电阻寄生电感

电感是导体的一种电气特性，通过导体的电流在导体本身（自感）和附近的其他导体中感应出电动势。由于电阻器是由导电材料制成的，因此它们也会表现出电感，这是一种不希望的寄生效应。如果电阻器由形成线圈形状的导线制成，则这种效果尤其明显。根据应用的不同，电阻电感可能很容易被忽略，尤其是在直流电路中。然而，寄生电阻电感在高频交流应用中可能是一个重要因素。其原因是电阻器的阻抗由于其电抗的增加而随着施加的电压频率而上升。

电感器和电阻器

功率负载可分为两种类型：实际（或电阻）负载和无功负载。实际负载用于将电能转换为热能。理想电阻器是纯电阻负载，这意味着施加到电阻器上的所有电能都以热量的形式耗散。另一方面，无功负载将电能转换为磁场或电场，并在将其返回到电路的其余部分之前将其临时存储。无功负载可以是电感性的或电容性的。电感负载以磁场的形式存储能量，而电容负载以电场的形式存储能量。

因此，理想电阻器和理想电感器之间的主要区别在于，电阻器将电能作为热量散发，而电感器将电能转化为磁场。理想电阻器的电抗为零，因此电感为零。不幸的是，电气设备在实践中并不理想，即使是最简单的电阻器也有轻微的寄生感抗。

 

电感线圈的电场

寄生电感

当需要纯电阻负载时使用电阻器；所以电感通常是一种不需要的副作用，在这种情况下，它被称为“寄生电感”。所有实际电阻器都或多或少地表现出寄生电感，具体取决于电阻器的设计和结构。交流电路可能会导致系统模块之间出现不需要的耦合，或者可能是导致高频电路响应发生改变的原因。电感问题的根源可能是自感，即使电阻器远离其他导体也存在，或者互感，当附近有其他高频设备时观察到。自感可能会使高频信号失真，而互感可能会在信号路径中引入噪声。

由于其线圈形状，螺旋线绕电阻器特别容易产生显着的寄生电感。专为高频使用而设计的电阻器由金属膜制成，以避免产生线圈形状并减少寄生电感。

电抗和电感计算

在交流电路中，电阻抗是在施加电压时电路对电流通过的阻力的量度。它由以下公式给出：

Z=R+j·X

其中Z是阻抗，R是电阻，X是电路的电抗，j是虚数单位。在本文中，假设实际电阻器的寄生电抗是纯感性的，并且这种电阻器的阻抗为：

Z=R+j·ω·L

其中ω是角频率，L是电阻器的寄生电感。

从上面的等式可以看出，电阻的阻抗随着电压频率的增加而上升，因为电阻作为电阻和电感串联。这种增加通常可以忽略不计，但在某些应用中却相当显着。

不同电阻类型的电感

电阻器类型

电感

线绕

0.03–56μH

箔式

<0.08μH

金属氧化物

3–200nH

膜式

<2nH

寄生电感效应发挥作用的应用

寄生电感通常表现在性能较差的电阻器（如螺旋线绕电阻器）或其他非常高频率的电阻器中。为了演示高频问题，让我们检查一个典型的220Ω箔电阻，电感为0.05μH，工作频率为1GHz。

可以使用以下等式计算阻抗的大小：

|Z|=√R^2+(ω·L)^2

替换我们的值，我们得到：

|Z|=√(220)^2+(2·pi·0.05E-6)^2=383.5Ω

1GHz时的阻抗幅度为383.5Ω，比标称DC值增加了近75%。如果不考虑寄生效应，工程师不会预料到这种变化。一般来说，微波和射频应用对寄生效应特别敏感。