第03章 电感器

第3章电感器3.1概述电感器又称为线圈或电感线圈，它是由导线在绝缘骨架上（也有不用骨架的）绕制而成。3.1.1电感器的分类电感器种类较多，可按不同的分类方法进行分类。1．按照形状分类大）多层（电感量大、小）间绕（大）密绕（单层（电感量小）线绕片状印刷版平面形状分类ccc1．按照形状分类单层线圈的电感量通常较小，约在几个微亨至几十微亨左右。电感值较大时，线圈的尺寸就会太大，给安装带来困难，单层线圈通常适用于高频电路。单层线圈的绕制又可分为密绕和间绕。–密绕是指导线一圈挨一圈的绕制，其特点是绕法简单，制作容易，线圈体积较小，电感量一般大于15微亨，但它匝间电容较大，使Q值和稳定性有所降低。–间绕是导线每匝间都相距一定的距离，分布电容较小，当采用粗导线时，可获得高Q（150~400）和高稳定性，但电感量不能做得很大。1．按照形状分类多层线圈的电感量较大，通常大于300微亨。多层线圈的缺点就在于固有电容较大，因为匝与匝、层与层之间都存在分布电容。同时，线圈层与层之间的电压相差较大，当线圈两端具有较高电压时，易发生跳火、绝缘击穿等。多层线圈的绕制可分为分层平绕、乱绕、分格平绕和蜂房式绕制等多种形式。蜂房绕制是将被绕制的导线以一定的偏转角（约19°~26°左右）在骨架上缠绕，这样可减小线圈的固有电容。2．按照工作特征分类线圈可分为固定电感和可变电感两种。–固定电感是根据不同电感量的需求，将不同直径的铜线绕在磁芯上，再用塑料壳封装或用环氧树脂包封而成。其特点是体积小，重量轻，结构牢固可靠。–固定电感按照引线方式的不同，可分为双向引出式和单向引出式两种，其电感量范围分别为：–双向：0.1~22000μH单向：1~33000μH–电感量采用E数系列，其间隔按E12系列排列，Q值一般为40~60，工作电流在50~1600μA，温度系数约300~800×10-6/℃。2．按照工作特征分类可变电感是指其电感量是可以改变的电感线圈。当需要电感值跳跃或改变时，一般采用抽头式线圈。通过连接抽头的位置不同，使电感量发生变化。当需要电感值均匀改变时，可采用以下三种方法:–一种是在线圈中插入磁芯或铁芯–另一种是在线圈上安装一滑动的触点。–第三种是将两个线圈串联，均匀改变两线圈之间的相对位置，以达到互感量的变化，从而使线圈的总电感量随之变化。3．按照功能分类：–电感器可分为振荡线圈、扼流圈、耦合线圈、校正线圈、偏转线圈等。4．按照结构分类：–电感器可分为空心线圈、磁芯线圈、铁芯线圈等。3.1.2电感线圈的型号命名方法第四部分第三部分第二部分第一部分区别代号（用字母A、B等表示）型号（X为小型）特征（G为高频）主称（L为线圈，ZL为阻流圈）电感线圈的型号命名没有统一的国家标准，各生产厂家有所不同，但大多数的表示方法由四部分组成。3.1.3电感线圈的标志方法1．直标法直标法是在小型固定电感线圈的外壳上直接用文字符号标出其电感量、允许偏差和最大直流工作电流等主要参数。其中允许偏差常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ来表示，分别代表允许偏差为±5%、±10%、±20%，最大工作电流常用字母A、B、C、D、E等标志。1．直标法例如：固定电感线圈外壳上标有150μH、A、Ⅱ的标志，则表明线圈的电感量为150μH，允许偏差为Ⅱ级（±10%），最大工作电流50mA（A档）。2．色标法色标法是指在电感器的外壳上涂上四条不同颜色的环，来反映电感器的主要参数。–前两条色环表示电感器电感量有效数字–第三条色环表示倍率（即10n），–第四条色环表示允许偏差。数字与颜色的对应关系见表，单位为微亨（μH）。3.1.4线圈的结构线圈通常由骨架、绕组、屏蔽罩、磁芯等组成。根据使用场合的不同，有的线圈没有磁芯或屏蔽罩，或两者都没有，还有的连骨架也没有。1．骨架骨架的作用是使线圈成型固定，并以此将线圈和铁芯绝缘。这些材料的介质损耗和耐热特性都不相同，直接影响线圈的质量和稳定性。在使用时，应根据要求仔细选取。2．