电感器和变压器
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第三章 电感器和变压器
电感元件是根据电磁感应原理
制作的元件。电感元件分为两大类： 一类是利用自感作用的电感线圈； 另一类是利用互感作用的变压器和 互感器。
图3.1.0为自感现象示意图。当 交流电通过线圈L时，便在线圈周围 产生交变磁场，这个磁场既能穿过 线圈，又能在线圈中产生感应电动 势。自感电动势的大小与磁通量和 线圈的特性有关，这种特性用自感 系数来表示。电感量是表示电感数 值大小的量，通常简称电感。
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(1)骨架。骨架常用的材料有电工纸板、胶木、塑胶、云母、 聚苯乙烯、陶瓷等。骨架的形状应根据使用要求选择。
(2)绕组。大多数的绕组由绝缘导线在线圈骨架上绕制而成， 常用的是各种规格的漆包线。
(3)屏蔽罩。为了减小外界电磁场对线圈的影响以及线圈产 生的电磁场与外界电路的相互耦合，往往在结构上使用金属罩 将线圈屏蔽，并将屏蔽罩接地。
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3.1 电感器 电感器多指电感线圈，简称电感，是一种常用的电子元 件，具有自感、互感、对高频阻抗大、对低频阻抗小（即通 直流、阻交流）等特性，被广泛应用在振荡、退耦(也称去 耦)、滤波等电子电路中，起选频、退耦、滤波作用。 3.1.1 电感器的结构 1．电感器的结构 如果把一段导线按某种方式绕在一起，就成为一个线圈。 如果使线圈的每圈之间彼此绝缘，就称这样的线圈为电感线 圈。电感线圈的种类和结构各种各样，通常由骨架、绕组、 磁芯及屏蔽罩组成。根据使用场合的不同，有的线圈没有屏 蔽罩，有的没有磁芯，还有的连骨架都没有，只有绕组。
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（1）空芯线圈 空心线圈就是线圈内部没有填充物质。空心线圈因 结构不同又分为单层、多层和蜂房线圈等。 ①单层线圈 单层线圈的Ｑ值一般都比较高，多用于高频电路中。 单层线圈通常采用密绕法和间绕法。密绕法是用绝缘 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；间绕法就是每圈和每圈之间有 一定的距离，具有分布电容小，高频特性好的特点， 多用于短波天线；
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比较密绕和间绕线圈，间绕的匝间距离大，分布电容小， 当采用粗导线间绕时可获得150~400的Q值，其稳定性也较高。 对于电感值大于15μH的线圈，应采用密绕，密绕的线圈分布 电容较大，电感量较大，Q值较低。对某些稳定性较高的地 方，采用被银法或热绕法制作高稳定型线圈。在高频大电流 条件下，为减少集肤效应，线圈常使用铜管绕制。
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3.1.3 电感器的种类 １．电感器的分类 电感器的种类很多，分类方法各不相同： (1) 按电感形式分类：固定电感器、可变电感器。 (2) 按导磁体性质分类：空芯线圈、磁芯、铁芯、铜芯线圈。 (3) 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。 (4) 按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。 (5) 按结构特点分类：立式或卧式线圈，有骨架或无骨架的线 圈，带屏蔽或不带屏蔽的线圈，密封的或不密封的线圈等。 ２．常用的电感线圈 下面主要从导磁体性质分类上进行描述。
②多层线圈 由于单层线圈的电感量较小，在电感值大于300µH的情况 下，要采用多层线圈。
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下图 (a)所示是一个无封装多层电感线圈。 多层电感线圈最大的缺点是固有分布电容大。因为多层线
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2．电感器的图形符号 电感器的常见图形符号如图3.1.1所示。
图3.1.1电感器的图形符号 3.1.2 电感器的主要参数和型号命名
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1.电感器的主要参数 （1）电感量L和感抗
电感量L表示线圈本身的固有特性，与电流大小无关。电感 的单位为“亨利”，简称“亨”(H)。换算单位有毫亨(mH)、微 亨(µH)、奈亨(nH)。它们之间的换算关系为：
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下图为空芯单层电感器的结构示意图。 以下图 (b)中空心密绕线圈为例，电感量的计算公式为
L
d2N2
1000 l 440 d
