一、电路计算1.1 串并联1.2 最大功率1.3 戴维南定理 vs 诺顿定理1.4 电阻率二、电容2.1 电容基础知识2.2 电容主要特性2.3 电容充放电RC电路时间常数2.4 电容串并联公式2.5 电容的作用项目耦合电容旁路电容定义连接在两个电路级之间传递交流信号隔离直流电压连接在信号线与地之间为交流信号提供低阻抗路径到地主要作用隔直通交传递交流信号阻断直流偏置滤除高频噪声稳定电源电压提供交流回流路径连接方式串联在信号通路中并联在信号线与地之间对直流的影响阻断直流隔离直流偏置不阻断直流直流电源通过它到地会短路所以要慎用对交流的影响让交流信号通过频率越高越容易将交流噪声旁路到地频率越高越容易被短路典型容值0.01μF ~ 10μF取决于信号频率0.01μF ~ 0.1μF高频去耦10μF ~ 100μF电源滤波典型应用多级放大器级间信号传递音频信号耦合传感器信号隔离电源引脚去耦IC 供电滤波高频噪声滤除射频电路接地频率特性低频时容抗大 → 信号衰减大高频时容抗小 → 信号易通过低频时容抗大 → 旁路效果差高频时容抗小 → 旁路效果好失效后果信号无法传递到下一级噪声无法滤除电路不稳定对比项定时与采样保持RC 波纹滤波电弧抑制电路连接方式电容与电阻串联定时电容接开关采样保持电容与负载并联电容与电感负载并联常串联电阻形成 RC 吸收电路工作频率低频 ~ 中频取决于定时周期工频50/60Hz或其 2 倍100/120Hz高频开关瞬间的尖峰电容充放电状态充电采样/定时→ 保持/放电充电电压峰值时→ 放电电压谷底时开关断开瞬间吸收尖峰充电开关闭合时放电典型容值范围采样保持10pF ~ 0.1μF定时0.01μF ~ 100μF100μF ~ 10,000μF电解电容0.01μF ~ 1μF常与几十 Ω 电阻串联主要设计目标精度定时准确、电压保持稳定纹波小输出电压平滑尖峰低保护触点/开关管不良后果若电容失效定时不准、采样信号跌落输出纹波大、电压不稳定产生电弧、触点烧蚀、EMI 干扰2.6 关键参数三、电感3.1 电感基础知识3.2 电感主要特性3.3 电感充放电RL电路时间常数“电压反向”和“电流不变”是电感放电时同时发生的两件事为了阻止电流减小电流不变电感会产生一个反向电动势电压反向来维持它3.4 电感串并联公式3.5 充电时开关突然闭合3.6 开关突然断开电感尖峰电压3.7 直导线电感3.8 寄生电感电容3.9 电感实际参数参数符号定义影响因素典型值/说明不良后果若参数不佳直流电阻DCR电感线圈在直流电流下测得的电阻线径、匝数、导线材料尽量小mΩ ~ Ω 级铜损大I2RI2R 发热效率低增量电流—引起电感值下降5%与零偏置相比的直流偏置电流磁芯材料、气隙超过后电感明显下降电感下降 → 滤波/储能效果变差最大直流电流IDCIDC线圈可通过的最大直流电流不损坏线径、散热、环境温度以线圈最高温度为基础超过 → 过热烧毁、绝缘损坏饱和电流IsatIsat引起电感值下降特定值10% 或 20%的直流偏置电流磁芯材料、磁路结构铁心线圈10%功率线圈20%磁芯饱和 → 电感骤降 → 电流失控自谐振频率SRF 或 frfr电感的分布电容与电感发生谐振的频率感抗 容抗分布电容、电感值在此频率下阻抗最大纯电阻Q0超过 SRF 后电容特性主导 → 失去电感作用品质因数Q电感的损耗测量QXL/ESR2πfL/ESRQXL/ESR2πfL/ESR频率、ESR、磁芯损耗Q 值越高越好低损耗Q 低 → 损耗大、选频特性差温度系数αLαL单位温度变化引起的电感变化量ppm/°C磁芯材料、结构以 ppm/°C 表示温漂大 → 电感值随温度变化大电阻温度系数αRαR单位温度变化引起的 DCR 变化量ppm/°C导线材料铜铜约 3900 ppm/°C高温时 DCR 增大 → 发热更严重居里温度TcTc磁性材料磁性消失的温度磁芯材料铁氧体100~300°C铁粉芯更高超过后电感急剧下降 → 失效磁饱和磁通密度BsatBsat磁芯材料能达到的最大磁通密度所有磁畴方向一致磁芯材料硅钢片~2T铁氧体~0.5T超过 → 磁芯饱和 → 电感失效3.10 电感的主要作用四、PCB注意事项设计规则优化说法抑制互感的原理抑制寄生电容的原理相邻层走线不要平行应垂直交叉相邻层信号线采用正交布线垂直 → 磁通交链面积最小 → 互感 ≈ 0垂直 → 正对面积极小 → 寄生电容 ≈ 0同层平行走线保持足够间距同层走线间距 ≥ 3 倍线宽增大距离 → 磁耦合减弱增大距离 → 电容耦合减弱电感之间保持距离或垂直放置电感元件间距 ≥ 2 倍本体尺寸或相互垂直减少互感耦合避免等效电感变化减少电场耦合电感与敏感信号线远离电感下方和周围避免布设重要信号线避免泄漏磁场感应噪声避免电场干扰电容之间保持适当间距同回路或高频电容分开布置减少引线间的互感耦合减少引线间的寄生电容大电流回路与小信号回路分开功率回路与信号回路分离避免平行大电流 di/dtdi/dt 不耦合到小信号回路大电压 dv/dtdv/dt 不通过电容耦合五、抗5.1 电抗与阻抗5.2 输入阻抗和输出阻抗5.3 RC低通滤波器元件位置作用为什么在这个位置电阻 R50ΩR50Ω输入端上方与 VinVin 串联① 限制电流 ② 与电容组成 RC 低通网络 ③ 决定截止频率必须放在电容之前才能和电容构成分压器高频信号在电阻上被消耗/衰减电容 C0.1μFC0.1μF输出端下方一端接地① 旁路高频信号到地 ② 让低频信号在电容上形成输出电压输出取自电容两端低频时电容阻抗大 → 输出电压大高频时电容阻抗小 → 输出电压被旁路到地Vout取自电容两端电容两端实现低通滤波保留低频滤除高频电容两端的电压随频率升高而降低符合低通特性5.4 RC高通滤波器元件位置作用为什么在这个位置电容 C0.1μFC0.1μF输入端上方与 VinVin 串联① 隔直通交阻挡直流/低频信号② 与电阻组成 RC 高通网络 ③ 决定截止频率必须放在电阻之前才能利用“通高频、阻低频”特性只让高频信号通过到达电阻电阻 R10kΩR10kΩ输出端下方一端接地① 为信号提供通路 ② 将高频电流转换为电压输出 ③ 决定输入/输出阻抗输出取自电阻两端高频时电容阻抗小 → 高频信号几乎全部降在电阻上 → 输出电压大低频时电容阻抗大 → 低频信号被电容阻挡 → 输出电压小Vout 取自电阻两端电阻两端实现高通滤波保留高频滤除低频/直流电阻两端的电压随频率升高而增大符合高通特性六、变压器七、磁珠7.1 定义与特性项目内容定义全称为铁氧体磁珠滤波器是一种由铁氧体材料制成的、具有一定电感量和电阻值的电子元件通常呈圆柱形或环形原理利用铁氧体材料的高频特性高频电流通过时磁珠呈现较大感抗同时电阻产生阻碍将高频能量转化为热能消耗掉从而抑制高频噪声高频率特性高频段提供较高阻抗有效抑制高频噪声阻抗随频率升高而增大特定频率范围内可达很高值低直流电阻直流电路中呈现较低电阻对直流信号传输影响小保证直流电源稳定供应电磁兼容性好有效减少电磁干扰EMI和电磁辐射EMR提高电子设备的电磁兼容性EMC7.2 参数参数符号定义单位典型值/说明不良后果若参数不佳阻抗ZZ磁珠对交流信号的阻碍能力欧姆Ω随频率变化如 500Ω 100MHz阻抗不足 → 噪声抑制效果差直流电阻RdcRdc 或 DCR磁珠在直流电路中的电阻值欧姆Ω越小越好如 0.1ΩDCR 大 → 直流压降大、功率损耗大PI2RPI2R额定电流IratedIrated磁珠能够长时间稳定工作的最大电流值安培A如 2A超过 → 过热、性能下降、烧毁阻抗误差—磁珠阻抗的允许偏差范围百分比%常见 ±25%误差大 → 实际滤波效果与预期不符7.3 应用应用领域具体应用作用电源电路电源滤波在电源输入端和输出端使用磁珠滤除电源中的高频噪声提供干净、稳定的电源抑制噪声电源开关管导通/截止时产生高频噪声磁珠与电容组成 LC 滤波器抑制噪声防止对其他电路干扰信号传输电路USB 接口在 USB 信号线中串联磁珠抑制高频干扰提高信号传输质量防止数据传输错误音频电路在音频信号线中使用磁珠滤除高频噪声改善音频信号质量使声音更清晰射频电路天线匹配调整天线阻抗匹配提高天线辐射效率增强无线信号传输距离和强度射频滤波在射频信号传输路径中滤除不需要的射频噪声和干扰信号提高射频信号的纯度和稳定性电磁兼容性设计PCB 布局合理放置磁珠抑制电路板上的电磁干扰提高整个电路板的电磁兼容性EMC设备屏蔽在电源线和信号线入口处安装磁珠防止外部电磁干扰进入设备同时防止内部电磁辐射泄漏 
