1.3.1电感

1L其中，Ψ：自感磁通量，单位为Wb；I：流过导体的电流，单位为A；L：自感系数，单位为H。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。基本元件-电感-基础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。即2221112M其中，ψ12：线圈L1通电流时，在L2中穿过的磁通量，单位：韦伯（Wb）；ψ21：线圈L2通电流时，在L1中穿过的磁通量；I1、I2：分别为流过L1、L2的电流；M：互感系数，单位为H（亨利）。基本元件-电感-基础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。另外，当1个线圈中的电流变化时，它所产生的通过邻近线圈回路的磁通量也发生变化，从而在邻近线圈中产生感应电动势，这种现象叫互感应现象。互感的大小常用互感系数来表示。在两个有磁交链的线圈中，互感磁通量与产生此磁通量的电流的比值，即为互感系数，简称互感，用M表示：3基本元件-电感-基础电感元件是储能元件，把电能转换成磁能并存储起来。对直流呈很小阻抗，对交流呈较大阻抗，具有阻止电流变化的特性。作用（1）作为线圈：主要作用是滤波、聚焦、偏转、延迟、补偿、与电容配合用于调谐、陷波、选频、震荡。（2）作为变压器：主要用于耦合信号、变压、阻抗匹配等。电感的分类：电感形式分：固定电感、可变电感。导磁体性质分：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。工作性质分：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。绕线结构分：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。4环行磁芯螺纹磁芯罐形磁芯E形磁芯圆形磁棒几种常用磁芯基本元件-电感-基础5基本元件-电感-符号6基本元件-电感-表贴电感积层式晶片电感:抑制电子回路上的低功率高频噪声，常见于各种电子电路中。绕线式晶片电感：提供高电流特性的晶片电感。开磁路SMD功率电感：适用于各式DC/DC储能电感应用闭磁路SMD功率电感：适用于各种DC/DC储能电感的运用。7色环电感：基本元件-电感-直插式电感闭磁路环型电感：适用于各式大电流电源储能电感的应用，常见应用于主机板、伺服器、电源供应器、直流转换器等。开磁路工字型电感开磁路棒型电感：8基本元件-电感-等效电路一般精确高频精确电感元件除电感L外，也总是有损耗电阻RL和分布电容CL。一般情况下RL和CL的影响很小。电感元件接于直流并达到稳态时，可视为电阻；若接于低频交流电路则可视为理想电感L和损耗电阻RL的串联；在高频时其等效电路如图所示Re和Le分别为电感元件的等效电阻和等效电感。从上式知当CL甚小时或RL、CL和ω都不大时，Le才会等于L或接近等于L9ZL理想电感实际电感f电感量（H）谐振频率(MHZ)3.4458.828685.71252.65001.2绕在铁粉芯上的电感1/2LCLC基本元件-电感-频率特性寄生电容对频率特性的影响较大。理想电感的阻抗随着频率的升高成正比增加，这正是电感对高频干扰信号衰减较大的根本原因。实际的电感器等效电路是一个LC并联网络。当角频率为1/√LC时，会发生并联谐振，这时电感的阻抗最大，超过谐振点后，电感器的阻抗特性呈现电容阻抗特性—随频率增加而降低。电感的电感量越大，往往寄生电容也越大，电感的谐振频率越低。10基本元件-电感-基本参数1.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。2.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XL=2πfL3、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=ωL/R（ω=2πf）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。4、分布电容：线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底板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5.额定电流：线圈中允许通过的最大电流。在如高频扼流圈，大功率谐振线圈，以及作滤波用的低频扼流圈等场合，工作时需通过较大的电流，选用时应注意。11基本元件-电感-命名误差标称电感量电流组别区别代号型式特性主称（用L表示线圈、LZ表示阻流圈）误差标称电感量电流组别区别代号型式特性主称（用L表示线圈、LZ表示阻流圈）特性：一般用G表高频，低频一般不标。型式：用字母或数字表示。X—小型；1—轴向引线（卧式）；2—同向引线（立式）。区别代号：用字母表示，一般不标。电流组别：用字母表示，A（50mA）、B（150mA）、C（300mA）、D（700mA）、E（1600mA）。标称电感量：符合E系列，直接用文字标注或数码标出（用数码时单位μH）。误差：用字母表示。如：LG1—B—47μH±10%；高频卧式电感，额定电流150mA，47μH，误差±10%。12基本元件-电感-标志方法电感器电感量的标志方法1.直标法。单位H（亨利）、mH（毫亨）、μH（微亨）、2.数码表示法。方法与电容器的表示方法相同。3.色码表示法。这种表示法也与电阻器的色标法相似，但是电感有一个特点就是它的底颜色是绿色的。13色环电感(色码电感)：是指在电感器表面涂上不同的色环来代表电感量(与电阻器类似)的电感。通常用四色环表示，紧靠电感体一端的色环为第一环，露着电感体本色较多的另一端为末环。