电感选型与应用知识.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除电感选型与应用知识能产生电感作用的元件统称为电感原件，常常直接简称为电感。电感是用绝缘导线(例如漆包线,沙包线等)绕制而成的电磁感应元件，属于常用元件。电感的作用:通直流阻交流这是简单的说法，对交流信号进行隔离,滤波或与电容器,电阻器等组成谐振电路.它是利用电磁感应的原理进行工作的。在交流电路中，电感线圈有阻碍交流通过的能力，而对直流却不起作用（除线圈本身的直流电阻外）。所以电感线圈可以在交流电路中作阻流、降压、交连耦合以及负载用。当电感和电容配合时，可以作调谐、滤波、选频、退耦等用。电感线圈是组成电路的基本元件之一。由于电感是由外国的科学家亨利发现的，所以电感的单位就是“亨利”电感符号：L电感单位：亨 (H)、毫亨(mH)、微亨 (uH)，他们的换算关系为 1H=1000mH=1000 000uH。一、电感的型号命名方法电感元件的型号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。二、电感的结构特点（一）电感器的结构与特点电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心或铁心等组成。 1骨架 骨架泛指绕制线圈的支架。一些体积较大的固定式电感器或可调式电感器（如振荡线圈、阻流圈等），大多数是将漆包线（或纱包线）环绕在骨架上，再将磁心或铜心、铁心等装入骨架的内腔，以提高其电感量。骨架通常是采用塑料、胶木、陶瓷制成，根据实际需要可以制成不同的形状。小型电感器（例如色码电感器）一般不使用骨架，而是直接将漆包线绕在磁心上。 空心电感器（也称脱胎线圈或空心线圈，多用于高频电路中）不用磁心、骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上绕好后再脱去模具，并将线圈各圈之间拉开一定距离。 2绕组 绕组是指具有规定功能的一组线圈，它是电感器的基本组成部分。 绕组有单层和多层之分。单层绕组又有密绕（绕制时导线一圈挨一圈）和间绕（绕制时每圈导线之间均隔一定的距离）两种形式；多层绕组有分层平绕、乱绕、蜂房式绕法等多种。 3磁心与磁棒 磁心与磁棒一般采用镍锌铁氧体（NX系列）或锰锌铁氧体（MX系列）等材料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多种形状。 4铁心 铁心材料主要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为“E”型。 5屏蔽罩 为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作，就为其增加了金属屏幕罩（例如半导体收音机的振荡线圈等）。采用屏蔽罩的电感器，会增加线圈的损耗，使Q值降低。 6封装材料 有些电感器（如色码电感器、色环电感器等）绕制好后，用封装材料将线圈和磁心等密封起来。封装材料采用塑料或环氧树脂等。（二）小型固定电感器 小型固定电感器通常是用漆包线在磁心上直接绕制而成，主要用在滤波、振荡、陷波、延迟等电路中，它有密封式和非密封式两种封装形式，两种形式又都有立式和卧式两种外形结构。 1立式密封固定电感器 立式密封固定电感器采用同向型引脚，国产有LG和LG2等系列电感器，其电感量范围为0.12200H（直标在外壳上），额定工作电流为0.051.6A，误差范围为5%10%。进口有TDK系列色码电感器，其电感量用色点标在电感器表面。 2卧式密封固定电感器 卧式密封固定电感器采用轴向型引脚，国产有LG1、LGA、LGX等系列。 LG1系列电感器的电感量范围为0.122000H（直标在外壳上），额定工作电流为0.051.6A，误差范围为5%10%。 LGA系列电感器采用超小型结构，外形与1/2W色环电阻器相似，其电感量范围为0.22100H（用色环标在外壳上），额定电流为0.090.4A。 例如LGX系列色码电感器也为小型封装结构，其电感量范围为0.110000H，额客电流分为50mA、150mA、300mA和1.6A四种规格。（三）可调电感器 常用的可调电感器有半导体收音机用振荡线圈、电视机用行振荡线圈、行线性线圈、中频陷波线圈、音响用频率补偿线圈、阻波线圈等。三、电感器容量标示及符号1.直标法:在电感线圈的外壳上直接用数字和文字标出电感线圈的电感量,允许误差及最大工作电流等主要参数.2.色标法：同电阻标法.单位为H3、电感符号四、电感器主要特性参数1.标称电感量:上标注的电感量的大小.表示线圈本身固有特性,主要取决于线圈的圈数,结构及绕制方法等,与电流大小无关,反映电感线圈存储磁场能的能力,也反映电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力.