式中，L为空心密绕线圈的电感量，单位为μH；d为空心密绕 线圈的内径，单位为mm；l为空心密绕线圈的长度，单位为mm； N为空心密绕线圈的匝数。
图3.1.2空芯单层电感器的结构示意图
(4)磁芯。磁芯通常使用铁氧体材料制作，根据不同要求， 制成各种形状。由于短波和超短波线圈工作频率很高又要求电 感量很稳定，因此在微调电感量大小时，常用铜或黄铜制作的 铜心来微调。铜心旋入时使电感量减少，品质因数降低，与磁 芯的作用过程恰好相反。
(5)封装材料。有些电感器绕制好后，用封装材料将线和磁 芯等密封起来。封装材料常采用塑料、陶瓷或环氧树脂等。
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(3)分布电容 线圈的匝和匝之间存在着电容，线圈与地之间和线圈与屏蔽盒 之间，以及线圈的层和层之间也都存在着电容，这些电容统称为 线圈的分布电容。 （4）线圈的稳定性。 对于经过高温循环变化后，电感量不再能恢复到原来的电感量， 这种不可逆变化用电感的不稳定系数表示。 （5）额定电流 指电感线圈在正常工作时，允许通过的最大电流值。 3.电感器的型号命名 电感器的型号命名方法如下：
R
Φ
~
L
U
~
图3.1.0
1
Hale Waihona Puke Baidu
如果在通以交流电的线圈的交变磁场中，放置另一只线圈， 交变磁场中的磁力线将穿过这只线圈，在此线圈中会产生感 应电动势，这种现象称为互感。通常把原通电线圈称为初级 (或原线圈)，另外放置的线圈为次级线圈(或副线圈)。次线线 圈中感应电动势的大小，同初次级间的互感量有关，初次级 之间的相互作用称为耦合(系数)。
因此，电感元件有两个特性： ①对直流呈现很小的电阻(近似于短路)，对交流呈现阻抗。 ②电感元件具有阻止其中电流变化的特性，所以流过电感 的电流不能突变。 电感元件在电子产品中的功能归纳如下： ①作为滤波线圈阻止交流干扰。 ②作为谐振线圈与电容组成谐振电路。 ③在高频电路中作为高频信号的负载。 ④制成变压器传递交流信号。 ⑤利用电磁的感应特性制成磁性元件。
1H 103 mH 106 H 109 nH
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：
X L 2fL
（2）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 X L / R 。线圈的Q值愈高，回路的损 耗愈小。
电感元件是根据电磁感应原理
制作的元件。电感元件分为两大类： 一类是利用自感作用的电感线圈； 另一类是利用互感作用的变压器和 互感器。
图3.1.0为自感现象示意图。当 交流电通过线圈L时，便在线圈周围 产生交变磁场，这个磁场既能穿过 线圈，又能在线圈中产生感应电动 势。自感电动势的大小与磁通量和 线圈的特性有关，这种特性用自感 系数来表示。电感量是表示电感数 值大小的量，通常简称电感。
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(1)骨架。骨架常用的材料有电工纸板、胶木、塑胶、云母、 聚苯乙烯、陶瓷等。骨架的形状应根据使用要求选择。
(2)绕组。大多数的绕组由绝缘导线在线圈骨架上绕制而成， 常用的是各种规格的漆包线。
(3)屏蔽罩。为了减小外界电磁场对线圈的影响以及线圈产 生的电磁场与外界电路的相互耦合，往往在结构上使用金属罩 将线圈屏蔽，并将屏蔽罩接地。
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3.1 电感器 电感器多指电感线圈，简称电感，是一种常用的电子元 件，具有自感、互感、对高频阻抗大、对低频阻抗小（即通 直流、阻交流）等特性，被广泛应用在振荡、退耦(也称去 耦)、滤波等电子电路中，起选频、退耦、滤波作用。 3.1.1 电感器的结构 1．电感器的结构 如果把一段导线按某种方式绕在一起，就成为一个线圈。 如果使线圈的每圈之间彼此绝缘，就称这样的线圈为电感线 圈。电感线圈的种类和结构各种各样，通常由骨架、绕组、 磁芯及屏蔽罩组成。根据使用场合的不同，有的线圈没有屏 蔽罩，有的没有磁芯，还有的连骨架都没有，只有绕组。
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（1）空芯线圈 空心线圈就是线圈内部没有填充物质。空心线圈因 结构不同又分为单层、多层和蜂房线圈等。 ①单层线圈 单层线圈的Ｑ值一般都比较高，多用于高频电路中。 单层线圈通常采用密绕法和间绕法。密绕法是用绝缘 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；间绕法就是每圈和每圈之间有 一定的距离，具有分布电容小，高频特性好的特点， 多用于短波天线；
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比较密绕和间绕线圈，间绕的匝间距离大，分布电容小， 当采用粗导线间绕时可获得150~400的Q值，其稳定性也较高。 对于电感值大于15μH的线圈，应采用密绕，密绕的线圈分布 电容较大，电感量较大，Q值较低。对某些稳定性较高的地 方，采用被银法或热绕法制作高稳定型线圈。在高频大电流 条件下，为减少集肤效应，线圈常使用铜管绕制。
