电感的工作原理与作用

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　　电感介绍

　　电感器(Inductor)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。

　　电感作用

　　电感的作用：滤波、振荡、延迟、陷波;形象说法：“通直流，阻交流

　　通直流：所谓通直流就是指在直流电路中，电感的作用就相当于一根导线，不起任何作用

　　阻交流：在交流电路中，电感会有阻抗，即XL，整个电路的电流会变小，对交流有一定的阻碍作用。

　　电感的阻流作用：电感线圈线圈中的自感电动势总是与线圈中的电流变化。

　　电感的调谐与选频作用：电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。

　　电感还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。

                            （图片来源：凯利讯半导体）

　　贴片电感作用

　　贴片电感，是用绝缘导线绕制而成的电磁感应元件。属于常用的电感元件。贴片电感的作用:通直流阻交流这是简单的说法，对交流信号进行隔离,滤波或与电容器,电阻器等组成谐振电路.调谐与选频电感的作用：电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。贴片电感在电路中的任何电流，会产生磁场，磁场的磁通量又作用于电路上。

　　当贴片电感通过的电流变化时，贴片电感中产生的直流电压势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中;当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。

　　电感的作用1：色环电感有阻流作用：色环电感线圈中的铜芯总是与线圈中的电流变化抗。色环电感对在电路中使用的交流电流有阻碍作用，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=2πfL,色环电感主要可分为高频阻流线圈及低频阻流线圈。

　　电感的作用2：色环电感有调谐与选频作用：色环电感与电解电容并联可组成LC调谐电路。色环电感在谐振时电路的感抗与容抗等值又反向，即电路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等，则回路的感抗与容抗也相等，色环电感的使用一般多不会很高，在电路中使用的色环电感一般来说多还算是比较稳定的。

　　电感的作用3：色环电感的最大主要用筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。色环电感器的基本作用就是充电与放电，但由这种基本充放电作用所延伸出来的许多电路现象，使得色环电感有着种种不同的用途。如今色环电感已经被广大客户所运用了，小小的电感起到的作用却是不小视的。

　　电感的工作原理

　　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;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，这自感现象产生很高的感应电势所造成的。

　　电感器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。因此，电感器的主要功能是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。

　　定义

　　导体的一种性质，用导体中感生的电动势或电压与产生此电压的电流变化率之比来量度。稳恒电流产生稳定的磁场，不断变化的电流(交流)或涨落的直流产生变化的磁场，变化的磁场反过来使处于此磁场的导体感生电动势。感生电动势的大小与电流的变化率成正比。比例因数称为电感，以符号L表示，单位为亨利(H)。

　　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。这种电感称为自感(self-inductance)，是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感(mutual inductance)。

　　自感

　　当线圈中有电流通过时，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。

　　互感

　　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。

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　　功能用途

　　电感器在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。电容具有“阻直流，通交流”的特性，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，那么，交流干扰信号将被电感变成热能消耗掉;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。

　　电感器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。因此，电感器的主要功能是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。

　　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振荡线圈等)。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;

　　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。根据法拉第电磁感应定律—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。

　　常见种类

　　电感可由电导材料盘绕磁芯制成，典型的如铜线，也可把磁芯去掉或者用铁磁性材料代替。比空气的磁导率高的芯材料可以把磁场更紧密的约束在电感元件周围，因而增大了电感。电感有很多种，大多以外层瓷釉线圈(enamel coated wire )环绕铁氧体(ferrite)线轴制成，而有些防护电感把线圈完全置于铁氧体内。一些电感元件的芯可以调节。由此可以改变电感大小。小电感能直接蚀刻在PCB板上，用一种铺设螺旋轨迹的方法。小值电感也可用以制造晶体管同样的工艺制造在集成电路中。在这些应用中，铝互连线被经常用做传导材料。不管用何种方法，基于实际的约束应用最多的还是一种叫做“旋转子”的电路，它用一个电容和主动元件表现出与电感元件相同的特性。用于隔高频的电感元件经常用一根穿过磁柱或磁珠的金属丝构成。

　　小型电感器

　　小型固定电感器通常是用漆包线在磁芯上直接绕制而成，主要用在滤波、振荡、陷波、延迟等电路中，它有密封式和非密封式两种封装形式，两种形式又都有立式和卧式两种外形结构。

