1.3 电感器/变压器的识别与检测

电感器与变压器是常用的电抗器件。电感和变压器都是通过电磁感应的原理来工作的。

当电流通过一段导线时，在导线的周围会产生一定的电磁场，而这个电磁场会对处于这个电磁场中的导线产生作用，我们将这个作用称为电磁感应。为了加强电磁感应，人们常将绝缘的导线绕成一定圈数的线圈，我们将这个线圈称为电感线圈（coil）；为了简便起见，通常将电感线圈简称为电感器或者电感（Inductor）。

若将多个电感线圈同时缠绕在磁性物体上，电感线圈之间就会互相产生影响，就构成了一个变压器。

1.3.1 电感器的识别

电感器中的线圈是由普通的导线缠绕而成，缠绕一圈称为一匝，所以线圈都有匝数的概念，一般线圈的匝数都大于1。这里的普通导线也不是裸线，而是包有绝缘层的铜线或铝线，因此，线圈的匝与匝之间是彼此绝缘的。常用的电感器有下面几种。

1. 贴片电感器

贴片电感器可分为小功率贴片电感器和大功率贴片电感器两类。

小功率贴片电感器又称片式叠层电感器，其外观与片式陶瓷电容器很相似，常见的贴片电感器有以下几种：一种是两端银白色，中间是白色；一种是两端银白色，中间是灰黑色，一种是两端是银白色，中间是蓝色。

常见的贴片小功率电感器颜色为灰黑色，如图1-67所示。

大功率贴片电感器常用在电源电路的滤波、储能电路中，这种贴片电感器的体积比较大，通常为圆形或方形，颜色为黑色，因此很容易辨认，如图1-68所示。

2. 色环电感器

色环电感器又称色码电感器，这种电感器与普通色环电阻器类似，通常用三个或四个色环来标注电感量，如图1-69所示。

3. 功率电感器

功率电感主要有磁芯电感器和线绕电感器两种。这种电感器主要应用在功率相对比较大的电路中，故称功率电感器。

磁芯电感器由线圈和磁芯组成，主要起储能、滤波作用，通常应用在电源电路中。常见的磁芯电感器如图1-70所示。

线绕电感器就是采用线径比较粗的漆包线缠绕几圈构成一个电感器，这种电感器一般应用在滤波电路中，如图1-71所示。

4. 共模电感器

共模电感器也叫共模扼流圈（Common Mode Choke），是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的电感线圈。常用于过滤共模的电磁干扰，抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射，提高系统的抗干扰能力。常见的共模电感如图1-72所示。

共模电感是开关电源、变频器、UPS电源等设备中的一个重要元器件。其工作原理如下：当工作电流流过两个绕向相反的线圈时，产生两个相互抵消的磁场H1、H2，此时工作电流主要受线圈欧姆电阻以及可忽略不计的工作频率下小漏电感的阻尼。如果有干扰信号流过线圈时，线圈即呈现出高阻抗，产生很强的阻尼效果，达到衰减干扰信号作用，如图1-73所示。

共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰，另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰，避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。

共模电感一般采用铁氧体磁心，双线并绕，有着高共模噪音抑制和低差模噪声信号抑制能力，并且工作频段阻抗小，干扰频率阻抗大电感值稳定。

5. 工字形电感器

工字形电感器因其外形像汉字“工”而得名，这种电感线圈一般由磁心或铁心、骨架、绕线组、屏蔽罩、封装材料等组成：大多数是将漆包线（或纱包线）直接绕在骨架上，再将磁芯或铜芯、铁芯等装入骨架的内腔，以提高其电感量。常见的工字形电感器如图1-74所示。

常用的工字电感被视为轴向电感的立式版，应用与轴向电感类似，但是工字电感可以拥有更大的体积，额定电流自然也增加很多；工字形电感器的电感量通常在0.1～100mH之间。

6. 排电感

在电子电路中，为了便于装配，通常还采用将多个电感封装在一起的排电感，常用的排电感通常有4～8个引脚，内部有2～4个容量相同的电感器，其内部电路组成方式与8P4R排阻相同。常见的排电感如图1-75所示。

7. 磁环电感器

在电子设备中，我们经常可以看到如图1-76所示的磁环，那么这些小东西有哪些作用呢？

这种磁环与内部的连接电缆构成一个电感线圈（电缆中的导线在磁环上绕几圈作为电感线圈），它是电子电路中常用的抗干扰组件，对于高频噪声有很好的屏蔽作用，故被称为吸收磁环或者磁环电感器，由于磁环通常使用铁氧体材料制成，所以又称铁氧体磁环（简称磁环）。

