电感元件

电感元件

电感元件指的是电感线圈与各种变压器。它和电阻、电容元件一样，也是各种电器中重要的元件之一。电阻、电容和电感元件一般统称为“无源元器件”（电子管、晶体管、集成电路等一般统秒为有源元器件）。电感线圈有时将它们简称为“电感器”、“电感”或“线圈”，常用字母“L”表示；变压器常用字母“B”或“T”来表示。

基本知识

电感线圈与变压器都是利用电磁感应现象来工作的。如图1.3-1所示，当有交流电流通过线圈L时（其函数为N），便会在线圈的内部及其周围产生交流磁场（用磁通φ表示），由电磁感应定律，这交流磁场会在线圈的两端产生感应电动势。由电工学知识所知：磁场的大小与产生磁场的电流的大小成正比，公式表为ψ=Li。

式中：ψ=Nφ为N线圈的磁通，称为磁通链。比例系数L称为电感系数。由此得到即电感只与本线圈通过的电流有关，也称为“自感”系数。自感系数反映了该线圈电感量的大小，通常也简称为“电感”。

如果在线圈L1的附近有另一线圈L2，则由L1的电流产生的磁通链ψ1除在本线圈作用产生感应电动势外，同时还会与L2相交链，磁耦合在L2两端产生感应电动势。这种现象称为“互感”。通常把通电线圈L1称为初级线圈（或原线圈），L2称为次级线圈（或副线圈）。当然，若线圈L2通过电流i2产生的磁通链ψ2，除与本线圈相交链外，也会由磁耦合，与L1交链，产生互感。通常用互感系数M来表示互感量的大小。互感系数的大小与两线圈（有时还多于两个线圈）的相互位置、方向以及线圈中是否有“心子”等诸多因素有关。变压器就是基于互感现象工作的。线圈电感的大小用“电感量”来表示，其基本单位为“亨利”，简称“亨”，用字母“H”表示。比亨小的单位是毫亨（MH），更小的单位是微亨（UM），它们之间的换算关系为：

1H=103MH=106UH

电感线圈电感量的大小，一般与制作时所用导线的粗细、绕成后线圈的形状、大小以及匝数等因素有关，另外“线圈尽”材料的导磁性能和“心子”与线圈的相对位置对电感量的影响也较大。例如，由铁磁材料做成的“铁心”和“铁氧体磁心”能使线圈的电感量大大增加，而铜心会使电感量减小。有时在一些电路中要求线圈的电感量可以调节，多数情况下可以改变线圈心的位置的方法来改变电感量，也有少数用改变线圈的形状的方法来改变线圈的电感量的。

电感线图在电路中的特性与电容器相反，电容是一种“高通”元件，而电感器则是“低通”元件。即信号的频率越低，电感的阻抗越小。也就是说，低频电信号较之高频信号更容易通过电感线圈。对直流信号而言，电感线圈的直流电阻几乎为零，相当于短路。

电感线圈的种类

几种常见的电感线圈的外形如图1.3-2所示。

电感、变压器在电路中的图形符号见图1.3-3所示

1、高频电感线圈

高频电感线圈是一种电感量较小的电感器，用于高频电路中。高频电感线圈又分为空心线圈、磁心线圈等，前者多用较粗铜线或镀银铜线脱胎绕成，或绕在空间塑料骨架上，后者

多绕在带磁心的塑料骨架上。磁心线圈的电感量可以用改变磁心在线圈中的位置来进行调节，而空心线圈则必须靠增减匝数或匝距来进行调节。

还有一种小型固定高频线圈，叫色码电感，它也是磁心线圈，不过在绕制后再用环氧树脂或塑料封装起来，在其外壳上标以色环或直接用数字标明其电感量数值。固定电感线圈的另一种结构形式是在塑料或瓷骨架上绕成蜂房式结构，称为高频扼流圈。

2、空心式及磁棒天线线圈

它是把绝缘或镀银导线绕在塑料胶木管上或用铁氧体烧结而成的磁棒上，它和可调电容组成收音机的调谐接收回路。工作于中波段的天线线圈的电感量较大，约200~300UH，线圈匝数较多；短波线图电感量小得多，只有几个到十几个UH，线圈匝数也较少，通常只有几圈。