绕组大多数线圈的绕组是由绝缘导线在骨架上缠绕而成。圈数的多少由电感量的大小决定，一般电感量越大，线圈的圈数就越多。导线的直径由通过线圈的电流值和线圈的Q值来决定，通过电流大，要求Q值高，则导线直径应选择的粗一些。当电感量较小，如小于几个微亨时，绕组也常用不带绝缘的镀银铜线进行间绕，以减小导体的表面电阻，提高线圈的性能。3．屏蔽罩为了减小外界电磁场对线圈的影响和线圈产生的电磁场与外电路的相互耦合，需要采用屏蔽罩将线圈与外电路隔离。通常是将线圈放入一个闭合的具有良好接地的金属罩内。4．磁芯线圈装有磁芯后，其电感量增加，或者说，与同样电感量的无磁芯线圈相比，带磁芯的线圈圈数较少，这样可减小线圈的体积和分布电容，并提高线圈的Q值。有时为了调整线圈的电感量，也可以通过调节磁芯在线圈中的位置来实现。常用的磁芯有锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等，并根据不同要求，可制成各种不同的形状，如磁棒、E型磁芯、螺纹磁芯、环形磁芯、双孔磁芯等。3.1.5线圈的符号识别目前，在电路中会出现各类线圈的符号，它们代表不同的电感线圈。1．空心线圈–一个半圆弧形象地代表了线圈中一圈的导线，尽管线圈的绕制方法有密绕、间绕和峰房式多种，但电路中均用这种符号表示。2．带铁氧体磁芯的线圈–这种线圈是在绕好的空心线圈中插入铁氧体磁芯，图中虚线表示铁氧体磁芯。由于增加了磁芯，所以在相同电感量的情况下，体积比空心线圈小得多。3．可调磁芯线圈–铁氧体磁芯线圈中的磁芯放进深度可以调整，多用于调谐回路中。由于通过磁芯的调整，使得谐振频率发生改变。4．可调铜芯线圈–同可调磁芯线圈类似，还有可调铜芯线圈，空心长方形表示铜芯。5．铁芯线圈–这类线圈绕好后，在中间插入硅钢片一类物质，线圈旁边的粗黑线表示铁芯。3.2电感器的技术指标3.2.1电感量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与线圈中电流成正比，其比例常数称自感系数，简称电感，用L表示。式中：L为电感，单位亨利。ф为自感磁通量，单位伏特·I为电流强度，单位安培1亨利是指电路在1秒钟内，电流平均变动为1安培时，在电路内感应出1伏特自感电动势的电感量值IL3.2.2品质因数品质因数是表示线圈质量的一个参数，它是指线圈在某一频率的交流电压工作时，线圈所呈现的感抗和线圈的直流电阻之比，即：式中：Q为线圈的品质因数ω为工作角频率R为线圈的等效总损耗电阻L为线圈的电感量。RLRfLQ2当ω和L一定时，品质因数仅与线圈的等效电阻有关，电阻越大，Q值越小。在谐振回路中，线圈的Q值越高，回路的损耗就越小，效率就越高，滤波性能就越好。但Q值的提高，要受到一些因素的限制，如导线的直流电阻，线圈骨架的介质损耗，屏蔽和铁芯引起的损耗以及高频工作时的集肤效应等。一般不能做得很高，通常为几十至一百，最高为四、五百。3.2.3固有电容和直流电阻线圈的匝与匝之间、线圈与地之间、线圈与屏蔽盒之间、多层绕组的层与层之间均存在分布电容。一个实际的电感器可等效为一个理想的电感器和等效直流电阻的串联，与分布电容器（即固有电容器）的并联，由于固有电容器C0和直流电阻的存在，增加了线圈的等效总损耗电阻，降低了品质因数。因此，线圈的固有电容越小越好。可通过减小线圈骨架的直径，采用细导绕制或采用间绕法、蜂房式绕法等措施进行减小。C0LR3.2.4额定电流电感线圈在正常工作时，允许通过的最大电流称为额定电流，也称为线圈的标称电流值。当工作电流大于额定电流时，线圈就会发热，甚至被烧坏。3.2.5稳定性稳定性表示线圈参数随外界条件变化而改变的程度，通常用电感温度系数和不稳定系数两个量来衡量，它们越大，表示稳定性越差。3.3变压器变压器也是一种电感器。它是由初级线圈、次级线圈、铁芯或磁芯等组成，利用两个电感线圈在靠近时产生的互感应现象进行工作。在电子电路中常作为电压变换器、阻抗变换器等。3.3.1变压器的分类变压器种类繁多，可按不同方式进行分类。1．