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：

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

  當形成閉合回路時，此感應電勢就要產生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產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，致使線圈不斷產生電磁感應。這種因線圈本身電流的變化而產生的電動勢，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，不但在自身兩端產生感應電壓，而且能使附近的線圈中產生感應電壓，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；

   按導磁體性質分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈；

   按工作性質分類：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉線圈；

   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。

品質因素Q

  品質因素Q是表示線圈質量的一個物理量，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。

偏轉線圈

   偏轉線圈是電視機掃描電路輸出級的負載，偏轉線圈要求：偏轉靈敏度高、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?？梢姡€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

   國內外有眾多的電感生產廠家，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。