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(jù)***專業(yè)人士葉正賢先生的經(jīng)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(tài)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(chǎn)生了相位角(θ)，以三角函數(shù)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)，則此元器件越趨近于理想，這里我們定義了品質(zhì)因數(shù)(Q)及損耗因數(shù)(D)：
Q = 1 / D = 虛功 / 實功
以串聯(lián)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。
并聯(lián)等效電路亦如此類推，于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(zhuǎn)換)

市電(AC220V或110V)經(jīng)變壓器后，再經(jīng)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后，即可變成直流，如下圖所示：

但畢竟C并非理想電容，以串聯(lián)等效電路來看，且加上負載RL后，則電路如下圖：

當電容充電到峰值后，即會對負載RL放電(放電電流IL)，此時，在RS上即產(chǎn)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(fā)熱的原因，若ESR過大，則電解電容發(fā)燙,而有冒煙現(xiàn)象?。?br>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(shù)。

亦即當C固定，若使用恒流源對電容C充電，即可產(chǎn)生斜波，當然仍須注意C的品質(zhì)。（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(nèi)阻存在。現(xiàn)仍以其串聯(lián)等效電路說明：

流入電流I，如果RS太大，則消耗功率也大，這是變壓器為什么發(fā)熱的原因。因此，RS的測量就成為必須的一個程序。但應用的電橋大多為交流電橋，不具備DCR功能，因此便無法測出RS值。
如下圖：

所測出來的值是包含jWLS的ZL而非單純的RS。如何判斷電感的好壞，當然RS 要越小越好。（Q值越大或D值越小越好。）
電感的應用，同樣利用 ZL = jWL = j2πfL 這個公式。如果f越大，則感抗越高，便可將高頻的噪聲（Noise）或瞬間的浪涌（Spike） 予以抑制。
綜合L、C，一般電路圖中常見到如下圖所示：就是這個道理。

四、測量L、C時容易陷入的誤區(qū)
a. 如何選用并聯(lián)模式（LP、CP）或串聯(lián)模式（LS、CS）。
通常在并聯(lián)模式（LP、CP）時是采用恒壓方式測量，而在串聯(lián)模式（LS、CS）是采用恒流方式測量。(因涉及電路設計，實無法一一詳談。)故一般針對小電容、大電感采用的是并聯(lián)模式；大電容、小電感則采用串聯(lián)模式測量，而其間的差異與D值有關，轉(zhuǎn)換公式如下所示：

任何元器件都會有頻率響應的問題，換句話說，如果排除測量儀器的精度問題，那么，在某個頻點所測出來的值即表示這個元器件在這個頻點的真正值。換句話說，如果工程師想測量某一個元器件的值，就必須考慮這個元器件在電路中的工件頻率是多少，而選擇該頻率或接近的頻率來測量，才會得到該元器件在該電路中的真正值。而從實際應用面來考慮，可以歸結出下面結論供使用者參考。
小電容、小電感 →常用于高頻電路 (測量時頻率要高一點)
大電容、大電感 →常用于低頻電路 (如市電50Hz或全波整后100Hz則測量頻點可選在低頻) 
c. 如何選用測量幅度？
測量幅度的選擇，譬如用在測量帶有鐵蕊的線圈（電感）時，因涉及鐵蕊的材質(zhì)，故與頻率點的選擇一樣，須選擇適當?shù)姆?，予以測量。
d. 校正歸零
對自動量程的儀器，在測量小電容、小電感時，為追求精準度，故必須歸零，尤其是利用測試夾具時，更須將測試線所存在的小電容、小電感予以扣除，才能測量出元器件本身的真正值。一般而言，電容為開路時歸零，電感為短路時歸零，對于手動量程的儀表也須遵循小電容（CP模時）開路歸零，小電感（LS模式時）短路歸零的原則。
e.4線對2線的測量方法
當測量低阻抗元件時,導線上的電壓跌落會影響測量結果.用4線測量方法可以消除導線電阻的影響,一般與高精度電壓表和電源使用的方法一致,通過分離電源和測試線, 4線技術自動消除壓降的影響.
三、 結論
綜上所述，在教科書中所考慮的元件并不能夠說明元件本身的特性,元件特性更依賴于環(huán)境,信號頻率和幅度.這樣LCR電橋除需要測量范圍廣、反應速度快、精確度高之外，仍須具備頻點選擇、幅度選擇及D值（Q值）、DCR、θ值、ESR值測量等功能，才不會在設計時，產(chǎn)生"知其然而不知其所以然"之撼。