基础元器件里面,电阻接触的比较早,也比较贴近实际,所以比较好理解,电容因为经常用,所以也有些概念,但对于电感,绝大多数人没有概念,这样就阻碍了对模拟电路深入理解,对于模拟电路,尤其是干扰方面,最大的干扰源往往是电感引起的,所以理解电感对于降低干扰,提高系统可靠性有很大的帮助。

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电感与电容一样,都是自身不消耗能量的存储器件,从虚坐标上看,电阻属于实部,那么电感存储磁场属于虚部的上半部,电容存储电场属于虚部的下半部,可以认为电感恰好是电容的反面,所以借用电容的一些参数来理解电感,理解起来比较容易些。

1、材料:

电容分为铝电解电容、钽电容、聚丙烯有机薄膜电容、瓷片电容、云母电容

电感分为硅钢片电感、铁粉芯电感、铁硅铝电感、锰锌铁氧体电感、镍锌铁氧体电感

适合频率从低到高,不同场合要不同应用。功率电感跟高频电感的材质是不同的,要区分。

2、特征量:

电容量:表征储存电场的能力。
电感量:表征储存磁场的能力。

这个大家一般都理解

3、储存极限:

电容耐压:表征储存电场电压的最大值。
电感耐流:表征存储磁场电流的最大值。

电感耐流是大家经常忽视的,这个一般受两个指标影响,一个是电感铜丝的内阻发热量,属于线损,尤其有直流分量的时候,要特别注意这个参数,另外一个是电流导致的磁饱和最大值,所以要分情况选择,首先要计算发热在承受范围内,其次要磁场不能饱和,若饱和,电感就失效了。

电容大家往往关心耐压,这个等价于电感的耐流磁饱和问题,实际上它的线损发热,一般在大功率开关电源中要考虑,电解电容在大功率开关电源中因为不停的充放电,电容发热,电解液干枯而失效,这个一般不做开关电源的,一般接触不到,本人做高频焊接机,输出部分用的电容是云母电容,工作在1MHz,电流有600A,经常发热把电容炸掉,所以对电容的损耗理解的相对深些,当然电容的损耗还有介质损耗,比如在高频机里,用CBB材料的相对云母,损耗就很高,很容易坏,介质损耗反而是成了主要的因素。

4、损耗:

电容线损和介质损耗:这个看工作场合,不同频率下比例关系不同。
电感线损和磁滞损耗:这个看工作场合,不同频率下比例关系不同。

5、寄生:

电容:根据材料工艺不同,比如铝电解电容,是采用绕制的,电感量较大,频率不高。
电感:根据材料工艺不同,比如高频下绕线与绕线之间懂得电容效应,寄生电容较大,频率上不去。

6、辐射干扰:

电容:电场约束在金属片两极之间,辐射能力差,一些场合用电容泵替代电感做升压或降压电源。
电感:功率电感,磁场耦合性较强,在磁密封不严的时候,容易干扰外部,并且磁场的激励源是电流,容易导致地干扰。

7、变压器:

电容不同于电感的一个很大的地方,就是没有常用的变压器,这个并不是电容不能做,而是电容相对于电感来说,做成的变压器,功率低,体积大,不实用。

变压器实际上也不复杂,只是大家一般不会等效,任何变压器都可以等效为一个理想变压器,初级并联初级的电感,次级串联次级的电感即可。之后按电感的基本逻辑分析即可。

8、标准化:

电感最难的地方,上面说过是为了获取最大电流,这个也就是磁饱和值,至于如何获取,可以参考之前一篇“磁性材料应用入门”,通过电感表和一个软件工具来实现即可。电感,尤其大一些功率的,或者变压器,一般都没有标准品,这个不如电容,往往需要根据实际情况定制,所以让大家觉的难,所谓定制,无非就是功率,损耗发热和磁饱和的的考虑平衡。

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电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件,具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性,频率越高,线圈阻抗越大。电感器电感量的大小,主要取决于线圈的圈数(匝数)、绕制方式、有无磁心及磁心的材料等。而电感是闭合回路的一种属性,即当通过闭合回路的电流改变时,会出现电动势来抵抗电流的改变。

