电感线圈的制作

第 1 页 共 7 页 一些电感元件的设计 绝大多数的电子元器件都由生产部门根据规定的标准和系列进行生产，供使用部门选 用。而电感元件则是一个例外，除了一部分电感元件，如固定电感器、阻流圈、振荡线圈 和一些专用电感元件是按规定标准生产的外，有许多电感元件属非标元器件。需要使用者 根据实际进行自行设计和制作。本节对常用的电感线圈和低频扼流圈的简易设计作以介 绍。 一、如何选定电感线圈的结构 首先应根据电路的实际需要，结合各种电感线圈的应用特点来确定所设计电感线圈的 结构。 间绕式空心线圈的电感量很小，只适合在高频和超高频电路中使用。若绕制的圈数较 少，且导线的直径较粗，就可以不用骨架进行绕制。在工作频率大于 100MHz 时，一般 为了减少集肤效应，应采用单股粗镀银铜线绕制，用骨架或不用骨架时都有较好的特性， Q 值较高(可达 150400)，稳定性也很高。单层密绕空心线圈适用于短波、中波回路，一 般要用骨架。对于导线粗而线圈直径不大的单层密绕空心线圈，也可不用骨架绕制。一般 单层密绕空心线圈的电感量也不大，其 Q 值可达 150 250，并具有较高的稳定性。多层空 心电感线圈可以获得较大的电感量，但体积较大，分布电容也大。为减少线圈体积，又想 获得较大的电感量，应考虑选择带磁芯线圈结构。 二、空心线圈的设计 空心线圈是指以空气为介质的线圈。下面介绍单层线圈和多层线圈的设计计算方法。 1、 单层线圈的计算 单层线圈的结构如图 5-15 所示。单层线圈的电感量可由下式计算： 32 0 10 =DNLL 图 5-15 单层空心线圈 式中 : L线圈的电感量(H); N线圈的匝数，等于l; D线圈的直径(cm); 第 2 页 共 7 页 L0线圈的修正系数， 它是与线圈的长度 l 和直径 D 有关的一个量， 可从图 5-16 给出的曲线中求出。 2、 多层线圈的计算 多层线圈电感量的计算与线圈的绕法无关，因此蜂房式线圈也可按下式计算： 32 0 10=DNLL 图 5-16 单层线圈修正系数 L0 数值曲线 式中: L多层线圈的电感量(H); N线圈的匝数； D线圈的外径(cm) ; L0线圈的修正系数，它与线圈的结构尺寸有关，可从图 5-17 给出的曲线中求 出。 图 5-17 多层线圈修正系数与数值曲线 第 3 页 共 7 页 3、 分布电容的计算 线圈的分布电容与线圈绕制的类型和结构尺寸等因素有关，它的计算比较困难，下面 仅介绍单层线圈的分布电容计算方法。 单层线圈的分布电容和线圈的圈数 N 无关，计算公式如下： DKKC= 10 式中: C0 分布电容(pF); D 线圈的直径(cm) ; K1取决于/d0的一个系数，可从图 5-18 给出的曲线中求出。 K 决定于比值/d0的一个系数，可从图 5-18 给出的曲线中求出; d0 线圈导线的直径(cm); 线圈的圈距(cm)。 图 5-18 K 和 K1 值曲线 多层线圈的分布电容要比单层线圈的分布电容大得多，最大能达几百皮法。为了减少 分布电容，应选用直径细的导线绕制，并尽可能减小骨架的尺寸。 三、带磁芯线圈的设计 1、 磁芯和导线的选择 在选择磁芯时，主要应考虑工作频率和 Q 值的要求。一般工作频率在 1MHz 以下时， 应妥用锰锌铁氧体材料制作的磁芯；工作频率高于 1MHz 时，则应选用镍锌铁氧材料制作 的磁芯。在要求高 Q 值而工作频率较低的条件下，应选用较大尺寸的磁芯。 选择绕制线圈的导线时，主要与工作频率有关。在工作频率较低时，可选用线径较粗 的单股导线； 当工作频率在 1MHz 以上而电感又很小时， 仍可使用单股的较粗漆包线绕制； 当工作频率为数百赫兹时，则应采用多股丝漆包线。 2、 电感量的计算方法 带磁芯线圈的电感量，由于和磁芯的种类及形状有关，计算复杂且计算结果和实际相 第 4 页 共 7 页 差软大。因此通常使用一种适用于各种磁性材料的简便计算方法。 根据理论推导，当线圈的尺寸及所选用的磁芯确定后，则其相应的参数就可以认为是 一个确定值，可以把它看成是一个常数。此时线圈的电感量仅和线圈匝数的平方成正比， 因此可以列出磁芯线圈电感的计算式，即 2 KNL = 式中：N线圈的匝数； K系数，它与线圈的尺寸及磁性材料有关。 一般 K 值的大小是由试验确定的。 