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入门:电感最重要的、常用的几个作用

2021-1-4 16:38:22 显示全部楼层
不要看一个小小的电感,它所蕴含的原理可谓是“浩如烟海”,电感涉及到了两门霸王学科电与磁,到现在为止真正把电与磁完全搞懂的人可以说是屈指可数。如果真要地毯式的讲电感的作用,我想7、8本书能把电感讲透都绝非易事。在这里笔者把电感最重要的、常用的几个作用介绍给大家。

电感器俗称电感,本质上是一个线圈,有空心线圈也有实心线圈,实心线圈有铁芯或者其它材料制成的芯,电感的单位是“H”,简称“亨”。此外,更小的单位是mH,uH,他们的换算方式为1H=1000mH=1000000uH。
阻交通直对于直流电,电感是相当于短路的;而对于交流电,电感是对其有阻碍作用的,交流电的频率越高,电感对它的阻碍作用越大。

变压器对我们来说最熟悉的电感应用莫过于变压器了,如下图所示为变压器的电路符号,假如左侧线圈匝数为100,右侧匝数为50,如果左侧接220V交流电,那么右侧感应出来的电压为110V,即“匝数比=电压比”而电流却会截然相反,如果左侧流进1A电流,那么右侧会流出2A的电流,即“匝数比=电流的反比”,因为电感只会对电压、电流进行变化,而不能对功率进行变化,如果电压和电流都为正比显然是不合情理的。

RL低通滤波器所谓低通滤波器是:低频信号可以通过,而高频信号不能通过,电路原理图如下图,输入信号如果是直流电,那么电感相当于一根导线,现在是短路,信号会经过电感,直接输出,而不经过电阻,如果我们逐渐升高电流的频率,由于电感对交流电有阻碍作用,通过电感的信号会慢慢变小,直到达到某一个频率,当高于这个频率之后的电流再也无法通过,这时候就形成了低通滤波器,这个频率就叫做截止频率,公式为f=R/(2πL)

RL高通滤波器高通滤波器的道理和低通的类似,只不过电阻和电感的位置变了,如果是直流电,会经过电感流回去,这时候如果改变频率,当频率逐渐升高,由于电感对交流电的阻碍作用,当频率达到截止频率时,高频信号不经过电感,而直接把我们需要的高频信号输出。截止频率的计算也是f=R/(2πL)

以上列举了一些常用的电感应用,当然电感的作用远远不止这些,以上讲的都是基础,应用的时候考虑的远比以上所说的要多

附:电感的分类

按电感形式 分类:固定电感、可变电感。
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。
按工作性质 分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。
按绕线结构 分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
按工作频率 分类:高频线圈、低频线圈。
按结构特点 分类:磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

10种电感的特性及用途
1:工字型电感
它的前身是挠线式贴片电感,工字型电感是它们的改良, 挡板有效加强储能能力,改变EMI方向和大小,亦可降低RDC。它亦可说是讯号通讯电感跟POWER电感的一种妥协。
贴片式的工字型电感主要用于几百kHz至一两MHz的较小型电源切换, 如数字相机的LED升压,ADSL…等等的较低频部份的讯号处理或POWER用途,它的Q值有20,30,做为讯号处理颇为适合;RDC比挠线式贴片电感低,作为POWER也是十分好用,当然,很大颗的工字型电感,那肯定是POWER用途了。
工字型电感最大的缺点,仍是开磁路,有EMI的问题, 另外,噪音的问题比挠线式贴片电感大。 我个人认为,工字型电感肯定不是最佳化的结构, 改良空间仍是十分大!

