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电感

  能产生电感作用的元件统称为电感原件,常常直接简称为电感电感器在电子制作中虽然使用得不是很多,但它们在电路中同样重要。我们认为电感器电容器一样,也是一种储能元件,它能把电能转变为磁场能,并在磁场中储存能量。
电感

电感的分类

  电感元件由于使用的场合广泛,因而它的种类繁多。若按用途来分类,则无法体现电感元件的结构特点,且有局限性.因此一般常根据电感元件的结构来分类,如图所示。

  (一)单层线圈:

  单层线圈的电感量较小,一般在几个微亨至几十个微字之间。单层线圈一般使用在1DV15507中为了提高线圈的Q 值,单层线圈的骨架常使用介质损耗小的陶瓷和聚苯乙烯材料制作。

  单层线圈可以采用密绕和间绕。间绕的线圈每臣间都相距一定的距离,所以分布电容小。对于电感母大于15μH 的线圈,应采用密绕方法制作,密绕法单层线圈就是将导线一圈挨一圈地绕在骨架上密绕法制作的单层线圈虽可在较小的尺寸下获得较大的电感量,但其分布电容较大的线圈。

  另外,对于有些对稳定性要求较高的电路,还应采用被银的方法将银直接被覆在膨胀系数很小的瓷骨架表面制成温度系数很小的高稳定性线圈。

  没有骨架的单层线圈需采用脱胎法绕制.首先将导线密绕在螺旋骨架上,然后取出骨架芯即成,导线间的间距可根据需要拉开这种绕法的线圈分布电容小,但只要改变线臣间的距离,电感就要发生变化。

  在高频大电流的电路中.为了减少集肤效应的影响,线圈常用铜管绕制。

  (二)多层线圈:

  因此当电感量大于300/μH 时,就应采用多层线多层线圈除了匝和匝之间的分布电容外,层与层之间也有分布电容,因此多层线圈存在着分布电容大的缺点。同时层与居之间的电压相差较多,当线圈两端有高电压时,容易造成臣间绝缘击穿。为了防止这种现象的发生.常将线圈分段绕制

  这样既可解决分布电容大的问题,也提高了线圈的抗压能力。

  (三)蜂房线圈:

  多层线圈的缺点是分布电容大,采用蜂房方法绕制的线圈可以减少多层绕制线圈分布电容

  所谓的蜂房式绕制方法,就是将被绕制的导线以一定的偏转角(约19°- 25°) 在骨架上缠绕,绕制一般都是在自动或半自动蜂房式绕线机上进行的。对于电感量较大的线圈,可以采用两个、三个或更多个蜂房线圈将它们分段绕制,

  (四)带磁心的线圈:

  为了提高线圈的电感量和品质因数.常在线圈中加入铁粉芯或铁氧体磁心。加入磁心的线圈还可以减小线圈的体积,减少损耗和|分布电容。如果调整磁心在线圈中的位置,还可以对电感量迸行调节。由于以仁的优点,因此许多线圈都加有磁心,它们的形状也是各式各样的。

  (五)可变电感线圈

  在街些场合需对电感量进行调节,以此来改变谐振频率或电路搞合的松紧。通常采用下图所示的四种方法:

  ①在线圈中插入磁心或铜芯,通过改变它们在线圈中的位置便可改变电感量,一些超短波用的线圈往往采用铜芯来调节电感量。

  ②在线圈上设置一滑动的接点,改变接点在线圈上的位置,即可调节电感

  ③将两个线圈串联,均匀地改变两线圈之间的位置,靠线圈的互感变化使电感量发生变化。

  ④将线圈引出数个抽头,加坡段开关S 连接。这种方法的最大缺点是不能平滑地对电感量进行调节。

  (六)装有铁心的线圈----低频扼流圈:

  低频扼流圈的电感量很大,有的达几十亨利,因而对交流电流有很大的阻抗,常用于电源及音频滤波。低频扼流圈只有一个线圈,在线圈绕组中对插硅钢片组成铁心,硅钢片有气隙以减少磁饱和。

电感的主要参数

  (一)电感量及允许偏差:

  电感线圈电感量L 的大小,主要取决于线圈的圈数、结构及绕制方法等因素。电感线圈的圈数越多,绕制的线国越密集,电感量越大;线国内有磁心的比无磁心的大,磁心导磁率越大,电感量也越大电感线圈的用途不同.所需的电感量也不同例如.应用于短波波段的谐振回路,其电感线圈电感量为几个微亨:而应用于中波波段的谐振回路,其电感线圈电感量则为数千微亨;在电源滤波中.电感线圈电感量高达1 - 30H 。

