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菜鳥腦補:電感、磁珠、零歐電阻的差異化分析

發(fā)布時間:2014-12-25 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】電路設(shè)計中各種元器件讓新手措手不及,本篇文章詳細的介紹了電感、磁珠和零歐電阻這三者之間的區(qū)別,對新手來說是非常難得的基礎(chǔ)知識補充類文章,希望大家在看過本篇文章之后,能夠?qū)@三種器件之間的區(qū)別有較為明確的認識。
 
在電子電路設(shè)計當(dāng)中,各種各樣功能的元器件層出不窮。很多功能上看起來很相似的元器件實際上存在著一定的差別。比如電感、磁珠、零歐電阻,它們的功能相近,也有些技術(shù)指導(dǎo)類的資料認為它們之間是能互通使用的,這就為剛剛接觸這個行業(yè)的學(xué)習(xí)者帶來了困難。本文將對這三種器件進行較為詳細的區(qū)別分析,希望能對大家有所幫助。
 
電感
 
電感是儲能元件,多用于電源濾波回路、LC振蕩電路、中低頻的濾波電路等,其應(yīng)用頻率范圍很少超過50MHz。對電感而言,它的感抗是和頻率成正比的。這可以由公式:XL = 2πfL 來說明,其中XL是感抗(單位是Ω)。例如:一個理想的10mH電感,在10 kHz時,感抗是628Ω。在100 MHz時,增加到6.2MΩ。因此在100MHz 時,此電感可以視為開路(open circuit)。在100MHz時,若讓一個訊號通過此電感,將會造成此訊號品質(zhì)的下降。
 
磁珠
 
磁珠(ferrite bead)的材料是鐵鎂或鐵鎳合金,這些材料具有有很高的電阻率和磁導(dǎo)率,在高頻率和高阻抗下,電感內(nèi)線圈之間的電容值會最小。磁珠通常只適用于高頻電路,因為在低頻時,它們基本上是保有電感的完整特性(包含有電阻和抗性分量),因此會造成線路上的些微損失。而在高頻時,它基本上只具有抗性分量(jωL),并且抗性分量會隨著頻率上升而增加。
 
像一些RF電路、PLL、振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDR、SDRAM、RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠。實際上,磁珠是射頻能量的高頻衰減器。其實,可以將磁珠視為一個電阻并聯(lián)一個電感。在低頻時,電阻被電感「短路」,電流流往電感。在高頻時,電感的高感抗迫使電流流向電阻。本質(zhì)上,磁珠是一種「耗散裝置(dissipative device)」,它會將高頻能量轉(zhuǎn)換成熱能。因此,在效能上,它只能被當(dāng)成電阻來解釋,而不是電感。
 
零歐電阻的作用
 
在電路中沒有任何功能,只是在PCB 上為了調(diào)試方便或兼容設(shè)計等原因。
 
可以做跳線用,如果某段線路不用,直接補貼該電阻即可(不影響外觀)。
 
在匹配電路參數(shù)不確定的時候,以0ohm代替,實際調(diào)試的時候,確定參數(shù),再以具體數(shù)值的元件代替。
 
想測某部分電路的耗電流的時候,可以去掉0ohm電阻,接上電流表,這樣方便測耗電流。
 
在布線時,如果實在布不過去了,也可以加一個0ohm的電阻(感覺應(yīng)該是用直插的,不應(yīng)該是表貼的。
 
在高頻信號下,充當(dāng)電感或電容。(與外部電路特性有關(guān))電感用,主要是解決EMC問題。(如地與地,電源和IC Pin 間)
 
單點接地。(指保護接地、工作接地、直流接地在設(shè)備上相互分開,各自成為獨立系統(tǒng)。)
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熔絲作用電感
 
模擬地和數(shù)字地單點接地
 
只要是地,最終都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是"浮地",存在壓差,容易積累電荷,造成靜電。地是參考0電位,所有電壓都是參考地得出的,地的標(biāo)準要一致,故各種地應(yīng)短接在一起。人們認為大地能夠吸收所有電荷,始終維持穩(wěn)定,是最終的地考點。雖然有些板子沒有接大地,但發(fā)電廠是接大地的,板子上的電源最終還是會返回發(fā)電廠入地。如果把模擬地和數(shù)字地大面積直接相連,會導(dǎo)致互相干擾。不短接又不妥,理由如上有四種方法解決此問題:
 
用磁珠連接; 磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻限波器,只對某個頻點的噪聲有顯著抑制作用,使用時需要預(yù)先估計噪點頻率,以便選用適當(dāng)型號。對于頻率不確定或無法預(yù)知的情況,磁珠不合。
 
用電容連接;電容隔直通交,易造成浮地。
 
用電感連接;電感體積大,雜散參數(shù)多,不穩(wěn)定。
 
用零歐姆電阻連接;零歐電阻相當(dāng)于很窄的電流通路,能夠有效地限制環(huán)路電流,使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(零歐電阻也有阻抗),這點比磁珠強。
 
跨接時用于電流回路
 
當(dāng)分割電地平面后,造成信號最短回流路徑斷裂,此時,信號回路不得不繞道,形成很大的環(huán)路面積,電場和磁場的影響就變強了,容易干擾/被干擾。在分割區(qū)上跨接零歐電阻,可以提供較短的回流路徑,減小干擾。
 
配置電路
 
一般,產(chǎn)品上不要出現(xiàn)跳線和撥碼開關(guān)。有時用戶會亂動設(shè)置,易引起誤會,為了減少維護費用,應(yīng)用另毆電阻代替跳線等焊在板子上??罩锰€在高頻時相當(dāng)于天線,用貼片電阻效果好。
 
其他用途:
 
A、布線時跨線。
 
B、調(diào)試/測試用。
 
C、臨時取代其他貼片器件。
 
D、作為溫度補償器件。
 
作為補償器件時,更多時候是出于EMC 對策的需要。另外,零歐姆電阻比過孔的寄生電感小,而且過孔還會影響地平面(因為要挖孔)。
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