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電感
表征閉合回路屬性的物理量
定義
導體的一種性質(zhì)，用導體中感生的電動勢或電壓與產(chǎn)生此電壓的電流變化率之比來量度。穩(wěn)恒電流產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，不斷變化的電流(交流)或漲落的直流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場反過來使處于此磁場的導體感生電動勢。感生電動勢的大小與電流的變化率成正比。比例因數(shù)稱為電感，以符號L表示，單位為亨利(H)。
電感是閉合回路的一種屬性，即當通過閉合回路的電流改變時，會出現(xiàn)電動勢來抵抗電流的改變。這種電感稱為自感（self-inductance），是閉合回路自己本身的屬性。假設一個閉合回路的電流改變，由于感應作用而產(chǎn)生電動勢于另外一個閉合回路，這種電感稱為互感（mutual inductance）。
自感
當線圈中有電流通過時，線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當線圈中電流發(fā)生變化時，其周圍的磁場也產(chǎn)生相應的變化，此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應電動勢（也稱作感生電動勢），這就是自感。
發(fā)展歷程
結構
1、骨架 骨架泛指繞制線圈的支架。一些體積較大的固定式電感器或可調(diào)式電感器（如振蕩線圈、阻流圈等），大多數(shù)是將漆包線（或紗包線）環(huán)繞在骨架上，再將磁心或銅心、鐵心等裝入骨架的內(nèi)腔，以提高其電感量。骨架通常是采用塑料、膠木、陶瓷制成，根據(jù)實際需要可以制成不同的形狀。小型電感器（例如色碼電感器）一般不使用骨架，而是直接將漆包線繞在磁心上。空心電感器（也稱脫胎線圈或空心線圈，多用于高頻電路中）不用磁心、骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上繞好后再脫去模具，并將線圈各圈之間拉開一定距離。
2、繞組 繞組是指具有規(guī)定功能的一組線圈，它是電感器的基本組成部分。繞組有單層和多層之分。單層繞組又有密繞（繞制時導線一圈挨一圈）和間繞（繞制時每圈導線之間均隔一定的距離）兩種形式；多層繞組有分層平繞、亂繞、蜂房式繞法等多種。
3、磁心與磁棒 磁心與磁棒一般采用鎳鋅鐵氧體（NX系列）或錳鋅鐵氧體（MX系列）等材料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多種形狀。
5、屏蔽罩 為避免有些電感器在工作時產(chǎn)生的磁場影響其它電路及元器件正常工作，就為其增加了金屬屏幕罩（例如半導體收音機的振蕩線圈等）。采用屏蔽罩的電感器，會增加線圈的損耗，使Q值降低。
銅線圈
電感是導線內(nèi)通過交流電流時，在導線的內(nèi)部周圍產(chǎn)生交變磁通，導線的磁通量與生產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)出隨時間而變化的磁力線。根據(jù)法拉第電磁感應定律—磁生電來分析，變化的磁力線在線圈兩端會產(chǎn)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(chǎn)生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產(chǎn)生的磁力線總量要力圖阻止磁力線的變化的。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(fā)生火花，這自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應電勢所造成的。
電感分類
自感器
當線圈中有電流通過時候，線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當線圈中電流發(fā)生變化時，其周圍的磁場也產(chǎn)生相應的變化，此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應電動勢（感生電動勢）（電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓），這就是自感。
用導線繞制而成,具有一定匝數(shù),能產(chǎn)生一定自感量或互感量的電子元件,常稱為電感線圈。為增大電感值,提高品質(zhì)因數(shù),縮小體積,常加入鐵磁物質(zhì)制成的鐵芯或磁芯。電感器的基本參數(shù)有電感量、品質(zhì)因數(shù)、固有電容量、穩(wěn)定性、通過的電流和使用頻率等。由單一線圈組成的電感器稱為自感器,它的自感量又稱為自感系數(shù)。
