一、電感器的定義

 

1.1 電感的定義：

 

電感是導(dǎo)線內(nèi)通過交流電流時(shí)，在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍產(chǎn)生交變磁通，導(dǎo)線的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。

 

當(dāng)電感中通過直流電流時(shí)，其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線，不隨時(shí)間而變化;可是當(dāng)在線圈中通過交流電流時(shí)，其周圍將呈現(xiàn)出隨時(shí)間而變化的磁力線。根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律---磁生電來分析，變化的磁力線在線圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此感應(yīng)電勢(shì)相當(dāng)于一個(gè)“新電源”。當(dāng)形成閉合回路時(shí)，此感應(yīng)電勢(shì)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流。由楞次定律知道感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁力線總量要力圖阻止原來磁力線的變化的。

 

由于原來磁力線變化來源于外加交變電源的變化，故從客觀效果看，電感線圈有阻止交流電路中電流變化的特性。電感線圈有與力學(xué)中的慣性相類似的特性，在電學(xué)上取名為“自感應(yīng)”，通常在拉開閘刀開關(guān)或接通閘刀開關(guān)的瞬間，會(huì)發(fā)生火花，這就是自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)所造成的。

 

總之，當(dāng)電感線圈接到交流電源上時(shí)，線圈內(nèi)部的磁力線將隨電流的交變而時(shí)刻在變化著，致使線圈不斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)。這種因線圈本身電流的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，稱為“自感電動(dòng)勢(shì)”。

 

由此可見，電感量只是一個(gè)與線圈的圈數(shù)、大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的一個(gè)參量，它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關(guān)。

 

1.2 電感線圈與變壓器

 

電感線圈：導(dǎo)線中有電流時(shí)，其周圍即建立磁場(chǎng)。通常我們把導(dǎo)線繞成線圈，以增強(qiáng)線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)。電感線圈就是據(jù)此把導(dǎo)線(漆包線、紗包或裸導(dǎo)線)一圈靠一圈(導(dǎo)線間彼此互相絕緣)地繞在絕緣管(絕緣體、鐵芯或磁芯)上制成的。一般情況，電感線圈只有一個(gè)繞組。

 

變壓器：電感線圈中流過變化的電流時(shí)，不但在自身兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而且能使附近的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這一現(xiàn)象叫互感。兩個(gè)彼此不連接但又靠近，相互間存在電磁感應(yīng)的線圈一般叫變壓器。

 

1.3 電感的符號(hào)與單位

 

電感符號(hào)：L

 

電感單位：亨(H)、毫亨(mH)、微亨(uH)，1H=10*10*10mH=10*10*10*10*10*10uH。

 

1.4 電感的分類：

 

按電感形式分類：固定電感、可變電感。

 

按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

 

按工作性質(zhì)分類：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈。

 

按繞線結(jié)構(gòu)分類：?jiǎn)螌泳€圈、多層線圈、蜂房式線圈。

 

按工作頻率分類：高頻線圈、低頻線圈。

 

按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類：磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。

 

二、電感的主要特性參數(shù)

 

2.1 電感量L

 

電感量L表示線圈本身固有特性，與電流大小無關(guān)。除專門的電感線圈(色碼電感)外，電感量一般不專門標(biāo)注在線圈上，而以特定的名稱標(biāo)注。

 

2.2 感抗XL

 

電感線圈對(duì)交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL，單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關(guān)系為XL=2πfL

 

2.3 品質(zhì)因素Q

 

品質(zhì)因素Q是表示線圈質(zhì)量的一個(gè)物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即：Q=XL/R。線圈的Q值愈高，回路的損耗愈小。線圈的Q值與導(dǎo)線的直流電阻，骨架的介質(zhì)損耗，屏蔽罩或鐵芯引起的損耗，高頻趨膚效應(yīng)的影響等因素有關(guān)。線圈的Q值通常為幾十到幾百。采用磁芯線圈，多股粗線圈均可提高線圈的Q值。

 

2.4 分布電容

 

線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小，穩(wěn)定性變差，因而線圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減少分布電容。

 

2.5 允許誤差：電感量實(shí)際值與標(biāo)稱之差除以標(biāo)稱值所得的百分?jǐn)?shù)。

 

2.6 標(biāo)稱電流：指線圈允許通過的電流大小，通常用字母A、B、C、D、E分別表示，標(biāo)稱電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。

 

三、常用電感線圈

 

3.1 單層線圈

 

單層線圈是用絕緣導(dǎo)線一圈挨一圈地繞在紙筒或膠木骨架上。如晶體管收音機(jī)中波天線線圈。

 

3.2 蜂房式線圈

 

