一文彻底搞清楚电感元件

简介: 电感元件是将电能转化为磁能并储存的电子组件,主要由线圈构成。它在电流变化时产生感应电动势,阻碍电流突变,起到滤波、扼流、谐振和储能的作用。电感单位为亨利(H),常见单位有毫亨(mH)和微亨(μH)。电感分为贴片和插件两类,关键参数包括电感值(L)、额定电流(I)和品质因数(Q)。读取方法有直接标记、色环标记、仪器测量等。应用场景涵盖工业设备、电源系统及传统电子设备。关注我,一起学习更多!

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1.电感元件

电感定义:是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。

电感组件(通常称为电感器)是一种能够将电能转化为磁能并储存起来的电子元件。它主要由线圈构成,当电流通过线圈时,会在其周围产生磁场。

根据电磁感应定律,变化的电流会产生变化的磁场,而这个变化的磁场又会在线圈自身中产生感应电动势,这种感应电动势会阻碍电流的变化。

简单来说,电感就像是一个电流的 “惯性元件”,它试图阻止电流的突然变化。

例如,当通过电感的电流突然增加时,电感会产生一个反向的电动势来阻碍电流的增加;反之,当电流突然减小时,电感会产生一个正向的电动势来阻碍电流的减小。

image.png

就好像在一个管道中有水流,电感就像是管道中的一个阻碍装置,水流(电流)变化得越快,它的阻碍作用就越明显。

电感(Inductor):通常用字母“L”表示
电感的单位是亨利,简称亨,符号是H,常用的电感单位有亨(H)、毫亨(mH)、微法(μH),换算关系是:1H=1000mH;1mH=1000uH;

实际的电子产品应用中,根据电感“通直流,隔交流”的特性,在电路中所起的作用主要是滤波,扼流,谐振,储能。

2.电感分类

电感元件根据安装的方式,咱们可以分为1.贴片电感 2.插件电感,具体有如下所示:

3.电感元件的主要参数

1.电感值(L):

这是电感最重要的参数,它表示电感储存磁能的能力。

电感的单位是亨利(H),但在实际应用中,常用毫亨(mH)和微亨(μH)等单位。

1H = 10³mH = 10⁶μH。

电感值的大小取决于线圈的匝数、线圈的直径、线圈的长度以及磁芯的磁导率等因素。一般来说,线圈匝数越多、线圈直径越大、磁芯的磁导率越高,电感值就越大。

例如,一个匝数为 100 匝、带有高磁导率磁芯的电感的电感值会比一个匝数为 10 匝、无磁芯的电感的电感值大很多。

2.额定电流(I):

这是指电感能够承受的最大电流。

当通过电感的电流超过额定电流时,可能会导致电感线圈发热,甚至损坏。这是因为电流通过线圈会产生焦耳热,当热量过高时就会对电感造成损害。

例如,在一个功率较大的电源电路中使用的电感,必须要考虑其额定电流是否能够满足电路的要求,否则可能会因为电流过大而烧毁。

3.品质因数(Q):

品质因数是衡量电感性能的一个重要参数,它反映了电感在交流电路中的损耗情况。

品质因数(其中是角频率,L 是电感值,R 是电感的等效电阻)。

Q 值越高,电感在交流电路中的损耗越小,能量存储和传输的效率越高。

例如,在高频谐振电路中,需要使用高 Q 值的电感来提高电路的性能。

4.电感读取方法

4.1 直接标记法

许多电感组件上会直接标记电感值。

例如,有的电感表面会印有“100μH”字样,这就表示电感值是100微亨。

对于小功率的电感,这种标记方法简单直接,很容易读取电感值。

标记的单位可能是亨利(H)、毫亨(mH)或微亨(μH)等常见电感单位。

不过,要注意有些标记可能会使用科学计数法的形式,比如“102”,这代表10×10²μH = 1000μH = 1mH。

其中,前两位数字是有效数字,最后一位数字代表10的幂次,单位是微亨。

4.2 色环标记法(类似于电阻的色环标记)

