??????? 電子工程師在平時進行電子設(shè)計中接觸得最多的莫過于電子元器件了,而如何用好電子元器件,使電子元器件在電路中發(fā)揮其最大的功能作用,則成為評判你是否是合格電子工程師的基本標準。為給工程師朋友提供較為全面的元器件知識,或?qū)W習,或參考,或溫故而知新,電子發(fā)燒友會陸續(xù)整合推出《電子設(shè)計基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇》系列章節(jié),敬請留意。?本章節(jié)將談及電感相關(guān)知識,電感在電子線路中也是廣泛應(yīng)用的器件之一。
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電子設(shè)計基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇(一):電容
電子設(shè)計基礎(chǔ)關(guān)鍵元器件篇(二):二極管
電感:當線圈通過電流后,在線圈中形成磁場感應(yīng),感應(yīng)磁場又會產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流。我們把這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱其為電的感抗,也就是電感,單位是“亨利”(H)。
電感線圈是由導(dǎo)線一圈靠一圈地繞在絕緣管上,導(dǎo)線彼此互相絕緣,而絕緣管可以是空心的,也可以包含鐵芯或磁粉芯,簡稱電感。用L 表示,單位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。
一、電感器的作用與電路圖形符號
?。ㄒ唬╇姼衅鞯碾娐穲D形符號
電感器是用漆包線、紗包線或塑皮線等在絕緣骨架或磁心、鐵心上繞制成的一組串聯(lián)的同軸線匝,它在電路中用字母“L”表示,上圖是其電路圖形符號,下圖是實物圖。
?。ǘ╇姼衅鞯淖饔?/p>
電感器的主要作用是對交流信號進行隔離、濾波或與電容器、電阻器等組成諧
二、電感器的結(jié)構(gòu)與特點
電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁芯或鐵芯等組成。
1.骨架 骨架泛指繞制線圈的支架。一些體積較大的固定式電感器或可調(diào)式電感器(如振蕩線圈、阻流圈等),大多數(shù)是將漆包線(或紗包線)環(huán)繞在骨架上,再將磁芯或銅芯、銅芯等裝入骨架的內(nèi)腔,以提高其電感量。
骨架通常是采用塑料、膠木、陶瓷制成,根據(jù)實際需要可以制成不同的形狀。
小型電感器(例如色碼電感器)一般不使用骨架,而是直接將漆包線繞在磁芯上。
空心電感器(也稱脫胎線圈或空心線圈,多用于高頻電路中)不用磁芯、骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上繞好后再脫去模具,并將線圈各圈之間拉開一定距離。
2.繞組 繞組是指具有規(guī)定功能的一組線圈,它是電感器的基本組成部分。
繞組有單層和多層之分。單層繞組又有密繞(繞制時導(dǎo)線一圈挨一圈)和間繞(繞制時每圈導(dǎo)線之間均隔一定的距離)兩種形式;多層繞組有分層平繞、亂繞、蜂房式繞法等多種。
3.磁芯與磁棒 磁芯與磁棒一般采用鎳鋅鐵氧體(NX系列)或錳鋅鐵氧體(MX系列)等材料,它
有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多種形狀,如右圖所示。
4.鐵芯 鐵芯材料主要有硅鋼片、坡莫合金等,其外形多為“E”型。
5.屏蔽罩 為避免有些電感器在工作時產(chǎn)生的磁場影響其它電路及元器件正常工作,就為其增加了金屬屏幕罩(例如半導(dǎo)體收音機的振蕩線圈等)。采用屏蔽罩的電感器,會增加線圈的損耗,使Q值降低。