其第一色环是十位数，第二色环为个位数，第三色环为应乘的倍数(单位为mH)，第四色环为误差率。特征：1.结构坚固，成本低廉，适合自动化生产。2.特殊铁芯材质，高Q值及自共振频率。3.外层用环氧树脂处理，可靠度高。4.电感范围大。基本元件-电感-种类14扼流圈又称阻流线圈、差模电感器，是用来限制交流电通过的线圈，分高频阻流圈和低频阻流圈。采用开磁路构造设计，有结构性佳、体积小、高Q值、低成本等特点。作用：利用线圈电抗与频率成正比的关系，可扼制高频交流电流，让低频和直流通过。根据频率高低，采用空气芯、铁氧体芯、硅钢片芯等。用于整流时称“滤波扼流圈”；用于扼制声频电流时称“声频扼流圈”；用于扼制高频电流时称“高频扼流圈”。用于“通直流、阻交流”的电感线圈叫做低频扼流圈，用于“通低频、阻高频”的电感线圈叫做高频扼流圈。用途：笔记型电脑、喷墨印表机、影印机、显示监视器、手机、宽频数据机、游戏机、彩色电视、录放影机、摄影机、微波炉、照明设备、汽车电子产品等基本元件-电感-种类15共模电感也叫共模扼流圈，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈。信号电流或电源电流在两个绕组中流过时方向相反，产生的磁通量相互抵消，扼流圈呈现低阻抗。共模噪声电流（包括地环路引起的骚扰电流，也称作纵向电流）流经两个绕组时方向相同，产生的磁通量同向相加，扼流圈呈现高阻抗，从而起到抑制共模噪声的作用。共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。共模扼流圈可以传输差模信号，直流和频率很低的差模信号都可以通过。而对于高频共模噪声则呈现很大的阻抗，发挥了一个阻抗器的作用，所以它可以用来抑制共模电流干扰。基本元件-电感-共模电感16阻抗特性对差模信号有用信号的阻抗很小对共模噪声阻抗很大基本元件-电感-共模电感差模信号共模信号减少干扰•外部干扰进入•内部干扰发射17bifilar双绞线式sectional分段绕组基本元件-电感-共模电感高漏电感电源:应用高压信号:低高速信号电源:应用于低压信号:仅应用于低速信号，也可数据信号低漏电感两种绕线形式18基本元件-电感-共模电感共模信号磁场加强抑制共模信号变化差模信号磁场抵消对差模信号变化影响小19单扼流圈与共模扼流圈对比共模线圈单扼流圈共模阻抗高低到中等差模阻抗低中等阻抗依赖于负载电流独立依靠，磁芯有用信号的衰减低高基本元件-电感-共模电感20绝大多数的电感线圈是非标准件，往往要根据实际需要，自行制作。电感线圈一般绕在圆柱形的线圈骨架上，有单层和多层两种绕法。电感量小的多采用单层，单层又分密绕和间绕两种，密绕时导线是一圈挨一圈的，这种绕法比较简单，缺点是Q值较低，稳定性较差，多用于简单的收音机中。间绕时线圈的相邻圈之间有一定的间隔，这种线圈有较高的Q值，分布电容小，比较稳定。电感量大的多采用多层，当要求分布电容小、Q值高时，采用蜂房式和分段式绕法。为满足高稳定性场合，还应用烧渗法将银膜直接按线圈形式被覆在膨胀系数很小的瓷质骨架上，制成温度系数很小的高稳定线圈。基本元件-电感-电感的绕法21由于电感的电流、电压相位不同，所以理论上损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。电感也被称为扼流圈，特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说，由于磁通连续特性，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰。电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和，也有的应用不允许电感出现饱和，这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但是，电感的绕线将导致两个分布参数(或寄生参数)，一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高而渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集中”为一个电容，则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。基本元件-电感-应用22电感滤波电路基本元件-电感-应用（a）电感对高频信号有阻碍作用(b)电感为低频提供了到地的旁路23电感滤波电路基本元件-电感-应用24π型LC滤波电路L1为滤波电感，C1和C2为滤波电容，因为C1、L1、和C2构成了一个π型字样，所以称为π型滤波电路。整流电路电容C1电感L1电容C2直流输出电压从整流电路输出的交流和直流混合电流首先经过C1滤波，然后加到L1和C2组成滤波电路中。对于直流电流而言，由于L1的直流电阻很小，所以直流电流流过L1时在L1上产生的直流电压降很小，这样直流电压就能通过L1到达输出端。基本元件-电感-应用25电感L1电容C2输出直流电压等效电路+对于交流电流而言，因为L1存在感抗，而且滤波电路中L1的电感量比较大，所以感抗很大。这一感抗与C2的容抗（滤波电容的容量大，容抗小）构成分压衰减电路。这个衰减电路中，对交流电压有很大衰减作用，达到去掉交流电压的目的。基本元件-电感-应用26射频扼流圈基本元件-电感-应用射频扼流圈阻碍信号沿着导线返回到电源端。在无线电工作频率中线圈的高电抗特性阻碍射频，而在直流电时，电感器只有很小的导线电阻，来自电源的直流电流通过电感向无线电台提供它所需要的电流。27在大电流的整流滤波电路中常常会用到容量很大的滤波电容，这是因为负载内阻很小，若采用小容量的滤波电容其放电时间极短而起不到滤波的作用。若采用大容量的电容虽然能起到滤波作用，但由于充放电电流极大