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電感的作用

發布時間:2018-11-24發布人:來自互聯網

一、 電感器的定義。
   1.1 電感的定義:
   電感是導線內通過交流電流時,在導線的內部及其周圍產生交變磁通,導線的磁通量與生產此磁通的電流之比。
   當電感中通過直流電流時,其周圍只呈現固定的磁力線,不隨時間而變化;可是當在線圈中通過交流電流時,其周圍將呈現出隨時間而變化的磁力線。根據法拉弟電磁感應定律---磁生電來分析,變化的磁力線在線圈兩端會產生感應電勢,此感應電勢相當于一個“新電源”。當形成閉合回路時,此感應電勢就要產生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產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。電感線圈有與力學中的慣性相類似的特性,在電學上取名為“自感應”,通常在拉開閘刀開關或接通閘刀開關的瞬間,會發生火花,這就是自感現象產生很高的感應電勢所造成的。
   總之,當電感線圈接到交流電源上時,線圈內部的磁力線將隨電流的交變而時刻在變化著,致使線圈不斷產生電磁感應。這種因線圈本身電流的變化而產生的電動勢 ,稱為“自感電動勢”。
    由此可見,電感量只是一個與線圈的圈數、大小形狀和介質有關的一個參量,它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關。

   1.2 電感線圈與變壓器
   電感線圈:導線中有電流時,其周圍即建立磁場。通常我們把導線繞成線圈,以增強線圈內部的磁場。 電感線圈就是據此把導線(漆包線、紗包或裸導線)一圈靠一圈(導線間彼此互相絕緣)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,不但在自身兩端產生感應電壓,而且能使附近的線圈中產生感應電壓,這一現象叫互感。兩個彼此不連接但又靠近,相互間存在電磁感應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。
   電感量的標稱:直標式、色環標式、無標式
   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。

   1.4 電感的分類:
   按 電感形式 分類:固定電感、可變電感。
   按導磁體性質分類:空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。
   按 工作性質 分類:天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉線圈。
   按 繞線結構 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 結構特點 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=1/2 Li2 。
   可見,線圈電感量越大,流過越大,儲存的電能也就越多。
   電感在電路最常見的作用就是與電容一起,組成LC濾波電路。我們已經知道,電容具有阻直流,通交流的本領,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,頻率較高的最容易被電感阻抗,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。

三、 電感的主要特性參數
   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。除專門的電感線圈(色碼電感)外,電感量一般不專門標注在線圈上,而以特定的名稱標注。

   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的關系為XL=2πfL

   2.3 品質因素Q
   品質因素Q是表示線圈質量的一個物理量,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值與導線的直流電阻,骨架的介質損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應的影響等因素有關。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:電感量實際值與標稱之差除以標稱值所得的百分數。

   2.6 標稱電流: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,標稱電流值為50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。

四、常用電感線圈
   3.1 單層線圈
   單層線圈是用絕緣導線一圈挨一圈地繞在紙筒或膠木骨架上。如晶體管收音機中波天線線圈。

   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。而其旋轉一周,導線來回彎折的次數,常稱為折點數。蜂房式繞法的優點是體積小,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。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因素。

   3.4 銅芯線圈
   銅芯線圈在超短波范圍應用較多,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,其電感量標志方法同電阻一樣以色環來標記。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 偏轉線圈
   偏轉線圈是電視機掃描電路輸出級的負載,偏轉線圈要求:偏轉靈敏度高、磁場均勻、Q值高、體積小、價格低。

五、 電感的型號、規格及命名。
   國內外有眾多的電感生產廠家,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: 0402 0603 0805 1008 1206 1210 1812 1008=2.5mm*2.0mm 1210=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
                         
   規格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(貼片磁珠)
   規格:SMB302520/SMB403025/SMB853025(貼片大電流磁珠)
   5.4 插件磁珠

   規格:RH3.5

5.5 色環電感
   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%
   插件的色環電感                   讀法:同色環電阻的標示

