整流滤波时电容和电感大小型号的选择.pdf

工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 整流滤波时电容和电感大小型号的选择整流滤波时电容和电感大小型号的选择 纸介电容纸介电容 用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后 密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。它的特点是 体积较小，容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较 合适。 云母电容云母电容 用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压 铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温 度系数小，适宜用于高频电路。 陶瓷电容陶瓷电容 用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。它的 特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。 铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。 薄膜电容薄膜电容 结构和纸介电容相同， 介质是涤纶或者聚苯乙烯。 涤纶薄膜电容， 介电常数较高， 体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。 聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电 路。 金属化纸介电容金属化纸介电容 结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体 积小，容量较大，一般用在低频电路中。 油浸纸介电容油浸纸介电容 它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。它的特点是电容量 大、耐压高，但是体积较大。 铝电解电容铝电解电容 它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。 还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量 大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。 使用的时候，正负极不要接反。 钽、铌电解电容钽、铌电解电容 它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜 做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 度特性好。用在要求较高的设备中。 半可变电容半可变电容 也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。调节 的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。 可变电容可变电容 它由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组 可变电容装在一起同轴转动， 叫做双连。 可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。 空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。 聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。 NPOCOG电气性能最稳定，基本上不随温度、电压与时间的改变面改变，适用 于对稳定性要求高的高频电路；X7R2X1电气性能较稳定,在温度、电压与时间 改变时性能的变化并不显著，适用于隔直、偶合、旁路与对容量稳定性要求不太 高的鉴频电路，由于 X7R 是一种强电介质，因面能造出容量比 NPO 介质更大的 电容器；Y5V（2F4） （Z5U）具有较低高的介电常数，常用于生产比容较大的、 标称容量较高的大容量电容器产品，但其容量稳定性较 X7R 差，容量、损耗对 温度，电压等测试条件较敏感。 