电感器结构及原理（浅谈电感器及其用途）

1、初识电感器

能够把电能转化为磁能而存储起来的元件统称为电感元件(Inductor)，通常直接简称为电感。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性，频率越高，线圈阻抗越大。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。

用绝缘导线绕制的各种线圈称为电感。用导线绕成一匝或多匝以产生一定自感量的电子元件，常称电感线圈或简称线圈。电感器在电子线路中应用广泛，为实现振荡、调谐、耦合、滤波、延迟、偏转的主要元件之一。为了增加电感量、提高Q值并缩小体积，常在线圈中插入磁芯。

最原始的电感器是1831年英国M.法拉第用以发现电磁感应现象的铁芯线圈。1832年美国的J.亨利发表关于自感应现象的论文。人们把电感量的单位称为亨利，简称亨。

2、电感器的分类

a.按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈.；

b.按工作性质分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈；.

c.按绕线结构分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈.高频贴片陶瓷电感 ；

d.按电感形式分类：固定电感线圈、可变电感线圈；

另外常常会根据工作频率和过电流大小，分为高频电感，功率电感等。

3、电感器的主要参数

• 标称电感量:电感器上标注的电感量的大小.表示线圈本身固有特性,主要取决于线圈的圈数,结构及绕制方法等,与电流大小无关,反映电感线圈存储磁场能的能力,也反映电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力.单位为亨(H)；
• 允许误差 :电感的实际电感量相对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差；
• 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；
• 品质因素 Q :也称Q值或优值，是衡量电感器质量的主要参数。它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高；
• 额定电流: 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；
• 标称电压 ；
• 分布电容（寄生电容）。

4、电感器和磁珠的主要区别

• 电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件；
• 电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策；
• 磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰，两者都可用于处理EMC、EMI问题；EMI的两个途径，即：辐射和传导，不同的途径采用不同的抑制方法，前者用磁珠，后者用电感；
• 磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ；
• 电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上，一般地的连接和电源的连接。在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。对信号线也采用磁珠。

磁珠的大小（确切的说应该是磁珠的特性曲线）取决于需要磁珠吸收的干扰波的频率。磁珠就是阻高频，对直流电阻低，对高频电阻高。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的datasheet上一般会附有频率和阻抗的特性曲线图。一般以100MHz为标准，比如2012B601，就是指在100MHz的时候磁珠的Impedance为600欧姆。

5、电感的单位

电感符号：L；

电感单位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH），换算关系为：1H=10^3mH=10^6μH=10^9nH；换算：数值X10的n次方 如103 即为10X10的三次方nh 为10uh；

除此外还有一般电感和精密电感之分，一般电感：误差值为20%，用M表示；误差值为10%，用K表示。

精密电感：误差值为5%，用J表示；误差值为1%，用F表示。如：100M，即为10μH，误差20%。

6、电感的作用

• 电感器在电路中主要起到阻交流通直流、阻高频通低频(滤波)，也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力，很难通过，而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小，即低频信号可以较容易的通过它；
• 振荡、延迟、陷波的作用；
• 筛选信号、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。

电感在电路最常见的作用就是与电容一起，组成LC滤波电路。电容具有“阻直流，通交流的特性，而电感则有“通直流，阻交流”的功能。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路，那么，交流干扰信号将被电感变成热能消耗掉;变得比较纯净的直流电流通过电感时，其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能，频率较高的最容易被电感阻抗，这就可以抑制较高频率的干扰信号。

7、电感基础原理

电感是一种能将电能通过磁通量的形式储存起来的被动电子元件。通常为导线卷绕的样子，当有电流通过时，会从电流流过方向的右边产生磁场。

电感值的计算公式如下所示。卷数越多，磁场越强。同时，横截面积变大，或改变磁芯都能够使磁场增强。

交流电是指随时间推移电流大小和方向会发生周期性变化的电流。当交流电通过电感时，电流产生的磁场将其他的绕线切隔，因而产生反向电压，从而阻碍电流变化。特别是当电流突然增加时，和电流相反方向的，即电流减少方向的电动势会产生，来阻碍电流的增加。反之当电流减少时，则向电流增加的方向产生。

若电流的方向逆转，反向电压也同样会产生。在电流被反向电压阻碍之前，电流的流向会发生逆转，因而电流就无法流过。另一方面，直流电由于电流不会发生变化，就不会发生反向电压，也没有发生短路的危险。也就是说，电感器是可以让直流电通过，而通不过交流电的元器件。电能以磁能的形式存储,使直流电通过而交流电无法通过。

8、电感器的测量

一、谐振法测量电感

如图所示为并联谐振法测电感的电路，其中C为标准电容，L为被测电感，Co为被测电感的分布电容。测量时，调节信号源频率，使电路谐振，即电压表指示最大，记下此时的信号源频率f，则

由此可见，还需要测出分布电容Co，不接标准电容C，调节信号源的频率，使电路自然谐振，设此频率为f1，则

由上述两式可得

把Co代入L的表达式，即可得到被测电感的感量。

二、交流电桥法测量电感

测量电感的交流电桥由如下所示的马氏电桥和海氏电桥两种，分别适用于测量品质因数不同的电感。

海氏电桥与马氏电桥一样，R3用开关换接作为量程选择，R2和Rn为可调元件，由R2的刻度可直读Lx，由Rn的刻度可直读Q值。

用电桥测量电感时，首先应估计被测电感Q值以确定电桥的类型，再根据被测电感量的范围选择量程（R3）然后反复调节R2和Rn，使检流计G的读数最小，这时即可从R2和Rn的刻度读出被测电感的Lx和Qx值。

9、常见射频电感器的特点

• 绕线结构的特点

所谓绕线构造，是在氧化铝芯上将铜线绕成螺旋状。

1) 能够实现低直流阻抗

2) Q(Quality factor)非常高

3) 能够对应大电流利用该特点，可以在Q值要求较高的天线、PA电路中用于耦合及IF回路的共振。

• 积层结构的特点

所谓积层结构，是将陶瓷材料及线圈导体层压成一体的单片结构。与绕线结构相比，能够实现小型化、低成本化。

虽然Q值比绕线结构要低，但L值偏差、额定电流、大小、价格等整体的平衡性较好，用途也较为广泛。

适用于移动通信设备的RF电路的耦合、扼流以及共振等各类用途。

• 薄膜结构的特点

薄膜结构也是采用积层构造，在制作线圈上采用微细加工技术，是一种实现了高精度陶瓷材料的贴片电感器。

线圈的制作精度非常高，具有如下特点。

1）即便是0603规格的小型贴片电感，也能够实现高性能的电气特性

2）能够实现稳定电感值及细小电感值的阶跃响应

3）高Q、高SRF因此，该电感符合移动通信设备的小型、轻量化趋势，适用于需要偏差较小及较高Q值的RF电路的耦合及共振。

10、关于电感器的方向性

若电感的构造不完全对称，则封装方向上将产生特性差异。因此，为使产品在使用过程中充分发挥其应有的特性，产品上往往标有标记，以表明其方向性。

11、电感器射频特性

12、电感器品质因素

电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。

电感器提升Q值主要措施

最后总结下电阻器、电容器、电感器等效模型：

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