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電感知識整理

2017-03-30

有的電感貴、有的電感便宜,不同封裝的電感,都有其存在的市場價值和其特定的應用場景。


大綱:

  1. 電感的分類及命名方法

  2. 電感的主要參數特性

  3. 電感和磁珠工作原理和特性

  4. 電感選型應用要點

  5. 電感的計算及測量

  6. 主要應用電路

 

 

第一章:電感的分類及命名方法

電感線圈是由導線一圈靠一圈地繞在絕緣管上,導線彼此互相絕緣,而絕緣管可以是空心的,也可以包含鐵芯或磁粉芯,簡稱電感。用L表示,單位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。能產生電感作用的元件統稱為電感原件,常常直接簡稱為電感

1.電感的分類:

按 電感形式 分類:固定電感、可變電感。

按導磁體性質分類:空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

按 工作性質 分類:天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉線圈。

按 繞線結構 分類:單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。

按 工作頻率 分類:高頻線圈、低頻線圈。

按 結構特點 分類:磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。

2.常用電感線圈

2.1 單層線圈 單層線圈是用絕緣導線一圈挨一圈地繞在紙筒或膠木骨架上。如晶體管收音機中波     天線線圈。

2.2 蜂房式線圈 如果所繞制的線圈,其平面不與旋轉面平行,而是相交成一定的角度,這種線圈     稱為蜂房式線圈。而其旋轉一周,導線來回彎折的次數,常稱為折點數。蜂房式繞法的優點是     體積小,分布電容小,而且電感量大。蜂房式線圈都是利用蜂房繞線機來繞制,折點越多,分     布電容越小

2.3 鐵氧體磁芯和鐵粉芯線圈 線圈的電感量大小與有無磁芯有關。在空芯線圈中插入鐵氧體磁      芯,可增加電感量和提高線圈的品質因素。

2.4 銅芯線圈 銅芯線圈在超短波范圍應用較多,利用旋動銅芯在線圈中的位置來改變電感量,這     種調整比較方便、耐用。

2.5 色碼電感線圈 是一種高頻電感線圈,它是在磁芯上繞上一些漆包線后再用環氧樹脂或塑料封     裝而成。它的工作頻率為10KHz至200MHz,電感量一般在0.1uH到3300uH之間。色碼電感器是具     有固定電感量的電感器,其電感量標志方法同電阻一樣以色環來標記。其單位為uH。

2.6 阻流圈(扼流圈) 限制交流電通過的線圈稱阻流圈,分高頻阻流圈和低頻阻流圈。

2.7 偏轉線圈 偏轉線圈是電視機掃描電路輸出級的負載,偏轉線圈要求:偏轉靈敏度高、磁場均     勻、Q值高、體積小、價格低。

 

3.片式電感器
    片式電感器亦稱表面貼裝電感器,它與其它片式元器件(SMC及SMD)一樣,是適用于表面貼裝技術(SMT)的新一代無引線或短引線微型電子元件,其引出端的焊接面在同一平面上。作為SMC主流產品的片式多層瓷介電容器(MLCC),源于有引線多層瓷介電容器的芯片直接用于混合集成電路(HIC)的貼裝。早在60年代,美國JDI、Sprague公司就開始生產。1977年,日本松下公司在超薄型半導體收音機這類消費類電子產品中,首先采用了SMT和SMC及SMD工藝。

3.1片式電感器主要分幾中類型
   電感從制造工藝來分,片式電感器主要有4種類型,即繞線型、疊層型、編織型和薄膜片式電感    器。常用的是繞線式和疊層式兩種類型。前者是傳統繞線電感器小型化的產物;后者則采用多    層印刷技術和疊層生產工藝制作,體積比繞線型片式電感器還要小,是電感元件領域重點開發    的產品。片式電感器現狀與發展趨勢由于微型電感器要達到足夠的電感量和品質因數(Q)比較    困難,同時由于磁性元件中電路與磁路交織在一起,制作工藝比較復雜,故作為三大基礎無源    元件之一的電感器片式化,明顯滯后于電容器和電阻器。