  电感线圈电感量的允许偏差是指实际电感量能达到要求电感量的精度v。对它们的要求,也视用途不同而不同,一般来说,对振荡线圈要求较高,为±0.2% - ±0.5%; 而对隅合线罔和高频扼流圈要求较低.为± 10% - ± 20%

  固定电感线圈的标称电感量与允许偏差.都根据E系列规范的系列生产.可参见电I~l.器的规定。

  (二)品质因数Q:

  品质因数Q是表示线圈质量的一个重要参数。Q值的大小,表明电感线圈损耗的大小,其Q值越大,线圈的损耗越小;反之,其损耗越大。

  品质因数Q的定义为: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。

  根据使用场合的不同,对品质因数Q 的要求也不同对调谐回路中的电感线圈, Q 值要求较高,因为Q值越高,回路的损耗就越小, 回路的效率就越高;对耦合线圈来说,Q可以低一些;而对于低频或高频扼流圈,则可以不做要求。

  实际上. Q值的提高往往受到一些因素的限制,如导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗、铁心和屏蔽引起的损耗以及高频工作时的集肤效应等.因此,线圈的Q 值不可能做得很高,通常Q值为几十至一百,最高也只有四五百。

  (三)分布电容

  电感线圈匝与匝之间、层与层之间、线圈与地之间以及线阳与屏蔽盒之间所具有的电容,统称为电感线固的分布电容,用Co表示.它和线圈可以等效为一个由L、R 、Co 组成的并联谐振回路,其谐振频率为:

  f0=1/2π√LC0

  fo称为电感线圈的固有频率为了保证线圈有效电感量的稳定,使用电感线圈时,应使工作频率远低于线圈的问有频率。

  需要指出的是,分布电容的存在会降低电感线圈的稳定性,故应采取有效措施降低电感线圈的分布电容,如采用蜂房式绕法或减少线圈骨架的直径,用细导线绕制等。

  (四)额定电流:

  额定电流是指能保证电路正常工作的工作电流。有一些电感线圈在电路工作时,工作电流较大,如高频扼流圈、大功率谐振线圈以及电源滤波电路中的低频扼流圈等。对于它们的额定电流,在选用时应是考虑的重要因素。当工作电流大于电感线圈的额定电流时,电感线圈就会发热而改变其原有参数,严重时甚至会损坏线圈。

  (五)稳定性:

  稳定性是表示电感线圈参数随环境条件变化而改变的程度。通常用电感温度系数αL 来评定线圈的稳定程度,它表示电感量相对泪度的稳定性

  电感温度系数主要是由于线圈导线受热作用后膨胀,使线圈产生几何变形而引起的。为了提高线圈温度的稳定性,可以采用热绕方法制作线圈:将绕制线圈的导线通上电流,使导线变热后再绕制线圈,这样可以使线圈冷却后收缩而紧贴在骨架上,不再容易发生受热后变形,相应地提高了稳定性。

  除了温度外,温度也会引起电感线圈参数的变化。例如,湿度增大时会使线圈的分布电容和损耗增大,使线圈的稳定性降低。为了防止湿度对线圈参数的影响,在制作电感线圈时,通常均要采取防潮措施,例如采用环氧树脂封装或进行浸渍处理。

电感的应用

  电感元件产生的自感电动势总是阻止线圈中的电流变化的,故电感元件对交流电有阻力,对直流电路近似短路。电感元件的这种特性与电容器正好相反.所以利用电感电容就可组成各种高频、低频滤波器、调谐回路、选频电路、振荡回路、补偿电路、延迟回路及阻流器等,在电路中发挥着重要作用。

  1、分频网络:

  下图是音响电路的分频电路图。电感线圈L1和L2为空心密绕线圈,它们与C 1 、C2 组成分频网络.对高、低音进行分频,以改善放音效果。

  2、 滤波电路:

  下图是电子管扩音机电源滤波电路图。图中L 为插有硅钢片的铁心线圈,又称为低频扼流圈。它在电路中的作用是阻止残余交流电通过,而仅让直流电通过。

  3、 选频与阻流:

  下图所示电路是单管半导体收音机电路。其中VT,为高频半导体管,它是用来进行来复放大的。L 1 为天线线圈,它是在磁棒上用多股导线绕制而成的。L 1 与C1,C2 组成井联谐振电路,对磁棒天线接收到的无线电信号进行选频,选出的信号由L1感应到L2,由VT1,进行放大,放大了的信号送到L3,L3为一固定电感器,其作用是利用感抗阻止高频信号进入耳机,而仅让音频信号通过。

  4、与电容器组成振荡回路:

  下图所示电路是超外差半导体收音机中的变频器电路。L4为振荡线圈,它与C1b 组成本机振荡回路;L3为反馈线圈。本机振荡的信号由C2 、凡送入VT,发射极,与由L1、C1a选择出来的广播信号在VT1内进行棍频。混频后的信号从VT1集电极输出,并由中频变压器T2 检出465kHz 中频信号送往中频放大器

  5、补偿电路

  利用电感器的感抗随频率变化的特性,可进行频率补偿。图5-13 是某电视机的视放电路,其高频补偿电路由L15 、L16 组成。L16 与VT15 的集电极负载R80串联,使总的负载阻抗为z = R80 + XL16 ,频率越高,感抗X L16越大,使高频增益增大。同时L16 与显像管的输入电容和分布电容形成并联谐振。选取合适的L16值使其谐振在放大器增益衰减的频率上,可以提高谐振点上的增益。L15串联在VT15与显像管阴极之间,当频率增加时,感抗XL15 增大,使R80与X L15的井联阻抗增大,即高频负载电阻增加,也会起到提高高频增益的作用。

  6、延迟作用

  电感线圈在电路中还可起到延迟作用,使输出的信号与输入的信号基本不变,而只使输出延迟一段时间,即信号的幅度不变,而仅相位发生变化。

电感的选用

  使用电感线圈时,酋先要检查电感量是否符合要求。这可用电感测试仪来进行,它不但可以对电感量进行测量,而且对线圈的Q 值也可以进行测量。

  线圈产生短路臣时,将会使损耗大大增加,甚至无法使用。线圈的短路臣应用线圈短路测试仪进行测量。

  电感线圈在使用中,若没有专门的测量仪器,可用万用表进行简易的质量判断。可先用万用表电阻挡测量线圈的直流电阻,再与原确定的阻值或标称阻值相比较。如果测得的阻值为无穷大,则可断定线圈有断线;若测得的阻值小了很多,则可判定线圈有短路臣。这两种情况的出现,都可以判定线圈有质量问题,不能再使用。若检测的电阻与原确定或标称电阻相差不大,则可认为线圈的质量基本是好的。

  有些线圈在使用时需要对电感量进行微调,常用的方法有:

  1、单层线圈微调方法。微调时改变线圈之间的间距,就可以改变电感量的大小O 对于应用于短波或超短被回路中的线圈,常在线圈的端部留出半圈作为微调,移开或折转这半圈即可改变电感量。

  2、多层线圈的微调方法。对于想做调的多层线圈一般可将总圈数的20% - 30% 作为分段绕制,移动彼此之间的相对距离,即可微调电感量的10% - 15% 。

  3、带磁心线圈的微调方法。可通过调节磁心在线圈的位置来改变电感量。

  提高线圈Q 值所采取的措施如下:

  1、根据工作频率选择绕制线圈的导线。低频段工作的电感线圈应采用漆包线等带绝缘的导线绕制.对于工作频率在几十千赫至两兆赫之间的电感线圈,应采用多股绝缘导线绕制,以增加导体有效截面积,减少集肤效应的影响.可使Q 值提高30% - 40% 。对于工作频率高于2MHz 的电感线圈,应采用单股粗导线绕制,导线的直径一般在0.3 - 1.5mm 之。

  2、选用优质骨架.减少介质损耗。通常对于要求损耗小、工作频率高的电感线圈,应选用高频陶墅、聚囚氟乙烯、聚苯乙烯等高频介质材料做骨架。对于超高频工作的电感线圈,可用无骨架方式绕制。

  3、选用带有磁心的电感线圈电感线圈中带有磁心时,可使线圈圈数及其电阻大大减少,有利于Q 值的提高内。

  4、合理选择屏蔽罩的尺寸。线圈加屏蔽罩后,会增加线圈的损耗,降低Q 值。因此,屏敝罩的尺寸不直过大和过小一般来说,屏蔽罩直径与线圈直径之比以1. 6-2.5 为宜,这样可使Q 值降低小于10%。

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