为DC-DC选择正确的电感和电容
为DC/DC转换器选择正确的电感器与电容器
随着手机、PDA以及其它便携式电子产品在不断小型化，其复杂性同时也在相应提高，这使设计工程师面临的问题越来越多，如电池使用寿命、占板空间、散热或功耗等。
使用DC/DC转换器主要是为了提高效率。很多设计都要求将电池电压转换成较低的供电电压，尽管采用线性稳压器即可实现这一转换，但它并不能达到基于开关稳压器设计的高效率。本文将介绍设计工程师在权衡解决方案的占用空间、性能以及成本时必须要面对的常见问题。
大信号与小信号响应
开关转换器采用非常复杂的稳压方法保持重/轻负载时的高效率。现在的CPU内核电源要求稳压器提供快速而通畅的大信号响应。例如，当处理器从空闲模式切换至全速工作模式时，内核吸收的电流会从几十微安很快地上升到数百毫安。
随着负载条件变化，环路会迅速响应新的要求，以便将电压控制在稳压限制范围之内。负载变化幅度和速率决定环路响应是大信号响应还是小信号响应。我们可根据稳态工作点定义小信号参数。因此，我们一般将低于稳态工作点10％的变化称为小信号变化。
实际上，误差放大器处于压摆范围(slew limit)内，由于负载瞬态发生速度超过误差放大器的响应速度，放大器并不控制环路，所以，在电感器电流达到要求之前，由输出电容器满足瞬态电流要求。
大信号响应会暂时使环路停止工作。不过，在进入和退出大信号响应之前，环路必须提供良好的响应。环路带宽越高，负载瞬态响应速度就越快。
从小信号角度来看，尽管稳压环路可以提供足够的增益和相位裕度，但是开关转换器在线路或负载瞬态期间仍然可能出现不稳定状态和振铃现象。在选择外部元件时，电源设计工程师应意识到这些局限性，否则其设计就有可能遇到麻烦。
电感器选型
以图1所示的基本降压稳压器为例，说明电感器的选型。
对大多数TPS6220x应用而言，电感器的电感值范围为4.7uH～10uH。电感值的选择取决于期望的纹波电流。一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20％。如等式1所示，较高的VIN或VOUT也会增加纹波电流。电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和(意味着电感损失)情况下处理峰值开关电流。
以增加输出电压纹波为代价，使用低值电感器便可提高输出电流变化速度，从而改善转换器的负载瞬态响应。高值电感器则可以降低纹波电流和磁芯磁滞损耗。
可将线圈总损耗结合到损耗电阻(Rs)中，该电阻与理想电感(Ls)串联，组成了一个如图1所示的简化等效电路。
尽管Rs损耗与频率有关，但在产品说明书中仍对直流电阻(RDC)进行了定义。该电阻取决于所采用的材料或贴片电感器的构造类型，在室温条件下通过简单的电阻测量即可获得。RDC的大小直接影响线圈的温度上升。因此，应当避免长时间超过电流额定值。
线圈的总耗损包括RDC中的耗损和下列与频率相关联的耗损分量：磁芯材料损耗(磁滞损耗、涡流损耗)；趋肤效应造成的导体中的其他耗损(高频电流位移)；相邻绕组的磁场损耗(邻近效应)；辐射损耗
可将上述所有耗损分量组合在一起构成串联耗损电阻(Rs)。耗损电阻主要用于定义电感器的品质。然而，我们无法用数学方法确定Rs。因此，我们一般采用阻抗分析仪在整个频率范围内对电感器进行测量。这种测量可以确定XL(f)、Rs(f)和Z(f)个别分量。
我们将电感线圈电抗(XL)与总电阻(Rs)之比称为品质因素Q，参见公式(2)。品质因素被定义为电感器的品质参数。损耗越高，电感器作为储能元件的品质就越低。
品质—频率图可以帮助选择针对特定应用的最佳电感器结构。如测量结果图2所示，可以将损耗最低(Q值最高)的工作范围定义为一直延伸到品质拐点。如果在更高的频率使用电感器，损耗会剧增(Q降低)。
良好设计的电感器效率降低微乎其微。不同的磁芯材料和形状可以相应改变电感器的大小/电流和价格/电流关系。采用铁氧体材料的屏蔽电感器尺寸较小，而且不辐射太多能量。选择何种电感器往往取决于价格与尺寸要求以及相应的辐射场/EMI要求。
输出电容器
消除输出电容器可以在成本和占板空间两方面实现节省。输出电容器的基本选择取决于纹波电流、纹波电压以及环路稳定性等各种因素。
输出电容器的有效串联电阻(ESR)和电感器值会直接影响输出纹波电压。利用电感器纹波电流((IL)和输出电容器的ESR可以简单地估测输出纹波电压。
因此，设计时应当选用ESR尽可能低的电容器。例如，采用X5R/X7R技术的4.7uF到10uF电容器表现为10m(范围的ESR值。轻负载(或者不考虑纹波的应用)也可以使用容值更小的电容器。
频率的关系；；(b) R S和频率的关系
图2：品质-频率图：(a) Q和频率的关系
TI的控制环路架构使您能够采用自己首选的输出电容器，同时还可以补偿控制环路，以实现最佳的瞬态响应和环路稳定性。当然，内部补偿能够理想地支持一系列工作条件，而且能够敏感地响应输出电容器参数变化。
TPS6220x系列降压转换器具有内部环路补偿功能。因此，必须选择支持内部补偿功能的外部LC滤波器。对于此类器件而言，内部补偿最适合16kHz的LC转角频率(corner frequency)，即10uH电感器与10uF输出电容器。根据一般经验法则，在选用不同输出滤波器时，L*C乘积不应当大范围变动。在选择更小的电感器或电容器值时，会造成转角频率增加至更高频率，因此这一点尤为重要。
在从负载瞬态出现到打开P-MOSFET期间，输出电容器必须提供负载所需的全部电流。输出电容器提供的电流会造成经过ESR的电压降低(从输出电压中扣除)。ESR越低，输出电容器提供负载电流时的电压损耗就越低。为了降低解决方案尺寸并且提升TPS62200转换器的负载瞬态性能，建议采用4.7uH电感器和22uF输出电容器。
DC-DC转换器电路设计中电感器选择的折衷考虑在大多数降压型DC-DC开关转换器中，成本、尺寸、电阻和电流容量决定了电感的选取。很多这种应用都在开关转换器数据手册或评估板中给出了特定的电感值，但是这些值通常都针对特定应用或者满足特定性能标准。本文中将讨论使用开关稳压器MAX8646的评估板来评估各种电感的效率、噪声(输出纹波)和暂态响应。
该评估板包含有一个0.47mH电感，可以同时提供较高的效率和快速负载暂态响应。较低的电感值导致较低的效率，较大的电感以暂态响应为代价提供更高的效率。本文中讨论的其他电感经过选择可以与评估板的PCB封装相匹配，并且能以最小的改动(如果需要)来配合评估板的电路。
尺寸考虑
表1中两个系列的电感提供不同的磁芯尺寸。它们的外形相似，但是FDV0630系列电感在电路板上要高1mm。较高的高度使得使用较短的铜线成为可能-使用更大的直径或较少的匝数，或二者兼具。
0.2mH以及更低的电感表现出很低的效率，因此不考虑更小的电感。较小的电感值还带来较大的峰值电流，它必须保持低于MAX8646的最低电流限制以防止失稳。另一方面，大于1μH的电感也不合适。请注意较大的FDV0630系列电感具有相同的电感值和引脚，但是提供更低的电阻和更高的额定电流。关于电感磁芯的尺寸、材料和磁导率的详细比较本文将不赘述。
磁芯的考虑
Toko公司的FDV系列电感采用铁粉芯，它们提供更好的温度稳定性并且相对于其他可选磁芯成本更低。其他选择是钼坡莫合金粉末(MPP)、气隙铁氧体以及铁硅铝磁合金(Kool Mm)或高磁通磁环。鉴于混合镍、铁和钼粉末的成本，MPP通常是最昂贵的选择，铁硅铝磁合金是一种次昂贵的复合粉末磁芯。在多数电源中常见的罐形、E和EI形磁芯为气隙铁氧体。这些外形可以在必要时提供灵活性和可变性，但是成本更高。高磁通磁环通常用于滤波电感而不是电源变换电路。
