详解电感器的选型指南

能产生电感作用的元件统称为电感元件,也称电感器,常常直接简称为电感(Inductor), 在电路中用字母“L”表示。电感器依据电磁感应原理,由导线绕制而成,在电路中具有“通直流、阻交流”的作用。在电子整机中,电感器主要指电感线圈和变压器等。

一、基础知识

在导线或线圈中通过电流时,其周围会产生磁场,当电流发生变化时,线圈周围的磁场也会发生变化。变化的磁场可以使线圈自身产生感应电动势,这就是自感作用。表示自感能力的物理量称为电感。能够产生电感作用的元件称为电感器。

如果在通以交流电的线圈的磁场中,放置另一只线圈,在此线圈中就会产生感应电动势,这种现象叫做互感。变压器就是运用互感作用的电感器。

(一)电感器的分类

电感器通常分为两大类:一类是应用电感作用的电感线圈。另一类则是应用互感作用的变压器。

1.电感线圈的分类

电感线圈种类繁多,按照结构分有固定电感和可调电感。

(1)固定电感:为了增加电感量和Q值并缩小体积,线圈中常放置软磁材料制作的磁芯或硅钢片制作的铁芯,故又有空芯电感器、磁芯电感器和铁芯电感器。

(2)可调电感器:主要有磁芯可调电感器、铜芯可调电感器、滑动接点可调电感器、串联互感可调电感器、多抽头可调电感器等。

图1:电感线圈的分类

2.变压器的分类

变压器也是一种电感器,在电路中可以起到电压变换和阻抗变换的作用,是电子产品中十分常见的无源器件。变压器一般由线圈、铁(磁)芯和骨架等组成。变压器可根据其工作频率、用途及铁芯形状进行分类。

(1)按照工作频率可分为:低频变压器、中频变压器、高频变压器;

(2)按照用途分可分为:电源变压器、音频变压器、脉冲变压器、恒压变压器、耦合变压器、自耦和变压器、隔离变压器等多种类型。

(3)按照铁芯(磁芯)形状可分为:“E”形变压器,“C”形变压器,环形变压器。

图2:变压器的分类图3:变压器的分类

3.片式电感器
片式电感器也称表面贴装电感器,它与其它片式元器件(SMC及SMD)一样,是适用于表面贴装技术(SMT)的新一代无引线或短引线微型电子元件,其引出端的焊接面在同一平面上。

从制造工艺来分,片式电感器主要有4种类型:绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感器。

(1)绕线型:它的特点是电感量范围广,电感量精度高,损耗小(即 Q大),容许电流大、制作工艺继承性强、简单、成本低等,但不足之处是在进一步小型化方面受到限制。

(2)叠层型:它具有良好的磁屏蔽性、烧结密度高、机械强度好。不足之处是合格率低、成本高、电感量较小、Q值低。

(3)薄膜片式:具有在微波频段保持高Q、高精度、高稳定性和小体积的特性。其内电极集中于同一层面,磁场分布集中,能确保装贴后的器件参数变化不大,在100MHz以上呈现良好的频率特性。

(4)编织型:特点是在1MHz下的单位体积电感量比其它片式电感器大、体积小、 容易安装在基片上。用作功率处理的微型磁性元件。

(二)电感器的型号命名方法

1.电感线圈的型号命名方法一般由下列四部分组成:

第一部分:主称,用字母表示.其中L代表电感线圈,ZL代表阻流圈。

第二部分:特征,用字母表示,其中G代表高频。

第三部分:型式,用字母表示,其中X代表小型。

第四部分:区别代号,用数字或字母表示。

例如:LGX型为小型高频电感线圈。应指出的是,目前固定电感线圈的型号命名方法各生产厂有所不同,尚无统一的标准。

2.变压器的型号命名方法一般由下列三部分组成:

第一部分:主称,用字母表示.其中DB表示电源变压器,CB表示音频输出变压器,RB表示音频输入变压器,GB表示高压变压器,HB表示灯丝变压器,SB或者ZB表示音频输送变压器。