2:色环电感
色环电感是最简单的棒形电感的加工,主要是用作讯号处理。本身跟棒形电感的特性没有很大的差别,只是多了一些固的物,和加上一些颜色方便分辨感值, 因单价算是十分便宜,现时比较不注重体积,以及仍可用插件的电子产品,使用色环电感仍多。因为是插件式,而且太传统了,被时代淘汰是时间的早晚。
3:空芯电感
空心电感主要是讯号处理用途,用作共振,接收,发射….等等。空气可应用在甚高频的产品,故此很多变异要求不太高的产品仍在使用,因为空气不是固定线圈的最佳材料,故此,在要求越来越严格的产品趋势上,发展有限!
4:环形线圈电感
环形线圈电感,是电感理论中很理想的形状, 闭磁路,很少EMI的问题,充分利用磁路,容易计算, 几乎理论上的好处,全归环形线圈电感, 可是,有一个最大的缺点,就是不好挠线,制程多用人工处理。
现在中国人多,女孩子眼明手细,不过,谁愿意让年青活泼的女孩子浪费青春! 早晚请不到人! 但用机器的话,环形挠线的竞争力,仍有待做机械和电子控制的工程师来提升。环形线圈电感虽然是电感中很理想的形状,但因为主要是人工挠线, 作为讯号处理,因为要求较高,所以比较少用,但很小很小的环形线圈电感,却仍是用量十分大,主要是用在高频,高感的通讯产品上。
环形线圈电感最大量的,是用铁粉芯作材料,跟树脂等混在一起,使得Air gap均匀分布在铁粉芯内部,做电感的,有一定的敏感度,当我们看到Air gap二字,就知道是用在power上,故此,铁粉芯环形线圈电感,是power电感最常用的一种,IDC可以达到20多安培。

我觉得,环形线圈电感的改良空间是十分大的,不妨往这方向研发和思考。
铁粉芯环形线圈电感的优点是环形,但缺点亦是环形,我前便曾说,使用者最喜欢的形状是方形,故此,在妥协下,环形线圈电感并不是最具优势。
5:贴片迭层高频电感
贴片迭层高频电感,其实就是空心电感.特性完全相同,不过因为容易固定,可以小型化。
贴片迭层高频电感跟空心电感比较, 因为空气不是好的固定物,但空气的相对导磁率是一,在高频很好用, 故此,找一些相对导磁率是一,又是很好的固定物,那不是很好。
事实,世间绝大部份的物质,对导磁率都是一, 最便宜的就是石头,贴片迭层高频电感的材质就是石头,石头就是硅啦! 三氧化二铝等等的材质,也是一样的用意啦。
总之,贴片迭层高频电感材质的目的,是可以做成积层贴片,方便印刷线路,我们不单不希望贴片迭层高频电感的材质有特性,我们希望它完全没有特性更佳,使得贴片迭层高频电感特性完全像空心线圈,而且因为能固定,所以变异很小很小, 在制程上,因为迭层制程,更可以尽量小型化。Z=2*圆周率*频率*电感值 ,2和圆周率是常数,不管它们,相同的阻抗,频率越高,代表电感值可以越小, 现时通讯产品的频率就是越来越高, 这代表,感值需求越来越小。
感值越小,代表我们可以做得更小颗,更不用高导磁率的磁性材料,用空气,用石头就可以了, 所以,贴片迭层高频电感的使用量一定会越来越多,这是人类发展的必然趋势。
贴片迭层高频电感跟贴片挠线式高频电感的比较, 贴片迭层高频电感的Q值不够高,是最大的缺点, 但我可以确定,现在市面上的贴片迭层高频电感Q值,肯定不是这产品的极限, 故此,改善的空间仍是十分宽广。另外,因为高频产品的变异要求十分严格, 所以,材质对温度的变化,也是台湾和中国贴片迭层高频电感,尚无法跟日系强烈对抗的重要原因!
唉! 那些大老板真不知是吃甚么长大的,怎么说他们才会听! 老是想着杀价! 杀价只是竞争手段之一,为什么不想想看从技术去提升竞争力呢!
最后,因为感值会越来越小,精准度要求越来越高, 贴片迭层高频电感会取代贴片挠线式高频电感, 南海十一郎预测, 5年到10年后,贴片薄膜高频电感,也会取代贴片迭层高频电感。研究和市场方向,要抓对啊!

6:磁棒电感
磁棒电感是空心电感的加强,电感值跟导磁率成正比, 塞磁性材料进空心线圈,电感值,Q值…等等都会大为增加。好处,就自己想象了. 如果想不通,或者不想思考,要早点改行喔! 磁棒电感是最简单,最基本的电感, 30年到100年前,电感有什么应用,它就有什么应用,特性亦是如是。
7:SMD贴片功率电感
SMD贴片功率电感最主要是强调储能能力,以及LOSS要少。
8:穿心磁珠
穿心磁珠,就是阻抗器啦, 电感是低通组件,可让低频通过,阻挡高频。
9:贴片磁珠
贴片磁珠就是穿心磁珠的下一代。
10:贴片高频变压器,插件高频变压器
高频变压器嘛,一般用于开关电源


来源:爱上半导体,电子维修,卧龙会


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