性能评估和效率比较
图1电路中各种电感的效率比较显示，在输出电流低于2A时1μH电感具有最好的效率，在低于3A时0.2μH的效率最低。在电感量相同时，尺寸较大(FDV0630)直流电阻较低的电感在整个输出电流范围内可提供0.5%至1%的效率提升。
图1：降压型开关稳压器MAX8646评估电路
对于FDV0620系列的0.47mH和1mH电感，可以注意到在2A附近其效率曲线有一个交叉：2A以下1μH电感具有较高的效率，2A以上0.47μH的效率更高。1μH电感所具有的较大串联电阻导致了这种效率的差异。
另一种性能折衷可以从电感电流、电感电压和输出电压纹波的典型波形中看出。使用电感量较小的FDV0620-0.47mH产生较高的峰值电流。输出电压纹波低于18mV峰峰值，而FDV630-1.0mH电感产生的纹波峰峰值刚超过12mV。峰值电流对输出电容充电并且提供负载电流。在电容的ESR上会流入和流出较大的电流，这将产生较高的输出电压纹波。如果必要，可以通过使用较大的输出电容来降低该纹波。
负载暂态的比较
不同的电感提供不同的负载暂态响应(IC和补偿网络同样对该响应有贡献)。MAX8646需要外部补偿，但是其他开关稳压器IC包含内部补偿，它们通常指定允许的电感值范围。从另一方讲，外部补偿允许设计更加灵活。
图2和图3给出了图1所示电路在从2A至5A再返回至2A的负载阶跃时FDV0620-0.47μH和FDV0620-1μH电感的负载暂态响应，在图3中，外部补偿经过调整以配合1mH电感值。参考图1，改变了以下三个元件来达到该目的：C10 = 1000pF，R4 = 5900W，R6 = 316W。请注意图2中的输出电压过冲要低于图3。对于具有相同电感量的DV0620和FDV0630系列，测量到的响应相同。
工作原理
在描述了电感选择的测量结果之后，我们现在概括其工作原理。下面的等式忽略真实电感的寄生特性，但是它仍可为电感的工作原理提供良好的理解：
图2：图1电路使用FDV0620系列的0.47μF电感工作在3.3V输入，1.8V输出，2A-5A 输出电流时的负载暂态。
图3：类似于图2，但是使用FDV0620系列的1μF电感。
高边MOSFET在电感充电期间(t ON)导通，将电感连接至输入电源电压。在确定电感值以后，可以用t ON = DT替换dt，用(V IN-V OUT)替换V，然后计算DI (即di)。表2给出了图1所示电路中DI与本文所讨论的电感之间的对应关系。图1中电路满足表2参数的条件是V IN= 3.3V，V OUT = 1.8V，DT=D*T，其中D为占空比(V OUT/V IN)，T为开关周期(1/f S)。
表2：给定电感值与电感电流变化值
di/dt(DI/DT)的中值等于IOUT，因此峰值电流等于IOUT加DI/2。可以看到在负载电流相同时较小的电感将导致较大的峰值电流。
直流电阻
IC和电感的功率损耗可以从效率曲线得到。对于FDV0620-0.47mH，输出电流取1A时效率为92.5%，输出功率为1A乘以1.8V即1.8W，因此输入功率为1.8/0.925 = 1.946W。总损耗为PIN -POUT = 0.146W。主要的功率损耗来自电感直流电阻、MOSFET RDS(ON) (导通电阻)以及开关损耗。IOUT 2*DCR(直流电阻)等于电感的功率损耗。
FDV0620-0.47uH在1A输出电流时的DCR损耗为8.3mW，占总损耗的5.7%。在IOUT= 4A，PIN = 8.1W，POUT = 7.2W (效率= PIN/POUT = 88.9%)时，总损耗为PIN- POUT = 0.9W；FDV0620-0.47uH在4A时DCR损耗为132.8mW，占总损耗的14.7%。IOUT< sup>2的结果是在较大输出电流时DCR损耗更大。
导通损耗
导通损耗是电感电流或IOUT、占空比(D)和R DS(ON)的函数：
PCOND = I LX < sup>2 * R DS(ON) * D
高边导通损耗为：
1A输出电流时，
4A输出电流时，
低边导通损耗为：
1A输出电流时，
4A输出电流时，
1A时R DS(ON)取室温时测量的典型值，但是大电流时MOSFET工作在较高的温度。R DS(ON)可以进行调整以适应较高的温度，因此在4A输出电流时取33mW。
开关损耗
开关损耗发生在开关打开和关闭的过程中，由MOSFET栅极电容充放电电流引起。在开关打开的瞬间，开关两端的电压较高，但是在电压下降前电流持续上升。下面的等式可以使用逼近法粗略计算开关的功率损耗：
其中t SW为开通或关闭时间，f SW为开关频率。对于1A输出电流，
在本例中无法方便的测量t SW，因为MAX8646的开关内置，它们共享公共连接LX(引脚15-16)。在死区时间前后，LX端的上升和下降时间大致各为5ns。
上面的功率损耗计算同时适用于开通和关闭。因为本例中LX端的上升和下降时间t SW 相同，可以将该数值乘以4。如果MOSFET外置可以进行测量，然后可以单独计算得到更精确的结果。对于0.47μH电感，在1A输出电流时开通和关闭损耗大概各为32.96mW。本文结论
在为PWM电压模式开关稳压器选择电感时，很容易作出折衷。较大的电感提供较低的峰值电流和较低的损耗，可以提高效率。较小的电感通常带来较低的效率，但是在负载变化时提供更快速的响应。另外，类似于电感值，较大的磁芯尺寸可以在电感值相同时提供更低的DCR，较低的DCR可以获得更好的动态性能。在任何情况下，在确定最终电路之前都必须经过测试！
Buck电路电感电容参数选择
（注：以下公式仅针对CCM模式） 1.占空比 (Vi-Vo)*Ton/L=Vo*Toff/L D=Vo/Vi D—占空比 2.电感 dIL= (Vi-Vo)*Ton/L dIL== L=5(Vi-Vo)Vo*T/(Vi*Io) IL_avg = Io IL_peak= IL_rms=ILavg*(1+12) L电感量的选取原则使电感纹波电流为电感电流的20%（可根据应用改变）dIL—电感纹波电流峰峰值 IL_avg—电感电流平均值 IL_peak—电感峰值电流 IL_rms—电感电流有效值 3.xx二极管 Id_peak= Vrd=Vi Id_peak—续流二极管峰值电流
Vrd—续流二级管反向耐压（Ton期间） 4.开关管 Isw_peak= Vsw_peak =Vi Isw_peak—开关管峰值电流 Vsw_peak—开关管耐压（Toff期间） 5.输出电容 Icin_rms = [(Io-Iin)D+Iin(1-D)] Ico_rms=dIL/ 电容选取：耐压、纹波电流、电容量 Icin_rms—输入电容的纹波电流有效值 Ico_rms—是输出电容的纹波电流有效值 技术资料，仅供参考 这里具体采用上海芯龙半导体有限公司降压IC举例说明 电源管理IC降压型电路电感应用XL4003 ①(（Vi-Vo)/L)*D=（Vo/L）*(1-D)已知输入电压Vi，输出电压Vo,求出D;22 D=Vo/Vi ②Io 为设定值已知输出电流Io; ③Ton=T*D 求出Ton ④((Vi-Vo)/L)Ton=dI=*Io可求出L. L=((Vi-Vo) *Ton)/*Io)
测量电感及电容上电流和电压的相位差