3.1.1.繞線型 它的特點是電感量范圍廣(mH~H),電感量精度高,損耗?。?Q大),容許電流       大、制作工藝繼承性強、簡單、成本低等,但 不足之處是在進一步小型化方面受到限制。       陶瓷為芯的繞線型片 電感器在這樣高的頻率能夠保持穩定的電感量和相當高的Q值, 因而       在高頻回路中占據一席之地。TDK的NL系列電感為繞線型, 0.01~100uH,精度5%,高Q值,       可以滿足一般需求。NLC型 適 用于電源電路,額定電流可達300mA;NLV型為 高Q值,環保      (再 造塑料),可與NL互換;NLFC 有磁屏,適用于電源線。

3.1.2.疊層型 它具有良好的磁屏蔽性、燒結密度高、機械強度好。不足之處是 合格率低、成本        高、電感量較小、Q值低。它與繞線片式電感器 相比有諸多優點:尺寸小,有利于電路的小      型化,磁路封閉,不 會干擾周圍的元器件,也不會受臨近元器件的干擾,有利于元器 件的      高密度安裝;一體化結構,可靠性高;耐熱性、可焊性好; 形狀規整,適合于自動化表面安      裝生產。TDK的MLK型電感,尺 寸小,可焊性好,有磁屏,采用高密度設計,單片式結構,可      靠 性高;MLG型的感值小,采用高頻陶瓷,適用于高頻電路;MLK 型工作頻率12GHz,高Q,      低感值(1n~22nH)

3.1.3.薄膜片式 具有在微波頻段保持高Q、高精度、高穩定性和小體積的特性。 其內電極集中于       同一層面,磁場分布集中,能確保裝貼后的器 件參數變化不大,在100MHz以上呈現良好的       頻率特性。

3.1.4.編織型 特點是在1MHz下的單位體積電感量比其它片式電感器大、體積小、 容易安裝在基片       上。用作功率處理的微型磁性元件。

 

4.電感的型號、規格及命名。

國內外有眾多的電感生產廠家,其中**廠家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。


4.1.1 片狀電感
   電感量:10NH~1MH
   材料:鐵氧體 繞線型 陶瓷疊層
   精度: J=±5% K=±10% M=±20%
   尺寸: 0402 0603 0805 1008 1206 1210 1812 1008=2.5mm*2.0mm 1210= 3.2mm*2.5mm 
   個別示意圖:  

貼片繞線電感          


   

貼片疊層電感

                                     
   4.1.2 功率電感
   電感量:1NH~20MH 
   帶屏蔽、不帶屏蔽
   封裝:SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105;

         RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124;

     CD43/54/73/75/104/105;
貼片功率電感              


          

   

屏蔽式功率電感 


                                
  4.1.3 片狀磁珠
   種類:CBG(普通型) 阻抗:5Ω~3KΩ
   CBH(大電流) 阻抗:30Ω~120Ω
   CBY(尖峰型) 阻抗:5Ω~2KΩ
   個別示意圖:

貼片磁珠 規格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(貼片磁珠)                 

   

貼片大電流磁珠

規格:SMB302520/SMB403025/SMB853025(貼片大電流磁珠)


4.1.4 插件磁珠
   規格:RH3.5

 
   

規格

A

B

C

阻抗值(Ω)

10mHz

100mHz

RH3.5X4.7X0.8

3.5±0.15

4.7±0.3

62±2

20

45

RH3.5X6X0.8

3.5±0.15

6±0.3

62±2

25

65

RH3.5X9X0.08

3.5±0.15

9±0.3

62±2

40

105

4.1.5 色環電感
   電感量:0.1uH~22MH
   尺寸:0204、0307、0410、0512
   豆形電感:0.1uH~22MH
   尺寸:0405、0606、0607、0909、0910
   精度:J=±5% K=±10% M=±20%
   精度:J=±5% K=±10% M=±20%
   插件的色環電感                 讀法:同色環電阻的標示

4.1.6 立式電感
   電感量:0.1uH~3MH
   規格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

4.1.7軸向濾波電感
   規格:LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019
   電感量:0.1uH-10mH。
   額定電流:65mA~10A。
   Q值高,價位一般較低,自諧振頻率高。


   

