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電感的發(fā)展及功能用途

電子電路 ? 來源:嵌入式專欄 ? 作者:嵌入式專欄 ? 2020-12-09 13:59 ? 次閱讀

電感器是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來的元件。

電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器,但只有一個(gè)繞組。電感器具有一定的電感,它只阻礙電流的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下,電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過它;如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下,電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。 電感器又稱扼流器、電抗器、動(dòng)態(tài)電抗器。

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電感的發(fā)展最原始的電感器是1831年英國M.法拉第用以發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的鐵芯線圈。1832年美國的J.亨利發(fā)表關(guān)于自感應(yīng)現(xiàn)象的論文。人們把電感量的單位稱為亨利,簡稱亨。19世紀(jì)中期,電感器在電報(bào)、電話等裝置中得到實(shí)際應(yīng)用。 1887年德國的H.R.赫茲,1890年美國N.特斯拉在實(shí)驗(yàn)中所用的電感器都是非常著名的,分別稱為赫茲線圈和特斯拉線圈。

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功能用途

電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用,還有篩選信號(hào)、過濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用。電感在電路最常見的作用就是與電容一起,組成LC濾波電路。

電容具有“阻直流,通交流”的特性,而電感則有“通直流,阻交流”的功能。

如果把伴有許多干擾信號(hào)的直流電通過LC濾波電路,那么,交流干擾信號(hào)將被電感變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過電感時(shí),其中的交流干擾信號(hào)也被變成磁感和熱能,頻率較高的最容易被電感阻抗,這就可以抑制較高頻率的干擾信號(hào)。

電感器具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性,頻率越高,線圈阻抗越大。因此,電感器的主要功能是對交流信號(hào)進(jìn)行隔離、濾波或與電容器電阻器等組成諧振電路。

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電感器的結(jié)構(gòu)

電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心等組成。

1、骨架

骨架泛指繞制線圈的支架。一些體積較大的固定式電感器或可調(diào)式電感器(如振蕩線圈、阻流圈等),大多數(shù)是將漆包線(或紗包線)環(huán)繞在骨架上,再將磁心或銅心、鐵心等裝入骨架的內(nèi)腔,以提高其電感量。

骨架通常是采用塑料、膠木、陶瓷制成,根據(jù)實(shí)際需要可以制成不同的形狀。小型電感器(例如色碼電感器)一般不使用骨架,而是直接將漆包線繞在磁心上。空心電感器(也稱脫胎線圈或空心線圈,多用于高頻電路中)不用磁心、骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上繞好后再脫去模具,并將線圈各圈之間拉開一定距離。

2、繞組

繞組是指具有規(guī)定功能的一組線圈,它是電感器的基本組成部分。繞組有單層和多層之分。單層繞組又有密繞(繞制時(shí)導(dǎo)線一圈挨一圈)和間繞(繞制時(shí)每圈導(dǎo)線之間均隔一定的距離)兩種形式;多層繞組有分層平繞、亂繞、蜂房式繞法等多種。

3、磁心與磁棒

磁心與磁棒一般采用鎳鋅鐵氧體(NX系列)或錳鋅鐵氧體(MX系列)等材料,它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多種形狀。

4、鐵心

鐵心材料主要有硅鋼片、坡莫合金等,其外形多為“E”型。

5、屏蔽罩

為避免有些電感器在工作時(shí)產(chǎn)生的磁場影響其它電路及元器件正常工作,就為其增加了金屬屏幕罩(例如半導(dǎo)體收音機(jī)的振蕩線圈等)。采用屏蔽罩的電感器,會(huì)增加線圈的損耗,使Q值降低。

6、封裝材料

有些電感器(如色碼電感器、色環(huán)電感器等)繞制好后,用封裝材料將線圈和磁心等密封起來。封裝材料采用塑料或環(huán)氧樹脂等。

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銅線圈

電感是導(dǎo)線內(nèi)通過交流電流時(shí),在導(dǎo)線的內(nèi)部周圍產(chǎn)生交變磁通,導(dǎo)線的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。當(dāng)電感中通過直流電流時(shí),其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線,不隨時(shí)間而變化;

