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电感知识整理

编辑:东莞市祥如电子有限公司时间:2019-05-09

有的电感贵、有的电感便宜,不同封装的电感,都有其存在的市场价值和其特定的应用场景。    

大纲:    

电感的分类及命名方法    

电感的主要参数特性    

电感和磁珠工作原理和特性    

电感选型应用要点    

电感的计算及测量    

主要应用电路    

第1章:电感的分类及命名方法    

电感线圈是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上,导线彼此互相绝缘,而绝缘管可以是空心的,也可以包含铁芯或磁粉芯,简称电感。用L表示,单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。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    

1.电感的分类:    

按 电感形式 分类:固定电感、可变电感。    

按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。    

按 工作性质 分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。    

按 绕线结构 分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。    

按 工作频率 分类:高频线圈、低频线圈。    

按 结构特点 分类:磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。    

2.常用电感线圈    

2.1 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。    

2.2 蜂房式线圈 如果所绕制的线圈,其平面不与旋转面平行,而是相交成一定的角度,这种线圈     称为蜂房式线圈。而其旋转一周,导线来回弯折的次数,常称为折点数。蜂房式绕法的优点是     体积小,分布电容小,而且电感量大。蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制,折点越多,分     布电容越小    

2.3 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素。    

2.4 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。    

2.5 色码电感线圈 是一种高频电感线圈,它是在磁芯上绕上一些漆包线后再用环氧树脂或塑料封     装而成。它的工作频率为10KHz至200MHz,电感量一般在0.1uH到3300uH之间。色码电感器是具     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。其单位为uH。    

2.6 阻流圈(扼流圈) 限制交流电通过的线圈称阻流圈,分高频阻流圈和低频阻流圈。    

2.7 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、价格低。    

3.片式电感器    

    片式电感器亦称表面贴装电感器,它与其它片式元器件(SMC及SMD)一样,是适用于表面贴装技术(SMT)的新一代无引线或短引线微型电子元件,其引出端的焊接面在同一平面上。作为SMC主流产品的片式多层瓷介电容器(MLCC),源于有引线多层瓷介电容器的芯片直接用于混合集成电路(HIC)的贴装。早在60年代,美国JDI、Sprague公司就开始生产。1977年,日本松下公司在超薄型半导体收音机这类消费类电子产品中,首先采用了SMT和SMC及SMD工艺。    

3.1片式电感器主要分几中类型    

   电感从制造工艺来分,片式电感器主要有4种类型,即绕线型、叠层型、编织型和薄膜片式电感    器。常用的是绕线式和叠层式两种类型。前者是传统绕线电感器小型化的产物;后者则采用多    层印刷技术和叠层生产工艺制作,体积比绕线型片式电感器还要小,是电感元件领域重点开发    的产品。片式电感器现状与发展趋势由于微型电感器要达到足够的电感量和品质因数(Q)比较    困难,同时由于磁性元件中电路与磁路交织在一起,制作工艺比较复杂,故作为三大基础无源    元件之一的电感器片式化,明显滞后于电容器和电阻器。    

3.1.1.绕线型 它的特点是电感量范围广(mH~H),电感量精度高,损耗小(即 Q大),容许电流       大、制作工艺继承性强、简单、成本低等,但 不足之处是在进一步小型化方面受到限制。       陶瓷为芯的绕线型片 电感器在这样高的频率能够保持稳定的电感量和相当高的Q值, 因而       在高频回路中占据一席之地。TDK的NL系列电感为绕线型, 0.01~100uH,精度5%,高Q值,       可以满足一般需求。NLC型 适 用于电源电路,额定电流可达300mA;NLV型为 高Q值,环保      (再 造塑料),可与NL互换;NLFC 有磁屏,适用于电源线。    

