电感知识.docx

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电感知识

一、电感器的定义。

  1.1电感的定义：

  电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。

  当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。

根据法拉弟电磁感应定律－－－磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个“新电源”。

当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。

由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化的。

由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。

电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。

  总之，当电感线圈接到交流电源上时，线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着，致使线圈不断产生电磁感应。

这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势　，称为“自感电动势”。

   由此可见，电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量，它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。

  1.2电感线圈与变压器

  电感线圈：

导线中有电流时，其周围即建立磁场。

通常我们把导线绕成线圈，以增强线圈内部的磁场。

电感线圈就是据此把导线（漆包线、纱包或裸导线）一圈靠一圈（导线间彼此互相绝缘）地绕在绝缘管（绝缘体、铁芯或磁芯）上制成的。

一般情况，电感线圈只有一个绕组。

   变压器：

电感线圈中流过变化的电流时，不但在自身两端产生感应电压，而且能使附近的线圈中产生感应电压，这一现象叫互感。

两个彼此不连接但又靠近，相互间存在电磁感应的线圈一般叫变压器。

  1.3电感的符号与单位

  电感符号：

L

  电感单位：

亨（H）、毫亨（mH）、微亨（uH），1H=103mH=106uH。

  电感量的标称：

直标式、色环标式、无标式

  电感方向性：

无方向

  检查电感好坏方法：

用电感测量仪测量其电感量；用万用表测量其通断，理想的电感电阻很小，近乎为零。

  1.4电感的分类：

  按电感形式分类：

固定电感、可变电感。

  按导磁体性质分类：

空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

  按工作性质分类：

天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。

  按绕线结构分类：

单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

  按工作频率分类：

高频线圈、低频线圈。

  按结构特点分类：

磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

二、电感的作用

  基本作用：

滤波、振荡、延迟、陷波等

  形象说法：

“通直流，阻交流”

  细化解说：

在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

  由感抗XL=2πfL知,电感L越大，频率f越高，感抗就越大。

该电感器两端电压的大小与电感L成正比，还与电流变化速度△i/△t  成正比，这关系也可用下式表示：

  电感线圈也是一个储能元件，它以磁的形式储存电能，储存的电能大小可用下式表示：

WL=1/2Li2。

  可见，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。

  电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。

我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流”的功能。

如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路（如图），那么，交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉；变得比较纯净的直流电流通过电感时，其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能，频率较高的最容易被电感阻抗，这就可以抑制较高频率的干扰信号。

   LC滤波电路

  在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。

而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容，这二者组成的就是上述的LC滤波电路。

另外，线路板还大量采用“蛇行线＋贴片钽电容”来组成LC电路，因为蛇行线在电路板上来回折行，也可以看作一个小电感。

三、电感的主要特性参数

  2.1电感量L

  电感量L表示线圈本身固有特性，与电流大小无关。

除专门的电感线圈（色码电感）外，电感量一般不专门标注在线圈上，而以特定的名称标注。

  2.2感抗XL

  电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL，单位是欧姆。

它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL

  2.3品质因素Q

  品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量，Q为感抗XL与其等效的电阻的比值，即：

Q=XL/R。

线圈的Q值愈高，回路的损耗愈小。

线圈的Q值与导线的直流电阻，骨架的介质损耗，屏蔽罩或铁芯引起的损耗，高频趋肤效应的影响等因素有关。

线圈的Q值通常为几十到几百。

采用磁芯线圈，多股粗线圈均可提高线圈的Q值。

  2.4分布电容

  线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。

分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。

采用分段绕法可减少分布电容。

  2.5允许误差：

电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。

  2.6标称电流：

指线圈允许通过的电流大小，通常用字母A、B、C、D、E分别表示，标称电流值为50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。

四、常用电感线圈

  3.1单层线圈

  单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。

如晶体管收音机中波天线线圈。

  3.2蜂房式线圈

  如果所绕制的线圈，其平面不与旋转面平行，而是相交成一定的角度，这种线圈称为蜂房式线圈。

而其旋转一周，导线来回弯折的次数，常称为折点数。

蜂房式绕法的优点是体积小，分布电容小，而且电感量大。

蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制，折点越多，分布电容越小

  3.3铁氧体磁芯和铁粉芯线圈

  线圈的电感量大小与有无磁芯有关。

在空芯线圈中插入铁氧体磁芯，可增加电感量和提高线圈的品质因素。

  3.4铜芯线圈

  铜芯线圈在超短波范围应用较多，利用旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量，这种调整比较方便、耐用。

