電感在電路中的作用與使用方法
 

一、電感器的定義

電感的定義：

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

  當形成閉合回路時，此感應電勢就要產(chǎn)生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產(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。電感線圈有與力學中的慣性相類似的特性，在電學上取名為“自感應”，通常在 拉開閘刀開關或接通閘刀開關的瞬間，會發(fā)生火花，這就是自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應電勢所造成的。

   總之，當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。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)有關的一個參量，它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關。

電感線圈與變壓器

   電感線圈：導線中有電流時，其周圍即建立磁場。通常我們把導線繞成線圈，以增強線圈內(nèi)部的磁場。電感線圈就是據(jù)此把導線（漆包線、紗包或裸導線）一圈靠一圈（導線間彼此互相絕緣）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)生感應電壓，而且能使附近的線圈中產(chǎn)生感應電壓，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的線圈一般叫變壓器。

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=10*10*10mH=10*10*10*10*10*10uH。

電感的分類：

   按電感形式分類：固定電感、可變電感；

   按導磁體性質(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；

   按繞線結構分類：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；

   按結構特點分類：磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。

二、電感的主要特性參數(shù)

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。除專門的電感線圈（色碼電感）外，電感量一般不專門標注在線圈上，而以特定的名稱標注。

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的關系為XL=2πfL。

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，高頻趨膚效應的影響等因素有關。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。

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。

允許誤差

   電感量實際值與標稱之差除以標稱值所得的百分數(shù)。

標稱電流

   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，標稱電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。

三、常用電感線圈

單層線圈

   單層線圈是用絕緣導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。

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。

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。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。

銅芯線圈

   銅芯線圈在超短波范圍應用較多，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。

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，其電感量標志方法同電阻一樣以色環(huán)來標記。其單位為uH。

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。

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。

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=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。

   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=1/2Li2?？梢?，線圈電感量越大，流過越大，儲存的電能也就越多。

電感的符號

   電感量的標稱：直標式、色環(huán)標式、無標式；

   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。

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，其中廠家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。

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。

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。

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）。

插件磁珠

   規(guī)格：RH3.5。

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)電阻的標示。

立式電感

   電感量：0.1uH～3MH；

   規(guī)格：PK0455/PK0608/PK0810/PK0912。

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。

磁環(huán)電感

   規(guī)格：TC3026/TC3726/TC4426/TC5026；

   尺寸（單位mm）：3.25~15.88。

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、電感在電路中的應用

  電感在電路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，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，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，頻率較高的容易被電感阻抗，這就可以抑制較高頻率的干擾信號。

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。

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）；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。它們廣泛應用于計算機主機板，計算機電源，電源供應器，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。

八、電感與磁珠的聯(lián)系與區(qū)別

電感和磁珠有什么聯(lián)系與區(qū)別

   1、電感是儲能元件，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，磁珠多用于信號回路，用于EMC對策；

   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)重于抑制傳導性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問題。EMI的兩個途徑，即：輻射和傳導，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，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲器電路（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)字地結合的地方用磁珠。對信號線也采用磁珠。

  磁珠的大小（確切的說應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，對直流電阻低，對高頻電阻高。比如 1000R@100Mhz就是說對100M頻率的信號有1000歐姆的電阻。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產(chǎn)生的阻抗來標稱的，阻抗的單位也是歐姆。 磁珠的datasheet上一般會附有頻率和阻抗的特性曲線圖。一般以100MHz為標準，比如2012B601，就是指在100MHz的時候磁珠的 Impedance為600歐姆。

九、部分電感的計算公式

環(huán)形電感

   針對環(huán)形CORE，有以下公式可利用:(IRON)

   L=N2*ALL=電感量(H)AL=感應系數(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=磁路長度(cm)；

   l及AL值大小，可參照Micrometa對照表。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；

   當通過10A電流時，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%)。

電感計算

   介紹一個經(jīng)驗公式：
   L=(k*μ0*μs*N2*S)/l；
   其中，
   μ0為真空磁導率=4π*10(-7)。（10的負七次方）；
   μs為線圈內(nèi)部磁芯的相對磁導率，空心線圈時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線圈的長度，單位為米；
   k系數(shù)，取決于線圈的半徑（R）與長度(l)的比值；
   計算出的電感量的單位為亨利；
   以上均為理論值，實際的電量以實測為準。

十、電感的測量

   電感測量的兩類儀器：RLC測量（電阻、電感、電容三種都可以測量）和電感測量儀；
   電感的測量：空載測量（理論值）和在實際電路中的測量（實際值）；
   由于電感使用的實際電路過多，難以類舉。所以我們就在空載情況下的測量加以解說。

電感量的測量步驟：（RLC測量）
   1、熟悉儀器的操作規(guī)則（使用說明），及注意事項；
   2、開啟電源，預備15~30分鐘；
   3、選中L檔，選中測量電感量；
   4、把兩個夾子互夾并復位清零；
   5、把兩個夾子分別夾住電感的兩端，讀數(shù)值并記錄電感量；
   6、重復步驟4和步驟5，記錄測量值。要有5~8個數(shù)據(jù)；
   7、比較幾個測量值：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）則重復步驟2~步驟6，直到取到電感的理論值；
   不同的儀器能測量的電感參數(shù)都有一些出入。因此，做任何測量前的熟悉你的測量儀器。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

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。

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)生的電容小。鐵氧體材料通常在高頻情況 下應用，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。

電感設計要承受的大電流，及相應的發(fā)熱情況。
使用磁環(huán)時，對照上面的磁環(huán)部分，找出對應的L值，對應材料的使用范圍。
注意導線（漆包線、紗包或裸導線），常用的漆包線。要找出適合的線經(jīng)。