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(6) 电感器的自我共振频率(self resonance frequency) | 给线圈用户的提示(Part-1)

(6) 电感器的自我共振频率(self resonance frequency)

第6 节是关于 "电感器的自我共振频率(self resonance frequency)"。实际元件在许多方面与理想元件不同。有些方面显示出意想不到的特点。

什么是自我共振频率?

电感阻抗的正常频率特性(Z=R+jX)。如图-1 中的蓝线所示(只画jX)。(图为本公司的CER1277B,100uH)为您提供参考,红线表示100uH 在理想条件下的频率特性。
在图表-1 中,显示反向阻抗极性的频率被称为自共振频率 Self Resonance Frequency = SRF。

阻抗(X)特性
图表-1 阻抗(X)特性

自我共振的来源

在实际生活中,只要电极有宽度(大小),就会产生电容(电容器)。这种电容被称为寄生电容、分布电容、浮动电容和杂散电容。

等效电路
图-1 等效电路

因此,在一般情况下,电容(电容器)Cp 被添加到电感并联的等效电路中,如图-1

电感的电容Cp 和自身的电感Ls 产生共振,频率响应如图表-1

通常只靠电感是不会产生谐振现象的。 在没有并联电容器的情况下,谐振会自我产生,所以称它为自谐振频率(SRF)。简称自振频率。

SRF是不可避免的,但也有通过巧妙的结构设计,可以减少Cp,并将SRF值变成更高的特殊的线圈。

明明是电感器却是电容器?

表示阻抗(Z=R+iX)的电抗(X)的极性,正(+)的时候是表示电感性,负(-)的时候是表示电容性。
因此,再比图-1的自谐振频率低的频域中是电感器,但在比自谐振频率高的频域中(深黄色部分)是作为电容器发挥作用的。在高于自谐振频率下,电感器不在发挥作用。
大致的印象如下图所示,理论上电感器的情况是频率越高阻抗越大,信号越难通过,但是实际上的阻抗特性(图Z)如图表-2(红线为理论电感器的情况),自我共振频率达到最大值之后逐渐减少。

阻抗特性和等效电路
图表-2 阻抗特性和等效电路

现实中电感的自我共振频率

本公司的功率电感器(CER8065B 的自谐振频率和杂散电容 (Cp) 的测量值。)的 SRF 和杂散电容(Cp)的测量值如表-1 中所述。

表-1 SRF 与杂散电容
Inductance
Ls(µH)
Self
Resonance
Frequency(MHz)
Self
Resonance
Frequency(MHz)
10 26.0 3.7
100 5.2 9.4
1000 1.2 17.6

一般来说,杂散电容的值不会与电感成比例增加。然而,尽管它没有像电感那样增加,但当电感值增加时,杂散电容也会增加,SRF值会减少。

每个电感的阻抗特性(SRF的位置)的差异如图表-3中所示。

Impedance characteristics with different inductance
图表-3 不同电感量的阻抗特性

与 SRF 有关的使用注意事项

  1. 当电感器被装配在印刷电路板上时,杂散电容会因电路板的布线而增加。因此,与单个电感器的情况相比,SRF值会向低的一方移动。
  2. 电感器的杂散电容相对较小。因此,自我共振频率值可能会由于安装时增加的杂散电容(印刷电路之间的电容)而发生明显变化
  3. 通常情况下,如果频率小于或等于自我共振频率的1/10,这种影响可以忽略。
  4. 阻抗值在自我共振频率附近增加。因此,如果你能很好地利用这一点,你可能获得比电感值更好的阻抗效果。不过由于自我共振频率不是刻意制造出来的,要注意它大的偏差变化。

著者紹介

星野 康男
生于 1954 年。 线圈专业的传奇工程师
1976 年加入相模无线电制造公司(现相模电子有限公司)。 加入公司后立即在工程部工作。
他曾担任技术经理和执行官,并作为顾问继续协助工作和指导下级员工,于 2024 年 3 月底退休。 他以通俗易懂的技术讲解而闻名。
爱好是摄影。 他最喜欢的动物是猫(和铃鸟)。

备注
  • 文中提及的部分产品已停产。
  • 由于文章撰写已有一段时间,所提供的信息可能仍包含过时内容。