电感器——又称扼流器、电抗器、动态电抗器。与电容器、电阻器一起被称为三大被动元件,继电容器、电阻器之后迅速发展实现片式化的元件。
基本原理 自感现象:当流经导体本身的电流发生变化时会产生的电磁感应现象。 用金属导线做成线圈,流经线圈的电流发生变化时,会产生很明显的电磁感应现象,线圈自感应反向电动势阻碍电流的变化,起到平稳电流的作用。 具体地,如果电感器在没有电流通过的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的状态下,电路断开时它将试图维持电流不变。 从能量角度看就是,电感器能把电能转储为磁能,把磁能释放为电能。 同一电感器对不同变化频率的电流阻碍效果不一样,其总体规律是:通低频,阻高频.
电感的发现发明大事记 1831年 英国M.法拉第发现铁芯线圈电磁感应现象 1832年 美国J.亨利发表关于自感应现象论文。人们把电感量的单位称为亨利,简称亨; 1850s’ 电感器应用到电报电话装置中; 1887年 德国H.R.赫兹发明赫兹线圈; 1890年 美国N.特斯拉,发明 特斯拉线圈; 1935年 日本TDK推出世界上第一个铁氧体磁芯; 1980S' 日本美国,为适应SMT需要,开始了片式电感器的研究开发; 1984年 TDK率先以1210为先导产品,实现了多层片式电感器产业化; 1994年 中国的深圳南玻和南京898厂分别引入日本美国绕线型和多层型电感生产线 ……
电感器的分类 电感器发展衍变 目前用量最大的是绕线片式电感器和多层片式陶瓷电感器。 贴片型电感器对比
绕线片式电感器是传统绕线电感器小型化的产物,把引线改为适合表面贴装的端电极结构;
多层片式陶瓷电感器采用多层印刷技术和多层生产工艺制作,体积比绕线型片式电感器还要小,是电感元件领域发展的主流方向。 电感器主要性能参数 电感量Ls 电感量也称自感系数,是表示当流经电感器的电流发生变化时,其产生自感应能力的一个物理量。电感量的大小反映了元件存、释能量的强弱。 电感量是电感器本身固有特性,取决于线圈匝数、绕制方式、磁芯材料等。
公式:Ls=(k*μ*N2*S)/L
其中:μ为磁芯的相对磁导率 N 为线圈圈数的平方
从公式可知: 线圈圈数越多、绕制的线圈越密集,电感量就越大。有磁芯的线圈比无磁芯的线圈电感量大;磁芯导磁率越大的线圈,电感量也越大。
电感量的基本单位是亨利(亨),用字母“H”表示。常用单位毫亨(mH)、微亨(μH)、纳亨(nH)。 换算关系为:1H=103mH=106μH=109nH
片式电感器电感量范围
常用测试仪器:HP4291B/HP4194A阻抗分析仪 电感量允许误差 允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值。 用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高,允许偏差为±0.2%~±0.5%; 用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高,允许偏差为±10%~±20%。
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XL=2πfL 常用测量仪器:HP4291B阻抗分析仪
品质因素Q 品质因素Q是表征电感器质量的一个主要参量。 Q为电感器在某一频率的交流电压下工作时,感抗XL与其等效的电阻的比值: 公式: Q = XL / R 因XL与频率有关,所以Q值与频率相关。常见Q-F曲线为钟形。 电感器的Q值高低与线圈导线的直流电阻,磁芯介质损耗,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。 Q值反映元件工作时所做的有用功与其本身消耗的能量比例关系,电感器Q值越高,回路的损耗越小,效率越高。电感器的Q值通常为几十到几百。 接收、发射模块中的耦合、调谐电路对Q值要求高,滤波电路Q值要求低
自谐振频率SRF 电感器的寄生电容与电感量发生谐振的频率点,记为FSR。 在FSR下,电感感抗与寄生电容容抗相等并互相抵消,整体表现为电抗为0,FSR处电感失去储能能力表现出高阻的纯阻特性。即FSR处,Q=0 。
公式: FSR=[2л(LC)1/2]-1
寄生电容是指线圈的匝与匝之间,线圈与磁芯之间,线圈与地之间,线圈与金属之间都存在的电容。电感器的寄生电容越小,其稳定性越好。 寄生电容的存在使线圈的Q值减小,稳定性变差,因而线圈的寄生电容越小越好。 常用测量仪器:HP8720E网络分析仪 HP4991B阻抗分析仪
直流电阻 Rdc 直流电阻——直流状态下测量元件的电阻值,单位为欧姆。 表征元件内部线圈的质量状况,符合欧姆定律。 在电感设计中,都要求直流电阻隔尽可能的小。 通常标称为最大值。 常用测量仪器:HP4338B
额定电流Ir 额定电流是指电感器在允许的工作环境下能承受的最大电流值。 电流通过会引起元件发热,元件温升电感量会下降,取元件电感量下降5%或器件温升20C的电流值为额定电流。 若工作电流超过额定电流,则电感器就会因发热而使性能参数发生改变,甚至还会因过流而烧毁。 额定电流为其允许的最大工作电流,同系列产品,电感量增大,额定电流减少。 对非磁性磁芯电感器来说,额定电流取于直流电阻,直流电阻越小则温升越小,容许电流越大。
片式电感主要制造商 日本TDK和太阳诱电是全球领先的片式电感制造商。 中国大陆主要制造商有深圳顺络、深圳麦捷、风华英达、深圳振华富等。
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