退藕电容的一般配置原则退藕电容的一般配置原则 1. 电源输入端跨接 10 100uf 的电解电容器。如有可能，接 100uf 以上的更好。 2. 原则上每个集成电路芯片都应布置一个 0.01pf 的瓷片电容，如遇印制板空隙 不够，可每 48 个芯片布置一个 1 10pf 的但电容。 3. 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如 ram、rom 存储器件，应在 芯片的 电源线和地线之间直接入退藕电容。 4、电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。此外，还应注意以下 两点 a、 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火 花放电 ，必须采用附图所示的 rc 电路来吸收放电电流。一般 r 取 1 2k，c 取 2.2 47uf。 b、 cmos 的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正 电源。 由于大部分能量的交换也是主要集中于器件的电源和地引脚， 而这些引脚又是独 立的直接和地电平面相连接的。这样，电压的波动实际上主要是由于电流的不合 理分布引起。但电流的分布不合理主要是由于大量的过孔和隔离带造成的。这种 情况下的电压波动将主要传输和影响到器件的电源和地线引脚上。 为减小集成电路芯片电源上的电压瞬时过冲，应该为集成电路芯片添加去耦电 容。这可以有效去除电源上的毛刺的影响并减少在印制板上的电源环路的辐射。 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 当去耦电容直接连接在集成电路的电源管腿上而不是连接在电源层上时， 其平滑 毛刺的效果最好。这就是为什么有一些器件插座上带有去耦电容，而有的器件要 求去耦电容距器件的距离要足够的小。 去耦电容配置的一般原则如下去耦电容配置的一般原则如下 ● 电源输入端跨接一个 10～100uF 的电解电容器， 如果印制电路板的位置允许， 采用 100uF 以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。 ● 为每个集成电路芯片配置一个 0.01uF 的陶瓷电容器。如遇到印制电路板空间 小而装不下时，可每 4～10 个芯片配置一个 1～10uF 钽电解电容器，这种器件 的高频阻抗特别小，在 500kHz～20MHz 范围内阻抗小于 1Ω，而且漏电流很小 （0.5uA 以下）。 ● 对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和 ROM、RAM 等存储型器件，应 在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电。 ● 去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。 ● 在印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花 放电，必须 RC 电路来吸收放电电流。一般 R 取 1 2K，C 取 2.2 47UF。 ● CMOS 的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时对不用端要接地或接正电 源。 ● 设计时应确定使用高频低频中频三种去耦电容， 中频与低频去耦电容可根据器 件与 PCB 功耗决定,可分别选 47-1000uF 和 470-3300uF；高频电容计算为 CP/V*V*F。 ● 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电 容。 ● 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。 使用管 状电时，外壳要接地。 配置电容的经验值配置电容的经验值 好的高频去耦电容可以去除高到 1GHZ 的高频成份。 陶瓷片电容或多层陶瓷电容 的高频特性较好。设计印刷线路板时，每个集成电路的电源，地之间都要加一个 去耦电容。去耦电容有两个作用一方面是本集成电路的蓄能电容，提供和吸收 该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字 电路中典型的去耦电容为 0.1uf 的去耦电容有 5nH 分布电感， 它的并行共振频率 大约在 7MHz 左右，也就是说对于 10MHz 以下的噪声有较好的去耦作用，对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。 