6.封裝材料 有些電感器(如色碼電感器、色環(huán)電感器等)繞制好后,用封裝材料將線圈和磁芯等密封起來。封裝材料采用塑料或環(huán)氧樹脂等。
三、電感器的種類
按結(jié)構(gòu)分類
電感器按其結(jié)構(gòu)的不同可分為線繞式電感器和非線繞式電感器(多層片狀、印刷電感等),還可分為固定式電感器和可調(diào)式電感器。
按貼裝方式分:有貼片式電感器,插件式電感器。同時對電感器有外部屏蔽的成為屏蔽電感器,線圈裸露點一般稱為非屏蔽電感器。固定式電感器又分為空心電感器、磁芯電感器、鐵心電感器等,根據(jù)其結(jié)構(gòu)外形和引腳方式還可分為立式同向引腳電感器、臥式軸向引腳電感器、大中型電感器、小巧玲瓏型電感器和片狀電感器等。
可調(diào)式電感器又分為磁心可調(diào)電感器、銅心可調(diào)電感器、滑動接點可調(diào)電感器、串聯(lián)互感可調(diào)電感器和多抽頭可調(diào)電感器。
按工作頻率分類
電感按工作頻率可分為高頻電感器、中頻電感器和低頻電感器。
空心電感器、磁心電感器和銅心電感器一般為中頻或高頻電感器,而鐵心電感器多數(shù)為低頻電感器。
按用途分類
電感器按用途可分為振蕩電感器、校正電感器、顯像管偏轉(zhuǎn)電感器、阻流電感器、濾波電感器、隔離電感電感器、被償電感器等。
振蕩電感器又分為電視機行振蕩線圈、東西枕形校正線圈等。
顯像管偏轉(zhuǎn)電感器分為行偏轉(zhuǎn)線圈和場偏轉(zhuǎn)線圈。
阻流電感器(也稱阻流圈)分為高頻阻流圈、低頻阻流圈、電子鎮(zhèn)流器用阻流圈、電視機行頻阻流圈和電視機場頻阻流圈等。
濾波電感器分為電源(工頻)濾波電感器和高頻濾波電感器等。
四、電感線圈的主要特性參數(shù)
電感器的主要參數(shù)有電感量、允許偏差、品質(zhì)因數(shù)、分布電容及額定電流等。
1、電感量 L
電感量也稱自感系數(shù),是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個物理量。
環(huán)形電感電感量L 表示線圈本身固有特性,與電流大小無關(guān)。除專門的電感線圈(色碼電感)外,電感量一般不專門標注在線圈上,而以特定的名稱標注。
電感器電感量的大小,主要取決于線圈的圈數(shù)(匝數(shù))、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。通常,線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集,電感量就越大。有磁心的線圈比無磁心的線圈電感量大;磁心導(dǎo)磁率越大的線圈,電感量也越大。
電感量的基本單位是亨利(簡稱亨),用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨(mH)和微亨(μH),它們之間的關(guān)系是:
1H=1000mH
1mH=1000μH
2、感抗 XL
電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL,單位是歐姆。它與電感量L 和交流電頻率f 的關(guān)系為XL=2πfL
3、允許偏差
允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。
一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高,允許偏差為±0.2%~±0.5%;而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高;允許偏差為±10%~15%。
4、品質(zhì)因素 Q