如果所繞制的線圈，其平面不與旋轉(zhuǎn)面平行，而是相交成一定的角度，這種線圈稱為蜂房式線圈。而其旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)線來回彎折的次數(shù)，常稱為折點(diǎn)數(shù)。蜂房式繞法的優(yōu)點(diǎn)是體積小，分布電容小，而且電感量大。蜂房式線圈都是利用蜂房繞線機(jī)來繞制，折點(diǎn)越多，分布電容越小

 

3.3 鐵氧體磁芯和鐵粉芯線圈

 

線圈的電感量大小與有無磁芯有關(guān)。在空芯線圈中插入鐵氧體磁芯，可增加電感量和提高線圈的品質(zhì)因素。

 

3.4 銅芯線圈

 

銅芯線圈在超短波范圍應(yīng)用較多，利用旋動(dòng)銅芯在線圈中的位置來改變電感量，這種調(diào)整比較方便、耐用。

 

3.5 色碼電感線圈

 

是一種高頻電感線圈，它是在磁芯上繞上一些漆包線后再用環(huán)氧樹脂或塑料封裝而成。它的工作頻率為10KHz至200MHz，電感量一般在0.1uH到3300uH之間。色碼電感器是具有固定電感量的電感器，其電感量標(biāo)志方法同電阻一樣以色環(huán)來標(biāo)記。其單位為uH。

 

3.6 阻流圈(扼流圈)

 

限制交流電通過的線圈稱阻流圈，分高頻阻流圈和低頻阻流圈。

 

3.7 偏轉(zhuǎn)線圈

 

偏轉(zhuǎn)線圈是電視機(jī)掃描電路輸出級(jí)的負(fù)載，偏轉(zhuǎn)線圈要求：偏轉(zhuǎn)靈敏度高、磁場(chǎng)均勻、Q值高、體積小、價(jià)格低。

 

四、電感在電路中的作用

 

基本作用：濾波、振蕩、延遲、陷波等

 

形象說法：“通直流，阻交流”

 

細(xì)化解說：在電子線路中，電感線圈對(duì)交流有限流作用，它與電阻器或電容器能組成高通或低通濾波器、移相電路及諧振電路等;變壓器可以進(jìn)行交流耦合、變壓、變流和阻抗變換等。

 

由感抗XL=2πfL知,電感L越大，頻率f越高，感抗就越大。該電感器兩端電壓的大小與電感L成正比，還與電流變化速度△i/△t成正比，這關(guān)系也可用下式表示：

 

電感線圈也是一個(gè)儲(chǔ)能元件，它以磁的形式儲(chǔ)存電能，儲(chǔ)存的電能大小可用下式表示：WL=1/2Li2。

 

可見，線圈電感量越大，流過越大，儲(chǔ)存的電能也就越多。

 

電感的符號(hào)

 

電感量的標(biāo)稱：直標(biāo)式、色環(huán)標(biāo)式、無標(biāo)式

 

電感方向性：無方向

 

檢查電感好壞方法：用電感測(cè)量?jī)x測(cè)量其電感量;用萬用表測(cè)量其通斷，理想的電感電阻很小，近乎為零。

 

五、電感的型號(hào)、規(guī)格及命名

 

國(guó)內(nèi)外有眾多的電感生產(chǎn)廠家，其中名牌廠家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。

 

 

5.1 片狀電感

 

電感量：10NH～1MH

 

材料：鐵氧體繞線型陶瓷疊層

 

精度：J=±5%K=±10%M=±20%

 

尺寸：04020603080510081206121018121008=2.5mm*2.0mm1210=3.2mm*2.5mm

 

5.2 功率電感

 

電感量：1NH～20MH

 

帶屏蔽、不帶屏蔽

 

尺寸：SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105;RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124;CD43/54/73/75/104/105;

 

5.3 片狀磁珠

 

種類：CBG(普通型)阻抗：5Ω～3KΩ

 

CBH(大電流)阻抗：30Ω～120Ω

 

CBY(尖峰型)阻抗：5Ω～2KΩ

 

規(guī)格：0402/0603/0805/1206/1210/1806(貼片磁珠)

 

規(guī)格：SMB302520/SMB403025/SMB853025(貼片大電流磁珠)

 

5.4插件磁珠

 

規(guī)格：RH3.5

 

5.5 色環(huán)電感

 

電感量：0.1uH～22MH

 

尺寸：0204、0307、0410、0512

 

豆形電感：0.1uH～22MH

 

尺寸：0405、0606、0607、0909、0910

 

精度：J=±5%K=±10%M=±20%

 

精度：J=±5%K=±10%M=±20%

 

插件的色環(huán)電感

 

讀法：同色環(huán)電阻的標(biāo)示

 

