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    中山市五環(huán)電感廠

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    電感器的基礎(chǔ)知識

    2014-7-21  閱讀(483)

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      一、電感概述
      
      1.1電感的定義:
      
      電感是導(dǎo)線內(nèi)通過交流電流時,在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍產(chǎn)生交變磁通,導(dǎo)線的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。
      
      當(dāng)電感中通過直流電流時,其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線,不隨時間而變化;可是當(dāng)在線圈中通過交流電流時,其周圍將呈現(xiàn)出隨時間而變化的磁力線。根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律---磁生電來分析,變化的磁力線在線圈兩端會產(chǎn)生感應(yīng)電勢,此感應(yīng)電勢相當(dāng)于一個“新電源”。當(dāng)形成閉合回路時,此感應(yīng)電勢就要產(chǎn)生感應(yīng)電流。由楞次定律知道感應(yīng)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(xué)中的慣性相類似的特性,在電學(xué)上取名為“自感應(yīng)”,通常在拉開閘刀開關(guān)或接通閘刀開關(guān)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(yīng)電勢所造成的。
      
      總之,當(dāng)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(yīng)。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(guān)的一個參量,它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關(guān)。
      
      1.2電感線圈與變壓器
      
      電感線圈:導(dǎo)線中有電流時,其周圍即建立磁場。通常我們把導(dǎo)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(dǎo)線(漆包線、紗包或裸導(dǎo)線)一圈靠一圈(導(dǎo)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(yīng)電壓,而且能使附近的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)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(yīng)的線圈一般叫變壓器。
      
      1.3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=103mH=106uH。
      
      1.4電感的分類:
      
      按電感形式分類:固定電感、可變電感。
      
      按導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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)
      
      2.1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(guān)。除專門的電感線圈(色碼電感)外,電感量一般不專門標(biāo)注在線圈上,而以特定的名稱標(biāo)注。
      
      2.2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(guān)系為XL=2πfL
      
      2.3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(dǎo)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(yīng)的影響等因素有關(guān)。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。
      
      2.4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。
      
      2.5允許誤差:電感量實際值與標(biāo)稱之差除以標(biāo)稱值所得的百分?jǐn)?shù)。
      
      2.6標(biāo)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(biāo)稱電流值為50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。
      
      三、常用電感線圈
      
      3.1單層線圈
      
      單層線圈是用絕緣導(dǎo)線一圈挨一圈地繞在紙筒或膠木骨架上。如晶體管收音機(jī)中波天線線圈。
      
      3.2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(dǎo)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(jī)來繞制,折點越多,分布電容越小
      
      3.3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(guān)。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。
      
      3.4銅芯線圈
      
      銅芯線圈在超短波范圍應(yīng)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。
      
      3.5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(biāo)志方法同電阻一樣以色環(huán)來標(biāo)記。其單位為uH。
      
      3.6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。
      
      3.7偏轉(zhuǎn)線圈
      
      偏轉(zhuǎn)線圈是電視機(jī)掃描電路輸出級的負(fù)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(xì)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(jìn)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,這關(guān)系也可用下式表示:
      
      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。
      
      可見,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(biāo)稱:直標(biāo)式、色環(huán)標(biāo)式、無標(biāo)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。
      
      5.1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
      
      個別示意圖:貼片繞線電感貼片疊層電感
      
      5.2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;
      
      個別示意圖:貼片功率電感屏蔽式功率電感
      
      5.3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
      
      個別示意圖:貼片磁珠貼片大電流磁珠
      
      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)
      
      5.4插件磁珠
      
      規(guī)格:RH3.5
      
      規(guī)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
      
      5.5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(biāo)示
      
      5.6立式電感
      
      電感量:0.1uH~3MH
      
      規(guī)格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912
      
      5.7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。
      
      5.8磁環(huán)電感
      
      規(guī)格:TC3026/TC3726/TC4426/TC5026
      
      尺寸(單位mm):3.25~15.88
      
      5.9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(jī)中,絕大部分是磁心電感。
      
      六、電感在電路中的應(yīng)用
      
      電感在電路zui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(lǐng),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(如圖),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zui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(lán));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(yīng)用于計算機(jī)主機(jī)板,計算機(jī)電源,電源供應(yīng)器,手機(jī)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、電感與磁珠的與區(qū)別
      
      電感和磁珠的什么與區(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(dǎo)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(dǎo),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(yīng)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(jié)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(yīng)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn),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
      
      9.1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(yīng)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(dāng)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%)
      
      9.2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(dǎo)率=4π*10(-7)。(10的負(fù)七次方)
      
      μs為線圈內(nèi)部磁芯的相對磁導(dǎo)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。
      
      K值表
      
      2R/l對應(yīng)的K3R/l對應(yīng)的K3R/l對應(yīng)的K4R/l對應(yīng)的K
      
      0.10.960.60.7920.52100.2
      
      0.20.920.80.7430.43200.12
      
      0.30.8810.6940.37
      
      0.40.851.50.650.32
      
      以上均為理論值,實際的電量以實測為準(zhǔn)。
      
      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(yù)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(fù)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(fù)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(fù)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。
      
      比如:電感測量儀
      
      TH2773A電感測量儀(國產(chǎn))
      
      測試頻率:100Hz、1kHz;
      
      測試電平:0.3v
      
      測量參數(shù):LS,Q;
      
      測量準(zhǔn)確度:0.3%
      
      測量速度:8次/秒
      
      主要功能:可設(shè)置極限:上超/下超/合格/D不合格:訊響。
      
      TH2776電感測量儀(國產(chǎn))
      
      測試頻率:100Hz、120Hz、1kHz、10kHz、40kHz、100kHz;
      
      測試電平:0.1V、0.3V、1V;
      
      測量參數(shù):Ls-Q、ESR-Q、EPR-Q;
      
      測量準(zhǔn)確度:0.05%
      
      測量速度:1.5次/秒,5.1次/秒,20次/秒
      
      主要功能:四檔分選,信號源監(jiān)視,測量值平均,開機(jī)自檢等,接口:RS-232C、HANDLER、PRINTER。
      
      具體儀器的操作詳見,各自產(chǎn)品的說明書。
      
      十一、電感在使用過程中要注意的事項
      
      11.1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。
      
      11.2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(yīng)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(dǎo)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zui小。鐵氧體材料通常在高頻情況下應(yīng)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(yīng)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(dāng)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。
      
      11.3電感設(shè)計要承受的zui大電流,及相應(yīng)的發(fā)熱情況。
      
      11.4使用磁環(huán)時,對照上面的磁環(huán)部分,找出對應(yīng)的L值,對應(yīng)材料的使用范圍。
      
      11.5注意導(dǎo)線(漆包線、紗包或裸導(dǎo)線),常用的漆包線。要找出的線經(jīng)

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