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电感、磁珠、零欧电阻的差异化分析


电路设计中各种元器件让新手措手不及,本篇文章详细的介绍了电感磁珠和零欧电阻这三者之间的区别,对新手来说是非常难得的基础知识补充类文章,希望大家在看过本篇文章之后,能够对这三种器件之间的区别有较为明确的认识。

在电子电路设计当中,各种各样功能的元器件层出不穷。很多功能上看起来很相似的元器件实际上存在着一定的差别。比如电感、磁珠、零欧电阻,它们的功能相近,也有些技术指导类的资料认为它们之间是能互通使用的,这就为刚刚接触这个行业的学习者带来了困难。本文将对这三种器件进行较为详细的区别分析,希望能对大家有所帮助。

电感

电感是储能元件,多用于电源滤波回路、LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHz。对电感而言,它的感抗是和频率成正比的。这可以由公式:XL = 2πfL 来说明,其中XL是感抗(单位是Ω)。例如:一个理想的10mH电感,在10 kHz时,感抗是628Ω。在100 MHz时,增加到6.2MΩ。因此在100MHz 时,此电感可以视为开路(open circuit)。在100MHz时,若让一个讯号通过此电感,将会造成此讯号品质的下降。

磁珠

磁珠(ferrite bead)的材料是铁镁或铁镍合金,这些材料具有有很高的电阻率和磁导率,在高频率和高阻抗下,电感内线圈之间的电容值会最小。磁珠通常只适用于高频电路,因为在低频时,它们基本上是保有电感的完整特性(包含有电阻和抗性分量),因此会造成线路上的些微损失。而在高频时,它基本上只具有抗性分量(jωL),并且抗性分量会随着频率上升而增加。像一些RF电路、PLL、振荡电路,含超高频存储器电路(DDR、SDRAM、RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠。实际上,磁珠是射频能量的高频衰减器。其实,可以将磁珠视为一个电阻并联一个电感。在低频时,电阻被电感「短路」,电流流往电感。在高频时,电感的高感抗迫使电流流向电阻。本质上,磁珠是一种「耗散装置(dissipative device)」,它会将高频能量转换成热能。因此,在效能上,它只能被当成电阻来解释,而不是电感。

零欧电阻的作用

在电路中没有任何功能,只是在PCB 上为了调试方便或兼容设计等原因。可以做跳线用,如果某段线路不用,直接补贴该电阻即可(不影响外观)。在匹配电路参数不确定的时候,以0ohm代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替。想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0ohm的电阻(感觉应该是用直插的,不应该是表贴的。在高频信号下,充当电感或电容。(与外部电路特性有关)电感用,主要是解决EMC问题。(如地与地,电源和IC Pin 间)单点接地。(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统。)

熔丝作用电感

模拟地和数字地单点接地只要是地,最终都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是"浮地",存在压差,容易积累电荷,造成静电。地是参考0电位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷,始终维持稳定,是最终的地考点。虽然有些板子没有接大地,但发电厂是接大地的,板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题:用磁珠连接; 磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。用电容连接;电容隔直通交,易造成浮地。用电感连接;电感体积大,杂散参数多,不稳定。用零欧姆电阻连接;零欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(零欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。

跨接时用于电流回路

当分割电地平面后,造成信号最短回流路径断裂,此时,信号回路不得不绕道,形成很大的环路面积,电场和磁场的影响就变强了,容易干扰/被干扰。在分割区上跨接零欧电阻,可以提供较短的回流路径,减小干扰。

配置电路

一般,产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置,易引起误会,为了减少维护费用,应用另殴电阻代替跳线等焊在板子上。空置跳线在高频时相当于天线,用贴片电阻效果好。

其他用途:

A、布线时跨线。

B、调试/测试用。

C、临时取代其他贴片器件。

D、作为温度补偿器件。作为补偿器件时,更多时候是出于EMC 对策的需要。另外,零欧姆电阻比过孔的寄生电感小,而且过孔还会影响地平面(因为要挖孔)。

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