第三章、电感.pptx

1、电子元器件基础培训主讲：武庆贺2013.3.6,电和磁,磁场 . 磁感线 . 磁感应强度 . 磁通量 . 电磁感应原理. 自感 . 互感 . 实际应用 .,目录,1 . 磁场：对放入其中的磁体有磁力作用的物质叫做磁场。,抹香鲸搁浅,鸽子靠磁场辨别方向,2. 磁感线（Magnetic Induction Iine） 在磁场中画一些曲线，用（虚线或实线表示）使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同（且磁感线互不交叉），这些曲线叫磁感线。磁感线是闭合曲线。 规定小磁针的北极所指的方向为磁感线的方向。磁铁周围的磁感线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁感线从S极到N极。磁力线越密的地方磁性越

2、强。,4. 磁通量 设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通。符号“”。公式：=BS，适用条件是B与S平面垂直。如左下图，当S与B的垂面存在夹角时，=B*S*sin。,3. 磁感应强度（magnetic flux density） 描述磁场强弱和方向的基本物理量。是矢量，常用符号B表示。磁力线越密的地方磁感应强度越强。,5. 电磁感应定律：因磁通量变化产生感应电动势的现象。,初中物理定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。相

3、反，导体在磁场中静止，改变磁场的磁通量，导体中同样可以产生电流。所以准确的定义如下： 因磁通量变化产生感应电动势的现象。,6. 自感当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。,在一只铁钉上面用导线绕了一个线圈，当把线圈的两端分别连接在一个电池的正极和负极时，电流就会经由线圈流过，这时铁钉能够吸引铁屑，有了磁性。此时把连接于电池的导线取消，流过线圈的电流被切断，铁屑有都掉落下来，铁钉又失去了磁性。因为线圈有电流流过而产生了磁性，因为线圈的电流被切

4、断停止了电流的流过，又失去了磁性，这就是电生磁的现象。,6. 自感应用举例,日光灯中的镇流器、整流设备中的滤波器等都是利用自感原理制成的。,自感现象也有其不利的一面。如在切断含有电感线圈的电路的瞬间，因线圈两端会产生极高的自感电动势，而在开关断开处形成电弧，造成开关的损坏。因此，有时需装灭弧装置或并联一个放电电阻，以消除自感电动势产生的不利影响。,当交流电通过导线时，导线中因电流产生的磁场发生变化，从而产生自感电流，这时的自感电流将使导体中的电流分布趋向导体表面，这种现象称为趋肤效应。,不同频率电流在导线中的分布情况,防止趋肤效应的导线,多股绞线,片状导线,7.互感 两个电感线圈相互靠近时，一

5、个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。,工作原理：当初级线圈中通有交流电变压器流过时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。,8. 实际应用,声波震动振膜，带动线圈动作切割磁力线（扬声器有由磁铁等构成的恒磁场），使线圈输出随声音大小变化的电流，经处理放大，送往扬声器。扬声器线圈通入变化的电流后产生运动，带动鼓膜震动空气，随电流变化的声音。,原理：接通开关，形成回路，回路中U形磁铁由于线圈作用产生磁场，条形磁铁吸附U形磁铁带动小锤撞击铃碗。但螺丝钉触点脱开断开

6、回路，U形磁铁失去磁性，条形磁铁由于弹簧片的作用恢复原位接触螺丝钉触点，又形成回路，如此循环。,原理：同性相吸，异性相斥。,硬磁,软磁,原理：使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生一交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体，在锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热。,炼钢,互感器,发电机,电动机,交流接触器,继电器,变压器,手摇发电机,电感 （inductance）,电感的定义及原理 电感的结构 电感特性及作用 电感的主要特性参数 电感的分类 电感的参数标注方法 常用电感 电感在使用过程中要注意的事项,目录,各种电感,1.基本介绍,电感可由导电材料盘绕磁芯制成，也可把磁芯去掉或者

7、用铁磁性材料代替。比空气的磁导率高的芯材料可以把磁场更紧密的约束在电感元件周围，因而增大了电感。,电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。能产生电感作用的元件统称为电感元件，常常直接简称为电感。 电感器是用绝缘导线绕成一匝或多匝以产生一定自感量的电子元件，常称电感线圈或简称线圈。用字母“L”表示。表示符号如下：,2.原理自感原理,当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线，导线的磁通量与生产此磁通的电流成正比。通入线圈的功率越大，激励出来的磁场强度越高，反之则小（磁感应强度达到饱和之前）。,根据法拉弟电磁感

