1.1.3 电感器
电感器(inductor)是根据电磁感应原理制成的储能元件,可以将电能转换为磁场能储存和传递。因此电感器的应用范围很广泛,在调谐、振荡、耦合、匹配、滤波、陷波、延迟、补偿及偏转聚焦等电路中都是必不可少的。在交流电路中也常用做阻流、降压、交链、负载之用。
1.电感器的种类
由于其用途、工作频率、功率、工作环境不同,对电感器的基本参数和结构就有不同的要求,导致电感器类型和结构的多样化。在无线电元件中电感器分为两大类:一类是应用自感作用原理的线圈(coil),另一类是应用互感作用原理的变压器(transformer)或互感器(mutual inductor)。
线圈可以用来组成LC滤波器、谐振回路,均衡电路和去耦电路等。线圈包括单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈、带磁芯线圈、固定电感器、可调电感器、低频扼流圈等多种形式。它们都是由漆包线分单层或多层绕组绕在绝缘骨架上而成的。单层绕组有间绕与密绕两种形式。为了增加电感量和Q值并缩小体积,常在线圈的骨架中嵌入软磁性材料制作的磁芯,故有空心、磁芯、铁芯线圈之分。
在各种电子设备中,根据不同的电路特点,还有很多结构各异的专用电感器。例如,半导体收音机的磁性天线,电视机中的偏转、振荡线圈等。变压器主要用来变换电压或阻抗,包括电源变压器、低频输入变压器、低频输出变压器、中频变压器、宽频带变压器、脉冲变压器等。从原理上来说,各种变压器都属于电感器。
2.电感器的基本参数
1)电感量
电感量是指电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力。其大小与磁导率μ、线圈单位长度中匝数n及体积V有关。当线圈的长度远大于直径时,电感量为:
电感的基本单位是H(亨利),实际工作中的常用单位有mH(毫亨)、μH(微亨)和nH (纳亨)。
2)固有电容电感线圈的各匝绕组之间通过空气、绝缘层和骨架而存在着分布电容,同时,在屏蔽罩之间、多层绕组的每层之间、绕组与底板之间也都存在着分布电容。这样,电感器实际上可以等效成如图1.2所示的电路。图中的等效电容C0,就是电感器的固有电容。由于固有电容的存在,使线圈有一个固有频率或谐振频率,记为f0,其值为
使用电感线圈时,应使其工作频率远低于线圈的固有频率。为了减小线圈的固有电容,可以减小线圈骨架的直径,用细导线绕制线圈,或采用间绕法、蜂房式绕法。
图1.2 电感的等效电路
3)品质因数(Q值)
电感线圈的品质因数定义为
式中,ω 是工作角频率(rad/s),L是线圈的电感量(H),r是线圈的损耗电阻(包括直流电阻、高频电阻及介质损耗电阻)(Ω)。
Q值反映线圈损耗的大小,Q值越高,损耗功率越小,电路效率越高,选择性越好。为提高电感线圈的品质因数,可以采用镀银导线、多股绝缘线绕制线匝,使用高频陶瓷骨架及磁芯(提高磁通量)。
4)额定电流
电感线圈中允许通过的最大电流,通常用字母A、B、C、D、E分别表示,标称电流值分别为 50 mA、150 mA、300 mA、700 mA、1600 mA。
3.使用电感器常识
(1)在选电感器时,首先应明确其使用范围,铁芯线圈只能用于低频,而铁氧体线圈、空心线圈可用于高频;其次,要弄清线圈的电感量。
(2)线圈是磁感应元件,它对周围的电感元件有影响。安装时一定要注意电感性元件之间的相互位置,一般应使相互靠近的电感线圈的轴线互相垂直,必要时可在电感性元件上装屏蔽罩。