Độ tự cảm của điện trở là bao nhiêu?

Độ tự cảm là một đặc tính điện của vật dẫn, trong đó dòng điện chạy qua vật dẫn tạo ra sức điện động (EMF) trong chính vật dẫn đó (tự cảm) và trong các vật dẫn lân cận khác. Vì điện trở được làm từ vật liệu dẫn điện, chúng cũng thể hiện độ tự cảm, một hiệu ứng không mong muốn, đặc biệt nếu điện trở được làm bằng dây uốn thành cuộn. Tùy thuộc vào ứng dụng, độ tự cảm của điện trở có thể dễ dàng bị bỏ qua, đặc biệt là trong các mạch DC. Tuy nhiên, độ tự cảm ký sinh của điện trở có thể là một yếu tố đáng kể trong các ứng dụng AC tần số cao. Điều này là do trở kháng của điện trở tăng theo tần số của điện áp đặt vào do sự tăng lên của điện kháng.

Cuộn cảm và điện trở

Các tải điện có thể được chia thành hai loại: tải thực (hoặc tải điện trở) và tải phản kháng. Tải thực được sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt năng. Một điện trở lý tưởng là một tải điện trở thực sự, có nghĩa là toàn bộ năng lượng điện cung cấp cho điện trở được chuyển đổi thành nhiệt năng. Mặt khác, tải phản kháng chuyển đổi năng lượng điện thành từ trường hoặc điện trường và lưu trữ tạm thời trước khi trả lại cho phần còn lại của mạch. Tải phản kháng có thể là tải cảm kháng hoặc tải dung kháng. Tải cảm kháng lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường, trong khi tải dung kháng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường.

Sự khác biệt chính giữa điện trở lý tưởng và cuộn cảm lý tưởng là điện trở tiêu tán năng lượng điện dưới dạng nhiệt, trong khi cuộn cảm chuyển đổi năng lượng điện thành từ trường. Điện trở lý tưởng có điện kháng bằng không, dẫn đến điện cảm cũng bằng không. Tuy nhiên, trên thực tế, các thiết bị điện không phải lúc nào cũng hoàn hảo; ngay cả những điện trở đơn giản nhất cũng có một lượng nhỏ điện kháng và điện cảm ký sinh.

Cảm ứng ký sinh

Điện trở được sử dụng khi cần tải thuần trở; do đó, điện cảm thường là một tác dụng phụ không mong muốn, và trong ngữ cảnh này, nó được gọi là "điện cảm ký sinh". Mỗi điện trở thực tế đều có một mức độ điện cảm ký sinh nhất định tùy thuộc vào thiết kế và cấu tạo của nó. Điện cảm ký sinh trong mạch điện xoay chiều có thể gây ra hiện tượng ghép nối không mong muốn giữa các khối hệ thống hoặc dẫn đến sự thay đổi đáp ứng của mạch ở tần số cao. Các nguồn gây ra vấn đề về điện cảm có thể bao gồm tự cảm, xảy ra ngay cả khi điện trở ở xa các dây dẫn khác, hoặc tương cảm, dễ nhận thấy khi các thiết bị tần số cao khác ở gần đó. Tự cảm có thể gây ra méo tín hiệu ở tần số cao, trong khi tương cảm có thể gây nhiễu trong đường dẫn tín hiệu.

Điện trở cuộn xoắn ốc thường có điện cảm ký sinh rất cao do hình dạng của cuộn dây. Các điện trở được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng tần số cao được làm bằng màng kim loại để tránh biến dạng cuộn dây và giảm điện cảm ký sinh.

Tính toán điện kháng và điện cảm.

Trong mạch điện xoay chiều, trở kháng điện là thước đo điện trở mà mạch gây ra cho dòng điện khi có điện áp đặt vào. Nó có thể được tính bằng công thức:

Trong đó Z là trở kháng, R là điện trở, X là điện kháng của mạch và j là đơn vị ảo, trong bài viết này, điện kháng ký sinh của một điện trở thực sẽ được giả định là thuần cảm, và trở kháng của điện trở đó sẽ được tính như sau:

Trong đó ω là tần số góc và L là điện cảm ký sinh của điện trở.

Từ phương trình trên, có thể thấy rằng điện trở tăng lên khi tần số điện áp tăng. Vì điện trở hoạt động như cả một điện trở và một cuộn cảm mắc nối tiếp, nên sự tăng này thường nhỏ, nhưng trong một số ứng dụng, nó có thể rất đáng kể.

Các ứng dụng trong đó tác động của sự cảm ứng ký sinh đóng vai trò quan trọng.

Điện cảm ký sinh thường được tìm thấy trong các điện trở kém chất lượng, chẳng hạn như điện trở cuộn xoắn ốc, hoặc trong các điện trở khác ở tần số rất cao. Để minh họa vấn đề ở tần số cao, hãy xem xét một điện trở lá kim loại 220 ôm điển hình với điện cảm 0,05 microhenry hoạt động ở tần số 1 gigahertz.

Độ lớn của trở kháng có thể được tính bằng phương trình sau:

Khi thay thế các giá trị, ta được:

Trở kháng là 383,5 ôm ở tần số 1 GHz, cao hơn gần 75% so với giá trị DC thông thường. Các kỹ sư sẽ không lường trước được sự thay đổi này nếu họ không tính đến ảnh hưởng của các thông số ký sinh. Các ứng dụng vi sóng và sóng radio nói chung đặc biệt nhạy cảm với ảnh hưởng của các thông số ký sinh.