元件基础知识——电感

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一、作用

电感是一种能将电能通过磁通量的形式储存起来的被动电子元件。通常为导线卷绕的样子，当有电流通过时，会从电流流过方向的右边产生磁场。

电感器是可以让直流电通过，而通不过交流电的元器件，电能以磁能的形式存储。

电感作用：

（1）隔交通直

（2）保持电流稳定，电感两边电流方向不会突变

（3）滤波，电平状态高速转换信号，寄生大量的高频谐波，需要低通滤波器滤除高频杂波，低通滤波器有电感和电容构成。选型时谐振频率应该高于工作频率。

• 电感器的特性与电容器的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性；
• 直流信号通过线圈时的电阻就是导线本身的电阻，压降很小;
• 当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过；
• 所以电感器的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大；

二、结构种类

1、积层型号电感

所谓积层结构，是将陶瓷材料及线圈导体层压成一体的单片结构。与绕线结构相比，能够实现小型化、低成本化。虽然Q值比绕线结构要低，但L值偏差、额定电流、大小、价格等整体的平衡性较好，用途也较为广泛。适用于移动通信设备的RF电路的耦合、扼流以及共振等各类用途。

2、绕线结构电感

所谓绕线构造，是在氧化铝芯上将铜线绕成螺旋状。
与积层、薄膜方式相比，绕线结构能够用粗线绕制线圈，具备下列特点。
      （1） 能够实现低直流阻抗
      （2）Q(Quality　factor)非常高
      （3） 能够对应大电流
　利用该特点，可以在Q值要求较高的天线、PA电路中用于耦合及IF回路的共振。

绕线型LQW系列的特点是Q值较高。由于Q值越高，滤波器带通的衰减特性越好，所以它可使用于RF部的匹配电路上。另外，由于通过它可确保天线的收发信号灵敏度，因此也经常被用于天线的匹配电路上。其次，因其低Rdc特性，也适用于大电流流过的扼流电路中。

 3、薄膜结构

薄膜结构也是采用积层构造，在制作线圈上采用村田独自的微细加工技术，是一种实现了高精度陶瓷材料的贴片电感器。
　线圈的制作精度非常高，具有如下特点。
      （1）即便是0603规格的小型贴片电感，也能够实现高性能的电气特性 
      （2）能够实现稳定电感值及细小电感值的阶跃响应
      （3）高Q、高SRF
　因此，该电感符合移动通信设备的小型、轻量化趋势，适用于需要偏差较小及较高Q值的RF电路的耦合及共振，也可用于注重小型化及低Rdc的扼流电路中。

4、共模电感

共模电感作用：滤波

滤波原理：当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。

三、主要性能指标与选型

1、标称电感量

电感用L表示，基本单位是H (亨利)，工程中电感单位是uH与mH。电感量反应了电感储存磁场能的本领。它的大小与电感线圈的匝数、几何尺寸、有无磁心 (铁心) 、磁心的导磁率有关。

用于高频电路的电感量相对较小，用于低频电路的电感量相对较大。

2.额定工作电流 (IDC)
电感器长期工作不损坏所允许通过的最大电流。对相同电感量的电感器，绕制线圈的线径越粗，电感器的额定电流也就越大。
带有磁芯的电感器工作电流过大时，将引起电感量降低、线圈烧毁。

3.直流内阻 (DCR)
电感器线圈绕组的直流内阻在10^-3 ~ 10^2 的数量级。电感量较大的电感内阻可用万用表低阻挡测试:太小的电感内阻只能通过专门的毫欧表或数字电桥进行精确测量。

• 同一系列电感器的电感量越大，则线圈匝数越多，内阻相应也就越大;
• 对相同匝数的电感而言，绕制线圈所用的导线直径越大，则内阻越小:
• 相同电感量的电感，其内阻越小越好:
• 线圈导线的含铜量越高，则电感的内阻越小。

铝线电感、“铜包铁”电感在降低生产成本的同时，电感内阻大幅增加。
 

4、品质因素Q

当线圈在某一频率的交流电压下工作时，线圈所呈现的感抗和线圈直流电阻的比值。Q值的大小，影响回路的选择性、效率、滤波特性以及频率的稳定性，一般均希望Q值大。

电感器的品质因数与电感线圈导线的材质与粗细、多股或单股线、绕制方法、骨架的介质损耗、高频趋肤效应、有无磁芯.有无屏蔽罩密切相关。

ω——工作角频；
L——线圈的电感量；
R——线圈的总损耗电阻线圈的总损耗电阻，它是由直流电阻、高频电阻(由集肤效应和邻近效应引起)介质损 耗等所组成。

品质因数是反映电感器效率与性能质量的重要指标，Q值越大，则电感器的功率损耗越小。

5.误差范围
除了用于振荡电路的电感器误差需要控制在0.5%以内外，般电感器的误差范围在±10%~±20%都能够接受。

6、分布电容

线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小，稳定性变差，因而线圈的分布电容越小越好。采用分段绕法可减少分布电容。

分布电容C与自感量L呈并联关系，决定了电感器的固有频率(谐振频率)f0。

为避免自激，应确保电感器的工作频率远小于其固有频率f0。

7、电感选择要点：

（1）电感值

（2）直流电阻，电感值越大，直流电阻越大，电感用于电源滤波时，需要考虑直流压降引起的压降。

（3）自谐振频率（Q最大频率），电感值越大，自谐振频率越小，工作频率小于谐振频率时，电感值基本保存稳定，超过谐振频率时，电感值迅速增大，频率继续增大时，电感值又迅速减小。

（4）额定电流，电感值越大，额定电流越小

在高速信号线上使用的电感，应该重点考虑Q频率特性曲线，电源滤波电感应该重点考虑直流电阻、额定电流等参数。在确定好电感类型后，在根据具体需求，结合电感特性曲线，在此类型选择合适的电感。

四、电路应用

二，滤波：和上述理论相同；也是阻止整流后的脉动直流电流流向纯直流电路由扼流圈（为简化电路，降低成本，用纯电阻替带扼流圈）两个电容（电解电容）组成派式滤波电路。利用电容充放电作用和扼 流圈通直流电，阻挡交流电特性来
完成平滑直流电而得到纯正的直流电。

四、开关电源：在DCDC转换的时候,电源输入和DCDC芯片之间常接着一个22uh的功率电感。

五、电感在使用中注意事项

1、电感使用的场合，潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性，还是阻抗特性等，都要注意。

2、电感设计要承受的最大电流，及相应的发热情况。

3、使用磁环时，对照上面的磁环部分，找出对应的L值，对应材料的使用范围。

4、注意导线（漆包线、纱包或裸导线），常用的漆包线。要找出最适合的线经。

5、电感的频率特性
在低频时，电感一般呈现电感特性，既只起蓄能，滤高频的特性。在高频时，它的阻抗特性表现的很明显。有耗能发热，感性效应降低等现象。不同的电感的高频特性都不一样。