  3.5色码电感线圈

  是一种高频电感线圈，它是在磁芯上绕上一些漆包线后再用环氧树脂或塑料封装而成。

它的工作频率为10KHz至200MHz，电感量一般在0.1uH到3300uH之间。

色码电感器是具有固定电感量的电感器，其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记。

其单位为uH。

  3.6阻流圈（扼流圈）

  限制交流电通过的线圈称阻流圈，分高频阻流圈和低频阻流圈。

 3.7偏转线圈

  偏转线圈是电视机扫描电路输出级的负载，偏转线圈要求：

偏转灵敏度高、磁场均匀、Q值高、体积小、价格低。

五、电感的型号、规格及命名。

  国内外有众多的电感生产厂家，其中名牌厂家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。

  5.1片状电感

  电感量：

10NH～1MH

  材料：

铁氧体绕线型陶瓷叠层

  精度：

J=±5%K=±10%M=±20%

  尺寸：

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

  个别示意图：

  贴片绕线电感                                        贴片叠层电感

  5.2功率电感

  电感量：

1NH～20MH

  带屏蔽、不带屏蔽

  尺寸：

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

  个别示意图：

贴片功率电感                                          屏蔽式功率电感

  5.3片状磁珠

  种类：

CBG（普通型）阻抗：

5Ω～3KΩ

  CBH（大电流）阻抗：

30Ω～120Ω

  CBY（尖峰型）阻抗：

5Ω～2KΩ

  个别示意图：

贴片磁珠                                                         贴片大电流磁珠

  规格：

0402/0603/0805/1206/1210/1806（贴片磁珠）

  规格：

SMB302520/SMB403025/SMB853025（贴片大电流磁珠）

  5.4插件磁珠

  规格：

RH3.5

 5.5色环电感

  电感量：

0.1uH～22MH

  尺寸：

0204、0307、0410、0512

  豆形电感：

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%

  插件的色环电感                  读法：

同色环电阻的标示

  5.6立式电感

  电感量：

0.1uH～3MH

  规格：

PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

  5.7轴向滤波电感

  规格：

LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019

  电感量：

0.1uH-10mH。

  额定电流：

65mA~10A。

  Q值高，价位一般较低，自谐振频率高。

  5.8磁环电感

  规格：

TC3026/TC3726/TC4426/TC5026

  尺寸（单位mm）：

3.25~15.88

 5.9空气芯电感

  空气芯电感为了取得较大的电感值，往往要用较多的漆包线绕成，而为了减少电感本身的线路电阻对直流电流的影响，要采用线径较粗的漆包线。

但在一些体积较少的产品中，采用很重很大的空气芯电感不太现实，不但增加成本，而且限制了产品的体积。

为了提高电感值而保持较轻的重量，我们可以在空气芯电感中插入磁心、铁心，提高电感的自感能力，借此提高电感值。

目前，在计算机中，绝大部分是磁心电感。

六、常见的磁芯磁环

  铁粉芯系列

  材质有：

-2材（红/透明）、-8材（黄/红）、-18材（绿/红）、-26材（黄/白）、-28材（灰/绿）、-33材（灰/黄）、-38材（灰/黑）、-40材（绿/黄）、-45材（黑色）、-52材（绿/蓝）；尺寸：

外径大小从30到400D（注解：

外径从7.8mm到102mm）。

铁硅铝系列

  主要u值有：

60、75、90、125；尺寸：

外径大小从3.5mm到77.8mm。

 两种产品的规格除了主要的环形外，另有E形，棒形等，还可以根据客户提供的各项参数定做。

它们广泛应用于计算机主机板，计算机电源，电源供应器，手机充电器，灯饰变压调光器，不间断电源（UPS），各种家用电器控制板等。

八、电感在使用过程中要注意的事项

  8.1电感使用的场合

   潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性，还是阻抗特性等，都要注意。

  8.2电感的频率特性

  在低频时，电感一般呈现电感特性，既只起蓄能，滤高频的特性。

  但在高频时，它的阻抗特性表现的很明显。

有耗能发热，感性效应降低等现象。

不同的电感的高频特性都不一样。

  下面就铁氧体材料的电感加以解说：

  铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金，这种材料具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。