测量电感及电容上电流和电压的相位差&测量电容上电流和电压 的相位差 上海中学高二（9）王晓欣、徐烨婷 指导教师杨新毅 实验目的：运用TI-83对电容电路进行实验，测量电容电路中电压与电流之间的相位差，了 解电容电感的性质。 实验原理 对于电阻R1，电流与电压成正比。电压v=Vsinωt，则i= Vsinωt /R。由于电阻R1mR1m1与电容串联，因此两者的电流相等。i= i= Vsinωt /R，电容的电流波形图与电阻的电压L1R1m1波形图的周期、初相位都相同，只在幅值上有所不同。因为只需观察电容的电流电压波形图 周期与初相位的关系，因此可以将电阻的电流波形图与电容的电压波形图进行对比，得出电 容的电压与电流的关系。 实验过程 1. 开机方法： ?用专用接线连接TI—83Plus和CBL。 ?按ON键打开TI—83Plus电源。
?按应用功能键APPS，进入Applications界面（见图1）。 图1 按数字键4选择Physics功能（见图2）。 图2 按ENTER回车键，进入主菜单（见图3）。 图3 2. 探头设定： ?将两个电压探头分别插入CH1,CH2两个插口中，打开CBL电源。 ?在Main Menu下按1选择SET UP PROBES，进入探头设定 菜单（见图4）。在NUMBER OF PROBES菜单中按2选择 图4 TWO。 在SELECT PROBE中按7选择MORE（见图5），再按3（见图6）将第一个探头选择为VOLTAGE。按ENTER 重复以上操作，将第二个探头也设为VOLTAGE。回到主菜 图5 单（见图7）。
图6 图7 3. 参数设定 在Main Menu下按2选择2：COLLECT DATA。在DATA COLLECTION中按2选择2：TIME GRAPH（见图8）。 图8 在ENTER TIME BETWEEN SAMPLES IN SECONDS：后输入时间间隔0.0005。在ENTER NUMBER OF SAMPLES：后输入取样个数100(见图9)。 图9 按ENTER对实验设置进行确认（见图10）。 图10 在CONTINUE中按1选择USE TIME SETUP，用以上设置图11 进行实验（见图11）。 4. 连接电路
高中物理-电感和电容对交变电流的影响教学设计
高中物理-电感和电容对交变电流的影响教学设计 一．学习目标 1．通过实验了解电感和电容对交变电流的阻碍和导通作用。 2．知道感抗和容抗的物理意义及影响因素。 3．通过猜想、假设、实验、交流合作与分析论证,体会科学探究过程。 二．预习案 1、电感和电容对交变电流的影响 （1）电感对交变电流的阻碍作用：电感对交变电流的阻碍作用的大小用来表示。线圈的越大、交变电流的越高,电感对交变电流的阻碍作用就越 ,感抗也越。 （2）电容器对交变电流的阻碍作用：电容对交变电流的阻碍作用的大小用表示。电容器的电容越、交变电流的频率越 ,电容器对交变电流的阻碍作用就越 ,容抗也越。这些都表明交变电流能通过电容器。 2、在交变电流路中,如果把电感的作用概括为“通直,阻交”、“通低,阻高”。则对电容的作用可概括为：“隔直,通交”、“阻低,通高”。 三．课内探究 探究一电感对交变电流的阻碍作用 1.把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上。实验中取直流电源的电压与交流电 压的有效值相等。灯泡的亮度一样吗？此现象说 明了什么问题？ 2.为什么电感对交流电有阻碍作用？
3.实验表明线圈的自感系数越大、交变电流的频率越高,电 感对交变电流的阻碍作用越大。为什么线圈的感抗跟线圈的 自感系数和交流电的频率有关呢？ 4.如图它是由几十匝线圈绕在空心铁氧体芯上组成,你认为它是低频扼流圈还是高频扼流圈?它对低频有显著阻碍作用吗? 探究二电容器对交变电流的阻碍作用 1.把小灯泡和电容器串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上,灯泡的发光情况一样吗？此现象说明了什么？ 2.电容器对交流阻碍作用的大小与哪些因素有关? 探究三电阻、电感器、电容器对对交变电流阻碍作用的区别与联系 电阻电感器电容器 产生的原因由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化 在电路中的特点对直流、交流均有 阻碍作用 不能通直流,只能通变 化的电流．对直流的阻 碍作用无限大,对交流
电容电感的频率特性
电感电容的频率特性 结论 电感：通直流阻交流，通低频阻高频，其感抗XL=wL； 电容：通交流阻直流，通高频阻低频，其容抗Xc=1/wC 。（匹配要点） 电感越大，阻抗越大，交流信号更不易通过；电容越大，阻抗越小，交流信号更易通过。 当工作频率达到电感（电容）的自谐振频率(w＝√LC)，对电流的阻抗Z最大（最小）。 磁珠 对低频基本没什么衰减（相当于电感），对高频有较强衰减。 解释 1、当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，频率越高，自感电动势越大，线圈阻抗越大。 采用容抗公式分析电容，当频率越高，容抗（阻抗）越小，高频更容易通过。 2、电容器有一个充放电的时间问题。当交流电的正半周，给电容器充电的瞬间，电路是有电流流过的，相当于通路，一旦电容器充电完毕，则电路就没有电流流过了，相当于断路。当交流电的负半周到来时，又将产生电流，先抵消掉原来充在电容上的那个相反的电荷，在继续充电至充满。 现在假设电容器需要的充电时间t一定，则 （1）当一个频率较高的交流电正半周结束时，假设电容器容量够大，还未充满电，负半周就到来了，则这电路会一直流着电流，相当于这电容器对这个高频的交流电来说，是通路的。 （2）如果这个交流电的频率较低，正半周将电容器充满电荷以后，负半周仍未到来，则电流会在中途断流，则电容器对于这个低频的交流电来说，就不是完全通路了，只是有一定的阻抗 （3）如果充电的时间相对于那个频率的交流电的半周期来讲，是极短的，那么电容器就可以认为完全断路，没有电流流过。 阻抗概念 1、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，实部为电阻，虚部为电抗，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
开关电源电感的选取
为开关电源选择合适的电感 电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流、电压相位不同，所以理论上损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说，由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰。 电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和，也有的应用不允许电感出现饱和，这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但是，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数)，一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。 杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集”为一个电容，则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。 当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时，不妨考虑下面几个特点： 1. 