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课 题：电感器和变压器课堂类型：讲授教学目的：1、向学生展示不同类型的固定电感器、可变电感器，熟知它们的适用场合2、讲解电感器的电感量的识别方法，并确定其允许误差范围、耐压值。3、讲解变压器的结构种类。教学要求：1识别不同类型的固定电感器、可变电感器，熟知它们的适用场合。2掌握识别电感器的电感量，并确定其允许误差范围、耐压值。3. 了解常用变压器。教学重点：1、识别电感器的电感量，并确定其允许误差范围、耐压值。2、识别不同类型的固定电感器、可变电感器，熟知它们的适用场合。教学难点：识别不同类型的固定电感器、可变电感器，熟知它们的适用场合。教 具：用各种电感器实物辅以讲解教学方法：理论与实践融合教学。教学过程：一、案例导入在振荡、滤波、选频等场合，电感器是一种很重要的器件，向同学们进行展示电路板上的电感元件。二、教学内容第3章 电感器和变压器3.1 电感器根据电学原理，任何通过电流的电路周围都有磁场存在。当电路内电流发生变化时，电路周围的磁场也随之变化。按照电磁感应定律，磁场的变化将在导体内引起感应电动势。电路内电流变化时产生感应电动势的现象，称为自感应。电感就是用来表示自感应特性的一个量，它表示某一回路通过一定电流时所建立的自感磁通量与该电流的比值。电感是自感和互感的总称，电感的符号用L，互感的符号用M。电感器是一种非线性元件，是利用电磁感应原理制成的器件。能够储存磁场能量。由于通过电感的电流值不能突变，所以，电感对直流电流短路，对突变的电流呈高阻态。电感器在电路中的基本用途有：LC滤波器、LC振荡器、扼流圈、变压器、继电器、交流负载、调谐、补偿、偏转等。作用：1、做为滤波线圈阻止交流干扰（隔交通直）。2、可起隔离作用。3、与电容组成谐振电路。4、构成各种滤波器、选频电路等，这是电路中应用最多的方面。5、利用电磁感应特性制成磁性元件。如磁头和电磁铁。6、进行阻抗匹配。7、制成变压器传递交流信号，并实现电压的升、降。在电路中电感器有通直流阻交流、通低频阻高频、变压、传送信号等作用，因此在谐振、耦合、滤波、陷波、延迟、补偿及电子偏转聚焦等电路中应用十分普遍。一、电感器的结构和图形符号电感器的结构：由缠绕在绝缘骨架或磁心、铁心上的绝缘导线组成。1.线圈基本组成：骨架、绕组、磁芯、屏蔽。2.绕制方法：电感器是用漆包线在绝缘骨架上单层或多层绕制而成的一种能够存储磁场能的电子元件。单层绕组：间绕和密绕。用于高频谐振电路的线圈都采用间绕法，以减小线圈的固有电容；用于中短波的谐振线圈多采用单层密绕法。单层绕电感量较小，约几uH-几十uH，常用在高频电路中。多层绕组：平绕、乱绕、蜂房式绕等 当电感量大于300uH时采用多层绕。平绕层与层之间、匝与匝之间分布电容大，蜂房绕法可减小分布电容。3.常用磁芯（如图）电感器文字符号：为大写字母L电感器图形符号：表示没有铁芯或磁芯的电感器，也可以用来表示扼流圈有铁芯或磁芯的电感器可变电感器，它的磁芯位置可以调节，从而改变电感量的大小有一个抽头的电感器二、电感器的主要参数、型号命名及标识方法1、电感器的主要技术参数（1）主要技术参数 电感量L和感抗XL 电感量：反应电感储存磁场能的本领，它的大小与电感线圈的匝数、几何尺寸、有无磁心（铁心）、磁心的导磁率有关。在同等条件下，匝数多电感量大，线圈直径大电感量大，有磁心比没磁心电感量大。用于高频电路的电感量相对较小，用于低频电路的电感量相对较大。标称电感量指电感器上标注的电感量。