史上最詳細(xì)! 一文搞懂什么是電感及電感的分類

電感是導(dǎo)體抵抗流過它的電流變化的現(xiàn)象，電感的本質(zhì)是麥克斯韋方程中的磁場變化電場電場的方程。當(dāng)導(dǎo)體中電流產(chǎn)生變化時(shí)，相應(yīng)地磁場也會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律，這會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電動(dòng)勢，電動(dòng)勢的作用會(huì)抵抗電流的變化。電感的定義是感應(yīng)電壓與引起感應(yīng)電壓的電流變化率之比。電感的量綱是ML2Tˉ2Iˉ2，國際單位制下的單位是H(亨利)。1H的電感表示當(dāng)電流以每秒一安培的速率變化時(shí)，導(dǎo)致電壓變化為一伏的電感量。

一 電感的定義及特性

電感的全稱實(shí)為電感器，是一種將電能轉(zhuǎn)化為磁能并能存儲(chǔ)的器件。電感在特性上與電容存在一定的類似之處，但是電感相關(guān)的內(nèi)容和使用卻更為復(fù)雜，因?yàn)殡姼猩婕暗诫姶艑W(xué)相關(guān)的內(nèi)容。而且可以衍生出比較多的應(yīng)用，如變壓器、線圈(繼電器、接觸器)等。

但是電感到底是什么呢?電感就是電流的感應(yīng)。電流的感應(yīng)是什么呢?奧斯特的實(shí)驗(yàn)告訴我們，電流周圍會(huì)產(chǎn)生磁場使小磁針發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這個(gè)磁場就是感應(yīng)磁場。

1.1 電感的定義：

電感是導(dǎo)線內(nèi)通過交流電流時(shí)，在導(dǎo)線的內(nèi)部及其周圍產(chǎn)生交變磁通，導(dǎo)線的磁通量與生產(chǎn)此磁通的電流之比。

當(dāng)電感中通過直流電流時(shí)，其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線，不隨時(shí)間而變化;可是當(dāng)在線圈中通過交流電流時(shí)，其周圍將呈現(xiàn)出隨時(shí)間而變化的磁力線。根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律---磁生電來分析，變化的磁力線在線圈兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此感應(yīng)電勢相當(dāng)于一個(gè)“新電源”。當(dāng)形成閉合回路時(shí)，此感應(yīng)電勢就要產(chǎn)生感應(yīng)電流。由楞次定律知道感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁力線總量要力圖阻止原來磁力線的變化的。由于原來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(xué)中的慣性相類似的特性，在電學(xué)上取名為“自感應(yīng)”，通常在拉開閘刀開關(guān)或接通閘刀開關(guān)的瞬間，會(huì)發(fā)生火花，這就是自感現(xiàn)象產(chǎn)生很高的感應(yīng)電勢所造成的。

總之，當(dāng)電感線圈接到交流電流上時(shí)，線圈內(nèi)部的磁力線將隨電流的交變而時(shí)刻在變化著，致使線圈不斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)。這種因線圈本身電流的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢　，稱為“自感電動(dòng)勢”。

由此可見，電感量只是一個(gè)與線圈的圈數(shù)、大小形狀和介質(zhì)有關(guān)的一個(gè)參量，它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關(guān)。

1.2 電感線圈與變壓器

電感線圈：導(dǎo)線中有電流時(shí)，其周圍即建立磁場。通常我們把導(dǎo)線繞成線圈，以增強(qiáng)線圈內(nèi)部的磁場。電感線圈就是據(jù)此把導(dǎo)線(漆包線、紗包或裸導(dǎo)線)一圈靠一圈(導(dǎo)線間彼此互相絕緣)地繞在絕緣管(絕緣體、鐵芯或磁芯)上制成的。一般情況，電感線圈只有一個(gè)繞組。

變壓器：電感線圈中流過變化的電流時(shí)，不但在自身兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而且能使附近的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這一現(xiàn)象叫互感。兩個(gè)彼此不連接但又靠近，相互間存在電磁感應(yīng)的線圈一般叫變壓器。

1.3 電感的符號(hào)與單位

電感符號(hào)：L

電感單位：亨 (H)、毫亨(mH)、微亨 (uH)，1H=103mH=106uH。

電感量的標(biāo)稱：直標(biāo)式、色環(huán)標(biāo)式、無標(biāo)式

電感方向性：無方向

檢查電感好壞方法：用電感測量儀測量其電感量;用萬用表測量其通斷，理想的電感電阻很小，近乎為零。

1.4 電感的分類：

按電感形式 分類：固定電感、可變電感。

按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

按工作性質(zhì) 分類：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈。

按繞線結(jié)構(gòu) 分類：單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。

按工作頻率 分類：高頻線圈、低頻線圈。

按結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 分類：磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。

二、 電感的作用

基本作用：濾波、振蕩、延遲、陷波等

形象說法：“通直流，阻交流”

細(xì)化解說：在電子線路中，電感線圈對(duì)交流有限流作用，它與電阻器或電容器能組成高通或低通濾波器、移相電路及諧振電路等;變壓器可以進(jìn)行交流耦合、變壓、變流和阻抗變換等。

