什么是趋肤效应

趋肤效应(Skin Effect) 是指在交流电(AC)作用下,导体内部的电流密度并不均匀,而是越来越集中在导体表面的现象。换句话说,频率越高,电流越倾向于“爬”到金属的表面去。


为什么会产生趋肤效应?

  • 当交流电流通过导体时,会在导体内部产生不断变化的磁场。

  • 根据法拉第电磁感应定律,这个变化的磁场又会在导体内部“感应”出涡流,这种涡流会抵抗中心区域的主电流(洛伦兹力的作用)。

  • 结果就是:导体中心的电流密度被压低,而表面区域的电流密度被“挤”得更高。

我们知道电流在导体中流动,它是会自动趋向于走“阻力”小的那条路的,就像是人也总是想要偷懒一样。

电流在导体中流动呢,会产生自感。内部磁力线圈穿过金属内部并且受金属影响。离中心越近,磁力线圈越多,自感也越大,相应的阻抗也越大。这就是为什么导线内部的电流分布不是均匀的,会随电流信号频率变化的原因。

其磁力线分布如下图:

任何频率的信号都是沿着最低阻抗路径传播的。而电感大的电流路径,阻抗也大。随着信号频率的升高,高电感路径的阻抗会变的更大。信号就会自动选择电感较低的路径。在一个圆杆状的路径上,电流信号会趋向于在其外表面流动。针对某确定频率的信号,从导线内部到导线表面,电流是特定分布的。

大致成因(粗略总结)就是:频率大 ---》 导线中心电感大 ---》 导线中心阻抗大 ---》 信号趋向于导线外壳(因为外壳阻抗小)

本文参考自:信号完整性之趋肤效应https://zhuanlan.zhihu.com/p/653509825

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