4.1.8 磁環電感
   規格:TC3026/TC3726/TC4426/TC5026
   尺寸(單位mm):3.25~15.88

 4.1.9 空氣芯電感


空氣芯電感為了取得較大的電感值,往往要用較多的漆包線繞成,而為了減少電感本身的線路電阻對直流電流的影響,要采用線徑較粗的漆包線。但在一些體積較少的產品中,采用很重很大的 空氣芯電感不太現實,不但增加成本,而且限制了產品的體積。為了提高電感值而保持較輕的重量,我們可以在空氣芯電感中插入磁心、鐵心,提高電感的自感能力,借此提高電感值。目前,在計算機中,絕大部分是磁心電感。

 

5.電感標識

5.1直標法

直標法是將電感的標稱電感量(標稱值)用數字和文字符號直接標在電感體上,電感量單位后面的字母表示偏差。常見電感的直標表示法如圖3所示。


5.2 文字符號法

文字符號法是將電感的標稱值和偏差值用數字和文字符號法按一定的規律組合標示在電感體上。采用文字符號法表示的電感通常是一些小功率電感,單位通常為nH 或pH。用pH 做單位時,"R"表示小數點:用"nH"做單位時,"N"表示小數點。常見電感的文字符號表示法如圖4所示。


例如,R47表示電感量為0.47 μH,4R7則表示電感量為4.7 μH;10N 表示電感量為10nH。

 

5.3 色標法

色標法是在電感表面涂上不同的色環來代表電感量(與電阻類似),通常用三個或四個色環表示。色環電感各色環表示的含義如圖5所示。識別色環時,緊靠電感體一端的色環為第一環,露出電感體本色較多的另一端為末環。注意:用這種方法讀出的色環電感量,默認單位為微亨( μH)。


5.4 數碼表示法

數碼表示法是用三位數字來表示電感量的方法,常用于貼片式電感上。三位數字中,從左至右的第一、第二位為有效數字,第三位數字表示有效數字后面所加"0"的個數。注意:用這種方法讀出的色環電感量,默認單位為微亨(μH)。如果電感量中有小數點,則用"R"表示,并占一位有效數字。例如,標示為"330"的電感為33×100=33μH,標示為"4R7"的電感為4.7μH。

 

 

第二章:電感的主要參數

 

電感的主要特性參數
2.1 電感量L
電感量L表示線圈本身固有特性,與電流大小無關。除專門的電感線圈(色碼電感)外,電感量一般不專門標注在線圈上,而以特定的名稱標注。單位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。
2.2 感抗XL
電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL,單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關系為XL=2πfL
   2.3 品質因素Q
品質因素Q是表示線圈質量的一個物理量,Q為感抗XL與其等效的電阻的比值,即:Q=XL/R。 線圈的Q值愈高,回路的損耗愈小。線圈的Q值與導線的直流電阻,骨架的介質損耗,屏蔽罩或鐵芯引起的損耗,高頻趨膚效應的影響等因素有關。線圈的Q值通常為幾十到幾百。采用磁芯線圈,多股粗線圈均可提高線圈的Q值。
2.4 分布電容
又稱為固有電容或寄生電容,線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小,穩定性變差,因而線圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減少分布電容。

圖中的Cu為分布電容

   2.5 允許誤差:電感量實際值與標稱之差除以標稱值所得的百分數。

2.6 額定電流:指線圈允許通過的**電流,通常用字母A、B、C、D、E分別 表示,標稱電流值為50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。

 

第三章:電感和磁珠的工作原理和特性

1.電感的工作原理

電感線圈是由導線一圈靠一圈地繞在絕緣管上,導線彼此互相絕緣,而絕緣管可以是空心的,也可以包含鐵芯或磁粉芯,簡稱電感。用L表示,單位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH),1H=10^3mH=10^6uH。

電感是導線內通過交流電流時,在導線的內部及其周圍產生交變磁通,導線的磁通量與生產此磁通的電流之比。當電感中通過直流電流時,其周圍只呈現固定的磁力線,不隨時間而變化;可是當在線圈中通過交流電流時,其周圍將呈現出隨時間而變化的磁力線。根據法拉弟電磁感應定律---磁生電來分析,變化的磁力線在線圈兩端會產生感應電勢,此感應電勢相當于一個"新電源"。當形成閉合回路時,此感應電勢就要產生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產生的磁力線總量要力圖阻止原來磁力線的變化的。由于原來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。電感線圈有與力學中的慣性相類似的特性,在電學上取名為"自感應",通常在拉開閘刀開關或接通閘刀開關的瞬間,會發生火花,這就是自感現象產生很高的感應電勢所造成的。