当电感L 中有电流I 流过时，电感储存的能量为： E＝0.5×L×I2 (1) 2. 在一个开关周期中，电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为： V＝(L×di)/dt (2) 由此可看出，纹波电流的大小跟电感值有关。 3. 就像电容有充、放电电流一样，电感器也有充、放电电压过程。电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比，电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。只要电感电压变化，电流变化率di/dt 也将变化；正向电压使电流线性上升，反向电压使电流线性下降。 计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要 从图1 可以看出，流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成，因为交流分量具有较高的频率，所以它会通过输出电容流入地，产生相应的输出纹波电压dv=di×RESR。这个纹波电压应尽可能低，以免影响电源系统的正常操作，一般要求峰峰值为10mV~500mV。 纹波电流的大小同样会影响电感器和输出电容的尺寸，纹波电流一般设定为最大输出电流的10%~30%，因此对降压型电源来说，流过电感的电流峰值比电源输出电流大5%~15%。 降压型开关电源的电感选择 为降压型开关电源选择电感器时，需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大
高中物理 《电感和电容对交变电流的影响》教学设计
《电感和电容对交变电流的影响》教学设计
二、电容对交变电流的影响 1．电容器的特性：“通交流，隔直流”。 2．容抗（XC）：电容对交变电流的阻碍作用的大小。单位：欧（Ω）。3．决定容抗大小的因素：电容器的电容（C）、交流电的频率（f） C越大、f越高，XC越小 教学过程 引入新课【复习引入】 首先我们来回顾一下：什么是电容器？ 电容器：任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体构成一个电容器。 如果将电容器接入直流电路中，电路中有没有电流？（没有，因为电容器中间是绝缘的。）看图问：请同学们观察一个如图所示实验，当电键闭合后，出现什么现象？ [学生]电键闭合后，A2立刻亮，A1缓慢亮，因为线圈会阻碍A1电流的变化。 为什么会有阻碍电流变化的现象呢？ 因为电感器会产生一个阻碍导体中原电流变化的自感电动势， 今天，我们就来研究电感和电容对交变电流的影响。 【新课讲授】 [对比实验]现在我们有三个小灯泡，让它们并联接入交流电路中，可以观察到三个灯泡的亮度相同，说明这是三个相同的灯泡。 现在我们在其中的一个支路中串联一个电容，在另一个支路中串联一个电感。再将它们接入直流电路中。会有什么现象？
现象：没有串联任何东西的灯泡马上变亮，串联电容器的灯泡不亮，串联电感线圈的慢一点亮。 说明：（电容器不通直流）电容隔直流，电感通直流。 再将它们接入交流电路中。会有什么现象？ 现象：没有串联任何东西的灯泡马上变亮，串联电容器的灯泡和串联电感线圈的灯泡都亮，不过亮度比没有串联任何东西的灯泡暗些。 为什么串联了电容器的电路都亮了呢？ 我们先来看看这幅电路图。将电键往上打，我们会发现电流表会动一下，原因是电源往电容器充电，将电键往下打，我们会发现电流表也会动一下，原因是电容器放电，若想电路中有持续的电流，则要求电容器不断地充放电。这也就是为什么串联了电容器的电路都亮了，并不是真有电流通过电容器，而是电容器在不断地充放电。 串联电容器的灯泡和串联电感线圈的灯泡比没有串联任何东西的灯泡暗些又说明什么？（说明电容和电感对交流电有阻碍的作用。 说明：电容通交流，电感阻交流。 我们把电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示。而对电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示。
高中物理：电感和电容对交变电流的影响练习题
高中物理：电感和电容对交变电流的影响练习题 1.(多选)对交变电流能通过电容器,下列说法中正确的有( ) A.当电容器接到交流电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流 B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流 C.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动 D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器 【解析】选B、D。把电容器接在交变电流两端,当电源电压升高时,电容器充电,电路中形成充电电流；当电源电压降低时,电容器放电,电路中形成放电电流。在交变电源的一个周期内,电容器要交替进行充电、放电,反向充电、反向放电,电路中就有了持续的交变电流,所以,电容器两端加上交流电,电路中有了电流,但电荷却并没有通过电容器中的绝缘介质。B、D正确。 2.一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接,如图所示。一块铁插进线圈之后,该灯将( ) A.变亮 B.变暗 C.对灯没影响 D.无法判断 【解析】选B。在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势,总是反抗电流变化。正是这种反抗变化的特性(电惰性),使线圈产生了感抗。加入铁芯改变了电感线圈的自感系数,自感系数增大,感抗增大,降落的电压增大,灯泡上的电压减小,所以灯变暗。故选项B正确。 【互动探究】将上题中的交流电源改为直流电源,则应选( ) 提示：选C。因为电感器对直流电没有阻碍作用。 3.下列说法正确的是( ) A.感抗仅与电源频率有关,与线圈自感系数无关 B.容抗仅与电源频率有关,与电容无关
C.感抗、容抗和电阻等效,对不同交变电流都是一个定值 D.感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势而对电流的变化产生的阻碍作用 【解析】选D。由公式X L =2πfL得感抗与线圈自感系数有关,A错误。根据公式X C = 得容抗与电容也有关系,B错误。感抗、容抗和电阻等效,但对不同交变电流有不同的值,所以C错。感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势而对电流的变化产生的阻碍作用,D正确。 4.某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分,为使放大器仅得到交流低频成分,如图所示,电路中可行的是( ) 【解析】选D。信号中含有三种成分,去掉直流成分用隔直电容即可,因此排除A、B。而C中交流高低频成分均进入放大器,需加入另一旁路电容C 2 ,所以D正确。 5.如图所示,甲、乙是规格相同的灯泡,接线柱a、b接电压为U的直流电源时,无论电源的正极与哪一个接线柱相连,甲灯均能正常发光,乙灯完全不亮。当a、b接电压的有效值为U的交流电源时,甲灯发出微弱的光,乙灯能正常发光,则下列判断正确的是( ) A.与甲灯串联的元件x是电容器,与乙灯串联的元件y是电感线圈 B.与甲灯串联的元件x是电感线圈,与乙灯串联的元件y是电容器 C.与甲灯串联的元件x是二极管,与乙灯串联的元件y是电容器 D.与甲灯串联的元件x是电感线圈,与乙灯串联的元件y是二极管 【解析】选B。若x是电容器,y是电感线圈,则a、b接直流电源时,电容器不通直流,