8. 可变电感器

可变电感器大多以调整磁芯在线圈内的位置，改变其磁路的导磁系数（μ），来使其电感量产生变化。

在线圈中插入磁芯（或铜芯），改变磁芯的位置就可以达到改变电感量的目的。如磁棒式天线线圈就是一个可变电感线圈，其电感量可在一定的范围内调节；可变电感器它还能与可变电容组成调谐器，用于改变谐振回路的谐振频率，如黑白电视机中的行振荡线圈就是一个可变电感器，改变磁芯插入线圈中的深度（通过旋转塑料手柄实现），即可改变电感量，从而改变电视机的行频。

常见的可变电感器如图1-77所示。

9. 印刷电感器

低频电路中的印刷电感主要起滤波的作用，电源电路板上常见的印刷电感器如图1-78所示。

用万用表量印刷电感器的始点和末点是相通的，但绝不能将始点和末点短接。

在高频电子电路中，印制电路板上一段特殊形状的铜皮也可以构成一个电感线圈，通常把这种电感线圈称为印刷电感器或微带线。在有些电路中（例如天线）将铜箔印刷成粗细不同的组合，如图1-79所示。

这种电路可以看成电容和电感的集合。窄带线相当电感，宽带线相当电容，此时，就能够构成一个RC电路满足电路的阻抗特性，使信号输出端与负载能很好地匹配。

如果电路板上有两条微带线相距很近，则这两条微带线就就构成一个微带线耦合器，如图1-80所示。

在电路中，微带线耦合器的作用有点类似变压器，用于信号的变换与传输，有时也称为互感器。微带线耦合器常用在射频电路中，特别是接收电路的前级和发射电路的末级。

10. 电感器在电路图中的识别

在电路原理图中，电感器常用符号“L”加数字表示，如“L6”表示编号为6的电感器。不同类型的电感器在电路原理图中通常采用不同的符号来表示，如图1-81所示。

1.3.2 电感器的主要参数

1. 电感量

电感量表示电感线圈工作能力的大小。电感器的电感量取决于电感线圈导线的粗细、绕制的形状与大小、线圈的匝数（圈数）及中间导磁材料的种类、大小和安装的位置等因素。在没有非线性导磁物质存在的条件下，一个载流线圈的磁通量与线圈中的电流成正比。

电感工作能力的大小用“电感量”来表示，表示产生感应电动势的能力。电感量的基本单位是亨利（H），常用单位为“mH（毫亨）”与“μH（微亨）”，它们之间的换算关系如下：1H=103mH=106μH=109nH

电感器中的线圈是由有绝缘层铜线缠绕而成的。缠绕一圈称为一匝（线圈的匝与匝之间是彼此绝缘的）。所以，线圈都有匝数的概念。一般线圈的匝数都大于1。

2. 电感量标称值与误差

电感器的电感量也有标称值，与电阻器标称值相同。电感器的电感量单位有μH（微亨）、mH（毫亨）和H（亨利）。电感量的误差是指线圈的实际电感量与标称值的差异。通常振荡线圈的要求较高，允许误差为0.2%～0.5%；耦合阻流线圈则要求较低，一般在10%～15%。电感器的标称电感量和误差的常见标示方法有直接法和色标法。标示方式类似于电阻器的标示方法。目前，大部分国产固定电感器将电感量、误差直接标在电感器上。

3. 品质因数（Q）

电感器的品质因数Q是线圈质量的一个重要参数。它表示在某一工作频率下，线圈的感抗对其等效直流电阻的比值，即Q越高，线圈的铜损耗越小。由于导线本身存在电阻值，故由导线绕制的电感器也就存在了电阻的一些特性，导致工作电路中电能的消耗。Q值越高，表示这个电阻值越小，使电感器越接近于理想的电感器，当然质量也就越好。中波收音机中使用的振荡线圈的Q值一般在55～75之间。在选频电路中，Q值越高，电路的选频特性也越好。电感线圈的品质因数定义为Q=wL/R。式中，w为工作频率；L为线圈电感量；R为线圈的总损耗电阻。

4. 分布电容

在互感线圈中，两线圈匝与匝之间、线圈与地及屏蔽盒之间还会存在线圈与线圈间的匝间寄生电容。这个匝间寄生电容就被称为分布电容。分布电容对高频信号将有很大的影响。分布电容越小，电感器在高频工作时性能就越好。分布电容使Q值减小、稳定性变差，为此可将导线用多股线或将线圈绕成蜂房式，对天线线圈则可采用间绕法，以减少分布电容的数值。