總之,當電感線圈接到交流電源上時,線圈內部的磁力線將隨電流的交變而時刻在變化著,致使線圈不斷產生電磁感應。這種因線圈本身電流的變化而產生的電動勢 ,稱為"自感電動勢"。由此可見,電感量只是一個與線圈的圈數、大小形狀和介質有關的一個參量,它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關。

1.1電感的等效電路


1.2電感中電流不能突變

在電容整理中說到電容器兩端的電壓不能突變,對電感而言則是電感中的電流不能突變。

  

2.電感在電路中的作用
   電感的基本作用有濾波、振蕩、延遲、陷波等,一般對電感作用形象說法是"通直流,阻交流"細化解來說,在電子線路中,電感線圈對交流有限流作用,它與電阻器或電容器能組成高通或低通濾波器、移相電路及諧振電路等;變壓器可以進行交流耦合、變壓、變流和阻抗變換等。
   由感抗XL=2πfL 知,電感L越大,頻率f越高,感抗就越大。該電感器兩端電壓的大小與電感L成正比,還與電流變化速度△i/△t成正比,這關系也可用下式表示:
電感線圈也是一個儲能元件,它以磁的形式儲存電能,儲存的電能大小可用下式表示:WL=1/2 Li2 ??梢?,線圈電感量越大,流過越大,儲存的電能也就越多。

2.1調諧與選頻電感的作用:電感線圈與電容器并聯可組成LC調諧電路。即電 路的固有振蕩頻率f0與非交流信號的頻率f相等, 則回路的感抗與容抗也相 等, 于是電磁能量就 在電感、電容之間來回振蕩,這就是LC回路的諧 振現象。 諧振時由于電路的感抗與容抗等值又反 向,因此回路總電流的感抗*小,電流 量**(指 f=f0的交流信號),所以LC諧振電路具有選擇頻率 的作用,能將某 一頻率f的交流信號選擇出來。

2.2磁環電感的作用:磁環與連接電纜構成一個電感器(電纜中的導線在磁環上繞幾圈作為電感線圈),它是電子電路中常用的抗干擾元件,對于高頻噪聲有很好的屏蔽作用,故被稱為吸收磁環,由于通常使用鐵氧體材料制成,所以又稱鐵氧體磁環(簡稱磁環)。磁環在不同的頻率下有不同的阻抗特牲。一般在低頻時阻抗很小,當信號頻率升高后磁環的阻抗急劇變大??梢婋姼械淖饔萌绱酥?,大家都知道,信號頻率越高,越容易輻射出去,而一般的信號線都是沒有屏蔽層的,這些信號線就成了很好的天線,接收周圍環境中各種雜亂的高頻信號,而這些信號疊加在原來傳輸的信號上,甚至會改變原來傳輸的有用信號,嚴重干擾電子設備的正常工作,因此降低電子設備的電磁干擾(EM)已經是必須考慮的問題。在磁環作用下,即使正常有用的信號順利地通過,又能很好地抑制高頻于擾信號,而且成本低廉。

 

3.磁珠的介紹

磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力(數字電路中,由于脈沖信號含有頻率很高的高次諧波)。磁珠有很高的電阻率和磁導率,等效于電阻和電感串聯,但電阻值和電感值都隨頻率變化。

3.1磁珠的型號:磁珠對高頻信號有較大阻礙作用,一般規格有100歐/100mMHZ ,它在低頻時電阻比電感小得多。以常用于電源濾波的HH-1H3216-500為例,其型號各字段含義依次為:HH 是其一個系列,主要用于電源濾波,用于信號線是HB系列;1 表示一個組件封裝了一個磁珠,若為4則是并排封裝四個的;H 表示組成物質,H、C、M為中頻應用(50-200MHz),T低頻應用(50MHz),S高頻應用(200MHz);3216 封裝尺寸,長3.2mm,寬1.6mm,即1206封裝;500 阻抗(一般為100MHz時),50 ohm。

