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伦茨定律与法拉第定律:它们如何治理相声和EMI?

关键的外卖

  • 伦茨定律和法拉第定律告诉我们两个重要的事情,关于变化的磁场与导体环路相互作用的方式。

  • 这两个基本物理定律结合在一起,决定了携带直流或交流电流的导体如何产生磁场。

  • 伦茨定律说明了感应电流的方向,法拉第定律将感应反电动势的大小与感应磁场的变化率联系起来。

伦茨定律和法拉第定律的归纳法

变压器中的磁感应受伦茨定律和法拉第定律的约束。

如果电磁学的基本定律不存在,电感器和变压器就无法工作。我们只有一个电场,没有移动电流产生的磁场效应。描述感应电压和磁场之间关系的两个基本电磁定律是伦茨定律和法拉第定律。在PCB层面,这两个定律结合在一起产生了不同电路之间的电感耦合。

通量而且通量具体来说直接影响电磁学,并要了解与事物的关系法拉第定律和伦茨定律,你将会学习核心科目,比如电磁感应感应电动势通量链接当前的而且诱导电场洛伦兹力,.是否统一的磁场是在玩还是玩改变通量你在工作吗线循环电场总的来说,你要确保你有一个很好的衡量通量密度而且磁场强度

如果术语“电感耦合”听起来含糊不清,请记住我们谈论的是串扰、EMI、噪声传递以及磁场可能在电路中诱导噪声的任何其他方式。为了更好地观察和预测PCB的一个区域的信号何时会在PCB的另一个区域引起噪声,有必要了解伦茨定律和法拉第定律之间的区别。以下是它们的不同之处以及它们在PCB布局中导致串扰的地方。

伦茨定律和法拉第定律

这两个基本物理定律定义了磁场如何与导体回路相互作用。假设我们有两个相对的导体环。一个回路携带电流,我们称之为诱导电流,而另一个回路不携带任何电流。根据安培定律,我们知道一个回路中的电流产生一个磁场。这个磁场如何与另一个环相互作用?为了得到答案,我们需要看看伦茨定律和法拉第定律之间的区别。

法拉第定律

简单地说,法拉第定律说明如下:

  • 法拉第定律:当磁场作用在导体线圈上时,线圈中感应到的电动势(EMF)的大小与感应磁场的变化率和磁场方向与线圈轴线之间的点积成正比。

这告诉我们关于感应所需条件的一些重要信息:电流产生的磁场必须在时间上发生变化(振荡、上升或下降),以便在导体的第二环中诱导电流。这通常是在一个基本的实验中看到的,通过将磁场移向或远离导体环路,如下图所示。

伦茨定律和法拉第定律产生的电压和电流

电压和电流只在电路中由变化的磁场引起。

由于变化的磁场引起电压,它也引起电流。电流朝哪个方向流动?为此,我们需要伦茨定律。

楞次定律

理解能源意思是理解当前的方向而且进行循环以及任何改变通量机械能源,或不同在你的产品中。伦茨定律实际上是法拉第定律的对应物,它告诉你感应电流的方向,但不是很明确。

  • 伦茨定律:当磁场在导电线圈中感应电流时,感应电流也会产生与感应磁场相反的磁场。

这有一个重要的结果:感应电流的方向与感应电流的方向相反。如果诱导场和感应场指向相反的方向,那么根据右手定则的定义,电流也一定指向相反的方向。感应磁场的方向如下图所示,其中感应电流产生的感应磁场由右手定则确定。

伦茨定律和法拉第定律的感应磁场

伦茨定律告诉你导体回路中感应电流和电压的方向。

总之,这两个定律告诉我们所有我们需要知道的关于PCB中电磁场的行为。当我们把它们放在一起时,我们现在可以更好地理解串扰、EMI和噪声耦合是如何在电路板的不同区域之间发生的。

这些定律如何控制PCB中的电感串扰和EMI

显然,我们正在处理感应信号行为,这意味着我们需要考虑PCB中涉及感应的两种可能的影响:

  • 相声:当信号切换时,由开关电流产生的磁场将在受害迹线中诱导一个信号,然后该信号可以沿互连传播并到达接收机。

  • 噪声耦合这基本上是串扰的一种形式,其中振荡信号在导体中被诱导;一种常见的形式是过通噪声耦合

当这些效应发生时,伦茨定律指出,感应信号会产生自己的磁场,感应磁场的方向与感应磁场指向相反的方向。同时,法拉第定律指出,感应信号频率越高,感应反电动势的大小越大。这两个定律结合在一起欧姆定律完整地描述归纳串扰的行为。

以上几点适用于攻击者和受害者迹线之间的诱导串扰,但它也适用于真实PCB中电流回路中诱导的EMI。当平行于导体回路的磁场发生变化时,就会产生感应电流。为了减少这两种影响的大小,您有两个选项来调整您的轨迹几何:

  1. 使用稍宽的痕迹

  2. 将走线放置在更接近其参考平面的位置(即,使用较薄的微带或带状线走线层压板)

正确的路由工具和线路设计工具可以帮助您保持所需的阻抗,同时还可以帮助您调整线路尺寸,使其保持在所需的公差范围内。您还将拥有所需的工具分析完整PCB布局中的串扰你还需要确保你找到了合适的微分形式在你的方程式中解决任何挑战相互感应或不正常电磁感应电解,以及你的各种诱导电动势.找到电动势,你的诱导电压,你的电路位置在涡流这些都对你的产品的完整性至关重要吗线电路板和包装本身。

无论你是担心伦茨定律还是法拉第定律,都是最好的PCB布局和设计软件和一整套的分析工具可以帮助您了解这两种影响如何控制PCB中的电磁行为。Allegro PCB编辑器包括为任何应用程序规划电路板布局所需的功能,以及高级设计验证工具和现场求解器实用程序,以分析高速和高频电子产品的行为。

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