1、第3章 电感器,3.1 概 述电感器又称为线圈或电感线圈，它是由导线在绝缘骨架上（也有不用骨架的）绕制而成。,3.1.1 电感器的分类,电感器种类较多，可按不同的分类方法进行分类。 1按照形状分类,1按照形状分类,单层线圈的电感量通常较小，约在几个微亨至几十微亨左右。电感值较大时，线圈的尺寸就会太大，给安装带来困难，单层线圈通常适用于高频电路。 单层线圈的绕制又可分为密绕和间绕。 密绕是指导线一圈挨一圈的绕制，其特点是绕法简单，制作容易，线圈体积较小，电感量一般大于15微亨，但它匝间电容较大，使Q值和稳定性有所降低。 间绕是导线每匝间都相距一定的距离，分布电容较小，当采用粗导线时，可获得高Q（
2、150400）和高稳定性，但电感量不能做得很大。,1按照形状分类,多层线圈的电感量较大，通常大于300微亨。多层线圈的缺点就在于固有电容较大，因为匝与匝、层与层之间都存在分布电容。同时，线圈层与层之间的电压相差较大，当线圈两端具有较高电压时，易发生跳火、绝缘击穿等。 多层线圈的绕制可分为分层平绕、乱绕、分格平绕和蜂房式绕制等多种形式。蜂房绕制是将被绕制的导线以一定的偏转角（约1926左右）在骨架上缠绕，这样可减小线圈的固有电容。,2按照工作特征分类,线圈可分为固定电感和可变电感两种。 固定电感是根据不同电感量的需求，将不同直径的铜线绕在磁芯上，再用塑料壳封装或用环氧树脂包封而成。其特点是体积小
3、，重量轻，结构牢固可靠。 固定电感按照引线方式的不同，可分为双向引出式和单向引出式两种，其电感量范围分别为： 双向：0.122000H 单向：133000H 电感量采用E数系列，其间隔按E12系列排列，Q值一般为4060，工作电流在501600A，温度系数约30080010-6/。,2按照工作特征分类,可变电感是指其电感量是可以改变的电感线圈。当需要电感值跳跃或改变时，一般采用抽头式线圈。通过连接抽头的位置不同，使电感量发生变化。,当需要电感值均匀改变时，可采用以下三种方法: 一种是在线圈中插入磁芯或铁芯 另一种是在线圈上安装一滑动的触点。 第三种是将两个线圈串联，均匀改变两线圈之间的相对位置
4、，以达到互感量的变化，从而使线圈的总电感量随之变化。,3按照功能分类：,电感器可分为振荡线圈、扼流圈、耦合线圈、校正线圈、偏转线圈等。,4按照结构分类：,电感器可分为空心线圈、磁芯线圈、铁芯线圈等。,3.1.2 电感线圈的型号命名方法,第四 部分,第三 部分,第二 部分,第一 部分,区别代号（用字母A、B等表示）,型号（X为小型）,特征（G为高频）,主称（L为线圈，ZL为阻流圈）,电感线圈的型号命名没有统一的国家标准，各生产厂家有所不同，但大多数的表示方法由四部分组成。,3.1.3 电感线圈的标志方法,1直标法 直标法是在小型固定电感线圈的外壳上直接用文字符号标出其电感量、允许偏差和最大直流工
5、作电流等主要参数。其中允许偏差常用、来表示，分别代表允许偏差为5%、10%、20%，最大工作电流常用字母A、B、C、D、E等标志。,1直标法,例如：固定电感线圈外壳上标有150H、A、的标志，则表明线圈的电感量为150H，允许偏差为级（10%），最大工作电流50mA（A档）。,2色标法,色标法是指在电感器的外壳上涂上四条不同颜色的环，来反映电感器的主要参数。 前两条色环表示电感器电感量有效数字 第三条色环表示倍率（即10n）， 第四条色环表示允许偏差。数字与颜色的对应关系见表，单位为微亨（H）。,3.1.4 线圈的结构,线圈通常由骨架、绕组、屏蔽罩、磁芯等组成。根据使用场合的不同，有的线圈没有