品質(zhì)因素Q 是表示線圈質(zhì)量的一個物理量,Q 為感抗XL 與其等效的電阻的比值,即:Q=XL/R。 線圈的Q 值愈高,回路的損耗愈小。線圈的Q 值與導(dǎo)線的直流電阻,骨架的介質(zhì)損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應(yīng)的影響等因素有關(guān)。線圈的Q 值通常為幾十到幾百。
5、分布電容
線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的 Q 值減小,穩(wěn)定性變差,因而線圈的分布電容越小越好。
6、額定電流
額定電流是指電感器有正常工作時反允許通過的最大電流值。若工作電流超過額定電流,則電感器就會因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變,甚至還會因過流而燒毀。
環(huán)形電感
五、常用線圈
1、單層線圈
單層線圈是用絕緣導(dǎo)線一圈挨一圈地繞在紙筒或膠木骨架上。如晶體管收音機中波天線線圈。
2、蜂房式線圈
如果所繞制的線圈,其平面不與旋轉(zhuǎn)面平行,而是相交成一定的角度,這種線圈稱為蜂房式線圈。而其旋轉(zhuǎn)一周,導(dǎo)線來回彎折的次數(shù),常稱為折點數(shù)。蜂房式繞法的優(yōu)點是體積小,分布電容小,而且電感量大。蜂房式線圈都是利用蜂房繞線機來繞制,折點越多,分布電容越小
3、鐵氧體磁芯和鐵粉芯線圈
線圈的電感量大小與有無磁芯有關(guān)。在空芯線圈中插入鐵氧體磁芯,可增加電感量和提高線圈的品質(zhì)因素。
4、銅芯線圈
銅芯線圈在超短波范圍應(yīng)用較多,利用旋動銅芯在線圈中的位置來改變電感量,這種調(diào)整比較方便、耐用。
5、色碼電感器
色碼電感器是具有固定電感量的電感器,其電感量標志方法同電阻一樣以色環(huán)來標記。
6、小型固定電感器
小型固定電感器通常是用漆包線在磁芯上直接繞制而成,主要用在濾波、振蕩、陷波、延遲等電路中,它有密封式和非密封式兩種封裝形式,兩種形式又都有立式和臥式兩種外形結(jié)構(gòu)。
1.立式密封固定電感器 立式密封固定電感器采用同向型引腳,國產(chǎn)電感量范圍為0.1~2200μH(直標在外殼上),額定工作電流為0.05~1.6A,誤差范圍為±5%~±10%,進口的電感量,電流量范圍更大,誤差則更小。進口有TDK系列色碼電感器,其電感量用色點標在電感器表面。
2.臥式密封固定電感器 臥式密封固定電感器采用軸向型引腳,國產(chǎn)有LG1.LGA、LGX等系列。
LG1系列電感器的電感量范圍為0.1~22000μH(直標在外殼上),額定工作電流為0.05~1.6A,誤差范圍為±5%~±10%。
LGA系列電感器采用超小型結(jié)構(gòu),外形與1/2W色環(huán)電阻器相似,其電感量范圍為0.22~100μH(用色環(huán)標在外殼上),額定電流為0.09~0.4A。
LGX系列色碼電感器也為小型封裝結(jié)構(gòu),其電感量范圍為0.1~10000μH,額定電流分為50mA、150mA、300mA和1.6A四種規(guī)格。
7、可調(diào)電感器
常用的可調(diào)電感器有半導(dǎo)體收音機用振蕩線圈、電視機用行振蕩線圈、行線性線圈、中頻陷波線圈、音響用頻率補償線圈、阻波線圈等,如下圖所示。
可調(diào)電感器
1).半導(dǎo)體收音機用振蕩線圈 此振蕩線圈在半導(dǎo)體收音機中與可變電容器等組成本機振蕩電路,用來產(chǎn)生一個輸入調(diào)諧電路接收的電臺信號高出465kHz的本振信號。其外部為金屬屏蔽罩,內(nèi)部由尼龍襯架、工字形磁心、磁帽及引腳座等構(gòu)成,在工字磁心上有用高強度漆包線繞制的繞組。磁帽裝在屏蔽罩內(nèi)的尼龍架上,可以上下旋轉(zhuǎn)動,通過改變它與線圈的距離來改變線圈的電感量。電視機中頻陷波線圈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與振蕩線圈相似,只是磁帽可調(diào)磁心。