对于大功率电感器，除了上述参数外，还有两个主要参数：最大工作电流和工作频率。

5. 额定电流

额定电流是指在规定的温度下，线圈正常工作时所能承受的最大电流值。对于阻流线圈、电源滤波线圈和大功率的谐振线圈，这是一个很重要的参数。

6. 损耗电阻

电感器的直流电阻被称为损耗电阻。

1.3.3 电感器参数的识别

电感器的电感量标示方法有直标法、文字符号法、色标法及数码标示法。

1. 直标法

直标法是将电感器的标称电感量用数字和文字符号直接标在电感器外壁上，如图1-82所示。

对于一些大功率的贴片电感，在标注时通常直接把电感量的单位μH省略，电感量直接标注数字在电感表面，如图1-83所示。

2. 文字符号法

文字符号法是将电感器的标称值和允许偏差值用数字和文字符号法按一定的规律组合标示在电感体上。采用这种标示方法的通常是一些小功率电感器，其感量单位通常为nH或μH，用μH做单位时，“R”表示小数点；用nH做单位时，“n”代替“R”表示小数点。

采用文字符号法标示电感量的电感器如图1-84所示。

例如，4N7表示电感量为4.7nH，2R2则代表电感量为2.2μH；6R8表示电感量为6.8μH，R33表示0.33μH。

3. 色标法

色标法是指在电感器表面涂不同的色环来代表电感量（与电阻器类似），通常用三个或四个色环表示，如图1-85所示。

紧靠电感体一端的色环为第一环，露着电感体本色较多的另一端为末环。其第一色环是十位数，第二色环为个位数，第三色环为应乘的倍数（单位为μH），第四色环为误差色环。各种颜色所代表的数值见表1-22。

色环电感器的识别如图1-86所示。

EC24、EC36、EC46三个系列的色环电感器的电感量在0.1μH以下时，用金色条形码表示小数点，之后的3个色码表示其电感量，电感量在0.1μH以下时，不标示允许误差。

EC22系列的色环电感器因体形小，只用三个色环表示，电感量的允许误差不标示出来，如图1-87所示。

色环电感的误差为的±10%居多，其次为±5%，所以最后的颜色只有银金两种颜色，因此识别四色环中的首尾色环中有没有银色或金色，有这两种颜色中的其中一种颜色则为最后一色，不是这两种颜色中的其中一种则为第一环。大部份色环电感都可以用这个方法识别顺序。如果第一步骤不能识别，则要综合看色环，首尾的第二环中的哪一环出现为白、灰、紫、蓝、绿、黄，则这一个色环为第二环。

例如，色环颜色分别为棕、黑、金电感器的电感量为1μH，误差为5%。

4. 数码标示法

有些电感器的参数用三位数字标注在电感表面，采用三位数字标注电感量的方法与普通的贴片电阻标注电阻阻值的方法相似，此时电感量的单位为“μH”。数码标示法如图1-88所示。

数码标示法通常在电感量单位后面用一个英文字母表示其允许偏差。各字母代表的允许偏差见表1-23。

在三位数字中，从左至右的第一、第二位为有效数字，第三位数字表示有效数字后面所加“0”的个数（单位为nH）。如果电感量中有小数点，则用“R”表示，并占一位有效数字。

例如，标示为“472J”的电感量为47×102=4700nH，允许偏差为±5%；标示为“151”的电感量为150nH。需要注意的是，要将这种标示法与直标法区别开。

1.3.4 电感器的检测

检测电感器时首先应进行外观检查，看线圈有无松散，引脚有无折断、生锈现象。然后用万用表的欧姆挡测线圈的直流电阻。若为无穷大，则说明线圈（或与引出线间）有断路；若比正常值小很多，则说明有局部短路；若为零，则线圈被完全短路。对于有金属屏蔽罩的电感器线圈，还需检查它的线圈与屏蔽罩间是否短路。

采用具有电感挡的数字万用表来检测电感器是很方便的，将数字万用表量程开关拨至合适的电感挡，然后将电感器两个引脚与两个表笔相连即可从显示屏上显示出该电感器的电感量，如图1-89所示。

若显示的电感量与标称电感量相近，则说明该电感器正常；若显示的电感量与标称值相差很多，则说明该电感器有问题。

需要说明的是：在检测电感器时，数字万用表的量程选择很重要，最好选择接近标称电感量的量程去测量；否则，测试的结果将会与实际值有很大的误差。

普通的指针式万用表不具备专门测试电感器的挡位，使用这种万用表只能大致测量电感器的好坏：用指针式万用表的R×1Ω挡测量电感器的阻值，若其电阻值极小（一般为零点几欧），则说明电感器基本正常；若测量电阻为∞，则说明电感器已经开路损坏。对于具有金属外壳的电感器（如中周），若检测得振荡线圈的外壳（屏蔽罩）与各引脚之间的电阻不是∞，而是有一定电阻值或为零，则说明该电感器内部击穿损坏。