1uf，10uf 电容，并行共振频率在 20MHz 以上，去除高频率噪声的效果要好一 些。在电源进入印刷板的地方和一个 1uf 或 10uf 的去高频电容往往是有利的， 即使是用电池供电的系统也需要这种电容。每 10 片左右的集成电路要加一片充 放电电容，或称为蓄放电容，电容大小可选 10uf。最好不用电解电容，电解电 容是两层溥膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感，最好使用胆电 容或聚碳酸酝电容。去耦电容值的选取并不严格，可按 C1/f 计算；即 10MHz 取 0.1uf。由于不论使用怎样的电源分配方案，整个系统会产生足够导致问题发 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 生的噪声，额外的过滤措施是必需的。这一任务由旁路电容完成。一般来说，一 个 1uf-10uf 的电容将被放在系统的电源接入端，板上每个设备的电源脚与地线 脚之间应放置一个 0.01uf-0.1uf 的电容。旁路电容就是过滤器。放在电源接入 端的大电容（约 10uf）用来过滤板子产生的低频（比如 60hz 线路频率）。板上 工作中的设备产生的噪声会产生从 100mhz 到更高频率间的合共振 （harmonics）。每个芯片间都要放置旁路电容，这些电容比较小，大约 0.1u 左 右。 电容器是电路中最基本的元件之一， 利用电容滤除电路上的高频骚扰和对电源解 耦是所有电路设计人员都熟悉的。但是，随着电磁干扰问题的日益突出，特别是 干扰频率的日益提高， 由于不了解电容的基本特性而达不到预期滤波效果的事情 时有发生。 本文介绍一些容易被忽略的影响电容滤波性能的参数及使用电容器抑 制电磁骚扰时需要注意的事项。 1 电容引线的作用电容引线的作用 在用电容抑制电磁骚扰时，最容易忽视的问题就是电容引线对滤波效果的影响。 电容器的容抗与频率成反比，正是利用这一特性，将电容并联在信号线与地线之 间起到对高频噪声的旁路作用。然而，在实际工程中，很多人发现这种方法并不 能起到预期滤除噪声的效果，面对顽固的电磁噪声束手无策。出现这种情况的一 个原因是忽略了电容引线对旁路效果的影响。 实际电容器的电路模型如图 1 所示，它是由等效电感（ESL）、电容和等效电阻 （ESR）构成的串联网络。 理想电容的阻抗是随着频率的升高降低， 而实际电容的阻抗是图 1 所示的网络的 阻抗特性，在频率较低的时候，呈现电容特性，即阻抗随频率的增加而降低，在 某一点发生谐振，在这点电容的阻抗等于等效串联电阻 ESR。 在谐振点以上，由于 ESL 的作用，电容阻抗随着频率的升高而增加，这是电容 呈现电感的阻抗特性。在谐振点以上，由于电容的阻抗增加，因此对高频噪声的 旁路作用减弱，甚至消失。 电容的谐振频率由 ESL 和 C 共同决定，电容值或电感值越大，则谐振频率越低， 也就是电容的高频滤波效果越差。ESL 除了与电容器的种类有关外，电容的引线 长度是一个十分重要的参数，引线越长，则电感越大，电容的谐振频率越低。因 此在实际工程中，要使电容器的引线尽量短，电容器的正确安装方法和不正确安 装方法如图 2 所示。 图 2 滤波电容的正确安装方法与错误安装方法 根据 LC 电路串联谐振的原理，谐振点不仅与电感有关，还与电容值有关， 电容越大，谐振点越低。许多人认为电容器的容值越大，滤波效果越好，这是一 种误解。电容越大对低频干扰的旁路效果虽然好，但是由于电容在较低的频率发 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 生了谐振，阻抗开始随频率的升高而增加，因此对高频噪声的旁路效果变差。表 1 是不同容量瓷片电容器的自谐振频率，电容的引线长度是 1.6mm（你使用的 电容的引线有这么短吗）。 电容值自谐振频率（MHz）电容值自谐振频率（MHz） 1m F1.7820 pF38.5 0.1m F4680 pF42.5 0.01m F12.6560 pF45 3300pF19.3470 pF49 1800 pF25.5390 pF54 1100pF33330 pF60 尽管从滤除高频噪声的角度看，电容的谐振是不希望的，但是电容的谐振并不是 总是有害的。当要滤除的噪声频率确定时，可以通过调整电容的容量，使谐振点 刚好落在骚扰频率上。 