元件基础知识——电感
关于电感的基础知识,本文将会从电感的作用、结构类型、主要指标、部分电路应用等方面进行简单介绍。
一、作用
电感是一种能将电能通过磁通量的形式储存起来的被动电子元件。通常为导线卷绕的样子,当有电流通过时,会从电流流过方向的右边产生磁场。
电感器是可以让直流电通过,而通不过交流电的元器件,电能以磁能的形式存储。
电感作用:
(1)隔交通直
(2)保持电流稳定,电感两边电流方向不会突变
(3)滤波,电平状态高速转换信号,寄生大量的高频谐波,需要低通滤波器滤除高频杂波,低通滤波器有电感和电容构成。选型时谐振频率应该高于工作频率。
- 电感器的特性与电容器的特性正好相反,它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性;
- 直流信号通过线圈时的电阻就是导线本身的电阻,压降很小;
- 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;
二、结构种类
1、积层型号电感
所谓积层结构,是将陶瓷材料及线圈导体层压成一体的单片结构。与绕线结构相比,能够实现小型化、低成本化。虽然Q值比绕线结构要低,但L值偏差、额定电流、大小、价格等整体的平衡性较好,用途也较为广泛。适用于移动通信设备的RF电路的耦合、扼流以及共振等各类用途。
2、绕线结构电感
所谓绕线构造,是在氧化铝芯上将铜线绕成螺旋状。
与积层、薄膜方式相比,绕线结构能够用粗线绕制线圈,具备下列特点。
(1) 能够实现低直流阻抗
(2)Q(Quality factor)非常高
(3) 能够对应大电流
利用该特点,可以在Q值要求较高的天线、PA电路中用于耦合及IF回路的共振。
绕线型LQW系列的特点是Q值较高。由于Q值越高,滤波器带通的衰减特性越好,所以它可使用于RF部的匹配电路上。另外,由于通过它可确保天线的收发信号灵敏度,因此也经常被用于天线的匹配电路上。其次,因其低Rdc特性,也适用于大电流流过的扼流电路中。
3、薄膜结构
薄膜结构也是采用积层构造,在制作线圈上采用村田独自的微细加工技术,是一种实现了高精度陶瓷材料的贴片电感器。
线圈的制作精度非常高,具有如下特点。
(1)即便是0603规格的小型贴片电感,也能够实现高性能的电气特性
(2)能够实现稳定电感值及细小电感值的阶跃响应
(3)高Q、高SRF
因此,该电感符合移动通信设备的小型、轻量化趋势,适用于需要偏差较小及较高Q值的RF电路的耦合及共振,也可用于注重小型化及低Rdc的扼流电路中。
4、共模电感
共模电感作用:滤波
滤波原理:当有共模电流流经线圈时,由于共模电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,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。
三、主要性能指标与选型
1、标称电感量
电感用L表示,基本单位是H (亨利),工程中电感单位是uH与mH。电感量反应了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。
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。
2.额定工作电流 (IDC)
电感器长期工作不损坏所允许通过的最大电流。对相同电感量的电感器,绕制线圈的线径越粗,电感器的额定电流也就越大。
带有磁芯的电感器工作电流过大时,将引起电感量降低、线圈烧毁。
3.直流内阻 (DCR)
电感器线圈绕组的直流内阻在10^-3 ~ 10^2 的数量级。电感量较大的电感内阻可用万用表低阻挡测试:太小的电感内阻只能通过专门的毫欧表或数字电桥进行精确测量。
- 同一系列电感器的电感量越大,则线圈匝数越多,内阻相应也就越大;
- 对相同匝数的电感而言,绕制线圈所用的导线直径越大,则内阻越小:
- 相同电感量的电感,其内阻越小越好:
- 线圈导线的含铜量越高,则电感的内阻越小。
铝线电感、“铜包铁”电感在降低生产成本的同时,电感内阻大幅增加。
4、品质因素Q
当线圈在某一频率的交流电压下工作时,线圈所呈现的感抗和线圈直流电阻的比值。Q值的大小,影响回路的选择性、效率、滤波特性以及频率的稳定性,一般均希望Q值大。
电感器的品质因数与电感线圈导线的材质与粗细、多股或单股线、绕制方法、骨架的介质损耗、高频趋肤效应、有无磁芯.有无屏蔽罩密切相关。
ω——工作角频;
L——线圈的电感量;
R——线圈的总损耗电阻线圈的总损耗电阻,它是由直流电阻、高频电阻(由集肤效应和邻近效应引起)介质损 耗等所组成。
品质因数是反映电感器效率与性能质量的重要指标,Q值越大,则电感器的功率损耗越小。
5.误差范围
除了用于振荡电路的电感器误差需要控制在0.5%以内外,般电感器的误差范围在±10%~±20%都能够接受。
符号 | S | F | G | J | K | L | M | N |
误差 等级 | ±0.3% | ±1% | ±2% | ±5% | ±10% | ±15% | ±20% | ±30% |
6、分布电容
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。
分布电容C与自感量L呈并联关系,决定了电感器的固有频率(谐振频率)f0。
为避免自激,应确保电感器的工作频率远小于其固有频率f0。
7、电感选择要点:
(1)电感值
(2)直流电阻,电感值越大,直流电阻越大,电感用于电源滤波时,需要考虑直流压降引起的压降。
(3)自谐振频率(Q最大频率),电感值越大,自谐振频率越小,工作频率小于谐振频率时,电感值基本保存稳定,超过谐振频率时,电感值迅速增大,频率继续增大时,电感值又迅速减小。
(4)额定电流,电感值越大,额定电流越小
在高速信号线上使用的电感,应该重点考虑Q频率特性曲线,电源滤波电感应该重点考虑直流电阻、额定电流等参数。在确定好电感类型后,在根据具体需求,结合电感特性曲线,在此类型选择合适的电感。
四、电路应用
一,扼流:在低频电路用来阻止低频交流电;脉动直流电到纯直流电路;它常用在整流电路输出端两个滤波电容的中间,扼流圈与电容组成Π式滤波电路。在高频电路:是防止高频电流流向低频端,在老式再生式收音机中的高频扼流圈 。得到应用。
二,滤波:和上述理论相同;也是阻止整流后的脉动直流电流流向纯直流电路由扼流圈(为简化电路,降低成本,用纯电阻替带扼流圈)两个电容(电解电容)组成派式滤波电路。利用电容充放电作用和扼 流圈通直流电,阻挡交流电特性来
完成平滑直流电而得到纯正的直流电。
三,震荡:我们说整流是把交流电变成直流电,那么震荡就是把直流电变成交流电的反过程。我们把完成这一过程的电路叫作“震荡器”。震荡器的波形:有正旋波,锯齿波,梯形波,方波,矩形波,尖峰波。频率由几HZ-几十GHZ.在有线电,无线电领域应用非常广泛。
四、开关电源:在DCDC转换的时候,电源输入和DCDC芯片之间常接着一个22uh的功率电感。
五、电感在使用中注意事项
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、电感设计要承受的最大电流,及相应的发热情况。
3、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。
4、注意导线(漆包线、纱包或裸导线),常用的漆包线。要找出最适合的线经。
5、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。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。
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