铁氧体材料通常在高频情况下应用，因为在低频时他们主要程电感特性，使得线上的损耗很小。

在高频情况下，他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。

实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。

实际上，铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。

铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由他的电阻特性决定的。

  8.3电感设计要承受的最大电流，及相应的发热情况。

  8.4使用磁环时，对照上面的磁环部分，找出对应的L值，对应材料的使用范围。

  8.5注意导线（漆包线、纱包或裸导线），常用的漆包线。

要找出最适合的线经。

电感线圈的选用常识

绝大多数的电子元器件，如电阻器、电容器。

扬声器等，都是生产部门根据规定的标准和系列进行生产的成品供选用。

而电感线圈只有一部分如阻流圈、低频阻流圈，振荡线圈和LG固定电感线圈等是按规定的标准生产出来的产品，绝大多数的电感线圈是非标准件，往往要根据实际的需要，自行制作。

由于电感线圈的应用极为广泛，如LC滤波电路、调谐放大电路、振荡电路、均衡电路、去耦电路等等都会用到电感线圈。

要想正确地用好线圈，还是一件较复杂的事情；这里提到的一些知识，有的是根据一些人的实践经验，只供读者参考。

1．电感线圈的串、并联

每一只电感线圈都具有一定的电感量。

如果将两只或两只以上的电感线圈串联起来总电感量是增大的，串联后的总电感量为：

L串=L1+L2+L3+L4……

线圈并联起来以后总电感量是减小的，并联后的总电感量为：

L并=1/（1/L1+1/L2+1/L3+1/L4+……）

上述的计算公式，是针对每只线圈的磁场各自隔离而不相接触的情况，如果磁场彼此发生接触，就要另作考虑了。

2．电感线圈的检测

   在选择和使用电感线圈时，首先要想到线圈的检查测量，而后去判断线圈的质量好坏和优劣。

欲准确检测电感线圈的电感量和品质因数Q，一般均需要专门仪器，而且测试方法较为复杂。

在实际工作中，一般不进行这种检测，仅进行线圈的通断检查和Q值的大小判断。

可先利用万用表电阻档测量线圈的直流电阻，再与原确定的阻值或标称阻值相比较，如果所测阻值比原确定阻值或标称阻值增大许多，甚至指针不动（阻值趋向无穷大X可判断线圈断线；若所测阻值极小，则判定是严重短路万果局部短路是很难比较出来人这两种情况出现，可以判定此线圈是坏的，不能用。

如果检测电阻与原确定的或标称阻值相差不大，可判定此线圈是好的。

此种情况，我们就可以根据以下几种情况，去判断线圈的质量即Q值的大小。

线圈的电感量相同时，其直流电阻越小，Q值越高；所用导线的直径越大，其Q值越大；若采用多股线绕制时，导线的股数越多，Q值越高；线圈骨架（或铁芯）所用材料的损耗越小，其Q值越高。

