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阻抗的特性和电感的频率有关系吗?扁平电感在电路中有什么作用?

2017年06月17日 10:04 网络整理 作者: 用户评论(0

  阻抗的特性和电感的频率有关系吗?

  当我们提到特性阻抗的时候,通常很少考虑它与频率的关系。其原因在于,特性阻抗是传输线的一个相当稳定的属性,主要和传输线的结构也就是横截面的形状有关。从工程的角度来说,把特性阻抗作为一个恒定量是合理的。说实话,搞了这么长时间的SI设计,还没碰到需要考虑特性阻抗变化的情况。

  既然有网友一定要考虑这个问题,今天我们就稍稍深入一下,看看特性阻抗的真实面目。虽然没有太大的工程应用价值,但是对于理解问题还是有好处的。

  特性阻抗是从理论上分析传输线时经常提到的一个量,从传输线的角度来说,它可以用下面的公式表示

所谓电感线圈就是在导线中有电流时,其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈,以增强线圈内部的磁场。 电感线圈就是据此把导线(漆包线、纱包或裸导线)一圈靠一圈(导线间彼此互相绝缘)地绕在绝缘管(绝缘体、铁芯或磁芯)上制成的(一般情况,电感线圈只有一个绕组)线圈叫电感线圈。 扁平电感线圈图

  L表示传输线的单位长度电感,C为单位长度电容。乍一看,似乎公式中没有任何变化的量。但是特性阻抗真的是个恒定的量吗?我们使用Polar软件对横截面固定的传输线进行扫频计算,频率范围定在100MHz~10GHz,来看看场求解器给出的结果,如下图:

所谓电感线圈就是在导线中有电流时,其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈,以增强线圈内部的磁场。 电感线圈就是据此把导线(漆包线、纱包或裸导线)一圈靠一圈(导线间彼此互相绝缘)地绕在绝缘管(绝缘体、铁芯或磁芯)上制成的(一般情况,电感线圈只有一个绕组)线圈叫电感线圈。 扁平电感线圈图

  你可能感到惊讶,特性阻抗随着频率的升高变小了,why?阻抗公式中那个量发生了变化?

  其实这涉及到电磁学方面的一个深层次的问题。罪魁祸首是电感!!电感问题是个很复杂的问题,对电感的理论计算很繁琐,有兴趣的网友可以找资料看看电感的计算,详细的推导过程我就不在这里写了。简单的说,导线的电感由两部分组成:导线的内部电感和导线的外部电感。当频率升高时,导线的内部电感减小,外部电感不变,总电感减小,因而导致了特性阻抗减小。

  我们知道,电感的定义是指围绕在电流周围的磁力线匝数。电感随频率减小,直觉告诉我们一定是导线中电流分布发生了变化。到这里我想各位网友应该豁然开朗了。趋肤效应(skin effect)你一定不会陌生。看看下面的这张图你会有更直观的感受,这是用二维场求解器仿真出来的高频时导体中电流的分布。黄色部分是电流所在位置。

  当频率升高时,电流向导线表面集中,在导线内部电流密度减小,当然电感减小。电感的本质,是围绕在电流周围的磁力线匝数,注意“围绕在电流周围”这个说法。假设存在极端情况,导线内部电流完全消失,所有的电流集中在导体表面,磁力线当然没法再内部去环绕电流,内部电感消失。导线总电感减小,减小的那一部分就是导线的内部电感。当然这种说法不严谨,不过对直观的理解问题非常有帮助。

  结论:

  1、传输线的特性阻抗确实和频率有关,随着频率升高,特性阻抗减小,但会逐渐趋于稳定。

  2、特性阻抗的变化的原因是导线的单位长度电感随频率升高而减小。

  3、这种特性阻抗的变化很小,在工程应用中一般不用考虑它的影响。知道有这个事就是了。

  扁平电感在电路中有什么作用?

  什么是扁平电感线圈?

  所谓电感线圈就是在导线中有电流时,其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈,以增强线圈内部的磁场。 电感线圈就是据此把导线(漆包线、纱包或裸导线)一圈靠一圈(导线间彼此互相绝缘)地绕在绝缘管(绝缘体、铁芯或磁芯)上制成的(一般情况,电感线圈只有一个绕组)线圈叫电感线圈。 扁平电感线圈图

  A:扁平线圈,空心电感和电感线圈是一样的吗?

  B;通常大家都喜欢这样笼统的叫法;都是一样的。

  A:那什么是变压器?

  B:变压器我们不难理解,通常在电感线圈中流过变化的电流时,不但在自身两端产生感应电压,而且能使附近的线圈中产生感应电压,这一现象叫互感。两个彼此不连接但又靠近,相互间存在电磁感应的线圈一般叫变压器。

  A:变压器是电感吗?

  B:变压器有可能不是电感,但是电感有可能是变压器;电感的种类很多如;共模电感、SMD贴片电感、功率电感、绕线电感、可调电感、色环电感、插件电感等,按不同性质可以分为多种类:

  按电感形式分类:固定电感、可变电感。

  按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

  按工作性质分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。

  按绕线结构分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

  按工作频率分类:高频线圈、低频线圈。

  按结构特点分类:磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

  变压器;是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为:配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。

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( 发表人:易水寒 )

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