电感器(Induetor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件电感器的 结构类似于变压器,但只有一个绕组电感器具有一定的电感,它只阻碍电流 的变化如果电感器在没有电流通过的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流 流过它;如果电感器在有电流通过的状态下,电路断开时它将试图维持电流不 变电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器结构电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心等组成1、 骨架 骨架泛指绕制线圈的支架一些体积较大的固定式电感器或可调 式电感器(如振荡线圈、阻流圈等),大多数是将漆包线(或纱包线)环绕在 骨架上,再将磁心或铜心、铁心等装入骨架的内腔,以提高其电感量骨架通 常是采用塑料、胶木、陶瓷制成,根据实际需要可以制成不同的形状小型电 感器(例如色码电感器)一般不使用骨架,而是直接将漆包线绕在磁心上空 心电感器(也称脱胎线圈或空心线圈,多用于高频电路中)不用磁心、骨架和 屏蔽罩等,而是先在模具上绕好后再脱去模具,并将线圈各圈之间拉开一定距 离2、 绕组 绕组是指具有规定功能的一组线圈,它是电感器的基本组成部分 绕组有单层和多层之分单层绕组又有密绕(绕制时导线一圈挨一圈)和间绕(绕制时每圈导线之间均隔一定的距离)两种形式;多层绕组有分层平绕、乱 绕、蜂房式绕法等多种。
3、 磁心与磁棒磁心与磁棒一般采用镍锌铁氧体(NX系列)或锰锌铁氧体 (MX系列)等材料,它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多种形状4、 铁心铁心材料主要有硅钢片、坡莫合金等,其外形多为“E”型5、 屏蔽罩为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件 正常工作,就为其增加了金属屏幕罩(例如半导体收音机的震荡线圈等)采 用屏蔽罩的电感器,会增加线圈的损耗,使Q值降低6、 封装材料 有些电感器(如色码电感器、色环电感器等)绕制好后,用 封装材料将线圈和磁心等密封起来封装材料采用塑料或环氧树脂等铜线圈电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部周围产生交变磁通,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;铜线圈可是当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 根据法拉第电磁感应定律一磁生电来分析,变化的磁力线圈两端会产生感 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 磁力线的变化的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流中电流变化的特性。
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代换原则:1、电感线圈必须原值代换(匝数相等,大小相同)2、贴片 电感只须大小相同即可,还可用0欧电阻或导线代换电感分类自感器当线圈中有电流通过时候,线圈的周围就会产生磁场当线圈中电流发生 变化时,其周围的磁场也产生相应的变化,此变化的磁场可使线圈自身产生感 应电动势(感生电动势)(电动势用以表示有源元件理想电源的端电压),这 就是自感用导线绕制而成,具有一定匝数,能产生一定自感量或互感量的电子元件,常 称为电感线圈为增大电感值,提高品质因数,缩小体积,常加入铁磁物质制成的 铁芯或磁芯电感器的基本参数有电感量、品质因数、固有电容量、稳定性、 通过的电流和使用频率等由单一线圈组成的电感器称为自感器,它的自感量又 称为自感系数。
互感器两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线 圈,这种影响就是互感互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦 合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器电感的测量电感测量的两类仪器:RLC测量(电阻、电感、电容三种都可以测量)和 电感测量仪电感的测量:空载测量(理论值)和在实际电路中的测量(实际值)由 于电感使用的实际电路过多,难以类举只有在空载情况下的测量加以解说 电感量的测量步骤(RLC测量):1、 熟悉仪器的操作规则(使用说明),及注意事项2、 开启电源,预备15—30分钟3、 选中L档,选中测量电感量4、 把两个夹子互夹并复位清零5、 把两个夹子分别夹住电感的两端,读数值并记录电感量6、 重复步骤4和步骤5,记录测量值要有5—8个数据7、 比较几个测量值:若相差不大(0.2口H)则取其平均值,记得电感的理 论值;若相差过大(0.3 口H)则重复步骤2—步骤6,直到取到电感的理论值因为不同仪器所测量的电感参数会有一些不同所以要在做测量前熟悉要 使用测量仪器,了解仪器的具体功能,然后按照仪器的操作说明规范操作线路图标注方法电感器1、直标法:在电感线圈的外壳上直接用数字和文字标出电感线圈的电感量,允许误差及最大工作电流等主要参数。