6、磁芯或屏蔽罩，或两者都没有，还有的连骨架也没有。 1骨架 骨架的作用是使线圈成型固定，并以此将线圈和铁芯绝缘。这些材料的介质损耗和耐热特性都不相同，直接影响线圈的质量和稳定性。在使用时，应根据要求仔细选取。,2绕组,大多数线圈的绕组是由绝缘导线在骨架上缠绕而成。圈数的多少由电感量的大小决定，一般电感量越大，线圈的圈数就越多。导线的直径由通过线圈的电流值和线圈的Q值来决定，通过电流大，要求Q值高，则导线直径应选择的粗一些。当电感量较小，如小于几个微亨时，绕组也常用不带绝缘的镀银铜线进行间绕，以减小导体的表面电阻，提高线圈的性能。,3屏蔽罩,为了减小外界电磁场对线圈的影响和线圈产生的电磁场与外电路
7、的相互耦合，需要采用屏蔽罩将线圈与外电路隔离。通常是将线圈放入一个闭合的具有良好接地的金属罩内。,4磁芯,线圈装有磁芯后，其电感量增加，或者说，与同样电感量的无磁芯线圈相比，带磁芯的线圈圈数较少，这样可减小线圈的体积和分布电容，并提高线圈的Q值。有时为了调整线圈的电感量，也可以通过调节磁芯在线圈中的位置来实现。常用的磁芯有锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等，并根据不同要求，可制成各种不同的形状，如磁棒、E型磁芯、螺纹磁芯、环形磁芯、双孔磁芯等。,3.1.5 线圈的符号识别,目前，在电路中会出现各类线圈的符号，它们代表不同的电感线圈。 1空心线圈 一个半圆弧形象地代表了线圈中一圈的导线，尽管线圈的绕制方法
8、有密绕、间绕和峰房式多种，但电路中均用这种符号表示。,2带铁氧体磁芯的线圈 这种线圈是在绕好的空心线圈中插入铁氧体磁芯，图中虚线表示铁氧体磁芯。由于增加了磁芯，所以在相同电感量的情况下，体积比空心线圈小得多。3可调磁芯线圈 铁氧体磁芯线圈中的磁芯放进深度可以调整，多用于调谐回路中。由于通过磁芯的调整，使得谐振频率发生改变。,4可调铜芯线圈 同可调磁芯线圈类似，还有可调铜芯线圈，空心长方形表示铜芯。5铁芯线圈 这类线圈绕好后，在中间插入硅钢片一类物质，线圈旁边的粗黑线表示铁芯。,3.2 电感器的技术指标,3.2.1 电感量 在没有非线性导磁物质存在的条件下，一个载流线圈的磁通与线圈中电流成正比，
9、其比例常数称自感系数，简称电感，用L表示。 式中：L 为电感，单位亨利。为自感磁通量，单位伏特秒 I 为电流强度，单位安培1亨利是指电路在1秒钟内，电流平均变动为1安培时，在电路内感应出1伏特自感电动势的电感量值,3.2.2 品质因数,品质因数是表示线圈质量的一个参数，它是指线圈在某一频率的交流电压工作时，线圈所呈现的感抗和线圈的直流电阻之比，即：式中：Q为线圈的品质因数为工作角频率R为线圈的等效总损耗电阻L为线圈的电感量。,当和L一定时，品质因数仅与线圈的等效电阻有关，电阻越大，Q值越小。在谐振回路中，线圈的Q值越高，回路的损耗就越小，效率就越高，滤波性能就越好。但Q值的提高，要受到一些因素
10、的限制，如导线的直流电阻，线圈骨架的介质损耗，屏蔽和铁芯引起的损耗以及高频工作时的集肤效应等。一般不能做得很高，通常为几十至一百，最高为四、五百。,3.2.3 固有电容和直流电阻,线圈的匝与匝之间、线圈与地之间、线圈与屏蔽盒之间、多层绕组的层与层之间均存在分布电容。一个实际的电感器可等效为一个理想的电感器和等效直流电阻的串联，与分布电容器（即固有电容器）的并联，由于固有电容器C0和直流电阻的存在，增加了线圈的等效总损耗电阻，降低了品质因数。因此，线圈的固有电容越小越好。可通过减小线圈骨架的直径，采用细导绕制或采用间绕法、蜂房式绕法等措施进行减小。,3.2.4 额定电流,电感线圈在正常工作时，允
11、许通过的最大电流称为额定电流，也称为线圈的标称电流值。当工作电流大于额定电流时，线圈就会发热，甚至被烧坏。,3.2.5 稳定性,稳定性表示线圈参数随外界条件变化而改变的程度，通常用电感温度系数和不稳定系数两个量来衡量，它们越大，表示稳定性越差。,3.3 变压器,变压器也是一种电感器。它是由初级线圈、次级线圈、铁芯或磁芯等组成，利用两个电感线圈在靠近时产生的互感应现象进行工作。在电子电路中常作为电压变换器、阻抗变换器等。,3.3.1 变压器的分类,变压器种类繁多，可按不同方式进行分类。1按导磁材料分类 变压器可分为硅钢片变压器、低频磁芯变压器、高频磁芯变压器三种。 2按用途分类 变压器可分为电源
