電阻、電容、電感的知識以及如何選用LCR電橋

2020-12-17 電子產品世界

電阻、電容、電感的知識以及如何選用LCR電橋

無源元件電阻、電容、電感是最常被設計工程師所用的元器件，但真正了解L、C、R知識的人不一定很多，根據臺灣專業人士葉正賢先生的經驗，在此向各位從事設計、維修等技術的工程師淺談LCR基本知識。
一、理想的L、C、R：

換句話說，在理想狀態下，相位角(θ)在純電阻下是O℃，在純電容下是-90℃，純電感則為+90℃。
實際情況下，L、C、R卻不是如此單純，尤其對L、C而言。
二、中、低頻的L、C等效電路：

因為有等效電阻(R)的存在，所以電感就不再是+90℃，電容也不會是-90℃，因此產生了相位角(θ)，以三角函數來看：

其中虛部為感抗或容抗，而實部為阻抗，因為感抗與容抗涉及到頻率，故在不同的工作頻率下就會得到不同的（θ）值。
了解到電感、電容中如果RS的成份越小(或RP越大)，則此元器件越趨近於理想，這裡我們定義了品質因數(Q)及損耗因數(D)：
Q = 1 / D = 虛功 / 實功
以串聯等效電路來看，若流入固定電流I

因此若RS = 0，則Q 變成無窮大，相對的D值 = 0。
並聯等效電路亦如此類推，於是可以得到一個結論：對元器件而言，Q越大越好，D值越小越好。
三、電容C的一般應用：
最常用的就是從市電進來(AC)要變成直流(交直轉換)

市電(AC220V或110V)經變壓器後，再經橋式整流器，此時即成為脈動直流(暫不考慮電解電容C)。

加上電解電容C後，即可變成直流，如下圖所示：

但畢竟C並非理想電容，以串聯等效電路來看，且加上負載RL後，則電路如下圖：

當電容充電到峰值後，即會對負載RL放電(放電電流IL)，此時，在RS上即產生一個壓降(或功率消耗)，波形變成

因此，原本的直流電壓就會在上面疊加了一個交流信號，即所謂的紋波，而這紋波的大小除與所加上的負載RL有關外，也與ESR的大小有關，如果ESR太大，則紋波變大，同樣，消耗功率也大，這也就是在實際電路工作時，有時在摸電解電容時會發熱的原因，若ESR過大，則電解電容發燙,而有冒煙現象！！
所以在設計時建議工程師，須選用LOW ESR電容。換句話說，此時ESR的測量即成為工程師設計時不可缺少的測量因數。

亦即當C固定，若使用恆流源對電容C充電，即可產生斜波，當然仍須注意C的品質。（Q值越大越好，或D值越小越好。）
三、 電感L的一般應用
電感就是一組線圈，不管這組線圈有沒有繞在鐵蕊上，既然是用導線繞成線圈，導線上就會有內阻存在。現仍以其串聯等效電路說明：

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