电磁兼容理论基础-第三部分

用于滤波器的电容元件主要有瓷介质和固体电介 质钽电容器。固体电介质钽电容在一个很小的封 装中即可获得较大的电容值，瓷介质电容器的电 容值一般要小很多，但能够在更高的频段上保持 比较理想的特性。
瓷介质电容器更多地被应用于抑制高频段的电磁 骚扰，而固体电介质钽电容更多地被应用于抑制 低频段的电磁骚扰。
产生的磁链 －i 之间的关系可以在 平面上
用曲线来表示，则称其为电感元件。
i 电感值为自感磁链 与电流 之比：
L NΦ
ii
电感元件上任意时刻的电压与电流有下列关系：
u L di dt
这就是电感元件的特性方程。
电容元件
电容元件是实际电容器的理想化元件，它体现了 元件储存电场能量的性质。
任意两端元件，如果在任意时刻，其极板上的电
时，电源通常有理想电压源和理想电流源两种，
它们均属有源二端理想元件。
理想电压源
理想电压源无论外部电压如何，其端电压总能保 持定值或一定的时间函数。理想电压源的端电压 与通过它自身的电流大小无关，其电压总保持定 值或为某给定的时间的函数。
理想电流源
理想电流源无论外部电路如何，其输出电 流总保持定值或一定的时间函数。理想电 流源的输出电流与其两端电压大小无关， 其电流总保持定值或为某给定的时间函数。
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导线是实际电路中的一类重要元件，导线 的非理想性主要体现在导线的电阻和电感效 应方面。当信号频率较高时，导线的电感效 应要远远大于其电阻效应。 在直流情况下，导线中的电流均匀分布在 横截面上。圆形导线的单位长直流电阻为：
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随频率的升高，集肤效应将导致导线截面 上的电流向导线边缘分布，集肤深度为：
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•R为电阻元件的电阻 •Llead为电阻元件两条引线的等效 电感 •Cleadage引线电容与电阻元件两端 电极之间电容之和 •Cpar引线的寄生电容
电阻元件的非理想效应将影响电阻元件的频率特 性，特别对于高阻值的电阻元件，由于寄生电容 的存在，将导致电阻元件的高频特性变差。
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非理想电容的等效电路
第二讲 电磁兼容理论基础[3]
--路、场
刘洋
应用物理教研室
1 路的概念--电路与磁路
1.1 电路
电路--由若干电气器件或设备，按一定的 方式和规律组成的总体，构成电流的通路。
随着电流的流通，电路实现了电能的传输、 分配和转换。
实现各种电信号的传递、处理和测量。 电路的基本组成为4部分：电源、负载、连
荷和元件两端的电压之间的关系可以在 qu 平
面上用曲线来表示，则称其为电容元件。
电容元件
对于线性电容元件，其电容值C为一正实常数。
其值为电容任一极板上积累的电荷量 q与其上
的电压 u的比值，即 Cq/u 。电容元件的
特性方程为
ic
C
duc dt
从特性方程可知，在某一时刻电容器的电流取决 该时刻电容器两端电压的变化率。
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对于具有半径相等和间距恒定的平行导线，当 导线的间距大于五倍及以上导线半径时，导线 之间的邻近效应可以忽略不计。此时，导线单 位长电感为：
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对于长度为l的一对半径相等、间距恒定的平行 导线，其总电感为 对于半径相等和间距恒定的平行导线，有时还 要考虑导线之间的电容。导线单位长电容为
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非理想电阻的等效电路及简化等效电路
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非理想电感的等效电路
由于电感元件采用绕线结构，因此在建模时必须 考虑电感线圈的导线电阻和相邻线圈之间的电容 效应。电感元件的等效电路如图 所示。
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在直流和低频情况下，等效电路中的电容可以忽 略不计。
随着频率的升高，电感元件的阻抗增加，且电容 效应的作用开始显现。
电阻元件
电阻元件是从对电流呈现阻力而且消耗电能的实 际电气器件中抽象出来的理想化元件。
任何两端元件，如果在任何时刻，其两端电压和 通过元件的电流之间的关系可以在伏安特性平面 上用曲线表示，则称为电阻元件。
电感元件
电感元件是实际电感器的理想化元件，它体现了 元件储存磁场能量的性质。
任意两端元件，如果在任意时刻，其电流和由它
接导线和开关。
在对电路进行分析时，往往在一定条件下，对实 际电气器件加以理想化，略去其次要性质，用一 个足以表征实际器件主要性质的理想元件来表示。
理想元件就是可精确定义并能表征实际器件的主 要电磁性质的一种理想化元件。
实际电路中，电源向各种用电设备提供能量。实 际电源种类繁多，但在一定条件下构成电路模型
信号频率越高，集肤深度越小。当集肤深 度远小于导线半径时，电流将主要分布在具 有集肤深度的导体表面附近的带状区域。此 时导线只利用了其很薄的一部分金属。
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对于低频情况，由于肌肤深度大于或与导体半径相当时， 导线的单位长电阻 对于高频情况，导线的单位长电阻为
对于直流和低频情况，导线的单位长内电感为 对于高频情况，倒显得单位长内电感为
1.2 元件的非理想特性
在传导耦合分析中，一个重要的工作就是 传导电路的建模，此时，必须考虑实际电 路各个元件的非理想特性。
例如：导线、电路板印制线、元件引线、 电阻元件、电容元件、电感元件、铁氧体 扼流圈、磁环等元器件。
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元件引线
一个元件必须通过引线与电路相连。这些连接引 线通常为裸导线。在印刷电路板中，元件最常用的 连接方法就是表面贴装方法。这种方法是把元件外 引的扁平矩形横截面的引线直接焊到印刷电路板上。 这种连接方法不仅减小了元件引线的长度，还提高 了印刷电路板上的元件密度，并可以实现元件的自 动焊接。影响元件高频性能最重要的因素是元件引 线的长度。过长的元件引线会导致高频特性的劣化， 使元件性能偏离理想状态。元件引线的长度和间隔 同样要考虑电感和电容特性。
两种电容器具有相似的等效电路，介电损耗（含 极化损耗和欧姆损耗）可用一个阻值很高的并联 电阻表示。
通常，这个高阻值的并联电阻相对于等效电路中 其他参数而言可以忽略。
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非理想电容的等效电路
在直流情况下电容元件基本上可以看作开路。 在低频情况下电容元件的阻抗随频率的升高而下
降。当频率达到等效电路的串联谐振频率时，电 容元件的引线电感与电容元件的电容发生串联谐 振，此时电容元件的阻抗将达到最低。 电容元件的这种非理想特性在电磁兼容的传导耦 合分析中要给予充分的重视。