爱游戏体育网页版:电感（29）之铁氧体磁珠工作原理透彻详解

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  铁氧体磁珠（Ferrite Bead, FB）是一种利用电感原理制作而成的元器件，大多数都用在抑制信号或电源线的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，是目前应用发展非常迅速且廉价易用的一种抗干扰器件，它的原理图符号通常与电感器是一样的。

  可以说，每一位有经验的电子工程师都曾经将电感与磁珠对比过，这也是深入理解磁珠的一种途径（前提是你得先进一步探索过电感，有了前面章节的铺垫自然不在话下），这里我们也来入乡随俗看看网络上的资料有哪些主流说法：

  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，而电感是一种蓄能元件，用在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；7

  对于大多数工程师来说，磁珠与电感的区别都来源于此，但是真正在应用的时候却经常会有这样的困惑：这一个地区用磁珠还是电感呢？好像两种都是可以的？网上搜一下看有没有现成的原理图参考一下，换言之，对磁珠与电感之间的本质区别不是很了解。

  如果读者很赞同上面所述几点，那能不用往下看了，因为我不知道那几点说的啥意思，磁珠是怎么消耗能量的？磁珠为什么不能储能？你给我讲讲！讲得明白我给你献上膝盖！没有经过前面章节洗礼的读者还真的不一定能够讲清楚。老子连磁导率的本质是什么都没清楚，你就拿个复数来吓唬我，我书读得少，不要骗我（想表达的意思就是：不明白你在说什么，但是好像很厉害的样子，逼格挺高的），另外，磁珠怎么会没有磁芯和线圈？

  很多读者就喜欢查找这类所谓“技术应用经验或要点”的资料，觉得这是别人总结出的经验，非常有价值，并以此孜孜不倦地追求着，这正如同很多读者囫囵吞枣一般阅读《电子制作站》中文章，稀里哗啦手指快速划动一下就看完了，然后…然后就没有然后了！其实一点都没有用心去看。

  给你渔网还不成，给你鱼也不成，非得把鱼煮好了再把刺去掉最后还得喂给你，你说这是什么尿性？如果最原始信息都不符合你的口味，那能否计算一下自己离渔网（基础）的距离有多远？这些所谓的经验都是从最基本的知识扩展出来的，但能够扩展出来的“经验”远不止这些，如果连最基本的知识都没弄明白，在技术的旅途上你能走得有多远？

  别人的经验可以看，但也得去辩证地接受，用局外人的格局来看待这些所谓的经验，切勿深陷其中（无论读者是做什么工作的，就算常常使用DDR4相关高速数字设计或模拟射频这些看似高逼格的东东，基础始终是最重要的，能用最基础的知识解答那些貌似“高级”问题才算真正的牛逼）。经过前面这么多章节的技术讲解轰炸，咱翅膀也硬了，也学学《大汉天子》里东方慧的尿性，不管你写的啥东西，咱也非得滋出丈二的尿来，逐条用我们前面学过的最基本的知识检验检验这些经验。

  。这点似乎没什么好争议的，其实不然！我想说的是：这特么也算电感与磁珠的一个区别？首先，这句话本身是有问题的，依照我们前面学过的概念分层法，“电感”与“磁珠”不是一个层次的概念（电感也有“电感器”的意思），“电感器”与“磁珠”才是同一个层次的概念，那这句话理应是“

  ”，但还是不对劲？电感器是元器件的概念，单位是个数或PCS（有人说，你这就钻牛角尖了吧，但做技术就得钻牛角尖，很多看似简单的概念实际上并不简单）

  其次，亨利或欧姆都是电感器或磁珠某一方面的参数，两种元器件都有这个参数，为什么你会以这个为理由认为两种有差别？我们先来看看磁珠的等效模型，如下图所示：

  为磁珠等效交流电阻（交流磁芯损耗），RDC为磁珠的直流电阻。有过一定磁珠应用经验的工程师都会对类似下图的ZRX曲线有印象：（来自VISHAY贴片磁珠ILBB-0603数据手册）

  是磁芯的损耗（铁损）。电感器阻抗在较低的频率下显示出电感特性，并且几乎呈线性增加，当达到其自谐振频率时阻抗达到最大值，之后就显示电容特性，此后几乎线性下降，其频率曲线如下图所示：