单位为亨(H).2.允许误差 :电感的实际电感量相对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差.3.感抗 XL:电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL,单位是欧姆.它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2fL.4品质因素 Q :表示线圈质量的一个物理量,Q为感抗XL与其等效的电阻的比值,即：Q=XL/R. 线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小.线圈的Q值与导线的直流电阻,骨架的介质损耗,屏蔽罩或铁芯引起的损耗,高频趋肤效应的影响等因素有关.线圈的Q值通常为几十到一百.5.额定电流:额定电流是指能保证电路正常工作的工作电流.6.标称电压7.分布电容（寄生电容）线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版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。8、自谐振频率（Q最大是的频率）当频率很高时，电感不再被当做集总参数看待，寄生参数的影响不可忽略。寄生参数包括Rac等效串联电阻（ESR）和Cs等效并联电感（ESL）。电感器实际等效电路如图所示电感值（inductance）、电感感抗（impedance） 与 频率的关系以100nH绕线电感为例，如下图所示：由上图可知：1、 当频率低于自谐振频率（SRF）时，电感感抗随频率增加而增加；2、 当频率等于自谐振频率（SRF）时，电感感抗达到最大值；3、 当频率高于自谐振频率（SRF）时，电感感抗随频率增加而减小；五、电感的分类及选型 （一）电感的分类按照外形，电感器可分为空心电感器(空心线圈)与实心电感器(实心线圈)。按照工作性质，电感器可分为高频信号电感器(各种天线线圈、振荡线圈)、一般信号电感器(各种扼流圈、滤波线圈等) 和电源用电感器。按照封装形式，电感器可分为普通电感器、色环电感器、环氧树脂电感器、贴片电感器等。按照电感量，电感器可分为固定电感器和可调电感器。 (二)电感的选型1.高频信号用电感 高频信号用电感主要用在射频信号上。1）主要参数：电感范围：0.6-390nH；直流电阻：有多种直流电阻可供选择，一般来说，电感值越大，其对应的直流电阻也越大；自谐振频率：可高达12GHz。电感值越大其对应的自谐振频率往往越小。额定电流：几十毫安多到几百毫安。电感值越大其对应的额定电流往往越小。2）应用特点：电感值和自谐振点与工作频率的关系如下图（以TDK电感为例）： 从上图可以看出工作频率小于谐振频率时，电感值基本保持稳点；但工作频率一旦超过谐振频率后，电感值将会迅速增大，不过，若频率继续增大到一定频率后，电感值将会迅速减小（减小的这个过程没有在上图中体现）。在应用中，应选择谐振频率点高于工作频率的电感。对于高频信号用电感而言，谐振频率点一般在1GHz以上，因此该类电感可支持很高的工作频率。2.一般信号用电感一般信号用电感主要用在高速信号上。1）主要参数：电感范围：0.01-1000uH；直流电阻：有多种直流电阻可供选择，一般来说，电感值越大，其对应的直流电阻也越大。一般信号用电感，其直流电阻值比高频信号用电感和电源用电感大一些，范围100毫欧到几欧姆；自谐振频率：几十MHz到几百MHz。电感值越大其对应的自谐振频率往往越小。额定电流：几毫安到几十毫安。电感值越大其对应的额定电流往往越小。2）应用特点：电感Q值和阻抗与工作频率的关系如下图（以TDK电感为例）：从下图阻抗频率特性曲线可以看出工作频率小于谐振频率时，电感电感表现出电感性，阻抗随着频率的升高而增大；但工作频率一旦超过谐振频率时，电感将表现出容性，阻抗随频率的升高而减小。同样，当工作频率小于谐振频率时，电感值基本保持稳点；但工作频率一旦超过谐振频率后，电感值将会迅速增大，若频率继续增大到一定频率后，电感值将会迅速减小（一般信号用电感频率特性曲线同高频用电感特性曲线相近似，在此未给出）。在应用中，应选择谐振频率点高于工作频率的电感。对于一般信号用电感而言，谐振频率点一般在几百MHz之内，该类电感也是高速电路设计中最常用的电感。高速设计中的板件互连信号，纹波比板内信号大，就可以使用该类电感加以滤波。设计中需注意高频信号用电感和一般信号用电感额定电流都比较小，而直流电阻相对较大，不建议用于电源滤波。3.电源用电感电源用电感主要用在电源电路中。