1、具体电感的定义

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。L=ψ/I

2、电感的符号与单位

电感符号:L

电感单位:亨 (H)、毫亨(mH)、微亨 (uH) 、納亨(nH),1H=103mH=106uH=109nH。

3、电感的分类

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。

4、电感的主要特性参数

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的关系为感抗计算公式:XL=2πfL

品质因素Q: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 。

5、常用电感线圈

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。

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,分布电容越小

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。

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。

色码电感线圈:是一种高频电感线圈,它是在磁芯上绕上一些漆包线后再用环氧树脂或塑料封装而成。它的工作频率为10KHz至200MHz,电感量一般在0.1uH到3300uH之间。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。其单位为uH。

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。

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。

6、电感在电路中的作用

基本作用: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=2πfL 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,还与电流变化速度△i/△t

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。

7、电感的符号

电感量的标称:直标式、色环标式、无标式

电感方向性:无方向

检查电感好坏方法:用电感测量仪测量其电感量;用万用表测量其通断,理想的电感电阻很小,近乎为零。

8、电感的型号、规格及命名

片状电感

电感量:10NH~1MH
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

功率电感

电感量:1NH~20MH
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;

片状磁珠

种类:CBG(普通型) 阻抗:5Ω~3KΩ
CBH(大电流) 阻抗:30Ω~120Ω
CBY(尖峰型) 阻抗:5Ω~2KΩ

贴片大电流磁珠

规格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(贴片磁珠)
规格:SMB302520/SMB403025/SMB853025(贴片大电流磁珠)

插件磁珠

规格:RH3.5
规格 A B C 阻抗值(Ω)
10mHz 100mHz
RH3.5X4.7X0.8 3.5±0.15 4.7±0.3 62±2 20 45
RH3.5X6X0.8 3.5±0.15 6±0.3 62±2 25 65
RH3.5X9X0.08 3.5±0.15 9±0.3 62±2 40 105

色环电感

电感量:0.1uH~22MH
尺寸:0204、0307、0410、0512
豆形电感:0.1uH~22MH
尺寸:0405、0606、0607、0909、0910
精度:J=±5% K=±10% M=±20%

立式电感

电感量:0.1uH~3MH
规格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

轴向滤波电感

规格:LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019
电感量:0.1uH-10mH。
额定电流:65mA~10A。
Q值高,价位一般较低,自谐振频率高。

磁环电感

规格:TC3026/TC3726/TC4426/TC5026
尺寸(单位mm):3.25~15.88

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。

9、常见的磁芯磁环

铁粉芯系列

材质有:-2材(红/透明)、-8材(黄/红)、-18材(绿/红)、-26材(黄/白)、-28材(灰/绿)、-33材(灰/黄)、-38材(灰/黑)、-40材(绿/黄)、-45材(黑色)、-52材(绿/蓝);尺寸:外径大小从30到400D(注解:外径从7.8mm到102mm)。

铁硅铝系列

主要u值有:60、75、90、125;尺寸:外径大小从3.5mm到77.8mm。

两种产品的规格除了主要的环形外,另有E形,棒形等,还可以根据客户提供的各项参数定做。它们广泛应用于计算机主机板,计算机电源,电源供应器,手机充电器,灯饰变压调光器,不间断电源(UPS),各种家用电器控制板等。

10、电感和磁珠的什么联系与区别

1、电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件

2、电感多用于电源滤波回路,磁珠多用于信号回路,用于EMC对策

3、磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。EMI的两个途径,即:辐射和传导,不同的途径采用不同的抑制方法。前者用磁珠,后者用电感。

4、磁珠是用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHZ。

5、电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上。一般地的连接和电源的连接。在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。对信号线也采用磁珠。

11、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。所以我们就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(0.2uH)则取其平均值,记得电感的理论值;若相差过大()0.3 uH)则重复步骤2~步骤6,直到取到电感的理论值。

不同的仪器能测量的电感参数都有一些出入。因此,做任何测量前的熟悉你的测量仪器。你的仪器能做什么。然后按照它给你的操作说明去做即可。

12、电感在使用过程中要注意的事项

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。

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。

来源:EDN电子技术设计

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