由于电感器属于非标准件，不像电阻器那样可以方便地检测，且在有些电感体上没有任何标注，所以一般要借助图纸上的参数标注来识别其电感量。在维修时，一定要用与原来相同规格、参数相近的电感器进行代换。

1.3.5 变压器的识别

变压器（Transformer）的主要作用就是变压，也就是改变电压。变压器有多个分别独立的线圈（这些不同的线圈就构成不同的绕组）共用一个磁芯，变压器通上交流电时，变压器的铁芯中产生了交变的磁场，在次级绕组就感应出频率相同的交流电压，变压器的初次级线圈的匝数比等于电压比。

当一交流电流（具有某一已知频率）流过变压器中的其中一组线圈时，另外的一组（或者多组）线圈中将感应出具有相同频率的交流电压。通常情况下，连接高压交流电源的线圈称之为“一次线圈（Primamary coil）”或“初级绕组（primarywinding）”或“一次绕组”，跨于此线圈两端的电压称之为“一次电压”或“初级电压”；而把连接负载的一个感应线圈绕组称为“次级线圈”或“次级绕组（secondarywinding）”或“二次绕组”，该线圈中感应的电压则被称为“次级电压”，如图1-90所示。

变压器与电源相连的线圈，接收交流电能，称为初级绕组；与负载相连的线圈，送出交流电能，称为次级绕组。变压器只能改变交流电压，不能改变直流电压，因为直流电流是不会变化的，电流通过变压器不会产生交变的磁场，所以次级线圈只能在直接接通的一瞬间产生一个瞬间电流和电压。

“次级绕组”两端的感应电压是由“初级绕组”与“次级绕组”之间的“匝数比”所决定的，因此在“次级绕组”两端的感应电压可能大于或小于“一次电压”，故变压器有升压与降压变压器两种。

目前常用的变压器有下面几种。

1. 普通E型电源变压器

这种电源变压器的作用是将220V交流电变换成我们需要的各种较低的交流电压，然后再通过二极管整流成我们需要的低压直流电，如我们常用的220V转换成12V的电源适配器中通常就采用这种变压器，如图1-91所示。

2. 环形变压器

环形变压器是电源变压器中的一大类型，已广泛应用于家电设备和其他技术要求较高的电子设备中，它的主要用途是作为电源变压器和隔离变压器。

环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片（片厚一般为0.35mm以下），无缝地卷制而成，这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心。环形变压器的线圈均匀地绕在铁心上，线圈产生的磁力线方向与铁心磁路几乎完全重合，与叠片式相比激磁能量和铁心损耗将减小25%，常见的环形电源变压器如图1-92所示。

3. 开关电源变压器

开关电源变压器除了具有普通变压器的电压变换功能，还兼具绝缘隔离与功率传送功能。开关电源变压器一般用在开关电源等涉及高频电路的场合。常见的开关电源变压器如图1-93所示。

4. 贴片变压器

贴片变压器主要应用在小功率、不高于1500V的电源变换电路中，如液晶显示器中的CCFL灯管驱动变压器就是采用的贴片变压器，这种变压器如图1-94所示。

5. 中频变压器

中频变压器俗称中周，它的整个结构装在金属屏蔽罩中，下有引出脚，上有调节孔。初级线圈和次级线圈都绕在磁芯上，磁帽罩在磁芯外面。磁帽上有螺纹，能在尼龙支架上旋转。调节磁帽和磁芯的间隙可以改变线圈电感量，如图1-95所示。

中频变压器一般与电容搭配，组成调谐回路。中频变压器分成单调谐和双调谐两种。只有初级线圈和电容组成一个调谐回路的叫单调谐中频变压器，如果调谐回路之间用电容或电感耦合的叫双调谐中频变压器。一般晶体管收音机有三个单调谐中频变压器，它们三个的位置不可互换。

6. 变压器在电路图中的识别

在电路原理图中，变压器通常用字母T表示。如“T1”表示编号为1的变压器。常见变压器在电路原理图中的符号如图1-96所示，其中有黑点的一端表示变压器绕组的同名端。

1.3.6 变压器的主要参数

对不同类型的变压器都有相应的参数要求，如电源变压器的主要参数有：额定功率、额定电压和电压比、工作频率、额定电压、额定功率、空载电流、空载损耗、绝缘电阻和防潮性能等；一般低频音频变压器的主要参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等。