由感抗XL=2πfL 知,電感L越大，頻率f越高，感抗就越大。該電感器兩端電壓的大小與電感L成正比，還與電流變化速度△i/△t成正比，這關(guān)系也可用下式表示：電感的分類及作用

電感線圈也是一個(gè)儲(chǔ)能元件，它以磁的形式儲(chǔ)存電能，儲(chǔ)存的電能大小可用下式表示：WL=1/2 Li2 。

可見，線圈電感量越大，流過越大，儲(chǔ)存的電能也就越多。

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。我們已經(jīng)知道，電容具有“阻直流，通交流”的本領(lǐng)，而電感則有“通直流，阻交流”的功能。如果把伴有許多干擾信號(hào)的直流電通過LC濾波電路(如圖)，那么，交流干擾信號(hào)將被電容變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過電感時(shí)，其中的交流干擾信號(hào)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(hào)。

LC濾波電路

在線路板電源部分的電感一般是由線徑非常粗的漆包線環(huán)繞在涂有各種顏色的圓形磁芯上。而且附近一般有幾個(gè)高大的濾波鋁電解電容，這二者組成的就是上述的 LC濾波電路。另外，線路板還大量采用“蛇行線+貼片鉭電容”來組成LC電路，因?yàn)樯咝芯€在電路板上來回折行，也可以看作一個(gè)小電感。

三、 電感的主要特性參數(shù)

2.1 電感量L

電感量L表示線圈本身固有特性，與電流大小無關(guān)。除專門的電感線圈(色碼電感)外，電感量一般不專門標(biāo)注在線圈上，而以特定的名稱標(biāo)注。

2.2 感抗XL

電感線圈對(duì)交流電流阻礙作用的大小稱感抗XL，單位是歐姆。它與電感量L和交流電頻率f的關(guān)系為XL=2πfL

2.3 品質(zhì)因素Q

品質(zhì)因素Q是表示線圈質(zhì)量的一個(gè)物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即：Q=XL/R。線圈的Q值愈高，回路的損耗愈小。線圈的Q值與導(dǎo)線的直流電阻，骨架的介質(zhì)損耗，屏蔽罩或鐵芯引起的損耗，高頻趨膚效應(yīng)的影響等因素有關(guān)。線圈的Q值通常為幾十到幾百。采用磁芯線圈，多股粗線圈均可提高線圈的Q值。

2.4 分布電容

線圈的匝與匝間、線圈與屏蔽罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分布電容。分布電容的存在使線圈的Q值減小，穩(wěn)定性變差，因而線圈的分布電容越小越好。采用分段繞法可減少分布電容。

2.5 允許誤差：電感量實(shí)際值與標(biāo)稱之差除以標(biāo)稱值所得的百分?jǐn)?shù)。

2.6 標(biāo)稱電流：指線圈允許通過的電流大小，通常用字母A、B、C、D、E分別表示，標(biāo)稱電流值為50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。

四、常用電感線圈

3.1 單層線圈

單層線圈是用絕緣導(dǎo)線一圈挨一圈地繞在紙筒或膠木骨架上。如晶體管收音機(jī)中波天線線圈。

3.2 蜂房式線圈

如果所繞制的線圈，其平面不與旋轉(zhuǎn)面平行，而是相交成一定的角度，這種線圈稱為蜂房式線圈。而其旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)線來回彎折的次數(shù)，常稱為折點(diǎn)數(shù)。蜂房式繞法的優(yōu)點(diǎn)是體積小，分布電容小，而且電感量大。蜂房式線圈都是利用蜂房繞線機(jī)來繞制，折點(diǎn)越多，分布電容越小

3.3 鐵氧體磁芯和鐵粉芯線圈

線圈的電感量大小與有無磁芯有關(guān)。在空芯線圈中插入鐵氧體磁芯，可增加電感量和提高線圈的品質(zhì)因素。

3.4 銅芯線圈

銅芯線圈在超短波范圍應(yīng)用較多，利用旋動(dòng)銅芯在線圈中的位置來改變電感量，這種調(diào)整比較方便、耐用。

3.5 色碼電感線圈

是一種高頻電感線圈，它是在磁芯上繞上一些漆包線后再用環(huán)氧樹脂或塑料封裝而成。它的工作頻率為10KHz至200MHz，電感量一般在0.1uH到3300uH之間。色碼電感器是具有固定電感量的電感器，其電感量標(biāo)志方法同電阻一樣以色環(huán)來標(biāo)記。其單位為uH。

3.6 阻流圈(扼流圈)

限制交流電通過的線圈稱阻流圈，分高頻阻流圈和低頻阻流圈。

3.7 偏轉(zhuǎn)線圈

偏轉(zhuǎn)線圈是電視機(jī)掃描電路輸出級(jí)的負(fù)載，偏轉(zhuǎn)線圈要求：偏轉(zhuǎn)靈敏度高、磁場均勻、Q值高、體積小、價(jià)格低。