兩個電感線圈相互靠近時，一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈，這種影響就是互感。互感的大小取決于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。
常見種類
電感可由電導材料盤繞磁芯制成，典型的如銅線，也可把磁芯去掉或者用鐵磁性材料代替。比空氣的磁導率高的芯材料可以把磁場更緊密的約束在電感元件周圍，因而增大了電感。電感有很多種，大多以外層瓷釉線圈（enamel coated wire ）環(huán)繞鐵氧體（ferrite）線軸制成，而有些防護電感把線圈完全置于鐵氧體內(nèi)。一些電感元件的芯可以調(diào)節(jié)。由此可以改變電感大小。小電感能直接蝕刻在PCB板上，用一種鋪設螺旋軌跡的方法。小值電感也可用以制造晶體管同樣的工藝制造在集成電路中。在這些應用中，鋁互連線被經(jīng)常用做傳導材料。不管用何種方法，基于實際的約束應用最多的還是一種叫做“旋轉子”的電路，它用一個電容和主動元件表現(xiàn)出與電感元件相同的特性。用于隔高頻的電感元件經(jīng)常用一根穿過磁柱或磁珠的金屬絲構成。
小型電感器
小型固定電感器通常是用漆包線在磁芯上直接繞制而成，主要用在濾波、振蕩、陷波、延遲等電路中，它有密封式和非密封式兩種封裝形式，兩種形式又都有立式和臥式兩種外形結構。
1、立式密封固定電感器 立式密封固定電感器采用同向型引腳，國產(chǎn)電感量范圍為
（直標在外殼上），額定工作電流為
，誤差范圍為
，進口的電感量，電流量范圍更大，誤差則更小。進口有TDK系列色碼電感器，其電感量用色點標在電感器表面。
LG1系列電感器的電感量范圍為
（直標在外殼上）
LGX系列色碼電感器也為小型封裝結構，其電感量范圍為
，額定電流分為50mA、150mA、300mA和1.6A四種規(guī)格。
常用的可調(diào)電感器有半導體收音機用振蕩線圈、電視機用行振蕩線圈、
行線性線圈、中頻陷波線圈、音響用頻率補償線圈、阻波線圈等。
1、半導體收音機用振蕩線圈：此振蕩線圈在半導體收音機中與可變電容器等組成本機振蕩電路，用來產(chǎn)生一個輸入調(diào)諧電路接收的電臺信號高出465kHz的本振信號。其外部為金屬屏蔽罩，內(nèi)部由尼龍襯架、工字形磁心、磁帽及引腳座等構成，在工字磁心上有用高強度漆包線繞制的繞組。磁帽裝在屏蔽罩內(nèi)的尼龍架上，可以上下旋轉動，通過改變它與線圈的距離來改變線圈的電感量。電視機中頻陷波線圈的內(nèi)部結構與振蕩線圈相似，只是磁帽可調(diào)磁心。
2、電視機用行振蕩線圈：行振蕩線圈用在早期的黑白電視機中，它與外圍的阻容元件及行振蕩晶體管等組成自激振蕩電路（三點式振蕩器或間歇振蕩器、多諧振蕩器），用來產(chǎn)生頻率為15625HZ的的矩形脈沖電壓信號。
該線圈的磁心中心有方孔，行同步調(diào)節(jié)旋鈕直接插入方孔內(nèi)，旋動行同步調(diào)節(jié)旋鈕，即可改變磁心與線圈之間的相對距離，從而改變線圈的電感量，使行振蕩頻率保持為15625HZ，與自動頻率控制電路（AFC）送入的行同步脈沖產(chǎn)生同步振蕩。
行線性線圈是用漆包線在"工"字型鐵氧體高頻磁心或鐵氧體磁棒上繞制而成，線圈的旁邊裝有可調(diào)節(jié)的永久磁鐵。通過改變永久磁鐵與線圈的相對位置來改變線圈電感量的大小，從而達到線性補償?shù)哪康摹?/span>
阻流電感器
阻流電感器是指在電路中用以阻塞交流電流通路的電感線圈，
它分為高頻阻流線圈和低頻阻流線圈。
1、高頻阻流線圈：高頻阻流線圈也稱高頻扼流線圈，它用來阻止高頻交流電流通過。
特性
電感器的特性與電容器的特性正好相反，它具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性。直流信號通過線圈時的電阻就是導線本身的電阻壓降很小；當交流信號通過線圈時，線圈兩端將會產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢的方向與外加電壓的方向相反，阻礙交流的通過，所以電感器的特性是通直流、阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。電感器在電路中經(jīng)常和電容器一起工作，構成LC濾波器、LC振蕩器等。另外，人們還利用電感的特性，制造了阻流圈、變壓器、繼電器等。
通直流：指電感器對直流呈通路關態(tài)，如果不計電感線圈的電阻，那么直流電可以“暢通無阻”地通過電感器，對直流而言，線圈本身電阻很對直流的阻礙作用很小，所以在電路分析中往往忽略不計。
阻交流：當交流電通過電感線圈時電感器對交流電存在著阻礙作用，阻礙交流電的是電感線圈的感抗。
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。