8、应定律-磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势，称为“自感电动势”，此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止磁力线的变化的。磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”。自感电动势方向的判定方向如下：,试验1,A1、A2是规格完全一样的灯泡。闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察

9、到灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。,分析：电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。,试验2,接通电路，待灯泡A正常发光。然后断开电路，观察到在断开开关S瞬间（灯更亮一下），灯A过一段时间才熄灭。,分析：开关断开瞬间，由于通过L的磁通量减少，产生的感应电动势阻碍磁通量的减少，感应电流沿着LA流动，所以灯A会过一段时间才熄灭。,3 特性：通直流，阻交流，通低频，阻高频，两端电流不能突变。,4.作用,电感多被用在储能、滤波、延迟和振荡等几个方面。,电感器的特性与电

10、容器正好相反，阻交流而通直流电。线圈本身电阻很对直流的阻碍作用很小，所以在电路分析中往往忽略不计。当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感器的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。, 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

11、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。,5.基本结构,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。, 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。材料一般为铜线或铝线。, 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。,6、封

12、装材料 有些电感器（如色环电感器等）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。, 铁芯 铁芯材料主要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为“E”型。, 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. 主要参数：电感量、允许偏差、品质因数Q、分布电容（寄生电容）及额定电流等。, 电感量L 电感量也称自感系数，是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。 电感量的大小，主要取决于线圈的圈数（匝数）、绕制方式、有无磁芯及磁芯的材料等等，与电流

13、大小无关。通常，线圈圈数越多、绕制的线圈越密集，电感量就越大。有磁芯的线圈比无磁芯的线圈电感量大；磁芯导磁率越大的线圈，电感量也越大。 电感量的基本单位是亨利（简称亨），用字母“H”表示。常用的单位还有毫亨（mH）和微亨（H），它们之间换算关系为：1H=103mH=106H=109nH。, 允许偏差 允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值。一般用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高，允许偏差为0.2%0.5%；而用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高；允许偏差为10%15%。 一般电感：误差值为20%，用M表示；误差值为10%，用K表示。 精密电感：误差值为5%，用J表示；

14、误差值为1%，用F表示。 如：100M，即为10H，误差20%, 品质因数Q 品质因数也称Q值或优值，是衡量电感器质量的主要参数。它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。采用磁芯线圈，多股粗线圈均可提高线圈的Q值。 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。 Q= XL/R=L /R （为工作角频率；L为线圈电感量；R为线圈电阻）, 额定电流 额定电流是指电感器在允许的工作环境下能承受的最大电流值。若工作电流超过额定电流，则电感器就 会

15、因发热而使性能参数发生改变，甚至还会因过流而烧毁。通常用字母A、B、C、D、E 分别表示，标称电流值为50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。, 分布电容 分布电容是指线圈的匝与匝之间，线圈与磁心之间，线圈与地之间，线圈与金属之间都存在的电容。分布电容使线圈的Q 值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。 减少分布电容常用丝包线或多股漆包线，有时也用分段绕法和蜂窝式绕线法等。, 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。,7. 分类 a、按导磁体性质分类：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、

16、铜芯线圈。 b、按工作性质分类：天线线圈、扼流（阻流）线圈、振荡电感器、校正电感器、显像管偏转电感器、滤波电感器、隔离电感器、补偿电感器等。 c、按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。 d、按其结构的不同：可分为线绕式电感器和非线绕式电感器（多层片状、印刷电感等），还可分为固定式电感器和可调式电感器。 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。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。,e、按结构特点分类：磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈

17、、无磁芯线圈等。 f、按贴装方式分：有贴片式电感器，插件式电感器。每种又有密封式和非密封式两种封装形式，两种形式又都有立式（同向引脚）和卧式（轴向引脚）两种外形结构。同时对电感器有外部屏蔽的称为屏蔽电感器，线圈裸露的一般称为非屏蔽电感器。 g、电感按工作频率可分为高频电感器、中频电感器和低频电感器。空心电感器、磁心电感器和铜心电感器一般为中频或高频电感器，而铁心电感器多数为低频电感器。,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。,文字符号法 文字号法就是将文字和数字符号有规律地组合起来，在电感器表面上标志出主要特性参数。常用来标志电感器的

18、标称感量及允许偏差，单位为H，误差字母表示与电容器表示相同。 例如：“222M”，最后一位数字为0的个数（10的次幂“102”），前几位数字为有效数字“22”，最后一个字母表示误差（20）。有的电感用R表示小数点，如下图，4R7表示4.7H。,参数标注方法-直标法、文字符号法和色标法。,色环对照表,色标法 色标法：即用色环表示电感量，同电阻标法。单位为H。,9. 常见电感器, 单层线圈 单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。如晶体管收音机中波天线线圈。, 多层线圈 当电感量大于300H 时，就应采用多层线，多层线圈除了匝和匝之间的分布电容外，层与层之间也有分布电容，因此多层线圈