电容电感的选择及EMI 中的应用
电容电感的选择及EMI中的应用 电容电感的选择及EMI中的应用 云母电容: 用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。 陶瓷电容: 用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。 铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。 薄膜电容: 结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。 聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。 金属化纸介电容 结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。 油浸纸介电容: 它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。它的特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。 铝电解电容: 它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。使用的时候，正负极不要接反。 钽、铌电解电容: 它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用在要求较高的设备中。 半可变电容: 也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。调节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。 可变电容: 它由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。 NPO(COG):电气性能最稳定，基本上不随温度、电压与时间的改变面改变，适用于对稳定性要求高的高频电路；
电容和电感区别
电容 电容（或电容量, Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。也是电容器的俗称。 电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量。我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量，叫做电容器的电容。电容器从物理学上讲，它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样，你可以把电荷充存进去，在没有放电回路的[1]情况下，刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显，可能电荷会永久存在，这是它的特征），它的用途较广，它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件。主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中。 电容的符号是C。 C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U 在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等， 换算关系是： 1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)。 电子电路中，只有在电容器充电过程中，才有电流流过，充电过程结束后，电容器是不能通过直流电的，在电路中起着“隔直流”的作用。电路中，电容器常被用作耦合、旁路、滤波等，都是利用它“通交流，隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢？我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变，它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上，电容器连续地充电、放电，电路中就会流过与交流电变化规律一致(相位不同)的充电电流和放电电流。 电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压，电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V，10V，16V，25V，50V等。 电感 电感是指线圈在磁场中活动时，所能感应到的电流的强度，单位是“亨利”（H）。也指利用此性质制成的元件。 电感器（电感线圈）和变压器均是用绝缘导线（例如漆包线、纱包线等）绕制而成的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一，相关产品如共模滤波器等。 电感简介 diàn’gǎn [INDUCTOR] ，复数：INDUCTORS 电感器（电感线圈）和变压器均是用绝缘导线（例如漆包线、纱包线等）绕制而成的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一，相关产品如共模滤波器等。 编辑本段自感与互感 自感
为DC-DC选择正确的电感和电容
为DC/DC转换器选择正确的电感器与电容器 随着手机、PDA以及其它便携式电子产品在不断小型化，其复杂性同时也在相应提高，这使设计工程师面临的问题越来越多，如电池使用寿命、占板空间、散热或功耗等。 使用DC/DC转换器主要是为了提高效率。很多设计都要求将电池电压转换成较低的供电电压，尽管采用线性稳压器即可实现这一转换，但它并不能达到基于开关稳压器设计的高效率。本文将介绍设计工程师在权衡解决方案的占用空间、性能以及成本时必须要面对的常见问题。 大信号与小信号响应 开关转换器采用非常复杂的稳压方法保持重/轻负载时的高效率。现在的CPU内核电源要求稳压器提供快速而通畅的大信号响应。例如，当处理器从空闲模式切换至全速工作模式时，内核吸收的电流会从几十微安很快地上升到数百毫安。 随着负载条件变化，环路会迅速响应新的要求，以便将电压控制在稳压限制范围之内。负载变化幅度和速率决定环路响应是大信号响应还是小信号响应。我们可根据稳态工作点定义小信号参数。因此，我们一般将低于稳态工作点10％的变化称为小信号变化。 实际上，误差放大器处于压摆范围(slew limit)内，由于负载瞬态发生速度超过误差放大器的响应速度，放大器并不控制环路，所以，在电感器电流达到要求之前，由输出电容器满足瞬态电流要求。 大信号响应会暂时使环路停止工作。不过，在进入和退出大信号响应之前，环路必须提供良好的响应。环路带宽越高，负载瞬态响应速度就越快。 从小信号角度来看，尽管稳压环路可以提供足够的增益和相位裕度，但是开关转换器在线路或负载瞬态期间仍然可能出现不稳定状态和振铃现象。在选择外部元件时，电源设计工程师应意识到这些局限性，否则其设计就有可能遇到麻烦。 