1、熟悉儀器的操作規(guī)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(shù)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(shù)據(jù)。
7、比較幾個測量值：若相差不大
則取其平均值，記得電感的理論值；若相差過大
則重復步驟2—步驟6，直到取到電感的理論值。
因為不同儀器所測量的電感參數(shù)會有一些不同。所以要在做測量前熟悉要使用測量儀器，了解儀器的具體功能，然后按照儀器的操作說明規(guī)范操作。
電感器
標注方法1、直標法：在電感線圈的外殼上直接用數(shù)字和文字標出電感線圈的電感量，允許誤差及最大工作電流等主要參數(shù)。
好壞判斷
2、好壞判斷：對于貼片電感此時的讀數(shù)應為零，若萬用表讀數(shù)偏大或為無窮大則表示電感損壞。
對于電感線圈匝數(shù)較多，線徑較細的線圈讀數(shù)會達到幾十到時幾百，通常情況下線圈的直流電阻只有幾歐姆。損壞表現(xiàn)為發(fā)燙或電感磁環(huán)明顯損壞，若電感線圈不是嚴重損壞，而又無法確定時，可用電感表測量其電感量或用替換法來判斷。
注意事項
一、電感類元件，其鐵心與繞線容易因溫升效果產(chǎn)生感量變化，需注意其本體溫度必須在使用規(guī)格范圍內(nèi).。
二、電感器之繞線，在電流通過后容易形成電磁場。在元件位置擺放時，需注意使相臨之電感器彼此遠離，或繞線組互成直角，以減少相互間之感應量。
三、電感器之各層繞線間，尤其是多圈細線，亦會產(chǎn)生間隙電容量，造成高頻信號旁路，降低電感器之實際濾波效果。
四、以儀表測試電感值與Q值時，為求數(shù)據(jù)正確，測試引線應盡量接近元件本體..
功能用途
電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用，還有篩選信號、過濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用。電感在電路最常見的作用就是與電容一起，組成LC濾波電路。電容具有“阻直流，通交流”的特性，而電感則有“通直流，阻交流”的功能。如果把伴有許多干擾信號的直流電通過LC濾波電路，那么，交流干擾信號將被電感變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過電感時，其中的交流干擾信號也被變成磁感和熱能，頻率較高的最容易被電感阻抗，這就可以抑制較高頻率的干擾信號。
貼片電感作用
貼片電感，是用絕緣導線繞制而成的電磁感應元件。屬于常用的電感元件。貼片電感的作用:通直流阻交流這是簡單的說法，對交流信號進行隔離,濾波或與電容器,電阻器等組成諧振電路.調(diào)諧與選頻電感的作用：電感線圈與電容器并聯(lián)可組成LC調(diào)諧電路。貼片電感在電路中的任何電流，會產(chǎn)生磁場，磁場的磁通量又作用于電路上。
當貼片電感通過的電流變化時，貼片電感中產(chǎn)生的直流電壓勢將阻止電流的變化。當通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉化成磁場能存儲于電感之中；當通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導通角增大。
電感的作用1：色環(huán)電感有阻流作用：色環(huán)電感線圈中的銅芯總是與線圈中的電流變化抗。色環(huán)電感對在電路中使用的交流電流有阻礙作用，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,色環(huán)電感主要可分為高頻阻流線圈及低頻阻流線圈。
電感的作用2：色環(huán)電感有調(diào)諧與選頻作用：色環(huán)電感與電解電容并聯(lián)可組成LC調(diào)諧電路。色環(huán)電感在諧振時電路的感抗與容抗等值又反向，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，色環(huán)電感的使用一般多不會很高，在電路中使用的色環(huán)電感一般來說多還算是比較穩(wěn)定的。
電感的作用3：色環(huán)電感的最大主要用篩選信號、過濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用。色環(huán)電感器的基本作用就是充電與放電，但由這種基本充放電作用所延伸出來的許多電路現(xiàn)象，使得色環(huán)電感有著種種不同的用途。如今色環(huán)電感已經(jīng)被廣大客戶所運用了，小小的電感起到的作用卻是不小視的。
主要參數(shù)
主要參數(shù)
電感量
電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應能力的一個物理量。
電感器電感量的大小，主要取決于線圈的圈數(shù)（匝數(shù)）、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。通常，線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集，電感量就越大。有磁心的線圈比無磁心的線圈電感量大；磁心導磁率越大的線圈，電感量也越大。
