电感的基础知识

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1、 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

2、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。 简单的说电感线圈就是由导线一圈*一圈地绕在绝缘管上,导线彼此互相绝缘,而绝缘管可 以是空心的,也可以包含铁芯或磁粉芯,简称电感。用 L 表示,单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微

3、亨利(uH),1H=103mH=106uH。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 3.3 电感线圈的主要特性参数电感量 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。 感抗 XL: 电感线圈对交流电流阻碍作用的大

4、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=2fL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。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

5、少分布电容。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。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 。3.4 常用线圈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。 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,

6、分 布电容越小 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。 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。 5)色码电感器 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。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。 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。3.5 电感的型号、规格及命名 国内外有众多的电感生产厂

7、家,其中名牌厂家有 SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM 等。1)片状电感电感量:10NH1MH材料:铁氧体 绕线型陶瓷叠层精度: J=5% K=10% M=20%尺寸: 0402 0603 0805 1008 1206 1210 1812 1008=2.5mm*2.0mm 1210=3.2mm*2.5mm 2)功率电感电感量:1NH20MH 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;3)

8、片状磁珠种类:CBG(普通型)阻抗:53KCBH(大电流)阻抗:30120CBY(尖峰型)阻抗:52K规格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(贴片磁珠)规格:SMB302520/SMB403025/SMB853025(贴片大电流磁珠)4)插件磁珠规格5)色环电感电感量:0.1uH22MH尺寸:0204、0307、0410、0512豆形电感:0.1uH22MH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6)立式电感电感量:0.1uH3MH规格:PK

9、0455/PK0608/PK0810/PK09127)轴向滤波电感规格:LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019电感量:0.1uH-10mH。额定电流:65mA10A。Q 值高,价位一般较低,自谐振频率高。8)磁环电感规格:TC3026/TC3726/TC4426/TC5026尺寸(单位 mm):3.2515.889)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

10、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。3.6 电感在电路中的作用 电感在电路最常见的功能就是与电容一起,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

11、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。 电感的基本作用还包括: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=2fL 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

12、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=1/2 Li2 。可见,线圈电感量越大,流过越大,储存的电能也就越多。3.7 电感的使用常识。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。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

13、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。3) 电感设计要承受的最大电流,及相应的发热情况。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。5)

14、 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。3.8 电感器、变压器的检测方法。1)色码电感器的的检测将万用表置于 R1 挡,红、黑表笔各接色码电感器的任一引出 端,此时指针应向右摆动。根据测出的电阻值大小,可具体分下述三种情况进行鉴别:A 被 测色码电感器电阻值为零,其内部有短路性故障。B 被测色码电感器直流电阻值的大小与绕 制电感器线圈所用的漆包线径、绕制圈数有直接关系,只要能测出电阻值,则可认为被测色 码电感器是正常的。2)中周变压器的检测 A 将万用表拨至 R1 挡,按照中周变压器的各绕组引脚排列规律, 逐一检查各绕组的通断情况,进而判断其是否正常。B 检测绝

15、缘性能将万用表置于 R10k 挡,做如下几种状态测试:(1)初级绕组与次级绕组之间的电阻值;(2)初级绕组与外壳 之间的电阻值;(3)次级绕组与外壳之间的电阻值。上述测试结果分出现三种情况:(1) 阻值为无穷大:正常;(2)阻值为零:有短路性故障;(3)阻值小于无穷大,但大于零: 有漏电性故障。3)电源变压器的检测 A 通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象。如线圈 引线是否断裂,脱焊,绝缘材料是否有烧焦痕迹,铁心紧固螺杆是否有松动,硅钢片有无锈 蚀,绕组线圈是否有外露等。 B 绝缘性测试。用万用表 R10k 档分别测量铁心与初级,初 级与各次级、铁心与各次级、静电屏蔽层与初次级、次级

16、各绕组间的电阻值,万用表指针均 应指在无穷大位置不动。否则,说明变压器绝缘性能不良。C 线圈通断的检测。将万用表置 于 R1 挡,测试中,若某个绕组的电阻值为无穷大,则说明此绕组有断路性故障。D 判别 初、次级线圈。 电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧引出的,并且初级绕组多标有 220V 字 样,次级绕组则标出额定电压值,如 15V、24V、35V 等。再根据这些标记进行识别。E 空载 电流的检测。 (a)直接测量法。将次级所有绕组全部开路,把万用表置于交流电流挡 (500mA,串入初级绕组。当初级绕组的插头插入 220V 交流市电时,万用表所指示的便是空 载电流值。此值不应大于变压器满载电流的 1020。一般常见电子设备电源变压器的 正常空载电流应在 100mA 左右。如果超出太多,则说明变压器有短路性故障。 (b)联一个 10/5W 的电阻,次级仍全部空载。把万用表拨至交流电压挡。加电后,用两表笔测出电阻 R 两端的电压降 U,然后用欧姆定律算出空载电流 I

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