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3.1.3 电感器的种类 １．电感器的分类 电感器的种类很多，分类方法各不相同： (1) 按电感形式分类：固定电感器、可变电感器。 (2) 按导磁体性质分类：空芯线圈、磁芯、铁芯、铜芯线圈。 (3) 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。 (4) 按绕线结构分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。 (5) 按结构特点分类：立式或卧式线圈，有骨架或无骨架的线 圈，带屏蔽或不带屏蔽的线圈，密封的或不密封的线圈等。 ２．常用的电感线圈 下面主要从导磁体性质分类上进行描述。
②多层线圈 由于单层线圈的电感量较小，在电感值大于300µH的情况 下，要采用多层线圈。
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下图 (a)所示是一个无封装多层电感线圈。 多层电感线圈最大的缺点是固有分布电容大。因为多层线
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2．电感器的图形符号 电感器的常见图形符号如图3.1.1所示。
图3.1.1电感器的图形符号 3.1.2 电感器的主要参数和型号命名
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1.电感器的主要参数 （1）电感量L和感抗
电感量L表示线圈本身的固有特性，与电流大小无关。电感 的单位为“亨利”，简称“亨”(H)。换算单位有毫亨(mH)、微 亨(µH)、奈亨(nH)。它们之间的换算关系为：
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下图为空芯单层电感器的结构示意图。 以下图 (b)中空心密绕线圈为例，电感量的计算公式为
L
d2N2
1000 l 440 d
式中，L为空心密绕线圈的电感量，单位为μH；d为空心密绕 线圈的内径，单位为mm；l为空心密绕线圈的长度，单位为mm； N为空心密绕线圈的匝数。
图3.1.2空芯单层电感器的结构示意图
(4)磁芯。磁芯通常使用铁氧体材料制作，根据不同要求， 制成各种形状。由于短波和超短波线圈工作频率很高又要求电 感量很稳定，因此在微调电感量大小时，常用铜或黄铜制作的 铜心来微调。铜心旋入时使电感量减少，品质因数降低，与磁 芯的作用过程恰好相反。
(5)封装材料。有些电感器绕制好后，用封装材料将线和磁 芯等密封起来。封装材料常采用塑料、陶瓷或环氧树脂等。
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(3)分布电容 线圈的匝和匝之间存在着电容，线圈与地之间和线圈与屏蔽盒 之间，以及线圈的层和层之间也都存在着电容，这些电容统称为 线圈的分布电容。 （4）线圈的稳定性。 对于经过高温循环变化后，电感量不再能恢复到原来的电感量， 这种不可逆变化用电感的不稳定系数表示。 （5）额定电流 指电感线圈在正常工作时，允许通过的最大电流值。 3.电感器的型号命名 电感器的型号命名方法如下：
R
Φ
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L
U
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图3.1.0
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Hale Waihona Puke Baidu
如果在通以交流电的线圈的交变磁场中，放置另一只线圈， 交变磁场中的磁力线将穿过这只线圈，在此线圈中会产生感 应电动势，这种现象称为互感。通常把原通电线圈称为初级 (或原线圈)，另外放置的线圈为次级线圈(或副线圈)。次线线 圈中感应电动势的大小，同初次级间的互感量有关，初次级 之间的相互作用称为耦合(系数)。
因此，电感元件有两个特性： ①对直流呈现很小的电阻(近似于短路)，对交流呈现阻抗。 ②电感元件具有阻止其中电流变化的特性，所以流过电感 的电流不能突变。 电感元件在电子产品中的功能归纳如下： ①作为滤波线圈阻止交流干扰。 ②作为谐振线圈与电容组成谐振电路。 ③在高频电路中作为高频信号的负载。 ④制成变压器传递交流信号。 ⑤利用电磁的感应特性制成磁性元件。
1H 103 mH 106 H 109 nH
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：
X L 2fL
（2）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 X L / R 。线圈的Q值愈高，回路的损 耗愈小。