電感量的基本單位是亨利（簡稱亨），用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨（mH）和微亨（μH），它們之間的關系是：
允許偏差
允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。
一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高，允許偏差為
；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高；允許偏差為
。
品質(zhì)因數(shù)也稱Q值或優(yōu)值，是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)。
它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。
電感器品質(zhì)因數(shù)的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關。
分布電容是指線圈的匝與匝之間，線圈與磁心之間，線圈與地之間，線圈與金屬之間都存在的電容。電感器的分布電容越小，其穩(wěn)定性越好。分布電容能使等效耗能電阻變大，品質(zhì)因數(shù)變大。減少分布電容常用絲包線或多股漆包線，有時也用蜂窩式繞線法等。
額定電流
額定電流是指電感器在允許的工作環(huán)境下能承受的最大電流值。若工作電流超過額定電流，則電感器就 會因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變，甚至還會因過流而燒毀。
單位及換算
計算公式
自感
一個通有電流為I的線圈(或回路)，其各匝交鏈的磁通量的總和稱作該線圈的磁鏈ψ。如果各線匝交鏈的磁通量都是Φ，線圈的匝數(shù)為N，則線圈的磁鏈
。線圈電流I隨時間變化時，磁鏈Ψ也隨時間變化。根據(jù)電磁感應定律，在線圈中將感生自感電動勢
，其值為
定義線圈的自感L為自感電動勢 和電流的時間導數(shù)dI/dt的比值并冠以負號，即
線性磁媒質(zhì)下四種自感計算公式
從工程觀點看，除鐵磁材料以外的媒質(zhì)可認為是線性磁媒質(zhì)，它們的磁導率近似等于真空磁導率μ0。置于這種媒質(zhì)中的線圈的自感，只和線圈及其線匝導體的形狀、尺寸有關，和電流的量值無關。
四種幾何形狀簡單的線圈或回路的自感L的計算公式如下：
(2)無磁芯環(huán)形密繞線圈的自感(環(huán)的截面為正方形，環(huán)的平均半徑為R)
式中，b為正方形截面的邊長，N為總匝數(shù)。若R?b，則近似有
，形式上與長螺線管自感計算式相同。
(3)同軸電纜的自感(忽略端部效應)
式中，R、R分別為同軸電纜內(nèi)外導體的半徑，l為電纜長度，
和
分別稱為同軸電纜的內(nèi)自感和外自感。其中，內(nèi)自感的值僅與電纜內(nèi)導體的長度有關，而與其半徑無關。
(4)二線傳輸線的自感(忽略端部效應)
式中，R為兩導線的半徑，l為傳輸線長度，D為兩導線軸線間距離。
互感
設線性磁媒質(zhì)中有兩個相鄰的線圈。線圈1中有電流I產(chǎn)生的與線圈2交鏈的那部分磁通量形成互感磁鏈ψ。電流I隨時間變化時，ψ也隨之變化；由電磁感應定律，線圈2中將出現(xiàn)互感電動勢
，定義線圈1對線圈2的互感
為
或
。
類似的，若線圈2中有電流I，它產(chǎn)生互感磁鏈ψ與線圈1交鏈。I變化時，線圈1中出現(xiàn)互感電動勢
式中，
稱線圈2對線圈1的互感。上式是M的定義式。
若電流I是恒定電流，或I是變化率較低的時變電流，互感磁鏈ψ和I成正比，此比例系數(shù)(正常數(shù))即線圈1對線圈2的互感M，且
=
類似的，若電流I是恒定電流或變化率較低的時變電流，ψ和I2成正比，比例系數(shù)即線圈2對線圈1的互感M，且
理論證明， = 用M代表它們，則
在線圈1、2中同時通以時變電流，它們分別是、
時，線圈中的感應電動勢
、
是自感電動勢和互感電動勢之和
線性磁媒質(zhì)下二種互感計算公式
互感M不僅和線圈及其導體的形狀、尺寸、真空磁導率μ0有關，還和兩線圈的相互位置有關。
(1)兩同軸長螺線管間的互感(忽略端部效應，近似認為兩螺線管半徑為同一數(shù)值R，設兩螺線管長度分別為
和
，且 > )，
式中
、
分別為兩螺線管的匝數(shù)。
(2)兩對傳輸線間的互感(設兩對二線傳輸線AA′和BB′相互平行，忽略端部效應及導線半徑的影響)
式中
、
、
、
分別為兩對傳輸線間相應導線間的距離，l為傳輸線長度。
參考資料
[1]
于榮義 . 電工與電子技術 : 人民郵電出版社 ，2011-3
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