电感器选型 以图1所示的基本降压稳压器为例，说明电感器的选型。 对大多数TPS6220x应用而言，电感器的电感值范围为4.7uH～10uH。电感值的选择取决于期望的纹波电流。一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20％。如等式1所示，较高的VIN或VOUT也会增加纹波电流。电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和(意味着电感损失)情况下处理峰值开关电流。 以增加输出电压纹波为代价，使用低值电感器便可提高输出电流变化速度，从而改善转换器的负载瞬态响应。高值电感器则可以降低纹波电流和磁芯磁滞损耗。 可将线圈总损耗结合到损耗电阻(Rs)中，该电阻与理想电感(Ls)串联，组成了一个如图1所示的简化等效电路。 尽管Rs损耗与频率有关，但在产品说明书中仍对直流电阻(RDC)进行了定义。该电阻取决于所采用的材料或贴片电感器的构造类型，在室温条件下通过简单的电阻测量即可获得。RDC的大小直接影响线圈的温度上升。因此，应当避免长时间超过电流额定值。
电容两端电压和电流相位关系
图文：用双线示波器显示电压与电流的相位关系 图文：用双线示波器显示电压与电流的相位关系 在交流电路中，电动势、电压、电流的大小和方向都随时间作周期性变化， 带来了一系列区别于直流电的特性。 研究元件在电路中的作用，首先是弄清楚元件上电压和电流的关系。一是了解电压和电流的有效值（或峰值）之间的关系。电压有效值和电流有效值之比。叫做元件的阻抗。再是了解电压和电流之间的相位关系，即了解电压和电流的变化步调是否一致，如果不一致，它们之间的相位差等于多少？后面的几张彩图将 对这些问题作出说明。 由于示波器上显示的是电压波形，如果观察通过元件的电流波形，必须将一个电阻与待测元件串联。因为电阻上电压与电流的相位相同，待测元件上的电压与串联电阻上电压的相位关系，反映了待测元件上电压与电流的相位关系。 电路示意图（附图11）中的电源是音频讯号发生器（频率调至1000赫，输出电压调至1伏左右），电容器（C＝0．5微法），带铁心线圈（L＝45毫亨）及电阻（R＝500Ω）。引出线分别接至双线示波器的Ⅰ线、Ⅱ线输入端。接通电源，经过调整后，可在示波器的荧光屏上看到稳定的两条波形曲线。单刀开关接至电容器时，可以看到电流的相位比其两端电压的相位超前π／2；而接至带铁心的线圈时，则通过电感的电流相位比其两端的电压相位落后π／2。彩图所示为电容上电压与电流的相位关系，其中振幅大的为电压波形。 由于示波器各引线的负端在示波器的内部是相连的，因此引线的负端都必须接在a点（见附图11），这样就必然给Ⅰ线Ⅱ线的波形之间引入180°的相位差。为了正确反映波形的相位关系，需要在电阻两端连接一反相器（电路中未画出）， 然后接入示波器Ⅰ线输入。
电感和电容对交变电流的影响教案
5．3 电感和电容对交变电流的影响【教学目标】 （一）知识与技能 1．理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。 2．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。 3．知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。 4．知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。 （二）过程与方法 1．培养学生独立思考的思维习惯。 2．培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。 （三）情感、态度与价值观 培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。 【教学重点】 1．电感、电容对交变电流的阻碍作用。 2．感抗、容抗的物理意义。 【教学难点】 1．感抗的概念及影响感抗大小的因素。 2．容抗概念及影响容抗大小的因素。 【教学方法】 实验法、阅读法、讲解法。 【教学工具】 双刀双掷开关、学生用低压交直流电源、灯泡（6 V、 A）、线圈（用变压器的副线圈）、电容器（“103μF、15 V”与“200 μF、15 V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪 【教学过程】 （一）引入新课
师：在直流电路中，影响电流跟电压关系的只有电阻。在交变电流路中，影响电流跟电压关系的，除了电阻外，还有电感和电容。电阻器、电感器、电容器是交变电流路中三种基本元件。这节课我们学习电感、电容对交变电流的影响。 ［板书课题］电感和电容对交变电流的影响 （二）进行新课 1．电感对交变电流的阻碍作用 ［演示］电阻、电感对交、直流的影响。实验电路如下图甲、乙所示： 师：首先演示甲图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度，说明了什么道理 生：灯的亮度相同。说明电阻对交流和直流的阻碍作用相同。 师：再演示乙图，电键分别接到交、直流电源上，引导学生观察两次灯的亮度，说明了什么道理 生：电键接到直流上，亮度不变；接到交流上时，灯泡亮度变暗。说明线圈对直流电和交变电流的阻碍作用不同。 师：确实如此。线圈对直流电的阻碍作用只是电阻；而对交变电流的阻碍作用除了电阻之外，还有电感.为什么会产生这种现象呢 生：由电磁感应的知识可知，当线圈中通过交变电流时，产生自感电动势，阻碍电流的变化。 师：电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗来表示。感抗的大小与哪些因素有关请同学们阅读教材后回答。 生：感抗决定于线圈的自感系数和交变电流的频率。线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就越大；交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗越大。 师：线圈在电子技术中有广泛应用，有两种扼流圈就是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的。出示扼流圈，并介绍其构造和作用。 （1）低频扼流圈 构造：线圈绕在闭合铁芯上，匝数多，自感系数很大。 作用：对低频交变电流有很大的阻碍作用。即“通直流、阻交流”。 （2）高频扼流圈
“电感和电容对交变电流的影响”教学案例.doc
“电感和电容对交变电流的影响”教学案例 ──以普通高中《物理课程标准》的课程目标要求来设计浙江东阳中学 韦国清普通高中《物理课程标准》中从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度上，提出了高中物理课程的具体目标。在--过程中，我们需要从这三个维度来构建教学内容和安排教学活动。下面是结合课程目标的要求，全日制普通高中教科书（试验修订本·必修加选修）物理第二册《电感和电容对交变电流的影响》一节的--。 【教学目标】 1．知识与技能 知道电感线圈有“通直流阻交流”和电容器有“隔直流通交流”的作用；知道感抗、容抗的大小由哪些因素决定；能解释电感和电容对交变电流产生影响的原因；了解电感和电容器在电子技术等方面的应用。 2．过程与方法 观察演示实验，理解实验过程中控制变量的方法；通过研究感抗（容抗）与自感系数（电容）的定性关系，获得实验探究过程的体验；通过对电感和电容对交变电流影响的理论分析，体会理论解释实验的成功感受。 3．情感态度与价值观 通过实验的互动过程，诱发对探究物理规律的兴趣；简介电感和电容的应用，欣赏物理器件的美妙的应用；通过具实记录观察到的现象和数据，体验实事求是的科学态度。 【教学用具】