可是當(dāng)在線圈中通過交流電流時(shí),其周圍將呈現(xiàn)出隨時(shí)間而變化的磁力線。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律—磁生電來分析,變化的磁力線在線圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢,此感應(yīng)電勢相當(dāng)于一個(gè)“新電源”。當(dāng)形成閉合回路時(shí),此感應(yīng)電勢就要產(chǎn)生感應(yīng)電流。

由楞次定律知道感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁力線總量要力圖阻止磁力線的變化的。磁力線變化來源于外加交變電源的變化,故從客觀效果看,電感線圈有阻止交流電路中電流變化的特性。電感線圈有與力學(xué)中的慣性相類似的特性,在電學(xué)上取名為“自感應(yīng)”,通常在拉開閘刀開關(guān)或接通閘刀開關(guān)的瞬間,會(huì)發(fā)生火花,這自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢所造成的。

總之,當(dāng)電感線圈接到交流電源上時(shí),線圈內(nèi)部的磁力線將隨電流的交變而時(shí)刻在變化著,致使線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)。

這種因線圈本身電流的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢,稱為“自感電動(dòng)勢”。

由此可見,電感量只是一個(gè)與線圈的圈數(shù)、大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的一個(gè)參量,它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關(guān)。

代換原則:

1、電感線圈必須原值代換(匝數(shù)相等,大小相同)。

2、貼片電感只須大小相同即可,還可用0歐電阻或?qū)Ь€代換。

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電感器的分類

自感器:

當(dāng)線圈中有電流通過時(shí)候,線圈的周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場。當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí),其周圍的磁場也產(chǎn)生相應(yīng)的變化,此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(感生電動(dòng)勢)(電動(dòng)勢用以表示有源元件理想電源的端電壓),這就是自感。

用導(dǎo)線繞制而成,具有一定匝數(shù),能產(chǎn)生一定自感量或互感量的電子元件,常稱為電感線圈。為增大電感值,提高品質(zhì)因數(shù),縮小體積,常加入鐵磁物質(zhì)制成的鐵芯或磁芯。電感器的基本參數(shù)有電感量、品質(zhì)因數(shù)、固有電容量、穩(wěn)定性、通過的電流和使用頻率等。由單一線圈組成的電感器稱為自感器,它的自感量又稱為自感系數(shù)。

互感器:

兩個(gè)電感線圈相互靠近時(shí),一個(gè)電感線圈的磁場變化將影響另一個(gè)電感線圈,這種影響就是互感。互感的大小取決于電感線圈的自感與兩個(gè)電感線圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。

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電感器的特性

電感器的特性與電容器的特性正好相反,它具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性。直流信號(hào)通過線圈時(shí)的電阻就是導(dǎo)線本身的電阻壓降很小;當(dāng)交流信號(hào)通過線圈時(shí),線圈兩端將會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢,自感電動(dòng)勢的方向與外加電壓的方向相反,阻礙交流的通過,所以電感器的特性是通直流、阻交流,頻率越高,線圈阻抗越大。電感器在電路中經(jīng)常和電容器一起工作,構(gòu)成LC濾波器、LC振蕩器等。另外,人們還利用電感的特性,制造了阻流圈、變壓器、繼電器等。

通直流:指電感器對直流呈通路關(guān)態(tài),如果不計(jì)電感線圈的電阻,那么直流電可以“暢通無阻”地通過電感器,對直流而言,線圈本身電阻很對直流的阻礙作用很小,所以在電路分析中往往忽略不計(jì)。

阻交流:當(dāng)交流電通過電感線圈時(shí)電感器對交流電存在著阻礙作用,阻礙交流電的是電感線圈的感抗。

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原文標(biāo)題:電感的結(jié)構(gòu)、分類及特性

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