1）主要参数：电感范围：1-470uH；直流电阻：有多种直流电阻可供选择，一般来说，电感值越大，其对应的直流电阻也越大,范围几毫欧到几欧姆；自谐振频率：几十MHz到几百MHz。电感值越大其对应的自谐振频率往往越小。额定电流：几毫安到几十毫安。电感值越大其对应的额定电流越小。2）应用特点：电感值和阻抗与工作频率的关系以及电感直流特性曲线如下图（以TDK电感为例）：由电感频率特性曲线可知，当工作频率小于谐振频率时，电感值基本保持稳点；但工作频率一旦超过谐振频率后，电感值将会迅速增大，若频率继续增大到一定频率后，电感值将会迅速减小。在应用中，应选择谐振频率点高于工作频率的电感。对于电源用电感而言，谐振频率点一般在几十MHz之内，该类电感也是高速电路设计中电源滤波最常用的电感。由阻抗频率特性曲线可以看出工作频率小于谐振频率时，电感电感表现出电感性，阻抗随着频率的升高而增大；但工作频率一旦超过谐振频率时，电感将表现出容性，阻抗随频率的升高而减小。由电感直流特性曲线可以看出，用于电源滤波时，电感的工作电流必须小于额定电流。如果工作电流大于额定电流，电感未必会损坏，但电感值可能会低于标称值。同时还要可虑其直流电阻而引起的压降。六、以部分厂家电感为例介绍电感的封装电感封装一般包括贴片与插件。1.功率电感封装以骨架的尺寸做封装表示，贴片用椭柱型表示方法如5.8（5.2）4就表示长径为5.8mm短径为5.2mm高为4mm的电感。插件用圆柱型表示方法如68就表示直径为6mm高为8mm的电感。只是它们的骨架一般要通用，要不就要定造。2.普通线性电感、色环电感与电阻电容的封装都有一样的表示，贴片用尺寸表示如0603、0805、0402、1206等。插件用功率表示如1/8W、1/4W、1/2W、1W等。3.色环电感电感量：0.1uH22MH尺寸：0204、0307、0410、0512豆形电感：0.1uH22MH尺寸：0405、0606、0607、0909、0910精度：J=5% K=10% M=20%精度：J=5% K=10% M=20%插件的色环电感 读法：同色环电阻的标示4.立式电感电感量：0.1uH3MH规格：PK0455/PK0608/PK0810/PK09125.轴向滤波电感规格：LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019电感量：0.1uH-10mH。额定电流：65mA10A。Q值高，价位一般较低，自谐振频率高。6.磁环电感规格：TC3026/TC3726/TC4426/TC5026尺寸（单位mm）：3.2515.887.空气芯电感 空气芯电感为了取得较大的电感值，往往要用较多的漆包线绕成，而为了减少电感本身的线路电阻对直流电流的影响，要采用线径较粗的漆包线。但在一些体积较少的产品中，采用很重很大的空气芯电感不太现实，不但增加成本，而且限制了产品的体积。为了提高电感值而保持较轻的重量，我们可以在空气芯电感中插入磁心、铁心，提高电感的自感能力，借此提高电感值。目前，在计算机中，绝大部分是磁心电感。 七、电感的作用 基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波等 形象说法：“通直流，阻交流” 细化解说：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。 由感抗XL=2fL 知,电感L越大，频率f越高，感抗就越大。该电感器两端电压的大小与电感L成正比，还与电流变化速度i/t 成正比，这关系也可用下式表示： 电感线圈也是一个储能元件，它以磁的形式储存电能，储存的电能大小可用下式表示：WL=1/2 Li2 。 可见，线圈电感量越大，流过越大，储存的电能也就越多。 电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。我们已经知道，电容具有“阻直流，通交流”的本领，而电感则有“通直流，阻交流”的功能。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路（如图），那么，交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉；变得比较纯净的直流电流通过电感时，其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能，频率较高的最容易被电感阻抗，这就可以抑制较高频率的干扰信号。 LC滤波电路 在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容，这二者组成的就是上述的 LC滤波电路。另外，线路板还大量采用“蛇行线贴片钽电容”来组成LC电路，因为蛇行线在电路板上来回折行，也可以看作一个小电感。 八、磁性元件的降额磁性器件降额标准类型热点温度降额直