很多,发现压根没有提到这两个参数,我想呢是因为在高频的条件下,既然电阻都要考虑寄生电感、寄生电容的影响,那么PCB上的那么多走线、过孔的寄生电感、寄生电容的影响也是要考虑的,所以高频的时候应该是整个PCB画好了,然后仿真或怎么样来解决/利用这个的寄生参数而不是一个个电阻去算。

我又搜索了一下高频特性好的电阻的材质,显示是碳膜电阻,好的,我反手就去看金属膜电阻的手册(狗头),在一个金属膜精密采样电阻datasheet在有提到了。


2.1、电阻模型

我粗浅地说明一下,并且画了个图:

频率特性:

对于100kHz频率以下的情况,电阻是适用于欧姆定律的。

更高的频率时,电阻的模型由一个理想电阻串联电感,并联电容构成。

电感和电容的值主要取决于器件的尺寸和走线的长度。

 

 代入具体的数据,好有个直观的感受;

R=220Ω,电感L=0.05uH,工作在1G的频率下,不考虑容抗,求阻抗:

 在高频下,阻抗还是蛮大的,大到不容忽视~~~


3、随着频率变化,阻抗会如何变化

随着频率的增加感抗增加,因为电感是串联,所以阻抗增加;

随着频率的增加容抗减小,因为电容是并联,越并越小,所以阻抗是减少;

那么综合起来,在不同的频率下,感抗、容抗谁更占主导地位,那就看频率以及各自的电感和电容值了,下图是网上找的,仅供参考:

在频率比较低的时候,寄生电容和寄生电感的影响不大,阻抗就是电阻的标称阻值;

频率增加,阻抗受寄生电容的影响大,阻抗在降低;

频率再增加,阻抗受寄生电感的影响大,阻抗在增大;


上图也不一定就是真理,当然了下面两个图也只是该手册中此规格电阻在不同频率下的阻抗、相位关系

 

### 寄生电容的定义及对电路性能的影响 #### 1. 寄生电容的定义 寄生电容是指在电子电路中,由于导体间或元件间的非理想特性而形成的意外电容[^1]。这种电容并非设计者有意引入,而是由于物理结构材料特性自然产生的。例如,在PCB板上,相邻导线之间、金属层之间或元件引脚之间都可能存在寄生电容。 #### 2. 寄生电容的表现形式 寄生电容在电路中的表现形式多种多样,主要包括以下几种: - **栅源电容(CGS)栅漏电容(CGD)**:在MOSFET中,这些寄生电容会影响器件的高频性能,限制电路的速度带宽[^2]。 - **信号线间耦合**:当两根信号线靠得很近时,它们之间会形成寄生电容,导致信号串扰噪声耦合[^3]。 - **电源与地之间的耦合**:在高密度PCB设计中,电源线与地线之间可能产生较大的寄生电容,影响电源的稳定性。 #### 3. 寄生电容对电路性能的影响 寄生电容对电路性能的影响主要体现在以下几个方面: - **降低电路速度**:在数字电路中,寄生电容会导致信号延迟,从而降低整个系统的运行速度[^2]。 - **增加功耗**:由于寄生电容的存在,每次开关操作都需要充放电,这会导致额外的动态功耗。 - **引发信号完整性问题**:寄生电容可能导致信号失真、反射串扰,尤其是在高速数字电路中,这些问题会更加显著[^1]。 - **限制高频性能**:在射频电路中,寄生电容会降低增益带宽,影响系统的整体性能[^4]。 #### 4. 减少寄生电容影响的方法 为了减少寄生电容对电路性能的影响,可以采取以下措施: - **优化PCB布局**:通过增加导线间距、减少平行布线长度使用屏蔽层来降低寄生电容[^1]。 - **选择低寄生参数的元件**:在设计中选用寄生电容较小的元件,如小型MOSFET或特殊封装的晶体管[^2]。 - **添加去耦电容**:在电源地之间添加去耦电容,以抑制高频噪声并稳定电源电压[^3]。 - **改进驱动电路设计**:通过优化驱动电路,减小栅极驱动电流的变化率(dv/dt),从而降低寄生电容的影响[^4]。 ```python # 示例代码:计算寄生电容引起的信号延迟 import numpy as np def calculate_signal_delay(parasitic_capacitance, resistance): """ 计算寄生电容引起的信号延迟。 参数: parasitic_capacitance (float): 寄生电容值(单位:法拉) resistance (float): 等效电阻值(单位:欧姆) 返回: float: 信号延迟时间(单位:秒) """ time_constant = parasitic_capacitance * resistance return time_constant # 示例参数 parasitic_capacitance = 1e-12 # 1pF resistance = 1000 # 1kΩ delay = calculate_signal_delay(parasitic_capacitance, resistance) print(f"Signal delay due to parasitic capacitance: {delay * 1e9:.2f} ns") ```
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