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

 

在高频电路设计中,寄生电感对电路性能的影响尤为显著。电阻在串联或并联配置中对寄生电感的影响取决于电路的工作频率、元件布局以及寄生参数的分布特性。 ### 3.1 串联电阻寄生电感的影响 当多个电阻串联时,总电阻值增加,而寄生电感通常与电阻的物理长度布局有关。在高频下,串联电阻的总寄生电感可能会因走线长度的增加而增大。此外,由于电感的阻抗随频率升高而增加,串联电阻的总高频阻抗将受到寄生电感的显著影响,导致信号衰减或失真[^4]。 ### 3.2 并联电阻寄生电感的影响 在并联配置中,多个电阻并联会降低总电阻值,同时可能减少整体的寄生电感。这是因为并联电阻的走线长度通常较短,并且高频信号路径更趋于分散,从而降低电感效应。然而,并联电阻寄生电容效应可能增强,这在极高频应用中需要特别注意[^4]。 ### 3.3 电阻模型与寄生参数的频率响应 在高频下,电阻的等效模型通常包括一个理想电阻串联一个寄生电感,并联一个寄生电容。随着频率的升高,感抗增加,容抗减小,导致整体阻抗的变化趋势取决于寄生电感电容的相对大小。例如,在1GHz频率下,一个220Ω电阻寄生电感(0.05μH)将显著影响其阻抗表现,使得总阻抗远高于标称电阻值。 ### 3.4 实际应用中的高频电阻选择 在高频电路中,应选择寄生电感寄生电容较小的电阻类型,如碳膜电阻或特定设计的低寄生电阻。此外,PCB布局应尽量缩短走线长度,减少过孔使用,并确保接地路径的低阻抗特性,以进一步抑制寄生电感的影响。 ### 3.5 电路设计中的寄生电感优化策略 为了减少寄生电感的影响,可以采用以下策略: - **缩短走线长度**:寄生电感与走线长度成正比,因此应尽量缩短关键路径的走线长度。 - **优化器件布局**:将高频器件敏感信号路径尽量靠近,减少引线长度互感效应。 - **使用低电感封装**:表面贴装器件(SMD)通常比通孔插装器件具有更低的寄生电感。 - **减少过孔数量**:过孔会引入额外的寄生电感,应尽量减少其使用,并确保过孔周围的铜箔完整。 ```python # 示例:计算不同走线长度下的寄生电感 def calculate_inductance(length, inductance_per_cm): return length * inductance_per_cm # 假设每厘米走线的寄生电感为5nH inductance_per_cm = 5 # nH/cm # 计算不同长度下的寄生电感 lengths = [1, 2, 5, 10] # cm inductances = [calculate_inductance(length, inductance_per_cm) for length in lengths] print("不同长度走线的寄生电感:") for length, inductance in zip(lengths, inductances): print(f"{length}cm 走线: {inductance}nH") ```
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