四环电感:

四环电感的读取方法和四环电阻有相似之处。

第一环和第二环是有效数字,第三环是10的幂次(单位为微亨),第四环是误差范围。

例如,有一个四环电感,颜色依次为棕、黑、红、金。

棕色代表数字1,黑色代表数字0,红色代表10²,所以电感值为10×10²μH = 1000μH = 1mH,金色代表误差为±5%。

五环电感:

五环电感的精度通常更高。

第一环、第二环和第三环是有效数字,第四环是10的幂次(单位为微亨),第五环是误差范围。

例如,一个五环电感颜色为红、紫、绿、棕、银。红色代表2,紫色代表7,绿色代表5,棕色代表10¹,所以电感值为275×10¹μH = 2750μH,银色代表误差为±10%。

4.3 使用仪器测量

1 电感测量仪:

这是最准确的测量电感的方法。将电感的两端连接到电感测量仪的测试端口,开启测量仪后,就可以直接读取电感值。

电感测量仪的测量精度较高,并且可以测量各种不同类型和大小的电感。

在实际的电子电路设计和维修中,当无法通过标记确定电感值或者需要精确测量电感值时,就会使用电感测量仪。

2 数字万用表(部分带有电感测量功能):

一些高级的数字万用表具备电感测量功能。

使用时,将万用表置于电感测量档位,然后把电感的两端连接到万用表的测试表笔上,就可以读取电感值。

不过,这种方法的测量精度可能不如专业的电感测量仪,而且不是所有的数字万用表都有电感测量功能。

4.4 标识读取法

文字符号法:

由数字和文字符号组成,按照一定规律把电感的标称值和偏差值标示在电感上。

常用于小功率电感,单位一般是纳亨(nH)或皮亨(pH),分别用“R”和“n”表示小数点。如“1R5”表示电感量为1.5μH。

数码表示法:

用三位数字来表示电感量,从左数起,前两位是有效数字,最后一位表示有效数字后面加“0”的个数,单位是微亨(μH)。如标示为“100”的电感量为10μH。

4.5 计算法

公式计算法:

对于一些结构简单、参数明确的电感线圈,可以通过公式计算其电感值。

例如,简单的单层线圈电感值的近似计算公式为$L=\frac{\mu_0N^2A}{l}$,其中$\mu_0$是真空磁导率,$N$是线圈匝数,$A$是线圈的横截面积,$l$是线圈的长度。

利用已知条件计算:

若已知电感两端的电压$V$和通过它的电流$i$的变化率$\frac{di}{dt}$,可根据公式$V = L \times \frac{di}{dt}$计算电感值$L$。

4.6 测量法

比较法:

通过比较被测电感与已知电感的谐振频率差异来确定电感值。

该方法需要精确的频率测量设备和已知电感值的标准电感。

谐振法:

利用电感与电容组合形成谐振回路,通过测量谐振频率来计算电感值,适用于测量高频电感,但需要精确的频率测量和计算。

交流电桥法:

使用交流电桥测量电感,通过调整电桥平衡来确定电感值,适用于测量低频电感,但需要精确的电桥和测量条件。

Q值法:

测量电感的Q值(品质因数),通过公式计算电感值,需要测量电感的谐振频率和带宽。

5.电感元件的应用场景

工业设备及电源系统:

在工业自动化设备、大功率电源供应器等领域,插件电感常用于电源滤波、能量转换等。

例如,在工业电机驱动器的电源电路中,插件电感可以过滤掉电源中的纹波,为电机提供稳定的电源,同时在电路中进行能量的存储和释放,确保电机的正常运转。

传统电子设备:

在一些对体积和空间要求不高的传统电子设备,如老式收音机、电视机等,插件电感也有广泛的应用。

例如,在老式收音机的音频放大电路和电源电路中,插件电感用于滤波和耦合,帮助提高音频信号的质量和稳定电源。

好啦,关于电感,咱们就说到这里,这些都是接下来PCB中咱们经常使用的哈。记得关注我,跟我一起学习!

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