2).電視機用行振蕩線圈 行振蕩線圈用在早期的黑白電視機中,它與外圍的阻容元件及行振蕩晶體管等組成自激振蕩電路(三點式振蕩器或間歇振蕩器、多諧振蕩器),用來產(chǎn)生頻率為15625HZ的的矩形脈沖電壓信號。該線圈的磁心中心有方孔,行同步調(diào)節(jié)旋鈕直接插入方孔內(nèi),旋動行同步調(diào)節(jié)旋鈕,即可改變磁心與線圈之間的相對距離,從而改變線圈的電感量,使行振蕩頻率保持為15625HZ,與自動頻率控制電路(AFC)送入的行同步脈沖產(chǎn)生同步振蕩。
3).行線性線圈 行線性線圈是一種非線性磁飽和電感線圈(其電感量隨著電流的增大而減?。?,它一般串聯(lián)在行偏轉(zhuǎn)線圈回路中,利用其磁飽和特性來補償圖像的線性畸變。
行線性線圈是用漆包線在“工”字型鐵氧體高頻磁心或鐵氧體磁棒上繞制而成,線圈的旁邊裝有可調(diào)節(jié)的永久磁鐵。通過改變永久磁鐵與線圈的相對位置來改變線圈電感量的大小,從而達到線性補償?shù)哪康摹?/p>
8、偏轉(zhuǎn)線圈
偏轉(zhuǎn)線圈是電視機掃描電路輸出級的負載,偏轉(zhuǎn)線圈要求:偏轉(zhuǎn)靈敏度高、磁場均勻、Q 值高、體積小、價格低。
偏轉(zhuǎn)線圈是電視機顯像管的附屬部件,它包括行偏轉(zhuǎn)線圈和場偏轉(zhuǎn)線圈,均套在顯像管的管頸(錐體部位)上,用來控制電子束的掃描運動方向。行偏轉(zhuǎn)線圈控制電子束作水平方向掃描,場偏轉(zhuǎn)線圈控制電子束作垂直方向掃描。右圖是偏轉(zhuǎn)線圈的外形及結(jié)構(gòu)。
偏轉(zhuǎn)線圈外形
偏轉(zhuǎn)線圈結(jié)構(gòu)
9、阻流電感器
阻流電感器是指在電路中用以阻塞交流電流通路的電感線圈,它分為高頻阻流線圈和低頻阻流線圈。
1.高頻阻流線圈 高頻阻流線圈也稱高頻扼流線圈,它用來阻止高頻交流電流通過。
高頻阻流線圈工作在高頻電路中,多用采空心或鐵氧體高頻磁心,骨架用陶瓷材料或塑料制成,線圈采用蜂房式分段繞制或多層平繞分段繞制。
2.低頻阻流線圈 低頻阻流線圈也稱低頻扼流圈,它應(yīng)用于電流電路、音頻電路或場輸出等電路,其作用是阻止低頻交流電流通過。
通常,將用在音頻電路中的低頻阻流線圈稱為音頻阻流圈,將用在場輸出電路中的低頻阻流線圈稱為場阻流圈,將用在電流濾波電路中的低頻阻流線圈稱為濾波阻流圈。
低頻阻流圈一般采用“E”形硅鋼片鐵心(俗稱矽鋼片鐵心)、坡莫合金鐵心或鐵淦氧磁心。為防止通過較大直流電流引起磁飽和,安裝時在鐵心中要留有適當空隙。
六、自感與互感
自感
當線圈中有電流通過時,線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當線圈中電流發(fā)生變化時,其周圍的磁場也產(chǎn)生相應(yīng)的變化,此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(感生電動勢)(電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓),這就是自感。
互感
兩個電感線圈相互靠近時,一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈,這種影響就是互感。互感的大小取決于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。
七、最小值與最大值
電感L的最小值由所需維持的最小負載電流的要求來決定。流過電感L的電流分為連續(xù)和不連續(xù)兩種工作情況。不管是哪種情況,只要是輸入、輸出電壓保持不變,則電流波形的斜率也不會因為負載電流的減小而改變。