19、存在着分布电容大的缺点。可采用蜂房式绕法解决，蜂房式绕法的优点是体积小，分布电容小，而且电感量大。但层与层之间的电压相差较多，当线圈两端有高电压时，容易造成层间绝缘击穿。为了防止这种现象的发生.常将线圈分段绕制，这样既可解决分布电容大的问题，也提高了线圈的抗压能力。, 铁氧体磁芯和铁粉芯线圈 线圈的电感量大小与有无磁芯有关。在空芯线圈中插入铁氧体磁芯，可增加电感量和提高线圈的品质因数。, 铜芯线圈 铜芯线圈在超短波范围应用较多，利用旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量，这种调整比较方便、耐用。, 偏转线圈 偏转线圈是电视机扫描电路输出级的负载，偏转线圈要求：偏转灵敏度高、磁场均匀、Q值高、体积小

20、、价格低。, 色环电感 色环电感器是具有固定电感量的电感器，其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记。,与色环电阻的区别：,共模电感也叫共模扼流圈，常用于过滤共模的电磁干扰信号。它以铁氧体为磁芯，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。, 阻流圈（扼流圈choke coil ，） 利用线圈电抗与频率成正比关系XL=2fL，可扼制高频交流电流，让低频和直流通过。分高频阻流圈和低频阻流圈。根据频率高低，采用空气芯、铁氧体芯、硅钢片芯等。,共模电感(Common mode

21、 Choke),差模电容（X电容）CX1，CX2,共模电感,共模电容（Y电容） CY1，CY2,原理：流过共模电流时，会在线圈内产生同向的相互叠加的磁通，增大线圈电感量和感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。而当两线圈流过差模电流时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流除了受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)外可以无衰减地通过。,漏感：对理想的电感模型而言，当线圈绕完后，所有磁通都集中在线圈的中心内。但通常情况下环形线圈不会绕满一周，或绕制不紧密，这样会引起磁通的泄漏（漏磁）。共模电感有两个绕组，其间

22、有相当大的间隙，这样就会产生磁通泄漏，并形成差模电感。因此，共模电感一般也具有一定的差模干扰衰减能力。,以变压器为例,通常，计算漏感的办法是假定它为共模电感的1%，实际上漏感为共模电感的 0.5% 4%之间。测试方法为：将其一引脚两端短接，然后测量另外两脚间的电感，其示值即为共模扼流圈的漏感（差模电感）。,共模电感在制作时应满足以下要求： 1）线圈导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。 2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。 3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。 4）线圈应尽可能绕制单层，可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬

23、时过电压的承受能力。 5) 通常情况下，同时注意选择所需滤波的频段，共模阻抗越大越好，因此我们在选择共模电感时需要看器件资料，主要根据阻抗频率曲线选择。另外选择时注意考虑差模阻抗对信号的影响，主要关注差模阻抗，特别注意高速端口。,差模电感 (Differential Mode Choke),差模电感也叫差模扼流圈(Differential Mode Choke)。差模电感的特点是应用在大电流的场合。由于一个铁心上绕的一个线圈，当流进线圈的电流增大时，线圈中的铁心会饱和，因此市场上用的最多的铁心材料是金属粉心材料。,电路工作时会产生大量高频电磁波互相干扰，这就是EMI。EMI还会通过布线或外接线

24、缆向外发射，造成电磁辐射污染，不但影响其他的电子设备正常工作，还对人体有害。 电磁干扰分成两类：差模干扰与共模干扰。差模干扰指的是两条走线之间的干扰；而共模干扰则是两条走线和地线之间的电位差引起的干扰。串模干扰电流作用于两条信号线间，其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间，干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向，并以地线为公共回路。 重要性 美国FCC、国际无线电干扰特别委员会的CISPR22以及我国的GB9254等标准规范等都对信息技术设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制要求。为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰，我们必须合理安排滤波电路来过滤共模和差模的干扰，共模电感和差模电感就是滤波电路中的组成部分。 共模电感和差模电感实质上是双向滤波器：一方面要滤除信号线上电磁干扰，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。在实际电路设计中，还可以采用多级共模和差模电路来更好地滤除电磁干扰。,小知识：EMI(Electro Magnetic