3.1.2.叠层型 它具有良好的磁屏蔽性、烧结密度高、机械强度好。不足之处是 合格率低、成本        高、电感量较小、Q值低。它与绕线片式电感器 相比有诸多优点:尺寸小,有利于电路的小      型化,磁路封闭,不 会干扰周围的元器件,也不会受临近元器件的干扰,有利于元器 件的      高密度安装;一体化结构,可靠性高;耐热性、可焊性好; 形状规整,适合于自动化表面安      装生产。TDK的MLK型电感,尺 寸小,可焊性好,有磁屏,采用高密度设计,单片式结构,可      靠 性高;MLG型的感值小,采用高频陶瓷,适用于高频电路;MLK 型工作频率12GHz,高Q,      低感值(1n~22nH)    

3.1.3.薄膜片式 具有在微波频段保持高Q、高精度、高稳定性和小体积的特性。 其内电极集中于       同一层面,磁场分布集中,能确保装贴后的器 件参数变化不大,在100MHz以上呈现良好的       频率特性。    

3.1.4.编织型 特点是在1MHz下的单位体积电感量比其它片式电感器大、体积小、 容易安装在基片       上。用作功率处理的微型磁性元件。    

4.电感的型号、规格及命名。    

国内外有众多的电感生产厂家,其中有名的厂家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。    

4.1.1 片状电感    

   电感量:10NH~1MH    

   材料:铁氧体 绕线型 陶瓷叠层    

   精度: J=±5% K=±10% M=±20%    

   尺寸: 0402 0603 0805 1008 1206 1210 1812 1008=2.5mm*2.0mm 1210= 3.2mm*2.5mm     

   个别示意图:      

贴片绕线电感              

贴片叠层电感    

   4.1.2 功率电感    

   电感量:1NH~20MH     

   带屏蔽、不带屏蔽    

   封装:SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105;    

         RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124;    

     CD43/54/73/75/104/105;    

贴片功率电感                  

屏蔽式功率电感     

  4.1.3 片状磁珠    

   种类:CBG(普通型) 阻抗:5Ω~3KΩ    

   CBH(大电流) 阻抗:30Ω~120Ω    

   CBY(尖峰型) 阻抗:5Ω~2KΩ    

   个别示意图:    

贴片磁珠 规格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(贴片磁珠)                     

贴片大电流磁珠    

规格:SMB302520/SMB403025/SMB853025(贴片大电流磁珠)    

4.1.4 插件磁珠    

   规格:RH3.5    

规格    

A    

B    

C    

阻抗值(Ω)    

10mHz    

100mHz    

RH3.5X4.7X0.8    

3.5±0.15    

4.7±0.3    

62±2    

20    

45    

RH3.5X6X0.8    

3.5±0.15    

6±0.3    

62±2    

25    

65    

RH3.5X9X0.08    

3.5±0.15    

9±0.3    

62±2    

40    

105    

4.1.5 色环电感    

   电感量:0.1uH~22MH    

   尺寸:0204、0307、0410、0512    

   豆形电感:0.1uH~22MH    

   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    

4.1.6 立式电感    

   电感量:0.1uH~3MH    

   规格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912    

4.1.7轴向滤波电感    

   规格:LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019    

   电感量:0.1uH-10mH。    

   额定电流:65mA~10A。    

   Q值高,价位一般较低,自谐振频率高。    

4.1.8 磁环电感    

   规格:TC3026/TC3726/TC4426/TC5026    

   尺寸(单位mm):3.25~15.88    

 4.1.9 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。    

5.电感标识    

5.1直标法    

直标法是将电感的标称电感量(标称值)用数字和文字符号直接标在电感体上,电感量单位后面的字母表示偏差。常见电感的直标表示法如图3所示。    

5.2 文字符号法    

文字符号法是将电感的标称值和偏差值用数字和文字符号法按一定的规律组合标示在电感体上。采用文字符号法表示的电感通常是一些小功率电感,单位通常为nH 或pH。用pH 做单位时,"R"表示小数点:用"nH"做单位时,"N"表示小数点。常见电感的文字符号表示法如图4所示。    