电感量标称值按E12系列分别有1、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2。电感量的基本单位为H(亨)、常用单位还有mH(毫亨)和H(微亨)。 1H=1103mH=1106H 电感感抗XL：电感线圈对交流电的阻碍作用 公式：XL= 2fL允许误差允许偏差采用百分数表示，为5%(I)、10%()、20%(),用文字符号J表示5%，K表示10%，M表示20%。 用途不同，对电感的精度要求不同：振荡线圈要求较高，为0.20.5%，对耦合线圈和高频扼流线圈要求较低，允许1015%。标称电流值：电感器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。常以字母A、B、C、D、E来分别表示标称电流值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。品质因数（优值）： 电感线圈中储存能量与消耗能量的比值称为品质因数。又称Q值。是衡量电感器质量的主要参数。或是指电感器在某特定频率（谐振频率）的交流电压下工作时，线圈所呈现的感抗与线圈直流电阻的比值，Q=wL/R。电感器的Q值一般为50-300， Q值与线圈的结构（导线粗细、多股或单股、绕法、磁心）有关，Q值越高，电路的损耗越小，效率越高，质量也越好。在调谐回路中，要求Q较高，以减小与线圈回路的损耗；在滤波回路中，Q值不宜过高，以免使其与滤波电容构成谐振回路，对电路产生影响，对于高频扼流圈和低频扼流圈不做要求。分布电容（寄生电容）：电感器本质上是绝缘导线绕制成的线圈，线圈匝与匝之间、线圈与磁心之间，或多或少都会存在“电容”，这种“电容”称为分布电容。它降低了线圈的品质因数Q ，也使线圈的工作频率受到限制。高频线圈采用减小线圈骨架直径，采用细导线绕制、蜂房式或分段式绕法就是为了减少分布电容。（2）电感器的选择电感器选择时，主要考虑其电感量、额定工作电流、品质因数、直流电阻等性能参数及外形尺寸是否符合要求。对振荡电路而言，要求电感器允许误差小，性能稳定。2、电感器的型号命名方法 一般来说，电感器的型号包含三个部分：第一部分用字母表示主称；第二部分用字母与数字混合或数字表示电感量；第三部分用字母表示允许误差。电感器的标号与电阻器、电容器的标号类似，只是没有标注出单位时以“H”为单位。需要特别说明的是：在电感器中，也用“R”表示小数点，实际使用时应注意与电阻器的区别，避免混淆。表 电感器型号组成、符号及意义第 一 部 分第 二 部 分第 三 部 分字 母意 义字母与数字数 字意 义字 母意 义L电感器R220.220.22HC0.25%6R86.86.8HD0.5%101100100HJ5%10210001mHK10%47247004.7mHM20%3、电感器标识方法（1）直标法：在采用直标法时，直接将电感量标在电感器外壳上，并同时标允许偏差字母A、B、C、D、E分别表示额定工作电流（毫安）50、150、300、700、1600，I、II、III分别表示允许偏差5%、10%、20%。A II65H如：（2）文字符号法：用文字符号表示电感的标称容量及允许偏差，当其单位为H时用“R” 作为电感的文字符号，其它与电阻器的标识相同。4R7MJR33电感量：0.33H，偏差5% 电感量：4.7H，偏差20% （3）数码法：电感的数码标识法与电阻器一样，前面的两位数为有效数，第三位为倍乘，单位为H。 