干貨 | 一文讀懂電感器的原理、結構、作用及分類

電子工程世界 2020-04-22 00:00

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電感器是能夠把電能轉化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結構類似于變壓器，但只有一個繞組。電感器具有一定的電感，它只阻礙電流的變化。

如果電感器在沒有電流通過的狀態下，電路接通時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下，電路斷開時它將試圖維持電流不變。電感器又稱扼流器、電抗器、動態電抗器。

電感的原理

電感是導線內通過交流電流時，在導線的內部周圍產生交變磁通，導線的磁通量與生產此磁通的電流之比。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，其周圍將呈現出隨時間而變化的磁力線。

根據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，此感應電勢就要產生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產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，會發生火花，這自感現象產生很高的感應電勢所造成的。

總之，當電感線圈接到交流電源上時，線圈內部的磁力線將隨電流的交變而時刻在變化著，致使線圈產生電磁感應。這種因線圈本身電流的變化而產生的電動勢，稱為“自感電動勢”。由此可見，電感量只是一個與線圈的圈數、大小形狀和介質有關的一個參量，它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關。

電感的代換原則

電感線圈必須原值代換（匝數相等，大小相同）。
貼片電感只須大小相同即可，還可用0歐電阻或導線代換。

電感器的發展

最原始的電感器是1831年英國邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 用以發現電磁感應現象的鐵芯線圈。1832年美國的約瑟夫·亨利 (Joseph Henry) 發表關于自感應現象的論文，人們把電感量的單位稱為亨利，簡稱亨。19世紀中期，電感器在電報、電話等裝置中得到實際應用。1887年德國的海因里希·魯道夫·赫茲 (Heinrich Rudolf Hertz) ，1890年美國尼古拉·特斯拉 (Nikola Tesla) 在實驗中所用的電感器都是非常著名的，分別稱為赫茲線圈和特斯拉線圈。

電感器的作用

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：

通直流：指電感器對直流呈通路關態，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。

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。

電感器具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性，頻率越高，線圈阻抗越大。因此，電感器的主要功能是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。

電感的結構

電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心等組成。

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式電感器（如振蕩線圈、阻流圈等），大多數是將漆包線（或紗包線）環繞在骨架上，再將磁心或銅心、鐵心等裝入骨架的內腔，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。

4.鐵心

鐵心材料主要有硅鋼片、坡莫合金等，其外形多為“E”型。

5.屏蔽罩

為避免有些電感器在工作時產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。

6.封裝材料

有些電感器（如色碼電感器、色環電感器等）繞制好后，用封裝材料將線圈和磁心等密封起來。封裝材料采用塑料或環氧樹脂等。