例如,R47表示电感量为0.47 μH,4R7则表示电感量为4.7 μH;10N 表示电感量为10nH。    

5.3 色标法    

色标法是在电感表面涂上不同的色环来代表电感量(与电阻类似),通常用三个或四个色环表示。色环电感各色环表示的含义如图5所示。识别色环时,紧靠电感体一端的色环为第1环,露出电感体本色较多的另一端为末环。注意:用这种方法读出的色环电感量,默认单位为微亨( μH)。    

5.4 数码表示法    

数码表示法是用三位数字来表示电感量的方法,常用于贴片式电感上。三位数字中,从左至右的第1、第二位为有效数字,第三位数字表示有效数字后面所加"0"的个数。注意:用这种方法读出的色环电感量,默认单位为微亨(μH)。如果电感量中有小数点,则用"R"表示,并占一位有效数字。例如,标示为"330"的电感为33×100=33μH,标示为"4R7"的电感为4.7μH。    

第二章:电感的主要参数    

电感的主要特性参数    

2.1 电感量L    

电感量L表示线圈本身固有特性,与电流大小无关。除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注。单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。    

2.2 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=2πfL    

   2.3 品质因素Q    

品质因素Q是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值通常为几十到几百。采用磁芯线圈,多股粗线圈均可提高线圈的Q值。    

2.4 分布电容    

又称为固有电容或寄生电容,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。    

图中的Cu为分布电容    

   2.5 允许误差:电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。    

2.6 额定电流:指线圈允许通过的zui大电流,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 。    

第三章:电感和磁珠的工作原理和特性    

1.电感的工作原理    

电感线圈是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上,导线彼此互相绝缘,而绝缘管可以是空心的,也可以包含铁芯或磁粉芯,简称电感。用L表示,单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。    

电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。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。根据法拉弟电磁感应定律---磁生电来分析,变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势,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原来磁力线的变化的。由于原来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",通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间,会发生火花,这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。    

总之,当电感线圈接到交流电源上时,线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着,致使线圈不断产生电磁感应。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"。由此可见,电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量,它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。    

1.1电感的等效电路    

1.2电感中电流不能突变    

在电容整理中说到电容器两端的电压不能突变,对电感而言则是电感中的电流不能突变。    

2.电感在电路中的作用    

   电感的基本作用有滤波、振荡、延迟、陷波等,一般对电感作用形象说法是"通直流,阻交流"细化解来说,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=2πfL 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。    

2.1调谐与选频电感的作用:电感线圈与电容器并联可组成LC调谐电路。即电 路的固有振荡频率f0与非交流信号的频率f相等, 则回路的感抗与容抗也相 等, 于是电磁能量就 在电感、电容之间来回振荡,这就是LC回路的谐 振现象。 谐振时由于电路的感抗与容抗等值又反 向,因此回路总电流的感抗zui小,电流 量zui大(指 f=f0的交流信号),所以LC谐振电路具有选择频率 的作用,能将某 一频率f的交流信号选择出来。    

2.2磁环电感的作用:磁环与连接电缆构成一个电感器(电缆中的导线在磁环上绕几圈作为电感线圈),它是电子电路中常用的抗干扰元件,对于高频噪声有很好的屏蔽作用,故被称为吸收磁环,由于通常使用铁氧体材料制成,所以又称铁氧体磁环(简称磁环)。磁环在不同的频率下有不同的阻抗特牲。一般在低频时阻抗很小,当信号频率升高后磁环的阻抗急剧变大。可见电感的作用如此之大,大家都知道,信号频率越高,越容易辐射出去,而一般的信号线都是没有屏蔽层的,这些信号线就成了很好的天线,接收周围环境中各种杂乱的高频信号,而这些信号叠加在原来传输的信号上,甚至会改变原来传输的有用信号,严重干扰电子设备的正常工作,因此降低电子设备的电磁干扰(EM)已经是必须考虑的问题。在磁环作用下,即使正常有用的信号顺利地通过,又能很好地抑制高频于扰信号,而且成本低廉。    

3.磁珠的介绍    

磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力(数字电路中,由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波)。磁珠有很高的电阻率和磁导率,等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。    

