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4 基础篇-电感和磁珠基础知识

时间:2024-09-15 19:44来源:小尹讲电子 作者:ictest8_edit 点击:

 

目录
初识电感
关键参数
电感和磁珠分类
电感与磁珠的区别 
共模电感
 
1 初识电感
电感是一种储能电子元器件,用于将电能转换为磁能。当电流通过线圈后,在线圈中形成磁场感应,感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。它是描述由于线圈电流变化,在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。

 

电感是自感和互感的总称,那么什么是自感和互感呢?

自感

当线圈中有电流通过时,线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时,其周围的磁场也产生相应的变化,此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势(感生电动势)(电动势用以表示有源元件理想电源的端电压),这就是自感。


互感


两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈,这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。

2 关键参数

电感的关键参数见下:
参数名称 描述
电感量L 表示线圈本身固有特性,与电流大小无关。除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注。
感抗XL 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的关系为感抗计算公式:XL=2πfL
品质因素Q 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=XL/R。 线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻,骨架的介质损耗,屏蔽罩或铁芯引起的损耗,高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。采用磁芯线圈,多股粗线圈均可提高线圈的Q值。
分布电容 线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底板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。
允许误差 电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。
标称电流 指线圈允许通过的电流大小,通常用字母A、B、C、D、E分别表示,标称电流值为50mA、150mA、300mA、700mA、1600mA。
磁珠的关键参数见下:
参数名称 描述
直流电阻DCR 直流电流通过此磁珠时,磁珠呈现的电阻值。
额定电流 表示磁珠正常工作时的最大允许电流。
阻抗[Z]@100MHz(ohm) 这里所指的是交流阻抗。 

3 分类

电感分类
 
 

磁珠分类

 
4 电感与磁珠的区别

磁力线
o 电感的磁材料是开放的,磁力线一部分通过磁芯,一部分通过空气;
o 磁珠的磁材料是封闭的,几乎所有的磁力线都是封闭在磁环内部,更加“干净”。

单位不同
 
o 电感的单位式亨(H)。 
o 磁珠的单位式欧姆(Ω)。

滤波频段
o 电感多用于滤除低频段,一般≤50MHz。
o 磁珠一般用于滤除高频段,磁珠的阻抗是电抗X和阻抗R共同作用的结果,低频是电抗R起主导作用,高频时电阻R起主导作用。

滤波原理
o 电感是将电能转换为磁能,再将磁能转换为电能或者对外辐射
o 磁珠是将电能转换为热能,磁珠的滤波更加“干净”。

是否产生谐振
o 电感属于储能元件,可能会产生谐振。
o 磁能属于耗能元件,不会产生谐振。

额定电流
 额定电流都是二者的关键参数,主要区别见下:
o 电感的电流超过额定电流时,电感的有效值会下降。
o 磁珠的电流超过额定电流时,会直接损坏。。
5 共模电感
共模电感就是在同一个铁氧体环上绕制两个匝数相同、绕向相反的线圈

 

工作原理:
o 当有共模成分流过共模电感时,根据右手定则,会在两个线圈形成方向相同的磁场,相互加强,相当于对共模信号存在较高的感抗。
o 当有差模成分流过共模电感时,根据右手定则,会在两个线圈形成方向相反的磁场,相互抵消,相当于对差模信号存在较低的感抗。

设计注意事项:
o 直流阻抗要低,不能对电压或有用信号产生较大影响。
o 用于电源线的话,要考虑额定电压和电流,满足工作要求。
o 通过测试确定共模干扰的频段,在该频段内共模阻抗应该较高。
o 差模阻抗要小,不能对差分信号的质量产生较大影响。
o 考虑封装尺寸,做兼容性设计。例如用于USB信号的共模电感,选择封装可以与两个0402的电阻做兼容,不需要共模电感时,可以直接焊0402电阻,降低成本。

电感的应用 
分频电路

音响电路的分频电路图。电感线圈L1和L2为空心密绕线圈,它们与C 1 、C2 组成分频网络。对高、低音进行分频,以改善放音效果。
 

滤波电路
电子管扩音机的电源滤波电路图。图中L为插有硅钢片的铁心线圈,又称为低频扼流圈。它在电路中的作用是阻止残余交流电通过,而仅让直流电通过。
 
 

LC谐振电路

收音机LC谐振电路,这是由电感器与电容器组成的谐振选频电路。可变电感器L与电容器C1组成调谐回路,通过调节电感即可改变谐振频率,从而达到选台的作用。

 
 
延迟作用

电感线圈在电路中还可起到延迟作用,使输出的信号与输入的信号基本不变,而只使输出延迟一段时间,即信号的幅度不变,而仅相位发生变化。
 
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