注意:磁珠的單位是歐姆,而不是亨特,這一點要特別注意。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率 產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。

 

3.2 磁珠的等效電路


X:電抗成分R:電阻成分Z:整體特性



Z:R和X共同決定。

1)在低頻段,X起主導,體現電感性,功能是反射噪聲;

2)在高頻段,R起主導,體現電阻性,功能是吸收噪聲并將

噪聲轉換為熱。

3)在轉換點是R和X值相等處的頻率。轉換點頻率越高,磁珠體現電感性的頻帶越寬,對低頻噪聲的吸收能力越弱;轉換點所在頻率越低,磁珠體現電阻性的頻帶越寬,對低頻噪聲的吸收能力越強。

 

3.3磁珠選型:

1). 電路噪聲的頻帶大于磁珠轉換點頻率,使磁珠吸收噪聲而不是反射噪聲;

2). 信號的頻帶小于磁珠轉換點頻率,以防有效信號被磁珠衰減。

3). 磁珠的轉換點頻率越低,線路振蕩和波形失真就越小。

4). 額定電流、直流電阻。

5). 選擇諧振頻率點高的磁珠。當工作頻率高于諧振頻率,磁珠表現出電容性,阻抗迅速減小。

 

 

 

3.4磁珠主要參數:

3.4.1、阻抗[Z]@100MHz (ohm)

3.4.2、直流電阻DC Resistance (m ohm)

3.4.3、額定電流Rated Current (mA)

4.電感與磁珠的聯系與區別
4.1、電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件 
4.2、電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號回路,用于EMC對策
4.3、磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側重于抑制傳導性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問題。EMI的兩個途徑,即:輻射和傳導,不同的途徑采用不同的抑制方法。前者用磁珠,后者用電感。
4.4、磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率范圍很少超過50MHZ。
4.5、電感一般用于電路的匹配和信號質量的控制上。一般地的連接和電源的連接。在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。對信號線也采用磁珠。磁珠的大?。ù_切的說應該是磁珠的特性曲線)取決于需要磁珠吸收的干擾波的頻率。磁珠就是阻高頻,對直流電阻低,對高頻電阻高。比如1000R@100Mhz就是說對100M頻率的信號有1000歐姆的電阻。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的datasheet上一般會附有頻率和阻抗的特性曲線圖。一般以100MHz為標準,比如2012B601,就是指在100MHz的時候磁珠的Impedance為600歐姆。

 

5貼片電感和貼片磁珠的區別
5.1.片式電感:

在電子設備的 PCB 板電路中會大量使用感性元件和EMI濾波器元件。這些元件包括片式電感和片式磁珠,以下就這兩種器件的特點進行描述并分析他們的普通應用場合以及特殊應用場合。表面貼裝元件的好處在于小的封裝尺寸和能夠滿足實際空間的要求。除了阻抗值,載流能力以及其他類似物理特性不同外,通孔接插件和表面貼裝器件的其他性能特點基本相同。在需要使用片式電感的場合,要求電感實現以下兩個基本功能:電路諧振和扼流電抗。諧振電路包括諧振發生電路,振蕩電路,時鐘電路,脈沖電路,波形發生電路等等。諧振電路還包括高Q帶通濾波器電路。要使電路產生諧振,必須有電容和電感同時存在于電路中。在電感的兩端存在寄生電容,這是由于器件兩個電極之間的鐵氧體本體相當于電容介質而產生的。在諧振電路中,電感必須具有高Q,窄的電感偏差,穩定的溫度系數,才能達到諧振電路窄帶,低的頻率溫度漂移的要求。高Q電路具有尖銳的諧振峰值。窄的電感偏置保證諧振頻率偏差盡量小。穩定的溫度系數保證諧振頻率具有穩定的溫度變化特性。標準的徑向引出電感和軸向引出電感以及片式電感的差異僅僅在于封裝不一樣。電感結構包括介質材料(通常為氧化鋁陶瓷材料)上繞制線圈,或者空心線圈以及鐵磁性材料上繞制線圈。在功率應用場合,作為扼流圈使用時,電感的主要參數是直流電阻(DCR),額定電流,和低Q值。當作為濾波器使用時,希望寬的帶寬特性,因此,并不需要電感的高Q特性。低的DCR可以保證*小的電壓降,DCR定義為元件在沒有交流信號下的直流電阻。