当要绕制的线圈电感量为某一值 Lm时，可先在骨 架上(也可以直接在磁芯上)缠绕 10 匝，然后用电感测量仪测出其电感量 L0,再用下面的公 式求出 K 值： 2 00 NLK= 式中： N0试验所绕匝数。 由此根据 Lm和 K 值便可求出线圈应绕的圈数，即 K L N m = 例：一个磁芯，在其上面缠绕 10 匝线圈后得到的电感为 1mH，试求制作一个电感量 为 9mH 的带磁芯的线圈，应绕多少匝？ 解：先求0001. 010001. 0 22 00 =NLK 则 300001.0009.0=KLN m 匝 四、磁环线圈电感量的计算 用形状如图5-19所示的磁环绕制的线圈，其电感量可用下面计算式计算： 52 104 . 0 = l F NL 图 5-19 磁环线圈 式中： L磁环线圈的电感量(mH ) ; 第 5 页 共 7 页 F磁环的截面积(cm2), h dD F + = 2 ; l磁环平均长度(cm), 2 14. 3 dD l + = ; 磁环导磁率； N线圈的匝数； D磁环外径(cm); d磁环内径(cm); h磁环高(cm)。 例：已知磁环的截面积F=0.25cm,磁环平均长度l=4.5cm，磁环导磁率=1000,若在磁 环上绕 20 匝线圈，求磁环线圈的电感量为多少？ 解：将已知条件代入上述公式，得 0.28mH0.28mH 10 4.5 0.25 2010000.4 52 = = L 五、低频扼流圈的设计 低频扼流圈与滤波电容器相配合，使整流后的波纹系数达到使用要求。一般音频电压 放大级的波纹系数为0.001%0.05%，而音频功率放大级的波纹系数在0.1%3%之间。 低频扼流圈的设计按以下步骤进行。 1. 确定电感量 当使用L型滤波电路时，输出端的波纹系数为 LC L 19. 1 = 式中：L扼流圈的电感量（ H ) ; C滤波电容的电容量（F ） 。 当使用形滤波电路时，输出端的波纹系数为 L RLCC = 21 3439 式中: L扼流圈的电感量（ H ) ; C1、C2分别为滤波输入、输出电容的电容量（F ) ; RL负载直流电阻（） 。 如果已知电路所需的波纹系数，滤波电容器的电容量也已确定，便可从上面的公式中 求出低频扼流圈所需的最小电感量。 第 6 页 共 7 页 2. 确定铁心的体积 低频扼流圈是由空心线圈插入硅钢片铁心组成的，因此确定铁心的体积是很重要的。 它可以由下式计算确定： 4 2 0 10 = L c K IL V 式中：V0铁心体积(cm); L所需电感量(H); I0流过扼流圈的直流电流(A); KL与L及10有关的系数，如表5-2所示。 表 52 2 0 IL 与系数 L K的关系 2 0 IL 1.2 KL 212 1225 2536 3648 3. 确定铁心型号及铁心叠厚 由E形硅钢片铁心标准可知，铁心的磁路长度LC约为铁心中心舌宽a的5.6倍，因 此可根据下式求出舌宽a的尺寸： )( 6 . 5 3 cm V a C = 根据计算出的铁心舌宽a, E形铁心片规格(见第六章第七节)选取与舌宽a近似的铁心 型号。再根据下式求出硅钢片的叠厚： )(cm La V b C C = 式中： Lc铁心磁路长度，可从所选取的铁心型号中查得。 4. 确定线圈匝数 首先根据下式计算K1值： C V LI K 2 0 1 = 计算出K1后,根据图5-20所示的K1-K0曲线求出K0,再依下式求出匝数N: )( 0 0 匝 I LK N C = 5. 确定最佳空气气隙值 根据上面计算得到的K1值,从图5-20给出的曲线上便可得到Lg-LC对应的K2值， 气 第 7 页 共 7 页 隙便可从下式求出： 2 2C g LK L = 式中：Lg铁心空气气隙值(cm)。 设计举例： 使用于电源滤波电路的一只低频扼流圈，已知流过扼流圈的直流电流为0.4A,需要的 电感量为5H，请确定其他参数。 解：已知L=5H,IC=0.4A，则 2 0 LI =0.8， 查表5-2得KL为2536，取KL=30, 所以VC=0.8104/30267cm 求出VC后可进行下列参数计算： 1) 求铁心舌宽 a cma6 . 3 6 . 5 267 3 = 2) 查表 选 GEIB35 型铁心， 其舌宽 a=3.5cm。 磁路长度 LC=19.75cm 3) 计算叠厚