磁珠

✍ dations ◷ 2025-06-08 11:08:52 #电磁辐射

磁珠是一种被动组件,用来抑制电路中的高频噪声。磁珠是一种特别的扼流圈,其成分多半为铁氧体,利用其高频电流产生的热耗散来抑制高频噪声。磁珠有时也称为磁环、EMI滤波器、铁芯等。

最简单的磁珠是铁氧体的环状电感(英语:Toroidal inductors and transformers),导线可以绕在上面,也有夹扣形的磁珠,可以直接扣在缆在线。磁珠也有作为可以焊接在电路板上的电子组件,甚至有SMD封装的磁珠组件。

磁珠可用来防止二种不同方向的干扰:由设备流出的(电磁干扰,EMI),以及由外界进入设备的(电磁耐受,EMS) 。若导在线有射频的信号,导线会像天线一様发送能量,因此形成无意辐射体(英语:unintentional radiator),若要通过电磁兼容性法规,会需要考虑加装磁珠以降低电磁干扰。相对的.若有其他电磁干扰的来源(例如家电),磁珠也可以避免导线成为天线来接收来自其他设备的噪声,尤其在信号线(像USB线)及医疗器材上常有类似的处理。

大的磁珠常用在外部的配在线,也有许多各种不同小尺寸的磁珠,可以作为电路板上的组件。铁氧体磁珠是一种电感器,可以形成被动低通滤波器。绕在磁珠上导线的外形、缠绕批圈数及电磁学特性会决定磁珠对于高频信号的阻抗,因此可以衰减高频的EMI(电磁干扰)/RFI(射频干扰)。能量可能会反射回电缆,或是被铁氧体磁芯所吸收,转换为热量散佚。只有在极端情况下会出现明显的发热。

一个理想电感不消耗能量,但电感的电抗会阻碍高频电流的流动。铁氧体磁珠可以加在电感上来加强抵抗电磁干扰的能力。铁氧体会使磁场集中,增加电感,因此电抗会将噪声滤掉,再者,若铁氧体磁珠经过特殊设计,使其有小的Q因数,会因为铁氧体本身的能量散逸而将噪声的能量转换为热能。因此铁氧体磁珠一般会设计为有低Q因数的电感组件。产生的热量会使铁氧体变热,但一般情形下所产生的热量是可忽略的。若信号大到可以产生干扰,或是对敏感的电路产生不好的效果。噪声的能量一般不会太大。有些应用会需要铁氧体类似电阻的热损失特性,但还是视应用而定。

当铁氧体用来提升噪声滤波效果时,需要考虑其电路特性以及要过滤噪声的频率范围。不同的铁氧体材料有不同的频率特性,需配合供应商的文件,来找到特定频率范围下最适用的铁氧体材料。

铁氧体磁珠虽然是一电感器,但因为考量的是特定频段的阻抗特性,因此其规格也会和一般电感器不同,铁氧体会以特定频率下的阻抗(单位欧姆)为其规格,例如22R@100MHz是表示在100MHz的频段其阻抗为22欧姆,一般在规格书中也会列出磁珠在不同频段下的阻抗特性。

若要在已有的电缆在线加装噪声滤波器,磁珠是最简单也最便宜的方法中的一种。若磁珠是铁环状,且电缆线够细,可以直接将电缆线在磁珠上绕5-7圈,也有钳形(夹扣形)的磁珠,可以直接扣在缆在线,虽然缆线没有绕在磁珠上,但磁珠上的电感会增加缆线的自感,因此还是可以吸收高频噪声的能量,转换为热能。若缆线无法固定住磁珠,磁珠可以用束线带固定,若磁珠中心的孔够大,也可以直接将缆线在磁珠上绕一至多圈。

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