例如，高硅硅钢片做铁芯时，其Q值较用普通硅钢片做铁芯时高；线圈分布电容和漏磁越小，其Q值越高。

例如，蜂房式绕法的线圈，其Q值较平绕时为高，比乱绕时也高；线圈无屏蔽罩，安装位置周围无金属构件时，其Q值较高，相反，则Q值较低。

屏蔽罩或金属构件离线圈越近，其Q值降低越严重；对有磁芯的高频线圈，其Q值较天磁芯时为高；磁芯的损耗越小，其Q值也越高。

   在电源滤波器中使用的低频阻流圈，其Q值大小并不太重要，而电感量L的大小却对滤波效果影响较大。

要注意，低频阻流圈在使用中，多通过较大直流，为防止磁饱和，其铁芯要求顺插，使其具有较大气隙。

为防止线圈与铁芯发生击穿现象，二者之间的绝缘应符合要求。

所以，在使用前还应进行线圈与铁芯之间绝缘电阻的检测。

具体方法与变压器绝缘电阻的检测方法相同（可参阅变压器的检测）。

   对于高频线圈电感量L由于测试起来更为麻烦，一般都根据在电路使用效果适当调整，以确定其电感量是否合适。

   对于多个绕组的线圈，还要用万用表检测各绕组之间线圈是否短路；对于具有铁芯和金属屏蔽罩的线圈，要测量其绕组与铁芯或金属屏蔽罩之间是否短路。

3．绕制线圈的注意事项

   线圈在实际使用过程中，有相当数量品种的电感线圈是非标准件，都是根据需要有针对性进行绕制。

自行绕制时，要注意以下几点：

（1）根据电路需要，选定绕制方法

   在绕制空心电感线圈时，要依据电路的要求，电感量的大小以及线圈骨架直径的大小，确定绕制方法。

间绕式线圈适合在高频和超高频电路中使用，在圈数少于3圈到5圈时，可不用骨架，就能具有较好的特性，Q值较高，可达150－400，稳定性也很高。

单层密绕式线圈适用于短波、中波回路中，其Q值可达到150－250，并具有较高的稳定性。

（2）确保线圈载流量和机械强度，选用适当的导线

   线圈不宜用过细的导线绕制，以免增加线圈电阻，使Q值降低。

同时，导线过细，其载流量和机械强度都较小，容易烧断或碰断线。

所以，在确保线圈的载流量和机械强度的前提下，要选用适当的导线绕制。

   （3）绕制线圈抽头应有明显标志

   带有抽头的线圈应有明显的标志，这样对于安装与维修都很方便。

   （4）不同频率特点的线圈，采用不同材料的磁芯

   工作频率不同的线圈，有不同的特点。

在音频段工作的电感线圈，通常采用硅钢片或坡莫合金为磁芯材料。

低频用铁氧体作为磁芯材料，其电感量较大，可高达几亨到几十亨。

在几十万赫到几兆赫之间，如中波广播段的线圈，一般采用铁氧体芯，并用多股绝缘线绕制。

频率高于几兆赫时，线圈采用高频铁氧体作为磁芯，也常用空心线圈。

此情况不宜用多股绝缘线，而宜采用单股粗镀银线绕制。

在100MHz以上时，一般已不能用铁氧体芯，只能用空心线圈；如要作微调，可用钢芯。

使用于高频电路的阻流圈，除了电感量和额定电流应满足电路的要求外，还必须注意其分布电容不宜过大。

   4．提高线圈的Q值所采取的措施

   品质因数Q是反映线圈质量的重要参数，提高线圈的Q值，可以说是绕制线圈要注意的重点之一。

那么，如何提高绕制线圈的Q值呢，下面介绍具体的方法：

（1）根据工作频率，选用线圈的导线

   工作于低频段的电感线圈，一般采用漆包线等带绝缘的导线绕制。

工作频率高于几万赫，而低于2MHz的电路中，采用多股绝缘的导线绕制线圈，这样，可有效地增加导体的表面积，从而可以克服集肤效应的影响，使Q值比相同截面积的单根导线绕制的线圈高30％－50％。

在频率高于2MHz的电路中，电感线圈应采用单根粗导线绕制，导线的直径一般为0.3mm－1.5mm。

采用间绕的电感线圈，常用镀银铜线绕制，以增加导线表面的导电性。

这时不宜选用多股导线绕制，因为多股绝缘线在频率很高时，线圈绝缘介质将引起额外的损耗，其效果反不如单根导线好。

（2）选用优质的线圈骨架，减少介质损耗

   在频率较高的场合，如短波波段，因为普通的线圈骨架，其介质损耗显著增加，因此，应选用高频介质材料，如高频瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等作为骨架，并采用间绕法绕制。

   （3）选择合理的线圈尺寸，可以减少损耗

   外径一定的单层线圈（φ20mm-30mm），当绕组长度L与外径D的比值L/D=0.7时，其损耗最小；外径一定的多层线圈L/D＝0.2－0.5，用t/D＝0.25－0.1时，其损耗最小。