3.1磁珠的型号:磁珠对高频信号有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100mMHZ ,它在低频时电阻比电感小得多。以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例,其型号各字段含义依次为:HH 是其一个系列,主要用于电源滤波,用于信号线是HB系列;1 表示一个组件封装了一个磁珠,若为4则是并排封装四个的;H 表示组成物质,H、C、M为中频应用(50-200MHz),T低频应用(50MHz),S高频应用(200MHz);3216 封装尺寸,长3.2mm,宽1.6mm,即1206封装;500 阻抗(一般为100MHz时),50 ohm。    

注意:磁珠的单位是欧姆,而不是亨特,这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率 产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。    

3.2 磁珠的等效电路    

X:电抗成分R:电阻成分Z:整体特性    

Z:R和X共同决定。    

1)在低频段,X起主导,体现电感性,功能是反射噪声;    

2)在高频段,R起主导,体现电阻性,功能是吸收噪声并将    

噪声转换为热。    

3)在转换点是R和X值相等处的频率。转换点频率越高,磁珠体现电感性的频带越宽,对低频噪声的吸收能力越弱;转换点所在频率越低,磁珠体现电阻性的频带越宽,对低频噪声的吸收能力越强。    

3.3磁珠选型:    

1). 电路噪声的频带大于磁珠转换点频率,使磁珠吸收噪声而不是反射噪声;    

2). 信号的频带小于磁珠转换点频率,以防有效信号被磁珠衰减。    

3). 磁珠的转换点频率越低,线路振荡和波形失真就越小。    

4). 额定电流、直流电阻。    

5). 选择谐振频率点高的磁珠。当工作频率高于谐振频率,磁珠表现出电容性,阻抗迅速减小。    

3.4磁珠主要参数:    

3.4.1、阻抗[Z]@100MHz (ohm)    

3.4.2、直流电阻DC Resistance (m ohm)    

3.4.3、额定电流Rated Current (mA)    

4.电感与磁珠的联系与区别    

4.1、电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件     

4.2、电感多用于电源滤波回路,磁珠多用于信号回路,用于EMC对策    

4.3、磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。EMI的两个途径,即:辐射和传导,不同的途径采用不同的抑制方法。前者用磁珠,后者用电感。    

4.4、磁珠是用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHZ。    

4.5、电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上。一般地的连接和电源的连接。在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。对信号线也采用磁珠。磁珠的大小(确切的说应该是磁珠的特性曲线)取决于需要磁珠吸收的干扰波的频率。磁珠就是阻高频,对直流电阻低,对高频电阻高。比如1000R@100Mhz就是说对100M频率的信号有1000欧姆的电阻。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆。磁珠的datasheet上一般会附有频率和阻抗的特性曲线图。一般以100MHz为标准,比如2012B601,就是指在100MHz的时候磁珠的Impedance为600欧姆。    

5贴片电感和贴片磁珠的区别    

5.1.片式电感:    

在电子设备的 PCB 板电路中会大量使用感性元件和EMI滤波器元件。这些元件包括片式电感和片式磁珠,以下就这两种器件的特点进行描述并分析他们的普通应用场合以及特殊应用场合。表面贴装元件的好处在于小的封装尺寸和能够满足实际空间的要求。除了阻抗值,载流能力以及其他类似物理特性不同外,通孔接插件和表面贴装器件的其他性能特点基本相同。在需要使用片式电感的场合,要求电感实现以下两个基本功能:电路谐振和扼流电抗。谐振电路包括谐振发生电路,振荡电路,时钟电路,脉冲电路,波形发生电路等等。谐振电路还包括高Q带通滤波器电路。要使电路产生谐振,必须有电容和电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容,这是由于器件两个电极之间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电路中,电感必须具有高Q,窄的电感偏差,稳定的温度系数,才能达到谐振电路窄带,低的频率温度漂移的要求。高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。稳定的温度系数保证谐振频率具有稳定的温度变化特性。标准的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包括介质材料(通常为氧化铝陶瓷材料)上绕制线圈,或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制线圈。在功率应用场合,作为扼流圈使用时,电感的主要参数是直流电阻(DCR),额定电流,和低Q值。当作为滤波器使用时,希望宽的带宽特性,因此,并不需要电感的高Q特性。低的DCR可以保证zui小的电压降,DCR定义为元件在没有交流信号下的直流电阻。    