1．演示交直流电源、小灯泡(v）、阻值15ω的电阻、电感线圈（j2426小型变压器）、10μf电容器、低频信号发生器（j2462－1型）等供演示用； 2．各种不同型号的高频、低频扼流圈供演示用； 3．学生低压交直流电源（最小的输出电压大于16v）、15μf和200μf 的电容器j2426小型变压器（将线圈匝数不同的两组线圈用不同颜色的导线接出）、小灯泡（6v）、导线等供学生实验用（以上器材每两人一组）。【设计思路】 从教材的要求来看，本课题对知识与技能的要求均不高。一般的教法可以简单比较电感和电容对交变电流的阻碍作用，进行一些理性的讲解，配合若干验证性的实验，使学生了解感抗和容抗的大小与哪些因素有关。教材中对演示实验的要求很简单，更没有学生实验的要求。 本--特别强调了对实验的挖掘。例如增加了学生互动的实验，不仅帮助学生理解感抗和容抗的概念，提高实验动手能力，更重要的是使学生在互动和探索的过程中，培养学生的合作精神、获得探究的成功体验；通过引入新课时设计的实验，培养学生的问题意识和激发学生的学习兴趣；通过教学中的若干个演示实验的设计，特别是用信号发生器替代变频电源来做实验，使学生感悟科学的探究方法和强化创新的意识。 【教学过程】 一、引入课题 请同学们先来观察一组实验，如图1所示。介绍有关器材：低压交直流电源，小灯泡，3个经过包装的电学元件（根据外面不能判断是何元件）。
电容和电感要点
电感 电感是闭合回路的一种属性，是一个物理量。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利（H）”，以美国科学家约瑟夫·亨利命名。它是描述由于线圈电流变化，在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。 电感是自感和互感的总称。提供电感的器件称为电感器。[1]中文名 电感 外文名 inductance 实质 闭合回路的一种属性，一种物理量 单位 亨利（H） 目录 1. 1定义 2. ?自感 3. ?互感 1. 2单位及换算 2. 3计算公式
3. ?自感 1. ?互感 2. ?三相制均衡输电线的电感 定义编辑 导体的一种性质，用导体中感生的电动势或电压与产生此电压的电流变化率之比来量度。稳恒电流产生稳定的磁场，不断变化的电流(交流)或涨落的直流产生变化的磁场，变化的磁场反过来使处于此磁场的导体感生电动势。感生电动势的大小与电流的变化率成正比。比例因数称为电感，以符号L表示，单位为亨利(H)。[2] 电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感（self-inductance），是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感（mutual inductance）。自感 当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。
DCDC转换器如何选择电感与电容
随着手机、PDA以及其它便携式电子产品在不断小型化，其复杂性同时也在相应提高，这使设计工程师面临的问题越来越多，如电池使用寿命、占板空间、散热或功耗等。 使用DC/DC转换器主要是为了提高效率。很多设计都要求将电池电压转换成较低的供电电压，尽管采用线性稳压器即可实现这一转换，但它并不能达到基于开关稳压器设计的高效率。本文将介绍设计工程师在权衡解决方案的占用空间、性能以及成本时必须要面对的常见问题。 大信号与小信号响应 开关转换器采用非常复杂的稳压方法保持重/轻负载时的高效率。现在的CPU内核电源要求稳压器提供快速而通畅的大信号响应。例如，当处理器从空闲模式切换至全速工作模式时，内核吸收的电流会从几十微安很快地上升到数百毫安。 随着负载条件变化，环路会迅速响应新的要求，以便将电压控制在稳压限制范围之内。负载变化幅度和速率决定环路响应是大信号响应还是小信号响应。我们可根据稳态工作点定义小信号参数。因此，我们一般将低于稳态工作点10％的变化称为小信号变化。 实际上，误差放大器处于压摆范围(slew limit)内，由于负载瞬态发生速度超过误差放大器的响应速度，放大器并不控制环路，所以，在电感器电流达到要求之前，由输出电容器满足瞬态电流要求。
大信号响应会暂时使环路停止工作。不过，在进入和退出大信号响应之前，环路必须提供良好的响应。环路带宽越高，负载瞬态响应速度就越快。 从小信号角度来看，尽管稳压环路可以提供足够的增益和相位裕度，但是开关转换器在线路或负载瞬态期间仍然可能出现不稳定状态和 振铃现象。在选择外部元件时，电源设计工程师应意识到这些局限性，否则其设计就有可能遇到麻烦。 电感器选型 以图1所示的基本降压稳压器为例，说明电感器的选型。 对大多数TPS6220x应用而言，电感器的电感值范围为4.7uH～10uH。电感值的选择取决于期望的纹波电流。一般建议纹波电流应低于平均电感电流的20％。如等式1所示，较高的V IN或V OUT也会增加纹波电流。电感器当然必须能够在不造成磁芯饱和(意味着电感损失)情况下处理峰值开关电流。 以增加输出电压纹波为代价，使用低值电感器便可提高输出电流变化速度，从而改善转换器的负载瞬态响应。高值电感器则可以降低纹波电流和磁芯磁滞损耗。
第三节 电感和电容对交变电流的影响
第三节电感和电容对交变电流嘚影响 ●本节教材分析 本节着重说明交流与直流嘚区别，有利于加深学生对交变电流特点嘚认识.教学嘚重点在突出交流与直流嘚区别，而不要求深入讨论感抗和容抗嘚问题.可结合学校嘚实际情况，尽可能多地用实验说明问题，不必在理论上进行讨论. 根据电磁感应嘚知识，学生不难理解感抗嘚概念和影响感抗大小嘚因素.教学中要注意适当复习或回忆已学过嘚有关知识，让学生自然地得出结论.这样既有利于理解新知识，又有利于培养学生嘚能力，使学生学会如何把知识联系起来，形成知识结构，进而独立地获取新知识. 对交变电流可以“通过”电容器嘚道理，课本用了一个形象嘚模拟图，结合电容器充放电嘚过程加以说明，使学生有所了解即可.对于容抗嘚概念和影响容抗大小嘚因素，课本是直接给出嘚，让学生知道就可以了，不要作更深嘚讨论. ●教学目标 一、知识目标 1.理解为什么电感对交变电流有阻碍作用. 2.知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用嘚大小，知道感抗与哪些因素有关. 3.知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用. 4.知道用容抗来表示电容对交变电流嘚阻碍作用嘚大小.知道容抗与哪些因素有关. 二、技能目标 1.培养学生独立思考嘚思维习惯. 2.培养学生用学过嘚知识去理解、分析新问题嘚习惯. 三、情感态度目标 培养学生有志于把所学嘚物理知识应用到实际中去嘚学习习惯. ●教学重点 1.电感、电容对交变电流嘚阻碍作用. 2.感抗、容抗嘚物理意义. ●教学难点 1.感抗嘚概念及影响感抗大小嘚因素. 2.容抗概念及影响容抗大小嘚因素. ●教学方法 实验法、阅读法、讲解法. ●教学用具 双刀双掷开关、学生用低压交直流电源、灯泡（6 V、0.3 A）、线圈（用变压器嘚副线圈）、电容器（“103μF、15 V”与“200 μF、15 V”）2个、两个扼流圈、投影片、投影仪. ●课时安排 1课时 ●教学过程 一、引入新课 ［师］在直流电路中，影响电流跟电压关系嘚只有电阻.在交流电路中，影响电流跟电压关系嘚，除了电阻外，还有电感和电容.电阻器、电感器、电容器是交流电路中三种基本元件.这节课我们学习电感、电容对交变电流嘚影响. 二、新课教学 1.电感对交变电流嘚阻碍作用 ［演示］电阻、电感对交、直流嘚影响.实验电路如下图甲、乙所示：