   5.6 立式電感
   電感量:0.1uH~3MH
   規格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

   5.7軸向濾波電感
   規格: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 磁環電感
   規格: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品中,采用很重很大的空氣芯電感不太現實,不但增加成本,而且限制了產品的體積。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,在計算機中,絕大部分是磁心電感。

六、 常見的磁芯磁環
   鐵粉芯系列
   材質有:-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);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。

兩種產品的規格除了主要的環形外,另有E形,棒形等,還可以根據客戶提供的各項參數定做。它們廣泛應用于計算機主機板,計算機電源,電源供應器,手機充電器,燈飾變壓調光器,不間斷電源(UPS),各種家用電器控制板等。

八、電感在使用過程中要注意的事項
   8.1電感使用的場合
    潮濕與干燥、環境溫度的高低、高頻或低頻環境、要讓電感表現的是感性,還是阻抗特性等,都要注意。

   8.2電感的頻率特性
   在低頻時,電感一般呈現電感特性,既只起蓄能,濾高頻的特性。
   但在高頻時,它的阻抗特性表現的很明顯。有耗能發熱,感性效應降低等現象。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生的電容最小。鐵氧體材料通常在高頻情況下應用,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,低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當高,以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置,高頻能量在上面轉化為熱能,這是由他的電阻特性決定的。

   8.3 電感設計要承受的最大電流,及相應的發熱情況。

   8.4 使用磁環時,對照上面的磁環部分,找出對應的L值,對應材料的使用范圍。

   8.5注意導線(漆包線、紗包或裸導線),常用的漆包線。要找出最適合的線經。

 

色環電感標示法

2008-01-18 10:27


色標

標稱電感

倍率

精度

第一色環

第二色環

0

1

±20%

1

10

-

2

100

-

3

1000

-

4

-

-

5

-

-

6

-

-

7

-

-

8

-

-

9

-

-

-

0.1

±5%

-

0.01

±10%






 蛇形走線的作用:

PCB上的任何一條走線在通過高頻信號的情況下都會對該信號造成時延時,蛇形走線的主要作用是補償同一組相關信號線中延時較小的部分,這些部分通常是沒有或比其它信號少通過另外的邏輯處理;最典型的就是時鐘線,通常它不需經過任何其它邏輯處理,因而其延時會小于其它相關信號。
高速數字PCB板的等線長是為了使各信號的延遲差保持在一個范圍內,保證系統在同一周期內讀取的數據的有效性(延遲差超過一個時鐘周期時會錯讀下一周期的數據),一般要求延遲差不超過1/4時鐘周期,單位長度的線延遲差也是固定的,延遲跟線寬,線長,銅厚,板層結構有關,但線過長會增大分布電容和分布電感,使信號質量,所以時鐘IC引腳一般都接RC端接,但蛇形走線并非起電感的作用,相反的,電感會使信號中的上升元中的高次諧波相移,造成信號質量惡化,所以要求蛇形線間距最少是線寬的兩倍,信號的上升時間越小就越易受分布電容和分布電感的影響.因為應用場合不同具不同的作用,如果蛇形走線在電腦板中出現,其主要起到一個濾波電感的作用,提高電路的抗干擾能力,電腦主機板中的蛇形走線,主要用在一些時鐘信號中,如PCIClk,AGPClk,它的作用有兩點:1、阻抗匹配 2、濾波電感。對一些重要信號,如INTEL HUB架構中的HUBLink,一共13根,跑233MHz,要求必須嚴格等長,以消除時滯造成的隱患,繞線是唯一的解決辦法。一般來講,蛇形走線的線距>=2倍的線寬。PCI板上的蛇行線就是為了適應PCI 33MHzClock的線長要求。若在一般普通PCB板中,是一個分布參數的 LC 濾波器,還可作為收音機天線的電感線圈,短而窄的蛇形走線可做保險絲等等.


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