注意：数码法要与传统的方法区分开4747047147H47H470H（4）色标法：电感器的色标法多采用色环标识法，色环电感识别方法与电阻相同。通常为四色环，色环电感中前面两条色环代表有效值，第三条色环代表倍乘，第四色环为偏差。三、电感线圈的种类电感器分固定电感器和可变电感器两大类，在电路中用于滤波、耦合、调谐、信号隔离等。1、固定电感器为了增加电感量和Q值并缩小体积，线圈中常放置软磁材料制作的磁心或硅钢片制作的铁心，故又有空心电感器、磁心电感器和铁心电感器。 空心电感器：用导线绕制在纸筒、塑料筒上组成的线圈或脱胎而成的线圈。中间没有磁心或铁心，故电感量很小，通过增减匝数或调节匝距来调节电感量。一般用在高频电路中。 磁心电感器：用导线在磁心上绕制成线圈或在空心线圈中插入磁心组成的线圈。通过调节磁心在线圈中的位置来调节电感量。磁芯或磁棒一般采用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，形状根据实际需要确定，常用的有工字形、“E”形、柱形等。磁芯电感器广泛应用于电视机、摄像机通讯设备办公自动化设备的电子电路中。 铁心电感器：在空心线圈中插入硅钢片组成铁心线圈，电感量大，一般为数亨，常称为低频扼流圈。其作用是阻止残余交流电通过，而让直流电通过。常用于音频或电源滤波电路中，如扩音机电源电路。 铁心电感器常应用于工作频率较低的电路中，磁芯电感器常应用于工作频率较高的电路中。 色码电感器：用漆包线绕制在磁心上，再用环氧树脂封装起来，外壳标以色环（单位uH）或直接由数字标明电感量。工作频率为19-200kHz，电感范围0.1-33000uH,额定工作电流0.05-1.6A。有卧式（如LGI和LGX）和立式（如LG400)。主要用在滤波、振荡、陷波和延迟电路中。电视机、录像机等电子产品中用得多，高频小型电感器采用镍锌铁氧体材料磁心，低频小型电感器采用锰镍铁氧体材料磁心。 贴片电感器贴片电感器如图所示，主要用于MP3、移动电话等各类通讯产品，以及电脑主机板、摄像机、数码相机、电源变换器等各类电器。电感器按用途可分为：振荡电感器、校正电感器、显像管偏转电感器、阻流电感器、滤波电感器、隔离电感器、补偿电感器等。高频阻流圈：阻止高频交流电流通过，而让低频交流电流通过。高频扼流圈在塑料或瓷骨架上绕成蜂房式结构，一般电感量小在2.5-10mH之间。低频阻流圈：阻止低频交流电流通过而让直流电流通过，常与电容组成滤波电路，滤除残余的交流成分。低频阻流圈是在绕好的空心线圈中插入铁心而成的大电感量的电感，电感量达几H几十H。工作电流60mA-300mA。2、可变电感器可变电感器的电感量在一定范围内可以调节。电感器电感量的大小，主要取决于绕制电感器线圈的匝数、绕制方式、有无磁心及磁心的材料。匝数越多，绕制的线圈越密集，电感量越大；有磁心的电感器比没有磁心的电感器电感量大；磁心导磁率越大，电感器的电感量也越大。在实际应用中，通常都是通过调节磁心在线圈中的位置来改变电感量。（1）微调电感器：在线圈中插入磁心，并通过调节其在线圈中的位置来改变电感量。如收音机中磁棒天线就是改变微调电感器，与可变电容组成谐振电路，从而实现对所选电台信号频率的选择。（2）可调式电感器又分为磁心可调电感器、铜心可调电感器、滑动接点可调电感器、串联互感可调电感器和多抽头可调电感器。电感线圈的种类按绕线结构分类： 单层线圈：这种线圈电感量小，通常用在高频电路中，要求它的骨架具有良好的高频特性，介质损耗小。 多层线圈：多层线圈可以增大电感量，但线圈的分布电容也随之增大。 