绕组厚度t、绕组长度L和外径D之间满足3t＋2L＝D的情况下，损耗也最小。

采用屏蔽罩的线圈，其L／D＝0.8－1.2时最佳。

   （4）选定合理屏蔽罩的直径

   用屏蔽罩，会增加线圈的损耗，使Q值降低，因此屏蔽罩的尺寸不宜过小。

然而屏蔽罩的尺寸过大，会增大体积，因而要选定合理屏蔽罩的直径尺寸。

   当屏蔽罩直径Ds与线圈直径D之比满足如下数值即Ds／D＝1.6－2.5时，Q值降低不大于10％。

   （5）采用磁芯可使线圈圈数显著减少

   线圈中采用磁芯，减少了线圈的圈数，不仅减小线圈的电阻值，有利Q值的提高，而且缩小了线圈的体积。

   （6）线圈直径适当选大些，利于减小损耗

在可能的条件下，线圈直径选得大一些，体积增大了一些，有利于减小线圈的损耗。

一般接收机，单层线圈直径取12mm－30mm；多层线圈取6mm－13mm，但从体积考虑，也不宜超过20mm－25mm的范围。

   （7）减小绕制线圈的分布电容

   尽量采用无骨架方式绕制线圈，或者绕制在凸筋式骨架上的线圈，能减小分布电容15％－20％；分段绕法能减小多层线圈的分布电容的1/3～l/2。

对于多层线圈来说，直径D越小，绕组长度L越小或绕组厚度t越大，则分布电容越小。

应当指出的是：

经过漫渍和封涂后的线圈，其分布电容将增大20％－30％。

   总之，绕制线圈，始终把提高Q值，降低损耗，作为考虑的重点。

   5．线圈使用、安装要注意的问题

   任何电子设备中的电子元器件安装板，都是经过工程技术人员根据使用的各种元器件的性能特点，精心安排、全面布局、合理设计出来的。

作为线圈的使用安装者，注意如下的几个问题就可以了。

（1）线圈的安装位置应符合设计要求

   线圈的装配位置与其他各种元器的相对位置要符合设计的规定，否则将会影响整机的正常工作。

例如，简单的半导体收音机中的高频阻流圈与磁性天线的位置要适当安排合理；天线线圈与振荡线圈应相互垂直，这就避免了相互耦合的影响。

（2）线圈在安装前，要进行外观检查

   使用前，应检查线圈的结构是否牢固，线匝是否有松动和松脱现象，引线接点有无松动，磁芯旋转是否灵活，有无滑扣等。

这些方面都检查合格后，再进行安装。

   （3）线圈在使用过程需要微调的，应考虑微调方法

   有些线圈在使用过程中，需要进行微调，依靠改变线圈圈数又很不方便，因此，选用时应考虑到微调的方法。

例如单层线圈可采用移开靠端点的数困线圈的方法，即预先在线圈的一端绕上3圈～4圈，在微调时，移动其位置就可以改变电感量。

实践证明，这种调节方法可以实现微调±2％－±3％的电感量。

应用在短波和超短波回路中的线圈，常留出半圈作为微调，移开或折转这半圈使电感量发生变化，实现微调。

多层分段线圈的微调，可以移动一个分段的相对距离来实现，可移动分段的圈数应为总圈数的20％－30％。

实践证明：

这种微调范围可达10％－15％。

具有磁芯的线圈，可以通过调节磁芯在线圈管中的位置，实现线圈电感量的微调。

   （4）使用线圈应注意保持原线圈的电感量

   线圈在使用中，不要随便改变线圈的形状。

大小和线圈间的距离，否则会影响线圈原来的电感量。

尤其是频率越高，即圈数越少的线圈。

所以，目前在电视机中采用的高频线圈，一般用高频蜡或其他介质材料进行密封固定。

另外，应注意在维修中，不要随意改变或调整原线圈的位置，以免导致失谐故障。

   （5）可调线圈的安装应便于调整

   可调线圈应安装在机器的易于调节的位置，以便于调整线圈的电感量达到最佳的工作状态。

电感和磁珠的区别

 电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。

两者都可用于处理EMC、EMI问题。

磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDRSDRAM，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错50MHZ。

地的连接一般用电感，电源的连接也用电感，而对信号线则采用磁珠？