2.温度的影响温度的影响 由于电容器中的介质参数受到温度变化的影响， 因此电容器的电容值也随着温度 变化。不同的介质随着温度变化的规律不同，有些电容器的容量当温度升高时会 减小 70以上， 常用的滤波电容为瓷介质电容， 瓷介质电容器有超稳定型 COG 或 NPO，稳定型X7R，和通用型Y5V 或 Z5U 三种。不同介质的电容器的温 度特性如图 2 所示。 图 3 不同介质电容器的温度特性 从图中可以看到，COG 电容器的容量几乎随温度没有变化，X7R 电容器的 容量在额定工作温度范围变化 12以下，Y5V 电容器的容量在额定工作温度范 围内变化 70以上。这些特性是必须注意的，否则会出现滤波器在高温或 低温时性能变化而导致设备产生电磁兼容问题。 COG 介质虽然稳定，但介质常数较低，一般在 10～100，因此当体积较小 时，容量较小。X7R 的介质常数高得多，为 2000 ～ 4000，因此较小的体积能 产生较大的电容，Y5V 的介质常数最高，为 5000 ～ 25000。 许多人在选用电容器时，片面追求电容器的体积小，这种电容器的介质虽然 具有较高的介质常数，但温度稳定性很差，这会导致设备的温度特性变差。这在 选用电容器时要特别注意，尤其是在军用设备中。 3.电压的影响电压的影响 电容器的电容量不仅随着温度变化，还会随着工作电压变化，这一点在实际 工程必须注意。 不同介质材料的电容器的电压特性如图 3 所示。 从图中可以看出， X7R 电容器在额定电压状态下，其容量降为原始值的 70，而 Y5V 电容器的容 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 量降为原始值的 30了解了这个特性，在选用电容时要在电压或电容量上留 出余量，否则在额定工作电压状态下，滤波器会达不到预期的效果。 综合考虑温度和电压的影响时，电容的变化如图 4 所示。 5.穿心电容的使用穿心电容的使用 在实际工程中， 要滤除的电磁噪声频率往往高达数百 MHz， 甚至超过 1GHz。 对这样高频的电磁噪声必须使用穿心电容才能有效地滤除。 普通电容之所以不能 有效地滤除高频噪声， 是因为两个原因， 一个原因是电容引线电感造成电容谐振， 对高频信号呈现较大的阻抗，削弱了对高频信号的旁路作用；另一个原因是导线 之间的寄生电容使高频信号发生耦合，降低了滤波效果，穿心电容之所以能有效 地滤除高频噪声， 是因为穿心电容不仅没有引线电感造成电容谐振频率过低的问 题，而且穿心电容可以直接安装在金属面板上，利用金属面板起到高频隔离的作 用。但是在使用穿心电容时，要注意的问题是安装问题。穿心电容最大的弱点是 怕高温和温度冲击，这在将穿心电容往金属面板上焊接时造成很大困难。许多电 容在焊接过程中发生损坏。特别是当需要将大量的穿心电容安装在面板上时，只 要有一个损坏，就很难修复，因为在将损坏的电容拆下时，会造成邻近其它电容 的损坏。 随着电子设备复杂程度的提高，设备内部强弱电混合安装、数字逻辑电路混 合安装的情况越来越多，电路模块之间的相互骚扰成为严重的问题。解决这种电 路模块相互骚扰的方法之一是用金属隔离舱将不同性质的电路隔离开。 但是所有 穿过隔离舱的导线要通过穿心电容，否则会造成隔离失效。当不同电路模块之间 有大量的联线时，在隔离舱上安装大量的穿心电容是十分困难的事情。为了解决 这个问题，国外许多厂商开发了“滤波阵列板”，这是用特殊工艺事先将穿心电容 焊接在一块金属板构成的器件， 使用滤波阵列板能够轻而易举地解决大量导线穿 过金属面板的问题。 但是这种滤波阵列板的价格往往较高， 每针的价格约 30 元。 1999 年，北京天亦通公司开发成功了 TLZ – 1 系列滤波阵列板（专利申请 中）。这种滤波阵列板的滤波性能接近国外产品，但价格仅为国外产品的 1/10 以下。TLZ – 1 系列滤波阵列板的密度是标准 2.54mm，可以直接与扁平电缆插 座配合，便于安装，可广泛用于电子设备的滤波隔离（图 6）。图 7 滤波阵列板 用于电路隔离在电子设备的 PCB 板电路中会大量使用感性元件和 EMI 滤波器元 件。这些元件包括片式电感和片式磁珠，以下就这两种器件的特点进行描述并分 析他们的普通应用场合以及特殊应用场合。 表面贴装元件的好处在于小的封装 尺寸和能够满足实际空间的要求。除了阻抗值，载流能力以及其他类似物理特性 不同外，通孔接插件和表面贴装器件的其他性能特点基本相同。 片式电感在需 要使用片式电感的场合， 要求电感实现以下两个基本功能 电路谐振和扼流电抗。 