電子工程師必備:電感基礎(chǔ)知識總結(jié)
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,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,其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線,不隨時間而變化;可是當(dāng)在線圈中通過交流電流時,其周圍將呈現(xiàn)出隨時間而變化的磁力線。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產(chǎn)生感應(yīng)電勢,此感應(yīng)電勢相當(dāng)于一個“新電源”。
當(dāng)形成閉合回路時,此感應(yīng)電勢就要產(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,會發(fā)生火花,這就是自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢所造成的?傊,當(dāng)電感線圈接到交流電源上時,線圈內(nèi)部的磁力線將隨電流的交變而時刻在變化著,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)生的電動勢,稱為“自感電動勢”。由此可見,電感量只是一個與線圈的圈數(shù)、大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的一個參量,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,其周圍即建立磁場。通常我們把導(dǎo)線繞成線圈,以增強線圈內(nèi)部的磁場。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,電感線圈只有一個繞組。變壓器:電感線圈中流過變化的電流時,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電感的符號與單位
電感符號:L
電感單位:亨(H)、毫亨(mH)、微亨(uH),1H=103mH=106uH。
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:用電感測量儀測量其電感量;用萬用表測量其通斷,理想的
電感電阻很小,近乎為零。
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:單層線圈、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 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”
細化解說:在電子線路中,電感線圈對交流有限流作用,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;變壓器可以進行交流耦合、變壓、變流和阻抗變換等。
由感抗XL=2πf L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:電感線圈也是一個儲能元件,它以磁的形式儲存電能,儲存的電能大小可用下式表示:WL=1/2 Li2。可見,線圈電感量越大,流過越大,儲存的電能也就越多。電感在電路最常見的作用就是與電容一起,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的直流電通過LC濾波電路(如圖),那么,交流干擾信號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,其中的交流干擾信號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。C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,因為蛇行線在電路板上來回折行,也可以看作一個小電感。
三、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=2πf L
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:電感量實際值與標(biāo)稱之差除以標(biāo)稱值所得的百分數(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。
四、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),常稱為折點數(shù)。蜂房式繞法的優(yōu)點是體積小,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來繞制,折點越多,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。
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)線圈是電視機掃描電路輸出級的負載,偏轉(zhuǎn)線圈要求:偏轉(zhuǎn)靈敏度高、磁場均勻、Q值高、體積小、價格低。
五、 電感的型號、規(guī)格及命名。
國內(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: 0 4 0 2 0 6 0 3 0 8 0 5 10 0 8 12 0 6 1210 1812 10 0 8 =2 . 5m m* 2 .0 m m
1210=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%
5.6 立式電感
電感量:0.1uH~3MH
規(guī)格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912
5.7 軸向濾波電感
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,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,在計算機中,絕大部分是磁心電感。
六、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);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)客戶提供的各項參數(shù)定做。它們廣泛應(yīng)用于計算機主機板,計算機電源,電源供應(yīng)器,手機充電器,燈飾變壓調(diào)光器,不間斷電源(UPS),各種家用電器控制板等。
七、電感在使用過程中要注意的事項
7.1電感使用的場合
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。
7.2電感的頻率特性
在低頻時,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,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,因為在低頻時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。
7.3 電感設(shè)計要承受的最大電流,及相應(yīng)的發(fā)熱情況
7.4 使用磁環(huán)時,對照上面的磁環(huán)部分,找出對應(yīng)的L值,對應(yīng)材料的使用范圍。7.5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)。
編輯:admin 最后修改時間:2017-12-13