在电子电路设计中,磁珠是一种常用的电子元件,对于抑制电磁干扰起着重要作用。下面我们将深入探讨磁珠的原理、特性以及选型要点。
磁珠,全称为铁氧体磁珠,其主要材料是铁氧体。它的等效电路由电感 、串联电路电阻 (包含等效直流阻抗和等效交流阻抗)以及寄生电容 组成。当导线穿过铁氧体磁芯时,铁氧体对不同频率的电流呈现出不同的特性。对于低频电流,铁氧体的衰减作用较弱,低频电流能够相对顺利地通过;而对于高频率的电流,铁氧体则会产生较大的衰减作用。这是因为铁氧体的磁性材料特性使其在高频下具有较高的磁损耗,能够将高频电能转化为热能消耗掉,从而达到抑制高频噪声的目的。

(图 1:磁珠等效模型图)
- 等效直流电阻(DCR):用 表示,这个值一般很小,通常处于 级别。在实际应用中,当磁珠应用于电源端时,如果直流电阻过大,会导致在磁珠上产生较大的功率损耗,进而带来热问题和效率问题。例如,在一些对电源效率要求较高的电路中,过大的直流电阻会使电源的转换效率降低,浪费电能。
- 交流电阻阻抗(R2):磁珠表现为阻性时的峰值阻抗,它是图 2 中自谐振频率点的阻抗值减去 的值。由于一般 较小,我们也可以近似将 理解为交流电阻阻抗。交流阻抗越大,磁珠滤除噪声的效果越好。但需要注意的是,当交流阻抗增大时,等效直流电阻也会随之变大,这就需要在实际应用中进行权衡。
- 磁珠电感(L)和寄生电容(C):磁珠电感 是磁珠的一个重要参数,它与磁珠对低频信号的响应特性有关。而寄生电容 则会影响磁珠的高频特性,当频率升高到一定程度时,寄生电容会使磁珠的阻抗特性发生变化。
- 交叉频率:这是磁珠的一个关键参数。在交叉频率(例如 25MHz)以下,磁珠主要呈现感性特性,对低频噪声(25MHz 以下)的吸收能力相对较弱。在交叉频率以上,磁珠主要呈现电阻性特性。一直到自谐振频率(例如 110M)之前,也就是阻抗曲线的点,此时磁珠呈阻性,能够有效地将噪声通过热能转化出去。

(图 2:磁珠阻抗频率曲线)
- DCR(直流电阻)的大小:如前文所述,一般磁珠应用于电源端时,直流电阻过大可能会带来效率问题。因此,在选型时需要根据具体的电路要求,选择合适直流电阻的磁珠。例如,在一些对电源效率要求极高的便携式设备中,应选择直流电阻较小的磁珠。
- 噪声频率和信号频率与交叉频率的关系:为了让磁珠能够有效地吸收噪声,同时避免对有用信号造成衰减,需要保证噪声的频率大于交叉频率,方便磁珠吸收噪声;而信号的频率小于交叉频率,防止信号被吸收衰减。例如,在一个处理音频信号的电路中,音频信号频率一般在 20Hz - 20kHz 之间,而电路中可能存在的高频噪声频率较高,此时就需要选择交叉频率合适的磁珠,使音频信号不受影响,同时有效抑制高频噪声。
- 额定电流:和电感一样,磁珠也应该考虑直流偏置特性。在实际应用中,需要根据电路中的电流大小选择额定电流合适的磁珠。如果电路中的实际电流超过了磁珠的额定电流,磁珠可能会出现饱和现象,导致其性能下降,无法有效地抑制噪声。