5.2.片式磁珠:    

片式磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构( PCB电路 )中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成,构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。    

5.3.使用片式磁珠的好处:    

小型化和轻量化。在射频噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的电磁干扰。闭合磁路结构,更好地消除信号的串绕。 极好的磁屏蔽结构。降低直流电阻,以免对有用信号产生过大的衰减。显著的高频特性和阻抗特性(更好的消除 RF 能量)。在高频放大电路中消除寄生振荡。有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。要正确的选择磁珠,必须注意以下几点: 不需要的信号的频率范围为多少。 噪声源是谁。需要多大的噪声衰减。 环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度)。 电路和负载阻抗是多少。是否有空间在PCB板上放置磁珠。前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要,即电阻,感抗和总阻抗。。典型的阻抗曲线可参见磁珠的DATASHEET。通过这一曲线,选择在希望衰减噪声的频率范围内具有zui大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。片式磁珠在过大的直流电压下,阻抗特性会受到影响,另外,如果工作温升过高,或者外部磁场过大,磁珠的阻抗都会受到不利的影响。    

5.4使用片式磁珠和片式电感的原因:    

是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时,使用片式磁珠是zui佳的选择。片式磁珠和片式电感的应用场合: 片式电感:射频(RF)和无线通讯,信息技术设备,雷达检波器,汽车电子,蜂窝电话,寻呼机,音频设备,PDAs(个人数字助理),无线遥控系统以及低压供电模块等。片式磁珠:时钟发生电路,模拟电路和数字电路之间的滤波,I/O输入/输出内部连接器(比如串口,并口,键盘,鼠标,长途电信,本地局域网),射频(RF)电路和易受干扰的逻辑设备之间,供电电路中滤除高频传导干扰,计算机,打印机,录像机(VCRS),电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。    

第四章:电感选型应用要点    

电感在使用过程中要注意的事项    

1电感使用的场合    

潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性,还是阻抗特性等,都要注意。    

2电感的频率特性    

在低频时,电感一般呈现电感特性,既只起蓄能,滤高频的特性。    

但在高频时,它的阻抗特性表现的很明显。有耗能发热,感性效应降低等现象。不同的电感的高频特性都不一样。下面就铁氧体材料的电感加以解说:    

铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容zui小。铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使得线上的损耗很小。在高频情况下,他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中,铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电感短路,高频下电感阻抗变得相当高,以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的。    

2.1对于高频信号用电感,主要用在射频信号上,其电感值范围:0.6nH~390nH,直流电阻有多种选择。电感值越大,对应的直流电阻也越大。自谐振频率:一般在1GHz以上,zui高可达12GHz。电感值越大,对应的自谐振频率往往越小。额定电流:几十毫安~几百毫安。电感值越大,对应的额定电流往往越小。工作频率小于谐振频率,电感值基本保持稳定;但一旦工作频率超过谐振频率后,电感值将会迅速增大,若频率继续增大并达到一定程度后,电感值又会迅速减小。应选择谐振频率点高于工作频率的电感。    

2.2对于一般信号用电感,用在高速信号上。其电感值范围:0.01uH~1000uH。直流电阻:多种选择.电感值越大,对应的直流电阻也越大。一般信号用电感,其直流电阻比高频信号用电感和电源用电感大,zui小值为100毫欧,大的可达到几欧姆。自谐振频率:几十兆赫兹~几百兆赫兹。电感值越大,其对应的自谐振频率越小。额定电流:几毫安~几十毫安。电感值越大,其对应的额定电流越小。工作频率低于谐振频率时,电感值保持稳定;工作频率超过谐振频率后,电感值将会先增大,到一定频率后,将迅速减小。应选择谐振频率点高于工作频率的电感。常用于高速设计中的跨板信号。高速跨板信号的纹波比板内信号大,可以使用一般信号用电感加以滤波。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,不能用于电源滤波。    