　　1、立式密封固定电感器 立式密封固定电感器采用同向型引脚，国产电感量范围为0.1~2200μH(直标在外壳上)，额定工作电流为0.05~1.6A，误差范围为±5%~±10%，进口的电感量，电流量范围更大，误差则更小。进口有TDK系列色码电感器，其电感量用色点标在电感器表面。

　　2、卧式密封固定电感器 卧式密封固定电感器采用轴向型引脚，国产有LG1.LGA、LGX等系列。

　　LG1系列电感器的电感量范围为0.1~22000μH(直标在外壳上)

　　LGA系列电感器采用超小型结构，外形与1/2W色环电阻器相似，其电感量范围为0.22~100μH(用色环标在外壳上)，额定电流为0.09~0.4A。

　　LGX系列色码电感器也为小型封装结构，其电感量范围为0.1~10000μH，额定电流分为50mA、150mA、300mA和1.6A四种规格。

　　可调电感器

　　常用的可调电感器有半导体收音机用振荡线圈、电视机用行振荡线圈、行线性线圈、中频陷波线圈、音响用频率补偿线圈、阻波线圈等。

　　1、半导体收音机用振荡线圈：此振荡线圈在半导体收音机中与可变电容器等组成本机振荡电路，用来产生一个输入调谐电路接收的电台信号高出465kHz的本振信号。其外部为金属屏蔽罩，内部由尼龙衬架、工字形磁心、磁帽及引脚座等构成，在工字磁心上有用高强度漆包线绕制的绕组。磁帽装在屏蔽罩内的尼龙架上，可以上下旋转动，通过改变它与线圈的距离来改变线圈的电感量。电视机中频陷波线圈的内部结构与振荡线圈相似，只是磁帽可调磁心。

　　2、电视机用行振荡线圈：行振荡线圈用在早期的黑白电视机中，它与外围的阻容元件及行振荡晶体管等组成自激振荡电路(三点式振荡器或间歇振荡器、多谐振荡器)，用来产生频率为15625HZ的的矩形脉冲电压信号。

　　该线圈的磁心中心有方孔，行同步调节旋钮直接插入方孔内，旋动行同步调节旋钮，即可改变磁心与线圈之间的相对距离，从而改变线圈的电感量，使行振荡频率保持为15625HZ，与自动频率控制电路(AFC)送入的行同步脉冲产生同步振荡。

　　3、行线性线圈：行线性线圈是一种非线性磁饱和电感线圈(其电感量随着电流的增大而减小)，它一般串联在行偏转线圈回路中，利用其磁饱和特性来补偿图像的线性畸变。

　　行线性线圈是用漆包线在"工"字型铁氧体高频磁心或铁氧体磁棒上绕制而成，线圈的旁边装有可调节的永久磁铁。通过改变永久磁铁与线圈的相对位置来改变线圈电感量的大小，从而达到线性补偿的目的。

　　阻流电感器

　　阻流电感器是指在电路中用以阻塞交流电流通路的电感线圈，它分为高频阻流线圈和低频阻流线圈。

　　1、高频阻流线圈：高频阻流线圈也称高频扼流线圈，它用来阻止高频交流电流通过。

　　高频阻流线圈工作在高频电路中，多用采空心或铁氧体高频磁心，骨架用陶瓷材料或塑料制成，线圈采用蜂房式分段绕制或多层平绕分段绕制。

　　2、低频阻流线圈：低频阻流线圈也称低频扼流圈，它应用于电流电路、音频电路或场输出等电路，其作用是阻止低频交流电流通过。

　　通常，将用在音频电路中的低频阻流线圈称为音频阻流圈，将用在场输出电路中的低频阻流线圈称为场阻流圈，将用在电流滤波电路中的低频阻流线圈称为滤波阻流圈。

　　低频阻流圈一般采用“E”形硅钢片铁心(俗称矽钢片铁心)、坡莫合金铁心或铁淦氧磁心。为防止通过较大直流电流引起磁饱和，安装时在铁心中要留有适当空隙

　　特性

　　电感器的特性与电容器的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。直流信号通过线圈时的电阻就是导线本身的电阻压降很小;当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感器的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感器在电路中经常和电容器一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。

　　通直流：指电感器对直流呈通路关态，如果不计电感线圈的电阻，那么直流电可以“畅通无阻”地通过电感器，对直流而言，线圈本身电阻很对直流的阻碍作用很小，所以在电路分析中往往忽略不计。

　　阻交流：当交流电通过电感线圈时电感器对交流电存在着阻碍作用，阻碍交流电的是电感线圈的感抗。

　　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(0.2uH)则取其平均值，记得电感的理论值;若相差过大(0.3uH)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所使用测量仪器，了解仪器能做什么，然后按照它给你的操作说明去做即可。

　　线路图

　　标注方法

　　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。

　　注意事项

　　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..

