電感(Inductor, 也稱Choke)是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器(Transformer),但只有一個繞組(Winding)。電感具有一定的電感(inductance),它只阻礙電流(Current)的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下,電路接通時(shí)它將試圖阻礙電流流過它;如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下,電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。電感又稱扼流器、電抗器、動態(tài)電抗器等等。
01.電感器的原理
電流通過電線時(shí),將會以電線為中心而產(chǎn)生同心圓形狀的磁場。此時(shí),如果將電線彎成(圖1)中的“彈簧形”,電感器內(nèi)部的磁通量將指向同一方向,從而增強(qiáng)。通過調(diào)整圈數(shù),可以產(chǎn)生與圈數(shù)成正比的磁場。這就是電感器的原理。
電流通過電感器會產(chǎn)生磁場,相反,磁場變化則會產(chǎn)生電流。
電感器中產(chǎn)生的反電動勢E,與單位時(shí)間的電流變化率(di/dt)成正比,因此在一定電流持續(xù)沿同一方向流動的直流電通過時(shí)不會發(fā)生。也就是說,電感器對于直流電流沒有任何作用,只對交流電起到阻礙電流的作用。利用電感器的這一性質(zhì),在交流電路中可以用作電阻(阻抗)。電感器具備的阻抗Z(單位Ω)為:
Z=ωL=2πfL
f: 交流頻率
L: 電感器的自感
電感器(線圈)是與電阻、電容器并稱為三大被動元件的電子元件。利用線圈對電流所表現(xiàn)出的特性,在電源電路、一般信號電路、高頻電路等中發(fā)揮著重要作用。
02.電感器的歷史
最原始的電感器是1831年英國M.法拉第用以發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的鐵芯線圈。
1832年美國的J.亨利發(fā)表關(guān)于自感應(yīng)現(xiàn)象論文,人們把電感量的單位稱為亨利,簡稱亨。
19世紀(jì)中期,電感器在電報(bào)、電話等裝置中得到實(shí)際應(yīng)用。
1887年德國的H.R.赫茲,1890年美國的N.特斯拉在實(shí)驗(yàn)中所用的電感器都是非常的,分別稱為赫茲線圈和特斯拉線圈。
03.電感器的組成
電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁芯或鐵芯等組成。
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,再將磁芯或銅芯、鐵芯等裝入骨架的內(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(shí)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。
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(shí)導(dǎo)線一圈挨一圈)和間繞(繞制時(shí)每圈導(dǎo)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。
磁芯與磁棒
磁芯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。
鐵芯
鐵芯材料主要有硅鋼片、坡莫合金等,其外形多為“E”型。
屏蔽罩
為避免有些電感器在工作時(shí)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(dǎo)體收音機(jī)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。
封裝材料
有些電感器(如色碼電感器、色環(huán)電感器等)繞制好后,用封裝材料將線圈和磁芯等密封起來。封裝材料采用塑料或環(huán)氧樹脂等。