1. 电压比

设变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级绕组，N2为次级绕组。在初级绕组上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2>N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：当N2<N1时，其感应电动势低于初级电压，这种变压器称为降压变压器，初级次级电压和线圈圈数间具有下列关系：n=U1/U2=N1/N2

式中n称为电压比（圈数比）.当n>1时，则N1>N2，U1>U2，该变压器为降压变压器，反之则为升压变压器。

变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。需要注意的是电压比有空载电压比和负载电压比的区别。

例1. 已知一个变压器的初级绕组电压（原边电压）是220V，次级绕组电压为36V，则该变压器的电压比n=U1/U2=220/36=6.11。

例2. 已知一个变压器的电压比n=5，初级绕组匝数N1=2200匝，则次级绕组匝数N2=2200/5=440匝。

变压器负载电流增加时，次级绕组中的电流将增大，将使初级电流增加，变压器中次级绕组与初级绕组的电流比等于变压器的电压比（K=I2/I1，I2为次级绕组电流，I1为初级绕组电流）。例如已知某电焊机变压器变压器电压比K=5，若初级绕组电流I1=I2A，则次级绕组电流I2=K×I1=5×12=60A。

2. 效率

在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫作变压器的效率，即η=P2/P1×100%。

式中η为变压器的效率，P1为输入功率，P2为输出功率。当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时，效率η等于100%，此时变压器将不产生任何损耗，但实际上这种变压器是不存在的，变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜损及铁损。

变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。

3. 工作频率

由于变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。

4. 额定电压

该参数是指在变压器的初级线圈上所允许施加的电压，正常工作时变压器初级绕组上施加的电压不得大于规定值。

5. 额定功率

额定功率是指变压器在规定的频率和电压下，能长期工作，而不超过规定温升时次级输出的功率。变压器的额定功率的单位为VA（伏安），而不用W（瓦特）表示，这是因为额定功率中会有部分无功功率，所以用VA表示比较确切。

6. 空载电流

当变压器次级绕组开路时，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。

7. 空载损耗

变压器次级开路时，在初级测得的功率损耗即为空载损耗。

8. 绝缘电阻

该参数表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

绝缘电阻是表示变压器绝缘性能的一个参数，是施加在绝缘层上的电压与漏电流的比值，包括绕组之间、绕组与铁芯及外壳之间的绝缘阻值。由于绝缘电阻很大，一般只能用兆欧表（或万用表的R×10kΩ挡）测量其阻值。如果变压器的绝缘电阻过低，在使用中可能出现机壳带电甚至可能将变压器绕组击穿烧毁。

9. 温升

变压器投入运行时，线圈温度高出周围环境温度的部分称为线圈温升∆tm；铁芯工作温度高出周围环境温度的部分称为铁芯温升∆t。温升有最热点温升和平均温升两种。一般以线圈的平均温升作为变压器的温升指标。温升是影响变压器寿命的重要因素。变压器的允许温升由其绝缘耐热等级确定。各种绝缘耐热等级的最高工作温度如表1-24所示。

例如：EI型变压器通常为A级绝缘，C型变压器通常为F级绝缘。

1.3.7 变压器的检测

检测变压器时首先可以通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显的异常。如线圈引线是否断裂、脱焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁芯紧固螺丝是否有松动，硅钢片有无锈蚀，绕组线圈是否有外露等现象。

然后需要从静态和动态两个方面来测量才能完全断定变压器是否正常。

静态测量时，可以将万用表的挡位开关置于R×1挡，用两个表笔分别测量变压器初级与次级线圈两端点测量电阻值。变压器静态测量的示意图如图1-97所示。

一般情况下，初级阻值为几十到几百欧姆（若R×1挡时测量指针偏转不明显，则可以更换更高的量程继续测量），次级的线圈电阻值很小（正常为零点几欧姆到几十欧姆）。若指针不动则表示线圈开路，这种情况说明变压器已经损坏。如果测量到的电阻值严重偏离正常值，则可以判断这个变压器已经损坏。

动态测量就是在变压器的初级接上220V的交流电（仅指220V电源变压器，其他类型的变压器需要接入相应的电路），然后测量次级输出电压是否与标称输出电压相符合。并在通电一段时间后触摸变压器看是否发热严重，若发热正常，则说明变压器正常，若发热严重，则说明变压器内部绕组有短路现象。

变压器动态测量示意图如图1-98所示。