如果負載電流I。逐漸減小,在電感L中的波動電流最小值剛好為零時,定義為臨界電流Ioc則Ioc應(yīng)等于電流峰一峰值的-半,即
Ioc=1/2△iL
當Io 《 Ioc時,iL將進人不連續(xù)狀態(tài)Io ≥ Ioc時iL為連續(xù)狀態(tài)。
單端正激式轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)控制電路如圖所示。圖中Cc為去磁復(fù)位繞組△的分布電容。連續(xù)狀態(tài)的傳遞函數(shù)有兩個極點;不連續(xù)狀態(tài)的傳遞函數(shù)只有一個極點,如果想在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中都能穩(wěn)定地工作,就必須要進行小心細致的設(shè)計。
單端正激式轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)控制電路
L值的另一個限制因素將出現(xiàn)在應(yīng)用于多組輸出電壓的情況。因為控制環(huán)只與-個相關(guān)的輸出端閉環(huán),當此輸出端電流低于臨界值時,占空比將減少以保持此輸出端的電壓不變。對于其他的輔助輸出端,假定其所帶的是恒定負載,在上述占空比下降的情況下,其電壓也下降。很明顯這不是所希望的,因此在多組輸出電壓時,為了保持輔助輸出電壓不變,電感L的值應(yīng)大于所需的最小值。也就是說,如果輔助電壓要保持在一定的波動范圍內(nèi)時,則主輸出的電感必須一直超過臨界值,即一直在連續(xù)狀態(tài)。
電感的最大值一般受效率、體積和造價的限制,帶直流電流運行的大電感的造價是昂貴的。從J眭能上來看,電感L過大將使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反應(yīng)速度減慢。因為過大的L在負載出現(xiàn)較大的瞬態(tài)變化時限制了輸出電流的最大變化率。
八、共模電感
?。ㄒ唬?、初識共模電感
共模電感(Common mode Choke),也叫共模扼流圈,常用于電腦的開關(guān)電源中過濾共模的電磁干擾信號。在板卡設(shè)計中,共模電感也是起EMI濾波的作用,用于抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。
小知識:EMI(Electro Magnetic Interference,電磁干擾)
計算機內(nèi)部的主板上混合了各種高頻電路、數(shù)字電路和模擬電路,它們工作時會產(chǎn)生大量高頻電磁波互相干擾,這就是EMI。EMI還會通過主板布線或外接線纜向外發(fā)射,造成電磁輻射污染,不但影響其他的電子設(shè)備正常工作,還對人體有害。
PC板卡上的芯片在工作過程中既是一個電磁干擾對象,也是一個電磁干擾源??偟膩碚f,我們可以把這些電磁干擾分成兩類:串模干擾(差模干擾)與共模干擾(接地干擾)。以主板上的兩條PCB走線(連接主板各元件的導(dǎo)線)為例,所謂串模干擾,指的是兩條走線之間的干擾;而共模干擾則是兩條走線和PCB地線之間的電位差引起的干擾。
串模干擾電流作用于兩條信號線間,其傳導(dǎo)方向與波形和信號電流一致;共模干擾電流作用在信號線路和地線之間,干擾電流在兩條信號線上各流過二分之一且同向,并以地線為公共回路。
串模干擾和共模干擾
如果板卡產(chǎn)生的共模電流不經(jīng)過衰減過濾(尤其是像USB和IEEE 1394接口這種高速接口走線上的共模電流),那么共模干擾電流就很容易通過接口數(shù)據(jù)線產(chǎn)生電磁輻射-在線纜中因共模電流而產(chǎn)生的共模輻射。美國FCC、國際無線電干擾特別委員會的CISPR22以及我國的GB9254等標準規(guī)范等都對信息技術(shù)設(shè)備通信端口的共模傳導(dǎo)干擾和輻射發(fā)射有相關(guān)的限制要求。
