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一文了解電磁兼容元器件之電感

發(fā)布時(shí)間:2018-11-14 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】什么是電感?電感的主要特性參數(shù)有哪些?常用電感線圈有哪些?電感在電路中的作用是什么等?以下將為大家一一講解電磁兼容元器件電感的各種相關(guān)內(nèi)容。
 
一、電感器的定義
 
1.1電感的定義
 
電感是導(dǎo)線內(nèi)通過(guò)交流電流時(shí),在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周?chē)a(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(guò)直流電流時(shí),其周?chē)怀尸F(xiàn)固定的磁力線,不隨時(shí)間而變化;可是當(dāng)在線圈中通過(guò)交流電流時(shí),其周?chē)鷮⒊尸F(xiàn)出隨時(shí)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(lái)分析,變化的磁力線在線圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),此感應(yīng)電勢(shì)相當(dāng)于一個(gè)“新電源”。當(dāng)形成閉合回路時(shí),此感應(yīng)電勢(shì)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(lái)磁力線的變化的。由于原來(lái)磁力線變化來(lái)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(lèi)似的特性,在電學(xué)上取名為“自感應(yīng)”,通常在拉開(kāi)閘刀開(kāi)關(guān)或接通閘刀開(kāi)關(guān)的瞬間,會(huì)發(fā)生火花,這就是自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢(shì)所造成的。
 
總之,當(dāng)電感線圈接到交流電源上時(shí),線圈內(nèi)部的磁力線將隨電流的交變而時(shí)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(dòng)勢(shì),稱(chēng)為“自感電動(dòng)勢(shì)”。
 
由此可見(jiàn),電感量只是一個(gè)與線圈的圈數(shù)、大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的一個(gè)參量,它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無(wú)關(guān)。
 
1.2電感線圈與變壓器
 
電感線圈:導(dǎo)線中有電流時(shí),其周?chē)唇⒋艌?chǎng)。通常我們把導(dǎo)線繞成線圈,以增強(qiáng)線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)。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(gè)繞組。
 
變壓器:電感線圈中流過(guò)變化的電流時(shí),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(gè)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(hào)與單位
 
電感符號(hào):L
電感單位:亨(H)、毫亨(mH)、微亨(uH),1H=10*10*10mH=10*10*10*10*10*10uH。
 
1.4電感的分類(lèi)
 
按電感形式分類(lèi):固定電感、可變電感。
按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類(lèi):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(lèi):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(lèi):?jiǎn)螌泳€圈、多層線圈、蜂房式線圈。
按工作頻率分類(lèi):高頻線圈、低頻線圈。
按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi):磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無(wú)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(wú)關(guān)。除專(zhuān)門(mén)的電感線圈(色碼電感)外,電感量一般不專(zhuān)門(mén)標(biāo)注在線圈上,而以特定的名稱(chēng)標(biāo)注。
 
2.2感抗XL
 
電感線圈對(duì)交流電流阻礙作用的大小稱(chēng)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(gè)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(chēng)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(shí)際值與標(biāo)稱(chēng)之差除以標(biāo)稱(chēng)值所得的百分?jǐn)?shù)。
 
2.6標(biāo)稱(chēng)電流
 
指線圈允許通過(guò)的電流大小,通常用字母A、B、C、D、E分別表示,標(biāo)稱(chēng)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(chēng)為蜂房式線圈。而其旋轉(zhuǎn)一周,導(dǎo)線來(lái)回彎折的次數(shù),常稱(chēng)為折點(diǎn)數(shù)。蜂房式繞法的優(yōu)點(diǎn)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(lái)繞制,折點(diǎn)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(wú)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(dòng)銅芯在線圈中的位置來(lái)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(shù)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(lái)標(biāo)記。其單位為uH。
 
3.6阻流圈(扼流圈)
 
限制交流電通過(guò)的線圈稱(chēng)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(jí)的負(fù)載,偏轉(zhuǎn)線圈要求:偏轉(zhuǎn)靈敏度高、磁場(chǎng)均勻、Q值高、體積小、價(jià)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(shuō)法:“通直流,阻交流”
 
細(xì)化解說(shuō):在電子線路中,電感線圈對(duì)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(gè)儲(chǔ)能元件,它以磁的形式儲(chǔ)存電能,儲(chǔ)存的電能大小可用下式表示:WL=1/2Li2。
 
可見(jiàn),線圈電感量越大,流過(guò)越大,儲(chǔ)存的電能也就越多。
 
電感的符號(hào)
 