电阻电容电感特性
再谈电阻、电容、三极管等电子元件基础 第一章：基本元件 第一节电阻器 电阻，英文名resistance，通常缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律说，I=U/R，那么R=U/I，电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母"Ω"表示，有这样的定义：导体上加上一伏特电压时，产生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。事实上，"电阻"说的是一种性质，而通常在电子产品中所指的电阻，是指电阻器这样一种元件。师傅对徒弟说："找一个100欧的电阻来！"，指的就是一个"电阻值"为100欧姆的电阻器，欧姆常简称为欧。表示电阻阻值的常用单位还有千欧（kΩ），兆欧（MΩ）。 一、电阻器的种类 电阻器的种类有很多，通常分为三大类：固定电阻，可变电阻，特种电阻。在电子产品中，以固定电阻应用最多。而固定电阻以其制造材料又可分为好多类，但常用、常见的有ＲＴ型碳膜电阻、ＲＪ型金属膜电阻、ＲＸ型线绕电阻，还有近年来开始广泛应用的片状电阻。型号命名很有规律，Ｒ代表电阻，Ｔ－碳膜，Ｊ－金属，Ｘ－线绕，是拼音的第一个字母。在国产老式的电子产品中，常可以看到外表涂覆绿漆的电阻，那就是ＲＴ型的。而红颜色的电阻，是ＲＪ型的。一般老式电子产品中，以绿色的电阻居多。为什么呢？这涉及到产品成本的问题，因为金属膜电阻虽然精度高、温度特性好，但制造成本也高，而碳膜电阻特别价廉，而且能满足民用产品要求。 电阻器当然也有功率之分。常见的是1/8瓦的"色环碳膜电阻"，它是电子产品和电子制作中用的最多的。当然在一些微型产品中，会用到1/16瓦的电阻，它的个头小多了。再者就是微型片状电阻，它是贴片元件家族的一员，以前多见于进口微型产品中，现在电子爱好者也可以买到了 二、电阻器的标识 这些直接标注的电阻，在新买来的时候，很容易识别规格。可是在装配电子产品的时候，必须考虑到为以后检修的方便，把标注面朝向易于看到的地方。所以在弯脚的时候，要特别注意。在手工装配时，多这一道工序，不是什么大问题，但是自动生产线上的机器没有那么聪明。而且，电阻器元件越做越小，直接标注的标记难以看清。因此，国际上惯用"色环标注法"。事实上，"色环电阻"占据着电阻器元件的主流地位。"色环电阻"顾名思义，就是在电阻器上用不同颜色的环来表示电阻的规格。有的是用４个色环表示，有的用５个。有区别么？是的。４环电阻，一般是碳膜电阻，用３个色环来表示阻值，用１个色环表示误差。５环电阻一般是金属膜电阻，为更好地表示精度，用４个色环表示阻值，另一个色环也是表示误差。下表是色环电阻的颜色-数码对照表：
电感的特性
什么是电感?及电感的特性 电感是开关电源中常用的，由于它的电流、电压相位不同，所以理论上损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说，由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰。 电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和，也有的应用不允许电感出现饱和，这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但是，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数)，一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集中”为一个电容，则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。 当分析电感在线路中的工作状况或者绘制电压电流波形图时，不妨考虑下面几个特点：
1. 当电感L中有电流I流过时，电感储存的能量为： E=0.5×L×I2 (1) 2. 在一个开关周期中，电感电流的变化(纹波电流峰峰值)与电感两端电压的关系为： V=(L×di)/dt (2) 由此可看出，纹波电流的大小跟电感值有关。 3. 就像电容有充、放电电流一样，电感器也有充、放电电压过程。电容上的电压与电流的积分(安·秒)成正比，电感上的电流与电压的积分(伏·秒)成正比。只要电感电压变化，电流变化率di/dt也将变化;正向电压使电流线性上升，反向电压使电流线性下降。 计算出正确的电感值对选用合适的电感和输出电容以获得最小的输出电压纹波而言非常重要。 从图1可以看出，流过开关电源电感器的电流由交流和直流两种分量组成，因为交流分量具有较高的频率，所以它会通过输出电容流入地，产生相应的输出纹波电压dv=di×RESR。这个纹波电压应尽
详解电容、电感的相位差是如何产生的
对于正弦信号，流过一个元器件的电流和其两端的电压，它们的相位不一定是相同的。这种相位差是如何产生的呢？这种知识非常重要，因为不仅放大器、自激振荡器的反馈信号要考虑相位，而且在构造一个电路时也需要充分了解、利用或避免这种相位差。下面探讨这个问题。 1、首先，要了解一下一些元件是如何构建出来的； 2、其次，要了解电路元器件的基本工作原理； 3、第三，据此找到理解相位差产生的原因； 4、第四，利用元件的相位差特性构造一些基本电路。 一、电阻、电感、电容的诞生过程 科学家经过长期的观察、试验，弄清楚了一些道理，也经常出现了一些预料之外的偶然发现，如伦琴发现X射线、居里夫人发现镭的辐射现象，这些偶然的发现居然成了伟大的科学成就。电子学领域也是如此。 科学家让电流流过导线的时候，偶然发现了导线发热、电磁感应现象，进而发明了电阻、电感。科学家还从摩擦起电现象得到灵感，发明了电容。发现整流现象而创造出二极管也是偶然。 二、元器件的基本工作原理 电阻——电能→热能 电感——电能→磁场能，&磁场能→电能 电容——电势能→电场能，&电场能→电流 由此可见，电阻、电感、电容就是能源转换的元件。电阻、电感实现不同种类能量间的转换，电容则实现电势能与电场能的转换。 1、电阻 电阻的原理是：电势能→电流→热能。 电源正负两端贮藏有电势能（正负电荷），当电势加在电阻两端，电荷在电势差作用下流动——形成了电流，其流动速度远比无电势差时的乱序自由运动快，在电阻或导体内碰撞产生的热量也就更多。 正电荷从电势高的一端进入电阻，负电荷从电势低的一端进入电阻，二者在电阻内部进行中和作用。中和作用使得正电荷数量在电阻内部呈现从高电势端到低电势端的梯度分布，负电荷数量在电阻内部呈现从低电势端到高电势端的梯度分布，从而在电阻两端产生了电势差，这就是电阻的电压降。同样电流下，电阻对中和作用的阻力越大，其两端电压降也越大。 因此，用R=V/I来衡量线性电阻（电压降与通过的电流成正比）的阻力大小。 对交流信号则表达为：R=v(t)/i(t)。 注意，也有非线性电阻的概念，其非线性有电压影响型、电流影响型等。 电阻器由电阻体、骨架和引出端三部分构成（实芯电阻器的电阻体与骨架合二为一），而决定阻值的只是电阻体。对于截面均匀的电阻体，电阻值为