2.3 对于电源用电感,用在电源电路中。电感值范围:1uH~470uH。直流电阻:多种选择。电感值越大,直流电阻也越大。zui小值为几毫欧,大的有几欧姆。自谐振频率:几十兆赫兹~几百兆赫兹。电感值越大,其对应的自谐振频率越小。    

额定电流:几十毫安~几安。电感值越大,对应的额定电流越小。工作频率低于谐振频率时,电感值基本保持稳定;工作频率超过谐振频率,电感值将会先增大,一定频率后,又迅速减小。应选择谐振频率点高于工作频率的电感。    

电源用电感注意事项    

2.3.1. 手册标称的电感值---工作频率低于谐振频率点;    

2.3.2. 当工作频率>>谐振频率,则电感值将随着工作频率而急剧减小,逐步呈现电容性。    

2.3.3. 电感用于电源滤波时,需要考虑由于其直流电阻而引起的压降。    

2.3.4. 建议工作电流小于额定电流。    

2.3.5. 如果工作电流大于额定电流,电感未必会损坏,但是电感值可能低于标称值。    

3 电感设计要承受的zui大电流,及相应的发热情况。    

4 使用磁环时,对照上面的磁环部分,找出对应的L值,对应材料的使用范围。    

5 注意导线(漆包线、纱包或裸导线),常用的漆包线。要找出zui适合的线经。    

第五章:电感的计算及测量    

环形电感的设计与计算    

   针对环形CORE,有以下公式可利用: (IRON)    

   L=N2*AL L=电感量(H) AL= 感应系数    

   H-DC=0.4πNI /l N==绕线匝数(圈)    

   H-DC=直流磁化力 I= 通过电流(A) l= 磁路长度(cm)    

   l及AL值大小,可参照Micrometa对照表。例如: 以T50-52材,绕线5圈半,其L值为T50-52(表示OD为0.5英寸),经查表其AL值约为33nH     

   L=33*(5.5)2=998.25nH≈1μH    

   当通过10A电流时,其L值变化可由l=3.74(查表)    

   H-DC=0.4πNI / l = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 (查表后)    

   即可了解L值下降程度(μi%)    

蜘蛛式线圈参数计算    

单层圆筒式线圈参数计算    

一个电感计算的经验公式    

   L=(k*μ0*μs*N2*S)/l    

   其中     

   μ0 为真空磁导率=4π*10(-7)。(10的负七次方)    

   μs 为线圈内部磁芯的相对磁导率,空心线圈时μs=1    

   N2 为线圈圈数的平方    

   S 线圈的截面积,单位为平方米    

   l 线圈的长度, 单位为米    

   k 系数,取决于线圈的半径(R)与长度(l)的比值。    

   计算出的电感量的单位为亨利。    

K值表    

2R/l    

对应的K    

3R/l    

对应的K    

3R/l    

对应的K    

4R/l    

对应的K    

0.1    

0.96    

0.6    

0.79    

2    

0.52    

10    

0.2    

0.2    

0.92    

0.8    

0.74    

3    

0.43    

20    

0.12    

0.3    

0.88    

1    

0.69    

4    

0.37    

0.4    

0.85    

1.5    

0.6    

5    

0.32    

   以上均为理论值,实际的电量以实测为准。    

电感的测量    

   电感测量的两类仪器:RLC测量(电阻、电感、电容三种都可以测量)和电感测量仪。    

   电感的测量:空载测量(理论值)和在实际电路中的测量(实际值)。    

   由于电感使用的实际电路过多,难以类举。所以我们就在空载情况下的测量加以解说。    

电感量的测量步骤:(RLC测量)    