2、色标法:色标法:即用色环表示电感量,单位为mH,第一二位表示有 效数字,第三位表示倍率,第四位为误差好坏判断1、 电感测量:将万用表打到蜂鸣二极管档,把表笔放在两引脚上,看万用 表的读数2、 好坏判断:对于贴片电感此时的读数应为零,若万用表读数偏大或为无 穷大则表示电感损坏对于电感线圈匝数较多,线径较细的线圈读数会达到几十到时几百,通常 情况下线圈的直流电阻只有几欧姆损坏表现为发烫或电感磁环明显损坏,若 电感线圈不是严重损坏,而又无法确定时,可用电感表测量其电感量或用替换 法来判断汪意事项一、 电感类元件,其铁心与绕线容易因温升效果产生感量变化,需注意其 本体温度必须在使用规格范围内.二、 电感器之绕线,在电流通过后容易形成电磁场在元件位置摆放时, 需注意使相临之电感器彼此远离,或绕线组互成直角,以减少相互间之感应量三、 电感器之各层绕线间,尤其是多圈细线,亦会产生间隙电容量,造成 高频信号旁路,降低电感器之实际滤波效果四、 以仪表测试电感值与Q值时,为求数据正确,测试引线应尽量接近元 件本体••电感的基本原理电感,和电容、电阻一起,是电子学三大基本无源器件;电感的功能就是 以磁场能的形式储存电能量。
以圆柱型线圈为例,简单介绍下电感的基本原理电感符号IIIMl□rwins当恒定电流流过线圈时,根据右手螺旋定则,会形成一个图如上图所示,示方向的静磁场而电感中流过交变电流,产生的磁场就是交变磁场,变化的 磁场产生电场,线圈上就有感应电动势,产生感应电流:• 电流变大时,磁场变强,磁场变化的方向与原磁场方向相同,根据左手螺旋定则,产生的感应电流与原电流方向相反,电感电流减小;• 电流变小时,磁场变弱,磁场变化的方向与原磁场方向相反,根据左手螺旋定则,产生的感应电流与原电流方向相同,电感电流变大以上就是楞次定律,最终效果就是电感会阻碍流过的电流产生变化,就是 电感对交变电流呈高阻抗同样的电感,电流变化率越高,产生的感应电流越 大,那么电感呈现的阻抗就越高;如果同样的电流变化率,不同的电感,如果 产生的感应电流越大,那么电感呈现的阻抗就越高所以,电感的阻抗于两个因素有关:一是频率;二是电感的固有属性,也 就电感的值,也称为电感根据理论推导,圆柱形线圈的电感公式如下:N2*S 其申:L为线圈电感,单位H (亨利〕"为芯柱的磁导率I H/mN为线圏的恿匝数5为线圈的欖截面积.m2/为线圈的细向ife®. m可以看出电感的大小与线圈的大小及内芯的材料有关。
实际电感的特性不仅仅有电感的作用,还有其他因素,如:• 绕制线圈的导线不是理想导体,存在一定的电阻;• 电感的磁芯存在一定的热损耗;•电感内部的导体之间存在着分布电容因此,需要用一个较为复杂的模型来表示实际电感,常用的等效模型如下:Rp为磁芯损耗的等效电阻Rs为导线损耗的等效电阻mmCp为电极之闾的等效电客L为电惑的实际感值等效模型形式可能不同,但要能体现损耗和分布电容根据等效模型,可 以定义实际电感的两个重要参数:1. 自谐振频率(Self-Resonance Frequency)由于Cp的存在,与L 一起构成了 一个谐振电路,其谐振频率便是电感的自谐振频率在自谐振频率前,电感的阻抗随着频率增加而变大;在自谐振频率后,电感的阻抗随着频率增加而 变小,就呈现容性2. 品质因素(Quali ty Fac tor)①■角频率Q =斗土 L:电葩r :等效电眠也就是电感的Q值,电感储存功率与损耗功率的比,Q值越高,电感的损 耗越低,和电感的直流阻抗直接相关的参数自谐振频率和Q值是高频电感的 关键参数02电感的工艺结构电感的工艺大致可以分为 3种:2.1 绕线电感(Wire Wound Type)顾名思义就是把铜线绕在一个磁芯上形成一个线圈,绕线的方式有两种:1.圆柱形绕法(Round Wound)圆柱形绕法很常见,应用也很广,例如:2•平面形绕法(Fla t Wound)平面形绕法也很常见,大家一定见过一掰就断的蚊 香。
平面形绕法优点很明显,就是减小了器件的高度由前文的公式可知,磁 芯的磁导率越大,电感值越大,磁芯可以是:• 非磁性材料:例如空气芯、陶瓷芯,貌似就不能叫磁芯了;这样电感值较小,但是基本不存在饱和电流铁磁性材料:例如铁氧体、波莫合金等等;合金磁导率比铁氧体大;铁磁性材 料存在磁饱和现象,有饱和电流绕线电感可提供大电流、高感值;磁芯磁导率越大,同样的感值,绕线就 少,绕线少就能降低直流电阻;同样的尺寸,绕线少可以绕粗,提高电流另外,电源设计中,经常遇到电感啸叫的问题,本质就是磁场的变化引起 了导体,也就是线圈的振动,振动的频率刚好在音频范围内,人耳就可以听见 合金一体成型电感,比较牢固,可以减少振动2.2 多层片状电感(Multilayer Type)多层片状电感的制作工艺:将铁氧体或陶瓷浆料干燥成型,交替印刷导电 浆料,最后叠层、烧结成一体化结构(Monolithic)多层片状电感的比绕线电感尺寸小,标准化封装,适合自动化高密度贴装 一体化结构,可靠性高,耐热性好2.3 薄膜电感(Thin Film Type)薄膜电感采用的是类似于IC制作的工艺,在基底上镀一层导体膜,然后采 用光刻工艺形成线圈,最后增加介质层、绝缘层、电极层,封装成型。
薄膜器件的制作工艺,如下图所示薄巖带通滤波器的结抽及制造方法划片 tfU Dicing Saw)介匡层导体图型(Pattern) 分戒宅惑和电容*卜漆展(Overcoat Lay^r1)薄菠皑子元件通过薄膜工艺技术在 品*上制榨.再歳一牛半片狀 元蚌(蒲腹皆通注:枝稱〕l.Qmin-K 鼻 O-Smm^ x 0 3刑 E 高 号LTCC:方法相比]休积减少1/4光刻工艺的精度很高,制作出来的线条更窄、边缘更清晰因此,薄膜电感具有• 更小的尺寸,008004封装• 更小的 Value Step , O.lnH• 更小的容差,0.05nH• 更好的频率稳定性03电感的应用及选型 电感,从工艺技术上,领先的基本上是三大日系厂商: TDK、Murata、T。