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杰绅干货:一文读懂电感

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。

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

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。


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。


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 。


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。


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)


电感在电路中的应用

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。


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。

磁珠的大小(确切的说应该是磁珠的特性曲线) 取决于需要磁珠吸收的干扰波的频率。磁珠就是阻高频,对直流电阻低,对高频电阻高。比如1000R@100Mhz就是说对100M频率的信号有1000欧姆的电阻。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的datasheet上一般会附有频率和阻抗的特性曲线图。一般以100MHz为标准,比如2012B601,就是指在100MHz的时候磁珠的Impedance为600欧姆。


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。比如:

电感测量仪

        TH2773A 电感测量仪 (国产)

        测试频率:100Hz、 1kHz;

        测试电平:0.3v

        测量参数:LS,Q;

        测量准确度:0.3%

        测量速度:8次/秒

        主要功能:可设置极限:上超/下超/合格/D不合格:讯响。

TH2776 电感测量仪 (国产)

        测试频率:100Hz、120Hz 、1kHz、10kHz、40kHz、100kHz;

        测试电平:0.1V、0.3V、1V;

        测量参数:Ls-Q、ESR-Q、EPR-Q;

        测量准确度:0.05%

        测量速度:1.5次/秒,5.1次/秒,20次/秒

        主要功能:四档分选,信号源监视,测量值平均,开机自检等,接口:RS-232C 、HANDLER、PRINTER。

具体仪器的操作详见,各自产品的说明书。


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。

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。
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