第二部分:功率,用数字表示。

第三部分:序号,用数字表示。

例如:DB-50-2表示50VA的电源变压器。

(三)电感器的主要参数

电感线圈的主要技术参数有电感量(L)及允许误差、感抗(XL)、品质因数(Q值)、分布电容、标称电流等。

1.电感量L

电感量反应电感储存磁场能的本领,它的大小与电流大小无关,与线圈的匝数,几何尺寸,有无磁芯(铁芯),磁芯的导磁率等有关。电感量的单位为亨(H),常用的单位是:毫亨(mH)、微亨 (uH);1H = 10

3
mH = 10
6
uH.
在同等条件下,线圈匝数越多,电感量越大;线圈直径大,电感量大,有磁芯比没有磁芯电感量大。用于高频电路中的电感相对较小,用于低频电路中的电感量相对较大。

2.允许误差

电感量实际值与标称值之差除以标称值所得的百分数。

3.感抗XL
电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL,其单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL

4.品质因素Q
电感线圈中,储存能量与消耗能量的比值称为品质因素,或是电感线圈所呈现的感抗与线圈直流电阻的比值。品质因素又称为Q值,一般为50-300。Q值与线圈的结构有关,Q值越高,电路的耗损越小。采用磁芯线圈,多股粗线圈均可提高线圈的Q值。

5.分布电容
分布电容又称为寄生电容,指线圈的匝与匝之间、线圈与屏蔽罩之间、线圈与底版之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。

6.标称电流

电感长期工作不损坏所允许通过的最大电流。它是高频、低频扼流线圈和大功率谐振线圈的重要参数。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”。应用时,实际通过电感器的电流不宜超过标称电流值。

二、电感器的选型及使用

(一)电感器在电路中的作用

电感的基本作用有滤波、振荡、延迟、陷波等,一般对电感作用形象说法是"通直流,阻交流"。

在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及LC谐振电路等;变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

(二)电感器的选型及运用

1.电感线圈的选用

按照工作频率的要求,选择某种结构的线圈。

(1)用于音频段的一般要用带铁芯(硅钢或坡莫合金)或低铁氧体芯的线圈;

(2)在几百千赫到几兆赫间的线圈最好用铁氧体芯,并已多股绝缘线绕制;

(3)磁芯采用高频铁氧体,也常用空芯线圈;

(4)在100兆赫以上的一般不能选用铁氧体芯,只能用空芯线圈。

2.变压器的选用

(1)选用电源变压器时要与负载电路相匹配,电源变压器应留有功率余量(即输出功率略大于负载电路的最大功率),一般电源电路采用“E”型铁芯,高保真音频功放的电源电路选择“C”型变压器或环形变压器。

(2)中频变压器有固定的谐振频率,调幅收音机的中频变压器不能与调频收音机的中频变压器互换;同一收音机中中频变压器顺序不能装错,也不能随意调换。

(3)电视机中伴音中频变压器与图像中频变压器不能互换,选用时应选同型号、同规格的中频变压器,否则很难正常工作。

3.电感器在使用过程中要注意的以下事项:
(1)电感器使用的场合
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。
(2)电感的频率特性
在低频时,电感一般呈现电感特性,只起储能,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。不同电感的高频特性都不一样。

对于高频信号用电感,主要用在射频信号上。其电感值范围:0.6nH~390nH。其直流电阻(以下 “直流电阻”均指器件本身的直流特性)与电感值有关,电感值越大,对应的直流电阻也越大。自谐振频率:一般在1GHz以上,最高可达12GHz。电感值越大,对应的自谐振频率往往越小。额定电流:几十毫安~几百毫安。电感值越大,对应的额定电流往往越小。

对于一般信号用电感,用在高速信号上。其电感值范围:0.01uH~1000uH。其直流电阻比高频信号用电感和电源用电感大,最小值为100毫欧,大的可达到几欧姆。自谐振频率:几十兆赫兹~几百兆赫兹。电感值越大,其对应的自谐振频率越小。额定电流:几毫安~几十毫安。电感值越大,其对应的额定电流越小。

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