5.2.片式磁珠:

片式磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結構( PCB電路 )中的RF噪聲,RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信號,而射頻RF能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器),該器件允許直流信號通過,而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上,然而,低頻信號也會受到片式磁珠的影響。片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成,構成高體積電阻率的獨石結構。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。

5.3.使用片式磁珠的好處:
小型化和輕量化。在射頻噪聲頻率范圍內具有高阻抗,消除傳輸線中的電磁干擾。閉合磁路結構,更好地消除信號的串繞。 極好的磁屏蔽結構。降低直流電阻,以免對有用信號產生過大的衰減。顯著的高頻特性和阻抗特性(更好的消除 RF 能量)。在高頻放大電路中消除寄生振蕩。有效的工作在幾個MHz到幾百MHz的頻率范圍內。要正確的選擇磁珠,必須注意以下幾點: 不需要的信號的頻率范圍為多少。 噪聲源是誰。需要多大的噪聲衰減。 環境條件是什么(溫度,直流電壓,結構強度)。 電路和負載阻抗是多少。是否有空間在PCB板上放置磁珠。前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要,即電阻,感抗和總阻抗。。典型的阻抗曲線可參見磁珠的DATASHEET。通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內具有**阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。片式磁珠在過大的直流電壓下,阻抗特性會受到影響,另外,如果工作溫升過高,或者外部磁場過大,磁珠的阻抗都會受到不利的影響。


5.4使用片式磁珠和片式電感的原因:

是使用片式磁珠還是片式電感主要還在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是*佳的選擇。片式磁珠和片式電感的應用場合: 片式電感:射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車電子,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,PDAs(個人數字助理),無線遙控系統以及低壓供電模塊等。片式磁珠:時鐘發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,并口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻(RF)電路和易受干擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導干擾,計算機,打印機,錄像機(VCRS),電視系統和手提電話中的EMI噪聲抑止。

 

第四章:電感選型應用要點

電感在使用過程中要注意的事項
1電感使用的場合
潮濕與干燥、環境溫度的高低、高頻或低頻環境、要讓電感表現的是感性,還是阻抗特性等,都要注意。
2電感的頻率特性
在低頻時,電感一般呈現電感特性,既只起蓄能,濾高頻的特性。
但在高頻時,它的阻抗特性表現的很明顯。有耗能發熱,感性效應降低等現象。不同的電感的高頻特性都不一樣。下面就鐵氧體材料的電感加以解說:
鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很高的導磁率,他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容*小。鐵氧體材料通常在高頻情況下應用,因為在低頻時他們主要程電感特性,使得線上的損耗很小。在高頻情況下,他們主要呈電抗特性比并且隨頻率改變。實際應用中,鐵氧體材料是作為射頻電路的高頻衰減器使用的。實際上,鐵氧體較好的等效于電阻以及電感的并聯,低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當高,以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置,高頻能量在上面轉化為熱能,這是由他的電阻特性決定的。

2.1對于高頻信號用電感,主要用在射頻信號上,其電感值范圍:0.6nH~390nH,直流電阻有多種選擇。電感值越大,對應的直流電阻也越大。自諧振頻率:一般在1GHz以上,**可達12GHz。電感值越大,對應的自諧振頻率往往越小。額定電流:幾十毫安~幾百毫安。電感值越大,對應的額定電流往往越小。工作頻率小于諧振頻率,電感值基本保持穩定;但一旦工作頻率超過諧振頻率后,電感值將會迅速增大,若頻率繼續增大并達到一定程度后,電感值又會迅速減小。應選擇諧振頻率點高于工作頻率的電感。

2.2對于一般信號用電感,用在高速信號上。其電感值范圍:0.01uH~1000uH。直流電阻:多種選擇.電感值越大,對應的直流電阻也越大。一般信號用電感,其直流電阻比高頻信號用電感和電源用電感大,*小值為100毫歐,大的可達到幾歐姆。自諧振頻率:幾十兆赫茲~幾百兆赫茲。電感值越大,其對應的自諧振頻率越小。額定電流:幾毫安~幾十毫安。電感值越大,其對應的額定電流越小。工作頻率低于諧振頻率時,電感值保持穩定;工作頻率超過諧振頻率后,電感值將會先增大,到一定頻率后,將迅速減小。應選擇諧振頻率點高于工作頻率的電感。常用于高速設計中的跨板信號。高速跨板信號的紋波比板內信號大,可以使用一般信號用電感加以濾波。高頻信號用電感和一般信號用電感額定電流都比較小,而直流電阻相對較大,不能用于電源濾波。