v 峰房线圈：峰房线圈在绕制时导线不断以一定的偏转角在骨架上偏转绕向，这样可大大减小线圈的分布电容。按外形:空心线圈与实心线圈。按工作性质:高频电感器(各种天线线圈、振荡线圈)和低频电感器(各种扼流圈、滤波线圈等)。按封装形式:普通电感器、色环电感器、环氧树脂电感器、贴片电感器等。按电感量:固定电感器和可调电感器。四、电感线圈的使用知识1、磁场辐射的影响电感线圈在线路板上有立式和卧式两种安装方式，使用时注意其磁场对邻近器件工作的影响。卧式电感器引线是从两端引出，它绕在棒形的磁心上，工作时磁力线向四周发散，会影响邻近的部件工作，特别在高频工作时影响更大。立式电感器无此缺点，其线圈都绕在“工”形或“王”字形磁心上，工作磁力线很少发散，对周围部件影响小，分布电容也小。2、工作频率与磁心材料的关系带磁心电感器的工作频率要受磁心材料最高工作频率的限制。在音频段工作的电感线圈，通常采用硅钢片或坡莫合金为磁心材料；在零点几几MHZ间（如中波广播）的线圈采用铁氧体做磁心，也可用空心线圈；频率高于几MHZ时线圈采用高频铁氧体做磁心，也可用空心；在100MHz以上，一般不能用铁氧体磁心，只能用空心线圈，如做微调，可用铜心调节。自感现象的利弊 自感现象的合理利用 1、利用线圈的自感现象，可以稳住电路中的电流。常用于滤波电路。 2、利用它可以点燃灯管所需要的高压，常用于日光灯中。思考：在交流电动机（如电动碾米机），在开关拉闸和关闸时，为什么会产生拉弧？自感现象的弊端在具有很大自感线圈而电流又强的电路中，当电路断开的瞬间，会产生很大的自感电动势，产生电弧和击穿线圈。日光灯的工作原理 灯管发光原理：利用灯管内的自由电子轰击灯管壁上的荧光粉，使荧光粉发出白光。 日光灯的工作原理：1、先通电，启辉器导通，对两端的灯丝预热。2、启辉器经过一段时间发热断开，电路电流下降，L产生一个很高的电压加在两灯丝之间，电离了中间的空气（含汞），形成微小电流，灯管内的自由电子轰击灯管壁上的荧光粉，使荧光粉发出白光。3.2 变压器 一、变压器概述变压器是利用电磁感应原理传输电能或信号的器件，由铁芯和绕在铁芯上的多个绕组（又称线圈）组成。它能实现能量的传输、信号的传递、电压变换、电流变换、阻抗变换等作用。如图所示：变压器的组成及图形符号变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。 1、变压器的主要功能变电压：电力系统 变电流：电流互感器 变阻抗：电子线路中的阻抗匹配在能量传输过程中，当输送功率P =UI cosj 及负载功率因数cosj 一定时：U IDP = IRl 电能损耗小I S 节省金属材料（经济）2、变压器的作用电力系统采用高压输电为减小输电线路损耗。电力系统采用低压配电保证用电安全。具体如下：10.5kV 发电机380/220V电灯电动机电炉.升压10KV输电线 10kV变电站220kV输电线低压变配电所降压降压二、变压器的结构、种类和电路图形符号1、变压器的结构（1）铁心-变压器的磁路铁心由0.35mm或0.5mm厚高导磁硅钢片叠成涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流-产生功率损耗-热能-铁心发热。减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成。