5.6 立式電感

 

電感量：0.1uH～3MH

 

規(guī)格：PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

 

5.7 軸向?yàn)V波電感

 

規(guī)格：LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019

 

電感量：0.1uH-10mH。

 

額定電流：65mA~10A。

 

Q值高，價(jià)位一般較低，自諧振頻率高。

 

5.8 磁環(huán)電感

 

規(guī)格：TC3026/TC3726/TC4426/TC5026

 

尺寸(單位mm)：3.25~15.88

 

5.9 空氣芯電感

 

空氣芯電感為了取得較大的電感值，往往要用較多的漆包線繞成，而為了減少電感本身的線路電阻對(duì)直流電流的影響，要采用線徑較粗的漆包線。但在一些體積較少的產(chǎn)品中，采用很重很大的空氣芯電感不太現(xiàn)實(shí)，不但增加成本，而且限制了產(chǎn)品的體積。為了提高電感值而保持較輕的重量，我們可以在空氣芯電感中插入磁心、鐵心，提高電感的自感能力，借此提高電感值。目前，在計(jì)算機(jī)中，絕大部分是磁心電感。

 

六、電感在電路中的應(yīng)用

 

電感在電路最常見的功能就是與電容一起，組成LC濾波電路。我們已經(jīng)知道，電容具有“阻直流，通交流”的本領(lǐng)，而電感則有“通直流，阻交流”的功能。如果把伴有許多干擾信號(hào)的直流電通過LC濾波電路(如圖)，那么，交流干擾信號(hào)將被電容變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過電感時(shí)，其中的交流干擾信號(hào)也被變成磁感和熱能，頻率較高的最容易被電感阻抗，這就可以抑制較高頻率的干擾信號(hào)。

 

LC濾波電路

 

在線路板電源部分的電感一般是由線徑非常粗的漆包線環(huán)繞在涂有各種顏色的圓形磁芯上。而且附近一般有幾個(gè)高大的濾波鋁電解電容，這二者組成的就是上述的LC濾波電路。另外，線路板還大量采用“蛇行線+貼片鉭電容”來組成LC電路，因?yàn)樯咝芯€在電路板上來回折行，也可以看作一個(gè)小電感。

 

七、常見的磁芯磁環(huán)

 

鐵粉芯系列

 

材質(zhì)有：-2材(紅/透明)、-8材(黃/紅)、-18材(綠/紅)、-26材(黃/白)、-28材(灰/綠)、-33材(灰/黃)、-38材(灰/黑)、-40材(綠/黃)、-45材(黑色)、-52材(綠/藍(lán));尺寸：外徑大小從30到400D(注解：外徑從7.8mm到102mm)。

 

鐵硅鋁系列

 

主要u值有：60、75、90、125;尺寸：外徑大小從3.5mm到77.8mm。

 

兩種產(chǎn)品的規(guī)格除了主要的環(huán)形外，另有E形，棒形等，還可以根據(jù)客戶提供的各項(xiàng)參數(shù)定做。它們廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)主機(jī)板，計(jì)算機(jī)電源，電源供應(yīng)器，手機(jī)充電器，燈飾變壓調(diào)光器，不間斷電源(UPS)，各種家用電器控制板等。

 

八、電感與磁珠的聯(lián)系與區(qū)別

 

1、電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件

 

2、電感多用于電源濾波回路，磁珠多用于信號(hào)回路，用于EMC對(duì)策

 

3、磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾，而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問題。EMI的兩個(gè)途徑，即：輻射和傳導(dǎo)，不同的途徑采用不同的抑制方法。前者用磁珠，后者用電感。

 

4、磁珠是用來吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDRSDRAM，RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過50MHZ。

 

5、電感一般用于電路的匹配和信號(hào)質(zhì)量的控制上。一般地的連接和電源的連接。在模擬地和數(shù)字地結(jié)合的地方用磁珠。對(duì)信號(hào)線也采用磁珠。

 

磁珠的大小(確切的說應(yīng)該是磁珠的特性曲線)取決于需要磁珠吸收的干擾波的頻率。磁珠就是阻高頻，對(duì)直流電阻低，對(duì)高頻電阻高。比如1000R@100Mhz就是說對(duì)100M頻率的信號(hào)有1000歐姆的電阻。因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來標(biāo)稱的，阻抗的單位也是歐姆。磁珠的datasheet上一般會(huì)附有頻率和阻抗的特性曲線圖。一般以100MHz為標(biāo)準(zhǔn)，比如2012B601，就是指在100MHz的時(shí)候磁珠的Impedance為600歐姆。

 

九、部分電感的計(jì)算公式

 

9.1 環(huán)形電感

 

