阻抗的特性和电感的频率有关系吗

当我们提到特性阻抗的时候，通常很少考虑它与频率的关系。其原因在于，特性阻抗是传输线的一个相当稳定的属性，主要和传输线的结构也就是横截面的形状有关。从工程的角度来说，把特性阻抗作为一个恒定量是合理的。说实话，搞了这么长时间的SI设计，还没碰到需要考虑特性阻抗变化的情况。 既然有网友一定要考虑这个问题，今天我们就稍稍深入一下，看看特性阻抗的真实面目。虽然没有太大的工程应用价值，但是对于理解问题还是有好处的。 特性阻抗是从理论上分析传输线时经常提到的一个量，从传输线的角度来说，它可以用下面的公式表示所谓电感线圈就是在导线中有电流时，其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈，以增强线圈内部的磁场。电感线圈就是据此把导线（漆包线、纱包或裸导线）一圈靠一圈（导线间彼此互相绝缘）地绕在绝缘管（绝缘体、铁芯或磁芯）上制成的（一般情况，电感线圈只有一个绕组）线圈叫电感线圈。扁平电感线圈图L表示传输线的单位长度电感，C为单位长度电容。乍一看，似乎公式中没有任何变化的量。但是特性阻抗真的是个恒定的量吗我们使用Polar软件对横截面固定的传输线进行扫频计算，频率范围定在100MHz~10GHz，来看看场求解器给出的结果，如下图： 所谓电感线圈就是在导线中有电流时，其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈，以增强线圈内部的磁场。电感线圈就是据此把导线（漆包线、纱包或裸导线）一圈靠一圈（导线间彼此互相绝缘）地绕在绝缘管（绝缘体、铁芯或磁芯）上制成的（一般情况，电感线圈只有一个绕组）线圈叫电感线圈。扁平电感线圈图你可能感到惊讶，特性阻抗随着频率的升高变小了，why阻抗公式中那个量发生了变化 其实这涉及到电磁学方面的一个深层次的问题。罪魁祸首是电感！！电感问题是个很复杂的问题，对电感的理论计算很繁琐，有兴趣的网友可以找资料看看电感的计算，详细的推导过程我就不在这里写了。简单的说，导线的电感由两部分组成：导线的内部电感和导线的外部电感。当频率升高时，导线的内部电感减小，外部电感不变，总电感减小，因而导致了特性阻抗减小。 我们知道，电感的定义是指围绕在电流周围的磁力线匝数。电感随频率减小，直觉告诉我们一定是导线中电流分布发生了变化。到这里我想各位网友应该豁然开朗了。趋肤效应（skineffect）你一定不会陌生。看看下面的这张图你会有更直观的感受，这是用二维场求解器仿真出来的高频时导体中电流的分布。黄色部分是电流所在位置。 所谓电感线圈就是在导线中有电流时，其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈，以增强线圈内部的磁场。电感线圈就是据此把导线（漆包线、纱包或裸导线）一圈靠一圈（导线间彼此互相绝缘）地绕在绝缘管（绝缘体、铁芯或磁芯）上制成的（一般情况，电感线圈只有一个绕组）线圈叫电感线圈。扁平电感线圈图当频率升高时，电流向导线表面集中，在导线内部电流密度减小，当然电感减小。电感的本质，是围绕在电流周围的磁力线匝数，注意“围绕在电流周围”这个说法。假设存在极端情况，导线内部电流完全消失，所有的电流集中在导体表面，磁力线当然没法再内部去环绕电流，内部电感消失。导线总电感减小，减小的那一部分就是导线的内部电感。当然这种说法不严谨，不过对直观的理解问题非常有帮助。

整流电路电感的应用

高压钠灯基本结构是在抽真空的灯管内安装一根半透明的多晶氧化铝陶瓷电弧管，电弧管应选用纯度较高的氧化铝及适当的颗粒度，使得透过率达97%左右。在电弧管的两端各装入一个电极，在钨电极螺旋中藏有包含氧化钡和氧化钙的化合物作为电子发射材料。高压钠灯的电弧管中充入约2.7kPa的氙气或氩气作为启动气体。在高压钠灯中，除了充钠之外，还要充入一定量的汞，以提高灯电压、光效和功率因数，减少导热率。由于高压钠灯的电弧管细而长，启动时需要一个至少千伏级的电压触发。高压钠灯在稳态下具有负阻特性。 缺点：工作效率低、功率因数差。且这些参数由于电路无反馈而不可控制，将随着输入电压变化而变化，并且也会随着灯的老化而恶化。电感镇流器的这些缺点导致系统成本增加，例如降低灯寿命带来的频繁更换成本、对电网污染带来的额外线路损耗以及电磁干扰带来可能的系统故障维护成本等等。 电感镇流器的工作原理： 电感镇流器原理如上图所示，当电路接入交流市电220V电压时（一般要大干180V才能保证有效启动），启动器IGN的B、N端短路，市电电压几乎全部被加在镇流器L上以对其充电。 此后启动器IGN将B、N端断开，并使B与LP端短路。由于高压钠灯尚未被点亮，处于关断状态，无电流流过，又因为电感上的电流不能突变，故电感上将产生至少上千伏的高压。该电压与市电一起被加在高压钠灯两端，使钠灯内的气体被击穿，灯被点亮。一般该过程被称为点火阶段。 点亮后的灯等效电阻很小，灯压很低，而此时与灯串联的电感交流阻抗抑制了灯电流，防止电流过大对电路带来损害。随着时间的推移，钠灯两端的电压开始升高，灯的等效阻抗增大，电流慢慢的减小， 达到其额定功率。由于电感的存在，有一部分的能量以电感绕线电阻发热和铁芯涡流损耗等方式被消耗掉，降低了整个电路的工作效率。