　　主要参数

　　电感的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等。

　　电感量

　　电感量也称自感系数，是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。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等。通常，线圈圈数越多、绕制的线圈越密集，电感量就越大。有磁心的线圈比无磁心的线圈电感量大;磁心导磁率越大的线圈，电感量也越大。电感量的基本单位是亨利(简称亨)，用字母“H”表示。常用的单位还有毫亨(mH)和微亨(μH)，它们之间的关系是：1H=1000mH1mH=1000μH

　　允许偏差

　　允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值。

　　一般用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高，允许偏差为±0.2%~±0.5%;而用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高;允许偏差为±10%~15%。

　　品质因数也称Q值或优值，是衡量电感器质量的主要参数。

　　它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。

　　电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。

　　分布电容是指线圈的匝与匝之间，线圈与磁心之间，线圈与地之间，线圈与金属之间都存在的电容。电感器的分布电容越小，其稳定性越好。分布电容能使等效耗能电阻变大，品质因数变大。减少分布电容常用丝包线或多股漆包线，有时也用蜂窝式绕线法等。

　　额定电流

　　额定电流是指电感器在允许的工作环境下能承受的最大电流值。若工作电流超过额定电流，则电感器就 会因发热而使性能参数发生改变，甚至还会因过流而烧毁。

　　计算公式

　　电感量按下式计算：线圈公式：

　　阻抗(ohm)=2 * 3.14159 * F(工作频率)* 电感量(H)，设定需用360ohm 阻抗，因此：

　　电感量(H)=阻抗(ohm)÷(2*3.14159)÷ F(工作频率)=360÷(2*3.14159)÷ 7.06=8.116H

　　据此可以算出绕线圈数：

　　圈数=[电感量* { (18*圈直径(吋))+(40 * 圈长(吋))}] ÷ 圈直径(吋)

　　圈数=[8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈

　　空心电感计算公式

　　空心电感计算公式：L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H)

　　D——线圈直径

　　N——线圈匝数

　　d——线径

　　H——线圈高度

　　W——线圈宽度

　　单位分别为毫米和mH。

　　空心线圈电感量计算公式：

　　l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44)

　　线圈电感量：l，单位：微亨

　　线圈直径：D，单位：cm

　　线圈匝数：N，单位：匝

　　线圈长度：L，单位：cm

　　频率电感电容计算公式：

　　l=25330.3/[(f0*f0)*c]

　　工作频率：f0单位:MHZ 本题f0=125KHZ=0.125

　　谐振电容：c单位:PF 本题建义c=500...1000pf 可自行先决定，或由Q

　　值决定

　　谐振电感：l 单位：微亨

　　线圈电感的计算公式

　　1、针对环行CORE，有以下公式可利用：(IRON)

　　L=N2.AL L= 电感值(H)

　　H-DC=0.4πNI / l N= 线圈匝数(圈)

　　AL= 感应系数

　　H-DC=直流磁化力 I= 通过电流(A)

　　l= 磁路长度(cm)

　　l及AL值大小，可参照Micrometal对照表。例如：以T50-52材，线圈5圈半，其L值为T50-52(表示OD为0.5英吋)，经查表其AL值约为33nH

　　L=33(5.5)2=998.25nH≒1μH

　　当流过10A电流时，其L值变化可由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%)

　　2、介绍一个经验公式

　　L=(k*μ0*μs*N2*S)/l

　　其中

　　μ0 为真空磁导率=4π*10(-7)。(10的负七次方)

　　μs 为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs=1

　　N2 为线圈圈数的平方

　　S 线圈的截面积，单位为平方米

　　l 线圈的长度， 单位为米

　　k 系数，取决于线圈的半径(R)与长度(l)的比值。

　　计算出的电感量的单位为亨利(H)。

　　发展历程

　　最原始的电感器是1831年英国M.法拉第用以发现电磁感应现象的铁芯线圈。1832年美国的J.亨利发表关于自感应现象的论文。人们把电感量的单位称为亨利，简称亨。19世纪中期，电感器在电报、电话等装置中得到实际应用。1887年德国的H.R.赫兹，1890年美国N.特斯拉在实验中所用的电感器都是非常著名的，分别称为赫兹线圈和特斯拉线圈。

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