為了消除信號線上輸入的干擾信號及感應(yīng)的各種干擾,我們必須合理安排濾波電路來過濾共模和串模的干擾,共模電感就是濾波電路中的一個組成部分。
共模電感實質(zhì)上是一個雙向濾波器:一方面要濾除信號線上共模電磁干擾,另一方面又要抑制本身不向外發(fā)出電磁干擾,避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。
上圖是我們常見的共模電感的內(nèi)部電路示意圖,在實際電路設(shè)計中,還可以采用多級共模電路來更好地濾除電磁干擾。此外,在主板上我們也能看到一種貼片式的共模電感,其結(jié)構(gòu)和功能與直立式共模電感幾乎是一樣的。
?。ǘ?、從工作原理看共模電感
為什么共模電感能防EMI要弄清楚這點,我們需要從共模電感的結(jié)構(gòu)開始分析。
共模電感濾波電路
上圖是包含共模電感的濾波電路,La和Lb就是共模電感線圈。這兩個線圈繞在同一鐵芯上,匝數(shù)和相位都相同(繞制反向)。這樣,當電路中的正常電流流經(jīng)共模電感時,電流在同相位繞制的電感線圈中產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消,此時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼);當有共模電流流經(jīng)線圈時,由于共模電流的同向性,會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗,使線圈表現(xiàn)為高阻抗,產(chǎn)生較強的阻尼效果,以此衰減共模電流,達到濾波的目的。
事實上,將這個濾波電路一端接干擾源,另一端接被干擾設(shè)備,則La和C1,Lb和C2就構(gòu)成兩組低通濾波器,可以使線路上的共模EMI信號被控制在很低的電平上。該電路既可以抑制外部的EMI信號傳入,又可以衰減線路自身工作時產(chǎn)生的EMI信號,能有效地降低EMI干擾強度。
小知識:漏感和差模電感
對理想的電感模型而言,當線圈繞完后,所有磁通都集中在線圈的中心內(nèi)。但通常情況下環(huán)形線圈不會繞滿一周,或繞制不緊密,這樣會引起磁通的泄漏。共模電感有兩個繞組,其間有相當大的間隙,這樣就會產(chǎn)生磁通泄漏,并形成差模電感。因此,共模電感一般也具有一定的差模干擾衰減能力。
在濾波器的設(shè)計中,我們也可以利用漏感。如在普通的濾波器中,僅安裝一個共模電感,利用共模電感的漏感產(chǎn)生適量的差模電感,起到對差模電流的抑制作用。有時,還要人為增加共模扼流圈的漏電感,提高差模電感量,以達到更好的濾波效果。
從看板卡整體設(shè)計看共模電感
在一些主板上,我們能看到共模電感,但是在大多數(shù)主板上,我們都會發(fā)現(xiàn)省略了該元件,甚至有的連位置也沒有預(yù)留。這樣的主板,合格嗎?
不可否認,共模電感對主板高速接口的共模干擾有很好的抑制作用,能有效避免EMI通過線纜形成電磁輻射影響其余外設(shè)的正常工作和我們的身體健康。但同時也需要指出,板卡的防EMI設(shè)計是一個相當龐大和系統(tǒng)化的工程,采用共模電感的設(shè)計只是其中的一個小部分。高速接口處有共模電感設(shè)計的板卡,不見得整體防EMI設(shè)計就優(yōu)秀。
所以,從共模濾波電路我們只能看到板卡設(shè)計的一個方面,這一點容易被大家忽略,犯下見木不見林的錯誤。 只有了解了板卡整體的防EMI設(shè)計,我們才可以評價板卡的優(yōu)劣。那么,優(yōu)秀的板卡設(shè)計在防EMI性能上一般都會做哪些工作呢?