2.3 對于電源用電感,用在電源電路中。電感值范圍:1uH~470uH。直流電阻:多種選擇。電感值越大,直流電阻也越大。*小值為幾毫歐,大的有幾歐姆。自諧振頻率:幾十兆赫茲~幾百兆赫茲。電感值越大,其對應的自諧振頻率越小。

額定電流:幾十毫安~幾安。電感值越大,對應的額定電流越小。工作頻率低于諧振頻率時,電感值基本保持穩定;工作頻率超過諧振頻率,電感值將會先增大,一定頻率后,又迅速減小。應選擇諧振頻率點高于工作頻率的電感。

電源用電感注意事項

2.3.1. 手冊標稱的電感值---工作頻率低于諧振頻率點;

2.3.2. 當工作頻率>>諧振頻率,則電感值將隨著工作頻率而急劇減小,逐步呈現電容性。

2.3.3. 電感用于電源濾波時,需要考慮由于其直流電阻而引起的壓降。

2.3.4. 建議工作電流小于額定電流。

2.3.5. 如果工作電流大于額定電流,電感未必會損壞,但是電感值可能低于標稱值。
3 電感設計要承受的**電流,及相應的發熱情況。
4 使用磁環時,對照上面的磁環部分,找出對應的L值,對應材料的使用范圍。
5 注意導線(漆包線、紗包或裸導線),常用的漆包線。要找出*適合的線經。


第五章:電感的計算及測量

環形電感的設計與計算
   針對環形CORE,有以下公式可利用: (IRON)
   L=N2*AL L=電感量(H) AL= 感應系數
   H-DC=0.4πNI /l N==繞線匝數(圈)
   H-DC=直流磁化力 I= 通過電流(A) l= 磁路長度(cm)
   l及AL值大小,可參照Micrometa對照表。例如: 以T50-52材,繞線5圈半,其L值為T50-52(表示OD為0.5英寸),經查表其AL值約為33nH 
   L=33*(5.5)2=998.25nH≈1μH
   當通過10A電流時,其L值變化可由l=3.74(查表)
   H-DC=0.4πNI / l = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 (查表后)
   即可了解L值下降程度(μi%)

蜘蛛式線圈參數計算

層圓筒式線圈參數計算
 

一個電感計算的經驗公式
   L=(k*μ0*μs*N2*S)/l
   其中 
   μ0 為真空磁導率=4π*10(-7)。(10的負七次方)
   μs 為線圈內部磁芯的相對磁導率,空心線圈時μs=1
   N2 為線圈圈數的平方
   S 線圈的截面積,單位為平方米
   l 線圈的長度, 單位為米
   k 系數,取決于線圈的半徑(R)與長度(l)的比值。
   計算出的電感量的單位為亨利。

K值表

2R/l

對應的K

3R/l

對應的K

3R/l

對應的K

4R/l

對應的K

0.1

0.96

0.6

0.79

2

0.52

10

0.2

0.2

0.92

0.8

0.74

3

0.43

20

0.12

0.3

0.88

1

0.69

4

0.37



0.4

0.85

1.5

0.6

5

0.32



   
   以上均為理論值,實際的電量以實測為準。

 

 