FF单相变压器+变压器的电路一次绕组N1二次绕组N2铁心二次绕组（副边）-接负载一次绕组（原边）-接电源（2）绕组：（3）油箱、散热筋、油枕散热（4）瓦斯保护-绕组短路保护（5）分接开关-调压(改变高压绕组匝数)2、变压器的分类电压互感器 电流互感器 按用途分电力变压器 (输配电用)仪用变压器 整流变压器 按相数分三相变压器 单相变压器 按制造方式壳式心式变压器符号3、变压器图形符号4、变压器的额定值变压器正常运行的状态，称变压器的额定工作状态。变压器在额定工作状态下的电压、电流、功率等，称为变压器的额定值，它们一般标注在变压器的铭牌上。变压器的主要额定值有额定电压、额定电流、额定容量和额定频率等。（1）额定电压额定电压有一次绕组额定电压和二次绕组额定电压之分。一次绕组额定电压指：根据绝缘材料及其允许发热所规定的，应加在一次绕组两端的正常工作电压的有效值。二次绕组额定电压指：一次绕组两端加上额定电压时，二次绕组两端输出电压的有效值。对三相变压器而言，额定电压均指线电压。（2）额定电流一次绕组、二次绕组的额定电流指：由绝缘材料耐温所规定的一次绕组、二次绕组中允许长期通过的最大电流的有效值。对三相变压器而言，额定电流均指线电流。（3）额定容量额定容量指：变压器二次绕组额定电压和额定电流的乘积，即二次绕组的视在功率，单位为伏安或千伏安。（4）额定频率额定频率指变压器应接入的电源（或信号源）频率。在电力系统中使用的变压器，其额定频率为我国规定的标准工业频率50Hz。在电子技术中使用的变压器，因其频率特性较差，选用时要特别注意额定频率。三、变压器型号命名例如：DB-50-2表示50VA的电源变压器四、常用变压器介绍在实际应用中，变压器的种类很多。按工作频率分有：高频变压器、中频变压器等；按用途分有：电源变压器、脉冲变压器、隔离变压器等；按铁芯形状分有：“E”型变压器、“C”型变压器和环形变压器等。1、电源变压器电源变压器有单相电源变压器和三相电源变压器两大类。一般来说，单相电源变压器有两个绕组，与电源连接的绕组称一次绕组（又称初级），与负载连接的绕组称二次绕组（又称次级），如图3.23所示。 电源变压器的主要作用是提升交流电压或降低交流电压。升压变压器一般用于发电厂向外输电，因为输送相同容量的电能，电压高，电流就小，输电线路上的损耗也相应减少。降压变压器广泛用于稳压电源和各种家电产品中。按铁芯形状的不同，电源变压器有“E”型电源变压器、“C”型电源变压器和环形电源变压器之分，它们的特点为：“E”型电源变压器的铁芯用硅钢片交叠而成，磁路中气隙较大，有漏磁，效率较低，工作时噪声较大，但成本低廉；“C”型电源变压器的铁芯由两块形状相同的“C”型铁芯对插而成，与“E”型电源变压器相比，磁路中气隙较小，性能有所提高；环形电源变压器的铁芯由冷轧硅钢带卷绕而成，磁路中无气隙，漏磁极小，工作时电噪声较小。 2、高频变压器常用的高频变压器有电视机中的天线阻抗变换器和半导体收音机中的天线线圈等。（1）天线阻抗变换器天线阻抗变换器是用双根塑料绝缘导线并绕在高导磁率的双孔磁芯上制成，其外形和电路图形符号如图3.24所示。天线阻抗变压器两个线圈在输入端（接室外天线的300扁导线）采用串联连接，在输出端（接电视机高频调谐器的75同轴电缆）采用并联连接，实现将扁导线的300阻抗变换为同轴电缆的75阻抗，保证天线接收到的信号有效地传送到电视机的高频调谐器。（2）天线线圈半导体收音机的天线线圈由两个相邻而又独立的一次绕组和二次绕组套在同一根磁棒上构成，如图3.25所示。磁棒有圆形和长方形两种外形，一般中波磁棒采用锰锌铁氧体材料，呈黑色；短波磁棒采用镍锌铁氧体材料，呈棕色。绕组（线圈）一般用多股或单股纱包线绕制在略粗于磁棒的绝缘纸管上，绕好后再套在磁棒上。