12、变压器和隔离变压器、调压器、输入/输出变压器、脉冲变压器四种。,3按工作频率分类,变压器可分为低频变压器、中频变压器和高频变压器三大类。 低频变压器又可分为电源变压器、输入变压器、输出变压器、线间变压器、用户变压器和耦合变压器等。 中频变压器又可分为收音机中频变压器、电视机中频变压器等。 高频变压器又可分为天线线圈、天线阻抗变换器和脉冲变压器等。,3.3.2 变压器的型号命名,（1）低频变压器的型号命名 电源变压器、音频输入变压器和音频输出变压器的型号命名由三部分组成。 第一部分：主称，用字母表示， 第二部分：功率，用字母表示，单位W； 第三部分：序号，用字母表示。,第一 部分,第二 部分,第
13、三 部分,序号（用数字表示）,功能（用数字表示，单位为W）,主称 （用字母表示）,（2）调幅收音机中频变压器的型号命名,调幅收音机的中频变压器型号命名也由三部分组成。 第一部分：主称，用几个字母的组合表示名称、特征及用途,第二部分：外形尺寸，用数字表示，第三部分：序号，用数字表示，。,（3）电视机中频变压器的型号命名,电视机用的中频变压器的型号命名由四部分组成： 第一部分：底座的尺寸，用数字表示； 第二部分：主称，用字母表示名称和用途；,第三部分：结构，用数字表示，第四部分：序号，用数字表示。,3.3.3 变压器的主要特征参数,1变压比 变压比又称变阻比，圈数比。它是指变压器的初级线圈的电压（
14、阻抗）与次级线圈的电压（阻抗）之比。定义为：,式中：n为变压器的变压比N1为变压器的初级线圈的圈数N2为变压器的次级线圈的圈数U1为初级线圈两端接入的交流电压U2次级线圈内产生的感应电动势,若n1，即N1N2，则次级线圈的感应电压U2小于等于初级线圈的电压U1，即U2U1 ，该变压器称为降压变压器。 若n1，即N2N1，则次级的感应电压U2大于等于初级线圈的电压U1，即U1U2，该变压器称为升压变压器。,2额定功率,变压器在特定频率和电压条件下，能长时间连续稳定地工作，而未超过规定温升的输出功率称为额定功率。单位为瓦或千瓦。常用电子产品中变压器的额定功率一般为几百瓦。,3效率,变压器输出功率与
15、输入功率之比称为效率，常用百分数表示+。其大小与设计参数、材料、工艺以及功率有关。对于20W以下的变压器，其效率为7080%。对于100 W以上的变压器，其效率可大于95%。,4空载电流,空载电流是指变压器在工作电压下次级空载时初级线圈流过的电流。空载电流越大，变压器的损耗越大，效率越低。,5绝缘电阻和抗电强度,绝缘电阻和抗电强度是指在规定时间（如1分钟）内变压器可承受的电压。是变压器特别是电源变压器安全工作的重要参数。它产生于变压器线圈之间、线圈与铁芯以及引线之间。不同工作电压，不同使用条件和要求的变压器对绝缘电阻和抗电强度的要求不同，小型电源变压器绝缘电阻要求不小于500M，抗电强度应大于
16、2000V。,3.4 常用电感器和变压器简介,一、小型固定电感器 小型固定电感器有卧式（双向引出式）和立式（单向引出式）两种，其电流等级分别用A、B、C、D、E表示（即分别表示工作电流不小于50、150、300、700、1600mA）。固定电感量是将漆包线直接绕在棒形、Z形、王字形等磁芯上，外表裹覆环氧树脂或封装在塑料壳中。具有体积小，重量轻，结构牢固，耐振动，耐冲击，防潮性好，安装方便等优点，一般用于滤波、扼流、延迟、陷波等电子线路中。,二、平面电感,平面电感是在陶瓷或微晶玻璃基片上沉积金属导线而成，主要采用真空蒸发，光刻电镀及塑料包封等工艺。平面电感在稳定性、精度、可靠性方面较好，可用于几