  将磁珠与电感器的曲线图对比一下，能够正常的看到大体的频率曲线趋势也是差不多的，阻抗都是先高再低的过程，那为什么电感器就不能够替代磁珠呢？有人说：电感器的自谐振频率比较低，高频应用场合就用不了了，那一般电感的自谐振频率能达到多少呢？我们一起看看0603贴片电感的自谐振频率，如下图所示（来自VISHAY贴片电感ILSB-0603数据手册）：

  ，有些规格书上也把磁珠称之为磁珠电感器，如下图所示（来自村田MURATA技术手册）：

  我们在使用电感器的场合，主要是利用电感器的电感量，其单位是亨利，而个人会使用磁珠时，主要利用其高频阻抗特性，阻抗的单位是欧姆

  。有人说：我去，这还需要理解吗？地球人都知道！你能不用往下看了，因为你已经比奥特曼更厉害了！我要提的是两个问题：其一、磁珠为啥不是储能元件？

  对于其一，有些读者说：因为磁珠的电感量很小！在理，然而这只是表象！电感量跟能量储存的大小没有必然关系，有人争辩道：不是有个W=（1/2）LI

  公式吗？地球人都知道呀！这个公式在实际应用中成立的前提是：磁芯未饱和！换言之，电感量大意味着可能储存的能量大（也可能小），更何况，有些磁珠也有那么两三圈，电感量还没小到可忽略的程度。

  我们依然能够准确的通过前面学习过的基础知识判断磁珠是不是储能元件。在前面章节就详细讨论过各种磁性器件储能位置的特点：

  有些读者（特别是没有通读前面章节的）对这句话不是很敏感，如果我们不提的话根本就不太在意，磁芯的磁导率高意味着什么？有人想到电感量L的公式，在相同的条件下，磁芯磁导率越高μ则电感量越大，继而能够储存的能量也越大，然而，这跟我们讲的储能没有一毛钱关系（不要转了半天回到电感量的原点）磁芯的磁导率高意味着

  ，而分布气隙是磁环能够储存能量的本质所在，换言之，内部储能的位置也非常少（理想的铁氧体磁芯是没有能量存储的）

  用右手握住导体，如果拇指的方向为电流流动的方向，则其它手指的指向即磁力线的方向

  ！我们只需要将一个闭合回路的某个活动部分来回运动（切割磁力线）就能够产生电流，因为穿过闭合回路的磁通量已发生了改变，如下图所示：

  只要穿过闭合电路的磁通量发生明显的变化，移动的导体就会产生感应电动势，则闭合电路中就有电流产生

  上图切割磁力线的方式与下图是类似的，即闭合线圈左右移动切割导体产生的磁场，尽管静磁场本身没有磁通量的变化，但闭合线圈在移动时还是会有磁通变化量的存在。

  一整块铁板本身也可以等效为一个闭合线圈，这样在高频交流产生的交变磁场在铁板上产生感应电流（涡流电流），这种损耗称为涡流损耗，如下图所示：

  磁珠也是利用同样的原理制作而成的，如果把铁板卷成一个圆柱形套在导体上，就形成了一个磁珠了，这么说来用一个铁戒指也可以当作磁珠了？呵呵！原理上真的可以，但是一根导体产生的磁通量实在是太小了，我们应该一种磁导率很高（相当于磁力线更容易通过，这与电流从低阻抗通道经过是类似的）的材料来收集导体周围在磁场，从这个意义上来讲，磁导率高的材料也有放大磁通量的好处，这样当含有高频噪声成分的直流电流通过磁芯时，就如下图所示：

  这很容易误导工程师理解磁珠的工作原理，以为磁珠是因为高频时电阻很大而起到抑制高频噪声的作用。然而很明显，若需要磁珠能够有效抑制某高频分量，则该高频信号通过磁珠时，磁芯中的涡流损耗应该是比较大的，亦即磁芯电阻率相对也应该比较小的（你能够理解为电阻较小），这与图表上的阻抗值趋势恰好是相反的，换言之，我们说磁珠阻抗越大，实际此时磁芯电阻率应该是越小的，这样热能量的消耗才会越大，只不过这种行为对于外部高频信号表现出的阻抗比较大。

  假设电容C1的自谐振频率恰好等于高频交流源的频率，则电阻R1的大小就能决定负载RL上可以获取高频交流源的成分大小，这里的电阻R1就等于磁珠磁芯在高频下的电阻率，电阻R1越小（最小是0），通过RC支路的成分就越多，则负载RL上的成分就越小，我们大家都认为磁珠此时的阻抗是较高的（电阻与阻抗的大小趋势相反）。