3、中频变压器中频变压器习惯上称为“中周”，由屏蔽外壳、磁帽、磁心、引脚架（底座）等组成，如图3.26所示。中频变压器主要用于收音机和电视机的选频电路中，实现信号的耦合和选频。中频变压器的磁芯可调，通过调节磁芯可改变中频信号的选择性和带宽。在实际应用中，每一种中频变压器都有确定的适用场合，如：调幅收音机中频变压器、调频收音机中频变压器、电视机图像中频变压器、电视机伴音中频变压器等，因此不同规格、不同型号的中频变压器不能直接互换使用。4、脉冲变压器脉冲变压器主要用于各种脉冲电路中，如：电视机行输出电路、开关电源电路、电子点火器电路等。脉冲变压器的工作电压、电流为脉冲波形，与其他变压器相比，要求其输入、输出有更快的响应速度，否则脉冲波形会受到影响。脉冲变压器常常有多个绕组，例如，电视机开关电源电路中的脉冲变压器，除一次绕组外，还有提供多个不同电压值的输出绕组，提供反馈电压的取样绕组等，如图3.27所示。使用时要特别注意绕组引脚之间的配对。5、隔离变压器隔离变压器的主要作用是隔离电源、切断干扰源的耦合通路和传输通道，其一次绕组和二次绕组的匝数相等。隔离电源的隔离变压器通常称为电源隔离变压器，用于电源与负载之间，使负载呈“悬浮”供电状态，避免人体偶尔触及变压器二次绕组任一端的触电事故。但人体不能同时触及二次绕组的两个接线端，否则仍会形成闭合回路，发生触电事故。切断干扰源耦合通路和传输通道的变压器称为干扰隔离变压器，它使两个有联系的电路相互独立，不能形成回路，避免干扰信号从一个电路进入另一个电路。6、特殊应用的变压器（1）互感器互感器是用于测量的专用变压器，采用互感器的目的是扩大测量仪表的量程，使测量仪表与大电流或高电压电路隔离。互感器按用途分有电流互感器和电压互感器两种。 电流互感器电流互感器是一个将大电流变换为小电流的变压器（升压变压器），其工作原理与普通变压器负载运行时相同，图3.33所示是电流互感器的实物图和接线图。电流互感器的一次绕组由粗导线绕成，匝数很少，与被测电路串联。二次绕组导线较细，匝数多，与测量仪表相连接，通常二次绕组的额定电流设计成5A或1A。由于变压器的电流变换作用，测量仪表读出的电流（I2）乘以电流互感器变比的倒数，即是被测电流（IX=I1）的大小。计算公式为电压互感器电压互感器是一个将高电压变换为低电压的变压器（降压变压器），其工作原理与普通变压器空载运行时相似，图3.34所示是电压互感器的实物图和接线图。电压互感器的一次绕组匝数较多，绕组两端与被测高压线路并联。二次绕组匝数较少，绕组两端并联高阻抗的测量仪表，通常二次绕组两端的额定电压设计成100V。由于变压器的电压变换作用，测量仪表读出的电压（U2）乘以电压互感器的变比，即是被测电压（UX=U1）的大小。计算公式为（2） 自耦变压器自耦变压器是将电源电压升高或降低的一种设备，它的绕组是一组带抽头的线圈，一次绕组和二次绕组有共用部分。当一次绕组的匝数大于二次绕组的匝数时，是一个降压自耦变压器，如图3.35（a）所示；当一次绕组的匝数小于二次绕组的匝数时，是一个升压自耦变压器，如图3.35（b）所示。一种特殊类型的自耦变压器是可调自耦变压器，又称交流调压器，如图3.36所示。可调自耦变压器通过调节臂来改变抽头的位置，实现输出电压的调节。使用可调自耦变压器时，负载的一端连接到可调自耦变压器的可调臂端，另一端连接到一、二次绕组的公共端。自耦变压器的缺点是二次绕组与一次绕组之间没有电的隔离；优点是价格便宜，比其他变压器易于制造。由于自耦变压器有电的直接联系，在实际使用时