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信号完整性之阻抗(五)一、什么是阻抗二、电阻、电感、电容

一、什么是阻抗

阻抗的概念是从高中或者初中大家可能就会接触到,没想它一直陪伴我十年了。在我的印象中,提到阻抗我可能就会想到电阻,这样的思想局限也限制了我平常思考问题。所以今天也想把阻抗这个概念在顺理一遍,有错误或者欠缺的地方希望大家指正。

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1.什么是阻抗:

==在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗,其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。 阻抗的单位是欧姆。==这是从百度百科中搜索到的阻抗的基本的定义。

阻抗的定义适用所有的场合,不管是阻抗还是其他东西,从最基本的定义出发去理解它就不会错。

2.时域中的阻抗:

理想电阻:Z=U/I 理想电阻两端的电压和流过的电流之比。

理想电容:C=Q/V I=CdV/dt Z=U/(CdV/dt)

理想电感:V=Ld/dt Z=L((dI/dt)/I)

3.频域中的阻抗:

理想电阻:

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理想电容:

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理想电感:

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总结一下:对于理想电阻,在频域和时域下的阻值是一样的。对于理想电容和理想电感来说,电容值和电感值是不随频率变化而变化的,他们的阻抗值是随着频率的变化而变化的。容抗随着频率升高而减小,感抗随着频率的升高而增大。

给大家举个小例子:

电容的阻抗计算公式:Z=1/2Πfc

电感的阻抗计算公式:Z=2ΠfL

在同样的频率下,电感对实际电容器的高频行为起主导作用。

二、电阻、电感、电容

电阻、电感、电容是我们生活中必不可少的电子元件,也是最重要的器件,借此机会本人也想整理一下三个电子器件的物理特性。

1.电阻的物理模型:

实际铜导线两端间的阻抗看起来非常近似理想电阻,他在时域和频域都是恒定的。下面是导线的粗略电阻模型:

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导线的长度增加,阻值增加;导线的横截面积增大,阻值减小。

2.电容的物理基础:

存储电荷是以产生电压为基础的。在一定的电压下,两个导体存储的电荷越多,则这对导体的电容量就越大。实际上,导体之间的电容量取决于导体的几何结构和周围的介质的材料属性。

当导体间的电压变化时,导体表面的电荷就会产生移动。

介电常数,是绝缘材料的固有特性,会增大导体之间的电容量。介电常越大、导体间的电容量越大。下面有个计算地和电源之间的平板电容的公式:

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翻译一下就是自由空间的介电常数乘以介质的介电常数乘以面积除以介质厚度。

3.电感的物理基础:

电感是导体上流过单位安培电流时,导体周围磁力线圈的韦伯值。

电流周围将形成闭合的磁力线圈,电流越大,磁力线的匝数越多:导线的长度越长,磁力线匝数就越多:导线做的横截面增大,磁力线匝数只会减少一点。

以上资料主要参考《Cadence 高速电路设计》、《ANSYS信号完整性分析与仿真实例》、《信号完整性与电源完整性分析》

今天简单总结了一点,如有错误,希望各位大神留言指正,顺便点赞收藏👍,感谢!!!

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