●主板Layout(布線)設(shè)計
對優(yōu)秀的主板布線設(shè)計而言,時鐘走線大多會采用屏蔽措施或者靠近地線以降低EMI。對多層PCB設(shè)計,在相鄰的PCB走線層會采用開環(huán)原則,導(dǎo)線從一層到另一層,在設(shè)計上就會避免導(dǎo)線形成環(huán)狀。如果走線構(gòu)成閉環(huán),就起到了天線的作用,會增強EMI輻射強度。
信號線的不等長同樣會造成兩條線路阻抗不平衡而形成共模干擾,因此,在板卡設(shè)計中都會將信號線以蛇形線方式處理使其阻抗盡可能的一致,減弱共模干擾。同時,蛇形線在布線時也會最大限度地減小彎曲的擺幅,以減小環(huán)形區(qū)域的面積,從而降低輻射強度。
主板的蛇形布線
在高速PCB設(shè)計中,走線的長度一般都不會是時鐘信號波長1/4的整數(shù)倍,否則會產(chǎn)生諧振,產(chǎn)生嚴重的EMI輻射。同時走線要保證回流路徑最小而且通暢。對去耦電容的設(shè)計來說,其設(shè)置要靠近電源管腳,并且電容的電源走線和地線所包圍的面積要盡可能地小,這樣才能減小電源的波紋和噪聲,降低EMI輻射。
當然,上述只是PCB防EMI設(shè)計中的一小部分原則。主板的Layout設(shè)計是一門非常復(fù)雜而精深的學問,甚至很多DIYer都有這樣的共識:Layout設(shè)計得優(yōu)秀與否,對主板的整體性能有著極為重大的影響。
●主板布線的劃斷
如果想將主板電路間的電磁干擾完全隔離,這是絕對不可能的,因為我們沒有辦法將電磁干擾一個個地“包”起來,因此要采用其他辦法來降低干擾的程度。主板PCB中的金屬導(dǎo)線是傳遞干擾電流的罪魁禍首,它像天線一樣傳遞和發(fā)射著電磁干擾信號,因此在合適的地方“截斷”這些“天線”是有用的防EMI的方法。
“天線”斷了,再以一圈絕緣體將其包圍,它對外界的干擾自然就會大大減小。如果在斷開處使用濾波電容還可以更進一步降低電磁輻射泄露。這種設(shè)計能明顯地增加高頻工作時的穩(wěn)定性和防止EMI輻射的產(chǎn)生,許多大的主板廠商在設(shè)計上都使用了該方法。
電感的計算公式:
加載其電感量按下式計算:線圈公式
阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作頻率) * 電感量(mH),設(shè)定需用 360ohm 阻抗,因此:
電感量(mH) = 阻抗 (ohm) ÷ (2*3.14159) ÷ F (工作頻率) = 360 ÷ (2*3.14159) ÷ 7.06 = 8.116mH
據(jù)此可以算出繞線圈數(shù):
圈數(shù) = [電感量* { ( 18*圈直徑(吋)) + ( 40 * 圈長(吋))}] ÷ 圈直徑 (吋)
圈數(shù) = [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈
空心電感計算公式
空心電感計算公式:L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H)
D------線圈直徑
N------線圈匝數(shù)
d-----線徑
H----線圈高度
W----線圈寬度
單位分別為毫米和mH。。
空心線圈電感量計算公式:
l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44)
線圈電感量 l單位: 微亨
線圈直徑 D單位: cm
線圈匝數(shù) N單位: 匝
線圈長度 L單位: cm
頻率電感電容計算公式:
l=25330.3/[(f0*f0)*c]
工作頻率: f0 單位:MHZ 本題f0=125KHZ=0.125
諧振電容: c 單位:PF 本題建義c=500.。.1000pf 可自行先決定,或由Q
值決定
諧振電感: l 單位: 微亨
線圈電感的計算公式
1。針對環(huán)行CORE,有以下公式可利用: (IRON)
L=N2.AL L= 電感值(H)
H-DC=0.4πNI / l N= 線圈匝數(shù)(圈)
AL= 感應(yīng)系數(shù)
H-DC=直流磁化力 I= 通過電流(A)
l= 磁路長度(cm)
l及AL值大小,可參照Micrometal對照表。例如: 以T50-52材,線圈5圈半,其L值為T50-52(表示OD為0.5英吋),經(jīng)查表其AL值約為33nH
L=33.(5.5)2=998.25nH≒1μH
當流過10A電流時,其L值變化可由l=3.74(查表)
H-DC=0.4πNI / l = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 (查表后)
即可了解L值下降程度(μi%)
2。介紹一個經(jīng)驗公式
L=(k*μ0*μs*N2*S)/l
其中
μ0 為真空磁導(dǎo)率=4π*10(-7)。(10的負七次方)
μs 為線圈內(nèi)部磁芯的相對磁導(dǎo)率,空心線圈時μs=1
N2 為線圈圈數(shù)的平方
S 線圈的截面積,單位為平方米
l 線圈的長度, 單位為米
k 系數(shù),取決于線圈的半徑(R)與長度(l)的比值。
計算出的電感量的單位為亨利(H)。