電感量的標(biāo)稱(chēng):直標(biāo)式、色環(huán)標(biāo)式、無(wú)標(biāo)式
 
電感方向性:無(wú)方向
 
檢查電感好壞方法:用電感測(cè)量?jī)x測(cè)量其電感量;用萬(wàn)用表測(cè)量其通斷,理想的電感電阻很小,近乎為零。
 
五、電感的型號(hào)、規(guī)格及命名
 
國(guó)內(nèi)外有眾多的電感生產(chǎn)廠家,其中名牌廠家有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
 
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;
 
5.3片狀磁珠
 
種類(lèi):CBG(普通型)阻抗:5Ω~3KΩ
CBH(大電流)阻抗:30Ω~120Ω
CBY(尖峰型)阻抗:5Ω~2KΩ
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
 
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?yàn)V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(jià)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(duì)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(shí),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(jì)算機(jī)中,絕大部分是磁心電感。
 
六、電感在電路中的應(yīng)用
 
電感在電路最常見(jiàn)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(hào)的直流電通過(guò)LC濾波電路(如圖),那么,交流干擾信號(hào)將被電容變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過(guò)電感時(shí),其中的交流干擾信號(hào)也被變成磁感和熱能,頻率較高的最容易被電感阻抗,這就可以抑制較高頻率的干擾信號(hào)。
 
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(gè)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(lái)組成LC電路,因?yàn)樯咝芯€在電路板上來(lái)回折行,也可以看作一個(gè)小電感。
 
七、常見(jiàn)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(xiàng)參數(shù)定做。它們廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)主機(jī)板,計(jì)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、電感與磁珠的聯(lián)系與區(qū)別
 
1、電感是儲(chǔ)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(hào)回路,用于EMC對(duì)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(wèn)題。EMI的兩個(gè)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(lái)吸收超高頻信號(hào),象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲(chǔ)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(guò)50MHZ。
5、電感一般用于電路的匹配和信號(hào)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(duì)信號(hào)線也采用磁珠。
磁珠的大?。ù_切的說(shuō)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(duì)直流電阻低,對(duì)高頻電阻高。比如1000R@100Mhz就是說(shuō)對(duì)100M頻率的信號(hào)有1000歐姆的電阻。因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標(biāo)稱(chēng)的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的datasheet上一般會(huì)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(shí)候磁珠的Impedance為600歐姆。
 
九、部分電感的計(jì)算公式
 
9.1環(huán)形電感
 
針對(duì)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(guò)電流(A)l=磁路長(zhǎng)度(cm)
l及AL值大小,可參照Micrometa對(duì)照表。例如:以T50-52材,繞線5圈半,其L值為T(mén)50-52(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(guò)10A電流時(shí),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(jì)算
 
介紹一個(gè)經(jīng)驗(yàn)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(duì)磁導(dǎo)率,空心線圈時(shí)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(zhǎng)度,單位為米
k系數(shù),取決于線圈的半徑(R)與長(zhǎng)度(l)的比值。
計(jì)算出的電感量的單位為亨利。
以上均為理論值,實(shí)際的電量以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。
 
十、電感的測(cè)量
 
電感測(cè)量的兩類(lèi)儀器:RLC測(cè)量(電阻、電感、電容三種都可以測(cè)量)和電感測(cè)量?jī)x。
電感的測(cè)量:空載測(cè)量(理論值)和在實(shí)際電路中的測(cè)量(實(shí)際值)。
由于電感使用的實(shí)際電路過(guò)多,難以類(lèi)舉。所以我們就在空載情況下的測(cè)量加以解說(shuō)。
 
電感量的測(cè)量步驟:(RLC測(cè)量)
1、熟悉儀器的操作規(guī)則(使用說(shuō)明),及注意事項(xiàng)。
2、開(kāi)啟電源,預(yù)備15~30分鐘。
3、選中L檔,選中測(cè)量電感量
4、把兩個(gè)夾子互夾并復(fù)位清零
5、把兩個(gè)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(cè)量值。要有5~8個(gè)數(shù)據(jù)。
7、比較幾個(gè)測(cè)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(guò)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(cè)量的電感參數(shù)都有一些出入。因此,做任何測(cè)量前的熟悉你的測(cè)量?jī)x器。你的儀器能做什么。然后按照它給你的操作說(shuō)明去做即可。
 
十一、電感在使用過(guò)程中要注意的事項(xiàng)
 
11.1電感使用的場(chǎng)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(shí),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(shí),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(shuō):
 
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)生的電容最小。鐵氧體材料通常在高頻情況下應(yīng)用,因?yàn)樵诘皖l時(shí)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(shí)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(shí)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(guò)電阻。鐵氧體是一個(gè)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(jì)要承受的最大電流,及相應(yīng)的發(fā)熱情況。
 
11.4使用磁環(huán)時(shí),對(duì)照上面的磁環(huán)部分,找出對(duì)應(yīng)的L值,對(duì)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。要找出最適合的線經(jīng)。
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