电感

电子电容全能解 2024-01-17 06:09:23

一、首先我们来看下什么是电感?

电感(inductance of an ideal inductor)是闭合回路的一种属性.是导线内通过电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,导线的磁通量与生成此磁通的电流之比。公式:L=Φ/I=NBS/I=dΦ/dI。

电感的特性:

通直流:电感对直流呈现很小的电阻(近似于短路)。

阻交流:电感具有阻止电流变化的特性,流过电感的电流不会发生突变,根据电感的特性,在电子产品中常作为滤波线圈、谐振线圈等。

二、什么是电感器?

电感器(Inductor)是一种根据电磁感应原理制成、能够把电能转化为磁能而存储起来的元件,会因为通过的电流的改变而产生电动势,从而抵抗电流的改变。实际上,凡是能够产生自感、互感作用的器件,均可称为电感器。

最简单的电感器就是用导线空心的绕几圈,有磁芯的电感器在磁芯上用导线绕几圈。无论哪种电感器,如果结构相同,其基本特性相同,但绕的匝数不同或有无磁芯不同时,电感器的电感量的大小不同。绕线匝数越多,电感量越大,在同样匝数的情况下,线圈增加了磁芯后,电感量会增加。

三、电感的组成要素有哪些?

四、电感器的参数及其作用有哪些?

五、电感的分类:

六、电感器在电路中的作用有哪些?

基本作用:滤波扼流、振荡、延迟、阻抗匹配、储能等。

滤波:在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,由感抗XL=2πfL 知, 频率f越高,感抗就越大。因而其具有滤波作用,常与电容器能组成高通或低通滤波器;

振荡:u(t)=L×di(t)/dt,可见电感具有移相延迟功能,可与电容器、电阻器组成谐振电路等;

阻抗匹配:电感的复数阻抗特性使其可与电容搭配成阻抗匹配电路;

储能: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=0.5×L×I2 ,可见,线圈电感量越大,流过的电流越大,储存的电能也就越多。

七、电感的关键参数有哪些?

1、L:电感量

①电感的作用是抑制电流改变,电感量是衡量其抑制电流改变的特性。电感的电感量主要受磁芯材料(陶瓷材料磁导率等于1)、磁芯形状尺寸、线圈数、线圈形状和大小等因素影响。

②电感的公式:

μ0:真空磁导率 ,μ0为4π × 10-7(H/m) μr:材料相对磁导率

N:线圈的匝数

S:磁路通过的截面积,一般以线圈包围的面积来计算

l:磁路的长度

③电感量的单位是:H(亨)1 H = 1*103 mH = 1*106 μH = 1*109 nH

④标准的电感量档位是通过字母来反映,信号电感的精度如右表:

⑤对于一个理想的电感来说,电感量 L是固定不变的。但在实际测量当中,是不能够测到这个值的。测得的L值是通过测得Z=R+jX之后的一个计算值,测到的L值实际上是X/ω(即X/2πf),由于分布电容的存在,我们在测定器上看到的L-F曲线如下:

2、Isat(饱和电流),Ims(温升电流)

电感饱和电流定义:连续通直流电流电感的电感量会下降,一般按照下降30%的时候的电流值来设定规格。

电感饱和电流与感量的关系如下公式所示:

1、理论上,电感的感量越大,其饱和电流越小,如相同工艺平台相同尺寸的电感,4.7μH的饱和电流会小于3.3μH的饱和。

2、当其他参数保持不变的情况下,提升磁芯材料的磁饱和B值,饱和电流会升高。

3、电感磁体材料和线圈结构的设计会影响磁饱和电流的大小。

温升电流的定义:连续通直流电流电感的表面的温度会上升,一般按照上升20℃或40℃的时候的电流值来设定规格。它的大小取决于电感直流电阻,直流电阻越小,散热越小,则温升电流越大。

3、IDC:额定电流

额定电流表征了通过电感的直流电流的强度,包括温升电流和磁饱和电流两方面的内容。通常标称为最小值。功率电感由二者中较小的电流决定。对于磁芯为非磁性材料的电感来说,通入电流不会导致电感量下降,因而其额定电流仅由温升容许电流定义。我们来看下实际规格书的标识,如下图所示:

4、DCR:直流电阻

DCR是指产品电极之间所用漆包线的总的直流电阻。其量度单位是欧姆,通常标称为最大值。R=ρ L/S,ρ是材料决定的电阻率L是导线长度 (电极材料长度) S是导线横截面积(电极材料的横截面积)绕线电感DCR大小是由漆包铜线的电阻决定的,叠层电感是由内部印刷的线圈决定的。在电感的设计中,都要求使直流电阻尽可能小有利于降低产品损耗。

5、Q:品质因子

电感的Q值是电感相对损耗的一个度量,被称为“品质因子”。Q值的定义是电感储能与耗能的比值。损耗Re包括传导损耗与交流损耗,传导损耗主要由直流电阻引起,对于信号电感,交流损耗主要组成:

a.磁芯或介质:磁滞损耗、涡流损耗、介质损耗等

b.铜线或导体:集肤效应等产生的损耗。

其中,XL为电感的电抗,包括感抗和容抗两部分;Re(电阻)主要由电感线圈的直流电阻、磁芯损耗以及介电损耗等组成。XL(电抗)和 Re(电阻)都是频率的函数,所以指定Q值时必须给定测试频率。低频时电抗随着频率的增长比电阻快,在高频时下降得也快。因此Q值与频率的关系会形成一个钟形的曲线。

6、SRF:自谐频率

自谐频率是指电感的分布电容和电感发生谐振的频点,一般电感的应用频率都应该小于自谐频率。在这个频率下,电感感抗与分布电容容抗相等并且互相抵消,整体表现为电抗为零,在自谐频率处电感失去储能能力而表现出高阻的纯电阻特性。即在自谐频率点电感的Q值为零。自谐频率用MHz来定义,在产品资料中以最小值标注。

从公式可看出来,谐振频率大小是由电感L和分布电容C所决定的,一般电感的应用频率都应该小于自谐频率以下,针对的射频电感,主要应用于高频线路中,要求其自谐频率很高,设计就要求感量和寄生电容减小,因此随着高频电感应用频率越高,电感的感量就越来越小

说明:电信号选择阻抗低的通路传输。当频率低时,沿着导体的电感通路阻抗更低(ZL=2πfL),所以器件在低频时呈现为电感的特性;频率高时,从电极层间或电极与端电极之间的容性阻抗更低( ZC=1/2πfC ),因此器件在高频时呈现为电容特性。这两种情况相互转换的频率即自谐频率,此频率的信号在电感内部发生谐振,由于器件的直流电阻(高频时还要考虑趋肤效应)和材料损耗存在,发生谐振的信号将逐渐衰减,其能量以热的形式耗散。

0 阅读:4

电子电容全能解

简介:感谢大家的关注