   1、熟悉仪器的操作规则(使用说明),及注意事项。    

   2、开启电源,预备15~30分钟。    

   3、选中L档,选中测量电感量    

   4、把两个夹子互夹并复位清零    

   5、把两个夹子分别夹住电感的两端,读数值并记录电感量    

   6、重复步骤4和步骤5,记录测量值。要有5~8个数据。     

   7、比较几个测量值:若相差不大(0.2uH)则取其平均值,记得电感的理论值;若相差过大()0.3 uH)则重复步骤2~步骤6,直到取到电感的理论值。    

   不同的仪器能测量的电感参数都有一些出入。因此,做任何测量前的熟悉你的测量仪器。你的仪器能做什么。然后按照它给你的操作说明去做即可。    

   比如: 电感测量仪    

   TH2773A 电感测量仪 (国产)    

   测试频率:100Hz、 1kHz;    

   测试电平:0.3v    

   测量参数:LS,Q;    

   测量准确度:0.3%    

   测量速度:8次/秒    

   主要功能:可设置极限:上超/下超/合格/D不合格:讯响。    

   TH2776 电感测量仪 (国产)    

   测试频率:100Hz、120Hz 、1kHz、10kHz、40kHz、100kHz;    

   测试电平:0.1V、0.3V、1V;    

   测量参数:Ls-Q、ESR-Q、EPR-Q;    

   测量准确度:0.05%    

   测量速度:1.5次/秒,5.1次/秒,20次/秒    

   主要功能:四档分选,信号源*,测量值平均,开机自检等,接口:RS-232C 、HANDLER、PRINTER。    

   具体仪器的操作详见,各自产品的说明书。    

第六章:主要应用电路    

1.电源电路中的电感滤波电路    

电感滤波电路是用电感器构成的一种滤波电路,其滤波效果相当好,只是要求滤波电感的电感量较大,电路的成本比较高。电路中常使用7c型LC滤波电路。    

图7-21所示是兀型LC滤波电路。电路中的Cl和C3是滤波电容,C2是高频滤波电容,Ll是滤波电感,Ll代替兀型RC滤波电路中的滤波电阻。电容Cl是主滤波电容,将整流电路输出电压中的绝大部分交流成分滤波到地。    

1.1.直流等效电路    

图7-22所示是冗型LC滤波电路的直流等效电路,电感Ll的直流电阻小到为零,就用一根导线代替。    

1.2.交流等效电路    

图7-23所示是兀型LC滤波电路的交流等效电路。对于交流成分而言,因为电感L1感抗的存在,且这一电感很大,这一感抗与电容C3的容抗(容抗很小)构成分压衰减电路(见交流等效电路)对交流成分有很大的衰减作用,达到滤波的目的。    

2.共模和差模电感电路    

图7-24所示是共模和差模电感器电路,这也是开关电源交流市电输入回路中的EMI滤波器,电路中的Ll、L2是差模电感器,L3和L4为共模电感器,Cl为X电容,C2和C3为Y电容。该电路输入220V交流市电,输出电压加到整流电路中。    

2.1.共模电感器电路    

开关电源产生的共模噪声频率范围为10kHz~50MHz甚至更高,为了有效衰减这些噪声,要求在这个频率范围内共模电感器能够提供足够高的感抗。讲解共模电感器工作原理前应该了解共模电感器结构,这有助于理解共模电感器抑制共模高频噪声。图7-25所示是共模电感器实物图和结构示意图。    

正常的交流电流流过共模电感器分析。如图7-26所示,220V交流电是差模电流,它流过共模线圈L3和L4的方向如图中所示,两线圈中电流产生的磁场方向相反而抵消。这时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(这一影响很小),以及少量因漏感造成的阻尼(电感),加上220V交流电的频率只有50Hz,共模电感器电感量不大,所以共模电感器对于正常的220V交流电感抗很小,不影响220V交流电对整机的供电。    

共模电流流过共模电感器分析。当共模电流流过共模电感器时,电流方向如图7-27所示。由于共模电流在共模电感器中为同方向,线圈L3和L4内产生同方向的磁场,这时增大了线圈L3、L4的电感量,也就是增大了L3、L4对共模电流的感抗,使共模电流受到了更大的抑制,达到衰减共模电流的目的,起到了抑制共模干扰噪声的作用。

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