11、深入理解导体的邻近效应及相关特性

深入理解导体的邻近效应及相关特性

1. 引言

在电子电路中，导体的交流电阻特性受到多种因素的影响，其中邻近效应是一个重要的因素。它会改变导体中电流的分布，进而影响导体的交流电阻。了解邻近效应及其相关特性，对于电子电路的设计和优化至关重要。

2. 邻近效应基础

• 磁场与电流分布 ：在二维磁场图中，磁力线的密度表示磁场的强度。导体表面特定点的电流密度与该点的磁场成正比。例如，两个导体相对的内侧，磁力线更密集，表明该侧磁场强度大，电流也更集中。
• 邻近因子 ：邻近因子表示导体的表观交流电阻相对于仅考虑集肤效应时的增加量。它出现在交流电阻的方程中：
  [
  Re[R_{Ac}] = \frac{k_p m \mu p}{2 \pi u}
  ]
  其中，$k_p$ 是由邻近效应决定的修正因子，$m$ 是工作频率（rad/s），$Re[R_{Ac}]$ 是考虑集肤效应和邻近效应的导体串联电阻（$\Omega$/m），$p$ 是信号导体横截面的周长（m），$\mu$ 是导体的磁导率（H/m），$u$ 是导线的电阻率（S/m）。对于退火铜，$u = 5.800 \times 10^7$ S/m；对于非磁性材料，$\mu = 4\pi \times 10^{-7}$ H/m。

邻近因子 $k_p$ 的一般行为如下：
- 任何与低电阻返回路径充分分离的导体，$k_p = 1$。
- 差分配置中，$k_p = 2$（同时 $k_s = 2$）。
- 当导体与其返回路径靠近时，$k_p$ 增大。