電感的測量
   電感測量的兩類儀器:RLC測量(電阻、電感、電容三種都可以測量)和電感測量儀。
   電感的測量:空載測量(理論值)和在實際電路中的測量(實際值)。
   由于電感使用的實際電路過多,難以類舉。所以我們就在空載情況下的測量加以解說。
電感量的測量步驟:(RLC測量)
   1、熟悉儀器的操作規則(使用說明),及注意事項。
   2、開啟電源,預備15~30分鐘。
   3、選中L檔,選中測量電感量
   4、把兩個夾子互夾并復位清零
   5、把兩個夾子分別夾住電感的兩端,讀數值并記錄電感量
   6、重復步驟4和步驟5,記錄測量值。要有5~8個數據。 
   7、比較幾個測量值:若相差不大(0.2uH)則取其平均值,記得電感的理論值;若相差過大()0.3 uH)則重復步驟2~步驟6,直到取到電感的理論值。
   不同的儀器能測量的電感參數都有一些出入。因此,做任何測量前的熟悉你的測量儀器。你的儀器能做什么。然后按照它給你的操作說明去做即可。
   比如: 電感測量儀
  

   TH2773A 電感測量儀 (國產)
   測試頻率:100Hz、 1kHz;
   測試電平:0.3v
   測量參數:LS,Q;
   測量準確度:0.3%
   測量速度:8次/秒
   主要功能:可設置極限:上超/下超/合格/D不合格:訊響。
   TH2776 電感測量儀 (國產)

   測試頻率:100Hz、120Hz 、1kHz、10kHz、40kHz、100kHz;
   測試電平:0.1V、0.3V、1V;
   測量參數:Ls-Q、ESR-Q、EPR-Q;
   測量準確度:0.05%
   測量速度:1.5次/秒,5.1次/秒,20次/秒
   主要功能:四檔分選,信號源*,測量值平均,開機自檢等,接口:RS-232C 、HANDLER、PRINTER。
   具體儀器的操作詳見,各自產品的說明書。

 

第六章:主要應用電路

1.電源電路中的電感濾波電路

電感濾波電路是用電感器構成的一種濾波電路,其濾波效果相當好,只是要求濾波電感的電感量較大,電路的成本比較高。電路中常使用7c型LC濾波電路。

圖7-21所示是兀型LC濾波電路。電路中的Cl和C3是濾波電容,C2是高頻濾波電容,Ll是濾波電感,Ll代替兀型RC濾波電路中的濾波電阻。電容Cl是主濾波電容,將整流電路輸出電壓中的絕大部分交流成分濾波到地。


 

1.1.直流等效電路

圖7-22所示是冗型LC濾波電路的直流等效電路,電感Ll的直流電阻小到為零,就用一根導線代替。


1.2.交流等效電路

圖7-23所示是兀型LC濾波電路的交流等效電路。對于交流成分而言,因為電感L1感抗的存在,且這一電感很大,這一感抗與電容C3的容抗(容抗很?。嫵煞謮核p電路(見交流等效電路)對交流成分有很大的衰減作用,達到濾波的目的。


2.共模和差模電感電路

圖7-24所示是共模和差模電感器電路,這也是開關電源交流市電輸入回路中的EMI濾波器,電路中的Ll、L2是差模電感器,L3和L4為共模電感器,Cl為X電容,C2和C3為Y電容。該電路輸入220V交流市電,輸出電壓加到整流電路中。


2.1.共模電感器電路

開關電源產生的共模噪聲頻率范圍為10kHz~50MHz甚至更高,為了有效衰減這些噪聲,要求在這個頻率范圍內共模電感器能夠提供足夠高的感抗。講解共模電感器工作原理前應該了解共模電感器結構,這有助于理解共模電感器抑制共模高頻噪聲。圖7-25所示是共模電感器實物圖和結構示意圖。


  1. 正常的交流電流流過共模電感器分析。如圖7-26所示,220V交流電是差模電流,它流過共模線圈L3和L4的方向如圖中所示,兩線圈中電流產生的磁場方向相反而抵消。這時正常信號電流主要受線圈電阻的影響(這一影響很?。?,以及少量因漏感造成的阻尼(電感),加上220V交流電的頻率只有50Hz,共模電感器電感量不大,所以共模電感器對于正常的220V交流電感抗很小,不影響220V交流電對整機的供電。

 


  1. 共模電流流過共模電感器分析。當共模電流流過共模電感器時,電流方向如圖7-27所示。由于共模電流在共模電感器中為同方向,線圈L3和L4內產生同方向的磁場,這時增大了線圈L3、L4的電感量,也就是增大了L3、L4對共模電流的感抗,使共模電流受到了更大的抑制,達到衰減共模電流的目的,起到了抑制共模干擾噪聲的作用。



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