針對(duì)環(huán)形CORE，有以下公式可利用:(IRON)

 

L=N2*ALL=電感量(H)AL=感應(yīng)系數(shù)

 

H-DC=0.4πNI/lN==繞線匝數(shù)(圈)

 

H-DC=直流磁化力I=通過電流(A)l=磁路長(zhǎng)度(cm)

 

l及AL值大小，可參照Micrometa對(duì)照表。例如:以T50-52材，繞線5圈半，其L值為T50-52(表示OD為0.5英寸)，經(jīng)查表其AL值約為33nH

 

L=33*(5.5)2=998.25nH≈1μH

 

當(dāng)通過10A電流時(shí)，其L值變化可由l=3.74(查表)

 

H-DC=0.4πNI/l=0.4×3.14×5.5×10/3.74=18.47(查表后)

 

即可了解L值下降程度(μi%)

 

9.2 電感計(jì)算

 

介紹一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式

 

L=(k*μ0*μs*N2*S)/l

 

其中

 

μ0為真空磁導(dǎo)率=4π*10(-7)。(10的負(fù)七次方)

 

μs為線圈內(nèi)部磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率，空心線圈時(shí)μs=1

 

N2為線圈圈數(shù)的平方

 

S線圈的截面積，單位為平方米

 

l線圈的長(zhǎng)度，單位為米

 

k系數(shù)，取決于線圈的半徑(R)與長(zhǎng)度(l)的比值。

 

計(jì)算出的電感量的單位為亨利。

 

以上均為理論值，實(shí)際的電量以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。

 

十、電感的測(cè)量

 

電感測(cè)量的兩類儀器：RLC測(cè)量(電阻、電感、電容三種都可以測(cè)量)和電感測(cè)量?jī)x。

 

電感的測(cè)量：空載測(cè)量(理論值)和在實(shí)際電路中的測(cè)量(實(shí)際值)。

 

由于電感使用的實(shí)際電路過多，難以類舉。所以我們就在空載情況下的測(cè)量加以解說。

 

電感量的測(cè)量步驟：(RLC測(cè)量)

 

1、熟悉儀器的操作規(guī)則(使用說明)，及注意事項(xiàng)。

 

2、開啟電源，預(yù)備15~30分鐘。

 

3、選中L檔，選中測(cè)量電感量

 

4、把兩個(gè)夾子互夾并復(fù)位清零

 

5、把兩個(gè)夾子分別夾住電感的兩端，讀數(shù)值并記錄電感量

 

6、重復(fù)步驟4和步驟5，記錄測(cè)量值。要有5~8個(gè)數(shù)據(jù)。

 

7、比較幾個(gè)測(cè)量值：若相差不大(0.2uH)則取其平均值，記得電感的理論值;若相差過大()0.3uH)則重復(fù)步驟2~步驟6，直到取到電感的理論值。

 

不同的儀器能測(cè)量的電感參數(shù)都有一些出入。因此，做任何測(cè)量前的熟悉你的測(cè)量?jī)x器。你的儀器能做什么。然后按照它給你的操作說明去做即可。

 

十一、電感在使用過程中要注意的事項(xiàng)

 

11.1 電感使用的場(chǎng)合

 

潮濕與干燥、環(huán)境溫度的高低、高頻或低頻環(huán)境、要讓電感表現(xiàn)的是感性，還是阻抗特性等，都要注意。

 

11.2 電感的頻率特性

 

在低頻時(shí)，電感一般呈現(xiàn)電感特性，既只起蓄能，濾高頻的特性。

 

但在高頻時(shí)，它的阻抗特性表現(xiàn)的很明顯。有耗能發(fā)熱，感性效應(yīng)降低等現(xiàn)象。不同的電感的高頻特性都不一樣。

 

下面就鐵氧體材料的電感加以解說：

 

鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金，這種材料具有很高的導(dǎo)磁率，他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。鐵氧體材料通常在高頻情況下應(yīng)用，因?yàn)樵诘皖l時(shí)他們主要程電感特性，使得線上的損耗很小。在高頻情況下，他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實(shí)際應(yīng)用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實(shí)際上，鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當(dāng)高，以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個(gè)消耗裝置，高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能，這是由他的電阻特性決定的。

 

11.3 電感設(shè)計(jì)要承受的最大電流，及相應(yīng)的發(fā)熱情況。

 

11.4 使用磁環(huán)時(shí)，對(duì)照上面的磁環(huán)部分，找出對(duì)應(yīng)的L值，對(duì)應(yīng)材料的使用范圍。

 

11.5 注意導(dǎo)線(漆包線、紗包或裸導(dǎo)線)，常用的漆包線。要找出最適合的線經(jīng)。

 

 

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