3、低频扼（阻）流圈

低频扼流圈是用漆色线在铁心（硅钢片）外多层绕制而成的大电感量的电感器，一般电感量有数亨，常用于音频或电源滤波电路中。

电感线圈的分类还可按照线圈所使用的线圈心的材料来分，则有铁心电感线圈、铜心电感线圈、铁氧体心电感线圈或空心电感线圈等等；如果按照线圈的绕制方法来分类，则有单层式线圈、多层式线圈、密绕式线圈、间绕式、脱胎式、蜂房式、乱绕式线圈等等；如果按照线圈在电路中的作用来分，又有振荡线圈、扼流线圈、滤波线圈等等。

电感线圈的主要技术参数

1、电感量

电感量是电感线圈的主要参数，电感量的大小与线圈的匝数、绕制方式以及磁心的材料等因素有关。如匝数越多、匝距越小，电感量越大；线圈内有磁心的比无磁心的电感量大；磁心的磁导率大的则电感量大。

2、品质因数（Q值）

品质因数也是电感线圈的主要参数，电工中常用字母Q表示。Q值越高表明线圈的功率损耗越小，效率越高，即“品质”越好。一般线圈的Q值在几十至几百的数量级。电感线圈的Q值与线圈的结构（如导线的粗细、多股或单股、绕法、磁心等）有关，也和工作（或测试）频率有关。一般是频率越高，Q值下降。所以线圈的Q值只对应某一测试频率下的Q值。

3、标称电流

是指线圈允许通过的电流的大小，常以字母A、B、C、D、E来分别代表标称电流值50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。应用时实际通过电感线圈的电流不宜超过标称电流值。

另外，在电感线圈工作时，其层与层之间（或匝与匝之间）客观上会产生电容效应，这一电容称为线圈的“分布电容”（或寄生电容）。虽然这个电容很小，但由于分布电容的存在，使线圈的工作频率受到影响，并使线圈的Q值下降，高频线圈的蜂房或分段式绕法就是为了减小分布电容而设计的。

电感线圈的等效电阻一般很小，可以忽略不计。但当线圈中通有较大电流时，这个电阻的功耗会引进线圈的发热甚至烧坏线圈，所以有时还应考虑线圈能够承受的电功率。

变压器

电路中变压器的作用一般有两个，即传递电能或信号，隔直流以及变换电压、变换电流

或阻挠变换。变压器一般电线圈、铁（磁）心和骨架（外壳）等部分组成。变压器的外形、原理与符号如图1.3-4所示

1、基本工作原理与分类

变压器接电源的线圈称为初级，其余的线圈称为次级。当初级加上交流电源电压后，在铁心中产生交变的磁场，由于铁心的磁耦合作用，在次级线圈中产生感应电压。

变压器的种类很多（以下仅限于讨论电子设备中的小型变压器），按用途可分为电源变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、耦合变压器以其它专用变压器等。变压器按其磁心材料来分有铁心变压器、磁心变压器和空心变压器等几种。其中铁心（用硅钢片或坡莫合金材料制成）变压器一般用于低频和中频电路中，而磁心或空心变压器则用于中、高频电路中。各类变压器的外形、电路符号及应用则见见图1.3-5。

2、变压器的主要技术参数

（1）额定功率。指在规定的频率和电压下变压器能长期稳定工作而其温升不超过规定温升时的输出功率。单位为伏安（V A）。

（2）匝比。即次级线圈的匝数N2与初级线圈的匝数N1之比。一般情况下，匝比也就是输出电压与输入电压之比，所以匝比又称为变压比，简称为“变比”。

（3）效率。是指变压器次级输出的电功率与初级输入电轴功率比值的百分数。变压器的效率反映了变压器在能量的传递过程中，变压器自身的能量损耗的大小。效率越高，说明自身的损耗越小。一般对电源、音频变压器要注意效率，而对中频、高频变压器一般不考虑效率问题。

（4）温升。变压器的温升主要是针对电源变压器而言，它指的是变压器通电工作后，其温度上升至稳定值时，这时变压器的温度高出周围环境温度的数值。变压器的温升愈小愈好。

（5）绝缘电阻。理想的变压器各绕组线圈之间和与铁心之间，在电气上应是完全绝缘的。但是，由于绝缘材料或工艺等原因会有一定的漏电流，达不到理想的绝缘。绝缘电阻是施加的试验电压与产生的漏电流之比。

如果变压器的绝缘电阻过低，就可能出现初、次级间短路或与铁心外壳短路，造成电气设备损坏或机壳带电的危险。

（6）漏电感。变压器初级线圈电流产生的磁通并非全部通过次级线圈，不通过次级线圈的这部分磁通叫漏磁通。由漏磁通产生的电感称为漏电感，简称漏感。漏感的存在会影响