按导磁材料分类变压器可分为硅钢片变压器、低频磁芯变压器、高频磁芯变压器三种。2．按用途分类变压器可分为电源变压器和隔离变压器、调压器、输入/输出变压器、脉冲变压器四种。3．按工作频率分类变压器可分为低频变压器、中频变压器和高频变压器三大类。低频变压器又可分为电源变压器、输入变压器、输出变压器、线间变压器、用户变压器和耦合变压器等。中频变压器又可分为收音机中频变压器、电视机中频变压器等。高频变压器又可分为天线线圈、天线阻抗变换器和脉冲变压器等。3.3.2变压器的型号命名（1）低频变压器的型号命名电源变压器、音频输入变压器和音频输出变压器的型号命名由三部分组成。第一部分：主称，用字母表示，第二部分：功率，用字母表示，单位W；第三部分：序号，用字母表示。第一部分第二部分第三部分序号（用数字表示）功能（用数字表示，单位为W）主称（用字母表示）字母意义字母意义DB电源变压器HB灯丝变压器CB音频输出变压器SB或ZB音频（定阻式）输送变压器RB音频输入变压器SB或EB音频（定压式或自耦式）输送变压器GB高压变压器（2）调幅收音机中频变压器的型号命名调幅收音机的中频变压器型号命名也由三部分组成。第一部分：主称，用几个字母的组合表示名称、特征及用途字母名称、特征、用途字母名称、特征、用途I中频变压器F调幅收音机用L线圈或振荡线圈S短波段T磁性瓷芯式第二部分：外形尺寸，用数字表示，第三部分：序号，用数字表示，。数字外形尺寸（mm×mm×mm）数字外形尺寸（mm×mm×mm）17×7×12312×12×16210×10×14420×25×36数字意义数字意义1第一级中频变压器3第三级中频变压器2第二级中频变压器（3）电视机中频变压器的型号命名电视机用的中频变压器的型号命名由四部分组成：第一部分：底座的尺寸，用数字表示；第二部分：主称，用字母表示名称和用途；字母意义字母意义T中频变压器V图象回路L线圈S伴音回路第三部分：结构，用数字表示，第四部分：序号，用数字表示。字母意义字母意义2调磁帽式3调螺杆式3.3.3变压器的主要特征参数1．变压比变压比又称变阻比，圈数比。它是指变压器的初级线圈的电压（阻抗）与次级线圈的电压（阻抗）之比。定义为：212NNUUn式中：n为变压器的变压比N1为变压器的初级线圈的圈数N2为变压器的次级线圈的圈数U1为初级线圈两端接入的交流电压U2次级线圈内产生的感应电动势若n≥1，即N1≥N2，则次级线圈的感应电压U2小于等于初级线圈的电压U1，即U2≤U1，该变压器称为降压变压器。若n≤1，即N2≥N1，则次级的感应电压U2大于等于初级线圈的电压U1，即U1≤U2，该变压器称为升压变压器。2．额定功率变压器在特定频率和电压条件下，能长时间连续稳定地工作，而未超过规定温升的输出功率称为额定功率。单位为瓦或千瓦。常用电子产品中变压器的额定功率一般为几百瓦。3．效率变压器输出功率与输入功率之比称为效率，常用百分数表示+。其大小与设计参数、材料、工艺以及功率有关。对于20W以下的变压器，其效率为70~80%。对于100W以上的变压器，其效率可大于95%。4．空载电流空载电流是指变压器在工作电压下次级空载时初级线圈流过的电流。空载电流越大，变压器的损耗越大，效率越低。5．绝缘电阻和抗电强度绝缘电阻和抗电强度是指在规定时间（如1分钟）内变压器可承受的电压。是变压器特别是电源变压器安全工作的重要参数。它产生于变压器线圈之间、线圈与铁芯以及引线之间。不同工作电压，不同使用条件和要求的变压器对绝缘电阻和抗电强度的要求不同，小型电源变压器绝缘电阻要求不小于500MΩ，抗电强度应大于2000V。3.4常用电感器和变压器简介一、小型固定电感器小型固定电感器有卧式（双向引出式）和立式（单向引出式）两种，其电流等级分别用A、B、C、D、E表示（即分别表示工作电流不小于50、150、300、700、1600mA）。固定电感量是将漆包线直接绕在棒形、Z形、王字形等磁芯上，外表裹覆环氧树脂或封装在塑料壳中。具有体积小，重量轻，结构牢固，耐振动，耐冲击，防潮性好，安装方便等优点，一般用于