谐振电路包括谐振发生电路，振荡电路，时钟电路，脉冲电路，波形发生电路等 等。谐振电路还包括高 Q 带通滤波器电路。 要使电路产生谐振，必须有电容和 电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容，这是由于器件两个电极之 间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电中，电感必须具有高 Q，窄 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 的电感偏差，稳定的温度系数，才能达到谐振电路窄带，低的频率温度漂移的要 求。 高 Q 电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。 稳定的温度系数保证谐振频率具有稳定的温度变化特性。 标准的径向引出电感 和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。 电感结构包括介质材 料（通常为氧化铝陶瓷材料）上绕制线圈，或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制 线圈。 在功率应用场合， 作为扼流圈使用时， 电感的主要参数是直流电阻 （DCR） , 额定电流，和低 Q 值。当作为滤波器使用时，希望宽带宽特性，因此，并不需 要电感的高 Q 特性。低的 DCR 可以保证最小的电压降，DCR 定义为元件在没有 交流信号下的直流电阻。 片式磁珠 片式磁珠的功能主要是消除存在于传输线结 构（PCB 电路）中的 RF 噪声,RF 能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成 分， 直流成分是需要的有用信号,而射频 RF 能量却是无用的电磁干扰沿着线路传 输和辐射（EMI）。要消除这些不需要的信号能量，使用片式磁珠扮演高频电阻 的角色（衰减器），该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。通常高频信号 为 30MHz 以上，然而，低频信号也会受到片式磁珠的影响。片式磁珠由软磁铁 氧体材料组成，构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率 成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。 使用片式磁珠的好处 小型化和 轻量化 在射频噪声频率范围内具有高阻抗，消除传输线中的电磁干扰。 闭合磁 路结构，更好地消除信号的串绕。 极好的磁屏蔽结构。 降低直流电阻，以免对 有用信号产生过大的衰减。 显著的高频特性和阻抗特性 （更好的消除 RF 能量） 。 在高频放大电路中消除寄生振荡。有效的工作在几个 MHz 到几百 MHz 的频率范 围内。 要正确的选择磁珠，必须注意以下几点要正确的选择磁珠，必须注意以下几点 1、不需要的信号的频率范围为多少； 2、噪声源是谁； 3、需要多大的噪声衰减； 4、环境条件是什么（温度，直流电压，结构强度）； 5、电路和负载阻抗是多少； 6、是否有空间在 PCB 板上放置磁珠； 前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。 在阻抗曲线中三条曲线都 非常重要，即电阻，感抗和总阻抗。总阻抗通过 ZR22πfL2fL 来描述。典型 的阻抗曲线如下图所示通过这一曲线，选择在希望衰减噪声的频率范围内具有 最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。 片式磁珠在过大的直流电压下， 阻抗特性会受到影响， 另外， 如果工作温升过高， 或者外部磁场过大，磁珠的阻抗都会受到不利的影响。 使用片式磁珠和片式电 感的原因 是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要 使用片式电感。而需要消除不需要的 EMI 噪声时，使用片式磁珠是最佳的选择。 片式磁珠和片式电感的应用场合 片式电感 射频（RF）和无线通讯，信息技术设备，雷达检波器，汽车电子， 蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs（个人数字助理），无线遥控系统以及低 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 压供电模块等。 片式磁珠 时钟发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，I/O 输入/输出内 部连接器（比如串口，并口，键盘，鼠标，长途电信，本地局域网），射频（RF） 电路和易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印 机，录像机（VCRS）,电视系统和手提电话中的 EMI 噪声抑止。 铁氧体在抑制电磁干扰中的应用铁氧体在抑制电磁干扰中的应用 用铁氧体磁性材料抑制电磁干扰（ＥＭＩ）是经济简便而有效的方法，已广泛应 用于计算机等各种军用或民用电子设备。那么什么是铁氧体呢如何选择，怎样 使用铁氧体元件呢这篇文章将对这些问题作一简要介绍。 一、什么是铁氧体抑制元件一、什么是铁氧体抑制元件 铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，它的制造工艺和机械性能与陶 瓷相似。但颜色为黑灰色，故又称黑磁或磁性瓷。铁氧体的分子结构为ＭＯ Ｆe2Ｏ3，其中ＭＯ为金属氧化物，通常是ＭnＯ或 ZnＯ。衡量铁氧体磁 性材料磁性能的参数有磁导率 μ，饱和磁通密度Ｂs，剩磁Ｂr 和矫顽力Ｈc 等。 对于抑制用铁氧体材料，磁导率 μ 和饱和磁通密度Ｂs 是最重要的磁性参数。磁 导率定义为磁通密度随磁场强度的变化率。 μ＝△Ｂ／△Ｈ 对于一种磁性材料来说，磁导率不是一个常数，它与磁场的大小、频率的高低有 关。当铁氧体受到一个外磁场Ｈ作用时，例如当电流流经绕在铁氧体磁环上的线 圈时，铁氧体磁环被磁化。随着磁场Ｈ的增加，磁通密度Ｂ增加。当磁场Ｈ场加 到一定值时，Ｂ值趋于平稳。这时称作饱和。对于软磁材料，饱和磁场Ｈ只有十 分之几到几个奥斯特。随着饱和的接近，铁氧体的磁导率迅速下降并接近于空气 的导磁率相对磁导率为１）如图１所示。 图 1 铁氧体的 B-H 曲线 铁氧体的磁导率可以表示为复数。 实数部分 μ代表无功磁导率， 它构成磁性材料 的电感。虚数部分 μ代表损耗，如图２所示。 μ＝μ－jμ 图 2 铁氧体的复数磁导率 磁导率与频率的关系如图３所示。 在一定的频率范围内 μ值 （在某一磁场下的磁 导率）保持不变，然后随频率的升高磁导率 μ有一最大值。频率再增加时，μ 迅速下降。代表材料损耗的虚数磁导率 μ在低频时数值较小，随着频率增 加，材料的损耗增加，μ增加。如图３所示，图中 tanδμ/μ 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 二、铁氧体抑制元件的阻抗和插入损耗二、铁氧体抑制元件的阻抗和插入损耗 当铁氧体元件用在交流电路时，铁氧体元件是一个有损耗的电感器，它的等效电 路可视为由电感Ｌ和损耗电阻Ｒ组成的串联电路，如图４所示。 铁氧体元件的等效阻抗Ｚ是频率的函数 ZfRfjωLfKωμfjKωμf 式中Ｋ是一个常数，与磁芯尺寸和匝数有关，ω 为角频率。 损耗电阻Ｒ和 感抗 jωＬ都是频率的函数，图５是材料８５０磁珠的阻抗、感抗和电阻与频率 的关系。在低频端（１０ＭＨｚ）阻抗小于１０Ω，随着频率的增加，由于 电阻分量增加，使阻抗增加，电阻逐渐成为主要部分。在频率超过１００ＭＨｚ 时，磁珠的阻抗将大于１００Ω。这样就构成一个低通滤波器，使高频噪音信号 有大的衰减，而对低频有用信号的阻抗可以忽略，不影响电路的正常工作。这种 滤波器优于普通纯电抗滤波器。后者会产生谐振，造成新的干扰，而铁氧体磁珠 则没有这种现象。 图 5 铁氧体的阻抗与频率的关系 铁氧体抑制元件应用时的等效电路如图６所示。图中Ｚ为抑制元件的阻抗，Ｚs 和ＺＬ分别为源阻抗和负载阻抗，Ｚ为铁氧体抑制元件的阻抗。通常用插入损耗 表示抑制元件对ＥＭＩ信号的衰减能力。器件的插入损耗越大，表示器件对ＥＭ Ｉ噪音抑制能力越强。 图 6 铁氧体抑制元件应用电路 插入损耗的定义为 式中Ｐ１、Ｖ１分别为抑制元件接入前，负载上的功率和 电压。Ｐ２、Ｖ２分别为抑制元件接入后，负载上的功率和电压。插入损耗和抑 制元件的阻抗有如下关系 由上式可见，在源阻抗和负载阻抗一定时抑制元件的阻抗越大，抑制效果越好。 由于抑制元件的阻抗是频率的函数，所以插入损耗也是频率的函数。抑制元件的 阻抗包括感抗和电阻部分，两部分对插入损耗都有贡献。在低频时，铁氧体的 μ的值较小，损耗电阻较小，主要是感抗起作用。在高频端，铁氧体的 μ 值开始下降，而 μ值增大，所以损耗起主要作用。低频时，ＥＭＩ信号被 反射而受到抑制，在高频端，ＥＭＩ信号被吸收并转换成热能。 三、铁氧体抑制元件的应用三、铁氧体抑制元件的应用 铁氧体抑制元件广泛应用于ＰＣＢ，电源线和数据线上。１、铁氧体抑制元件在 ＰＣＢ上的应用ＥＭＩ设计的首要方法是抑源法， 即在ＰＣＢ上的ＥＭＩ源将Ｅ ＭＩ抑制掉。这个设计思想是将噪音限制在小的区域，避免高频噪音耦合到其他 电路，而这些电路通过连线可能产生更强的辐射。ＰＣＢ上的ＥＭＩ源来自周期 开关的数字电路。其高频电流在电源线和地之间产生一个共模电压降，造成共模 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 干扰。电源线或信号线会将ＩＣ开关的高频噪声传导或辐射出去。在电源线和地 之间加一个去耦电容，使高频噪音短路，但是去耦电容常常会引起高频谐振，造 成新的干扰。在电路板的电源进口加上铁氧抑制磁珠会有效的将高频噪音衰减 掉。 ２、铁氧体抑制元件在电源线上的应用２、铁氧体抑制元件在电源线上的应用 电源线会把外界电网的干扰、开关电源的噪音传到主机。在电源的出口和ＰＣＢ 电源线的入口设置铁氧体抑制元件， 既可抑制电源与ＰＣＢ之间的高频干扰的传 输，也可抑ＰＣＢ之间高频噪音的相互干扰。值得注意的是，在电源线上应用铁 氧体元件时有ＤＣ偏流存在。 铁氧体的阻抗和插入损耗随着ＤＣ偏流的增加而减 少。当偏流增加到一定值时，铁氧体抑制元件会出现饱和现象。在ＥＭＣ设计时 要考虑饱和或插入损耗降低的问题。铁氧体的磁导率越低，插入损耗受ＤＣ偏流 的影响越小，越不易饱和。所以用在电源线上的铁氧体抑制元件，要选择磁导率 低的材料和横截面积大的元件。 当偏流较大时，可将电源的出线（ＡＣ的火线，ＤＣ的十线）与回线（ＡＣ的中 线，ＤＣ的地线）同时穿入一个磁管。这样可避免饱和，但这种方法只抑制共模 噪音。 ３、铁氧体抑制元件在信号线上的应用３、铁氧体抑制元件在信号线上的应用 铁氧体抑制元件最常用的地主就是信号线，例如在计算机中，ＥＭＩ信号会通过 主机到键盘的电缆线传入到主机的驱动电路，而后耦到ＣＰＵ，使其不能正常工 作。主机的数据或噪音也可通过电缆线传出去。铁氧体磁珠可用在驱动电路与键 盘之间，将高频噪音抑制。由于键盘的工作频率在１ＭＨｚ左右，数据可以几乎 无损耗地通过铁氧体磁珠。偏平电缆也可用专用的铁氧体抑制元件，将噪音抑制 在其辐射之前。 ４、铁氧体抑制元件的选择４、铁氧体抑制元件的选择 铁氧体抑制元件有多咱材料和各种形状、尺寸供选择。为选择合适的抑制元件， 使对噪音的抑制更有效，设计者必须知道需要抑制的ＥＭＩ信号的频率和强度， 要求抑制的效果即插入损耗值以及允许占用的空间包括内径、外径和长度等尺 寸。 铁氧体材料的选择铁氧体材料的选择 不同的铁氧体抑制材料，有不同的最佳抑制频率范围，与磁导率有关。通常材料 的磁导率越高，适用抑制的频率就越低。下面是常用的几种抑制铁氧体材料的适 用频率范围 磁导率 最佳抑制频率范围 125 200MHz 850 30MHz～200MHz 2500 10MHz～30MHz 5000 10MHz 在有ＤＣ或低 工程师电路设计的左右手工程师电路设计的左右手 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 电子元件技术网是第一个针对电子元器件应用、选型和实用设计方案的技术网络媒体。 更多信息，请访问 频ＡＣ偏流情况下， 要考虑到抑制性能的下降和饱和， 尽量选用磁导率低的材料。 铁氧体抑制元件尺寸的选择铁氧体抑制元件尺寸的选择 铁氧体材料选定之后，需要选定抑制元件的形状和尺寸。抑制元件的形状和影响 到对噪音抑制的效果。一般来说，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一 定时，长而细的形状比短而而粗的形状的阻抗要大，抑制效果更好。但在有ＤＣ 或ＡＣ偏流的情况下，要考虑到饱和问题。铁氧体抑制元件的横截面积越大，越 不易饱和，可承受的偏流越大。另外，铁氧体的内径越小，抑制效果越好。总之， 铁氧体抑制元件选择的原则是，在使用空间允许的条件下，选择尽量长，尽量厚 和内孔尽量小的铁氧体抑制元件。 ５、铁氧体抑制元件的安装５、铁氧体抑制元件的安装 同样的铁氧体抑制元件，由于安装的位置不同，其抑制效果会有很大区别。在大 部分情况下，铁氧体抑制元件应安装在尽可能接近干扰源的地方。这样可以防止 噪音耦合到其他地方，在那些地方可能噪音更难以抑制。但是在Ｉ／Ｏ电路，在 导线或电缆进入或引出屏蔽壳的地方，铁氧体器件，应尽可能靠近屏蔽壳的进出 口处，以避免噪音在经过铁氧体抑制元件之前耦合到其他地方。铁氧体磁管穿在 电缆上后要用热缩管封好。