17、十MHz到几百MHz的高频电路中。,三、中轴线圈,中频变压器亦称中周线圈，是超外差式无线电接收设备中的主要元器件之一，广泛用于调幅、调频收音机、电视接收机、通信接收机等电子设备中。中频变压器的技术参数直接影响接收机的技术指标，故各种接收机中的中频变压器的参数，都不完全一致，使用时应查阅有关性能参考表，从而正确使用。,四、罐形磁芯线圈,采用罐芯铁氧体磁芯制作的电感器，因具有闭合磁路，存在较高导磁率和电感系数，所以体积较小，电感量较大。如果在中心柱上开适当的气隙，不但可以改变电感系数，而且能够提高品质因数，减小电感温度系数，可广泛用于LC滤波器、谐振回路、匹配回路等。,五、高频变压器,高频线圈，如
18、收音机的磁性天线，它是将线圈绕制在磁棒上，并和一只可变电容器组成调谐回路。磁性天线线圈分为中波磁性天线线圈和短波磁性天线线圈两种。调谐可变电容器有170pF、270pF、290pF、360pF多种。磁棒一般由铁氧体制成，分为锰锌铁氧体（MX）和镍锌铁氧体（NX）两种。锰锌铁氧体导磁能力强，工作频率低，适用于中频段。镍锌铁氧体导磁能力较弱，工作频率较高，适用于高频段。磁棒的长度对收音机的灵敏度影响较大，磁棒越长，灵敏度越高。常用磁棒有扁形和圆形两种，其规格见表。调谐可变电容和磁棒的配置见表。,六、中频变压器,中频变压器又称中周变压器，简称中周，在音频、视频设备和测量仪器中广泛应用。一般由磁芯、线
19、圈、支架、底座、磁帽、屏蔽外壳组成。通过磁帽的上下调节，使电感量发生改变，以使电路谐振在某个特定频率上。,七、低频变压器,低频变压器一般包括收音机的输入、输出变压器和1kV以下的电源变压器。输入、输出变压器的主要作用是实现阻抗匹配，无畸变的传送信号电压和信号功率，对直流信号进行隔离。它由铁芯、骨架和绕组等组成。铁芯通常采用E字形硅钢片其尺寸如所示，骨架由尼龙或塑料压制而成，绕组是在骨架上绕制漆包线。输入、输出变压器的大小、外形相似，但初、次级线圈匝数比不同,八、脉冲变压器,脉冲变压器，如电视机中行输出变压器，又称行逆程变压器。位于行扫描输出级，将行逆程反峰电压升高，再经整流、滤波，为显像管提供
20、各种直流电压。,九、电源变压器,电源变压器的作用是将工频市电（交流220伏或110伏）转换为各种额定功率和额定电压的重要部件。因为，在家用电器和电子设备中，需要各种各样的电源供电，只有电源变压器，才能根据需要将220伏的交流变为不同类型的电源。电源变压器种类繁多，样式各异，但其基本组成相同，均是由铁芯、线圈等组成。,3.5 电感及变压器的测量,3.5.1 电桥法测量电感 1麦克斯韦文氏（Maxwell-Wien）电桥,图为恒相和电桥电路。电路特点是被测元件（Lx、Rx）臂的相对臂采用不同性质的元件，且为并联。当选择R4、C4为可调元件时，被测量Lx、Rx可以分别读数。此电桥适用于测量低Q，即Q
21、10的电感。电桥电衡时：,2海氏（Hay）电桥,图为恒相和电桥电路。当选择R4、C4为可调元件时，被测量Rx、Lx可分别读数。用于并联电感或高Q值（Q10）的测量。电桥平衡时：,3串联欧文（Owen）电桥,如图所示，为恒相差电桥电路，当选择R2、C2为可调元件时，被测量Rx、Lx可分别读数，电桥平衡时：,4麦克斯韦电感比较电桥,如图所示，为恒相差电桥电路。当选择L2、R2为可调元件时，被测量Rx、Lx可分别读数。对于低Q线圈，可以在L2支路内串联一附加电阻以实现电桥平衡。电桥平衡时：,3.5.2 谐振法直接测量电感,如图所示，Cn为标准电容，调整高频振荡器的频率，使回路谐振，这时高频电压表读数
22、最大，从高频振荡器上读出揩振频率f0，然后由下式求得被测电感Lx为：式中：f0为谐振频率，单位MHz; Cn为标准电容，单位pF,f0,L,3.5.3 Q值的测量,U,1电压比法测Q值如图所示，调节振荡器的频率f或标准可调电容Cn，使回路谐振，电子电压表指示最大，且为Umax，则：该Q值为谐振回路的品质因数，由于标准电容的介质损耗比线圈的电阻损耗小得多，故该Q值可认为是被测线圈的品质因数。,2变电容法测Q值,电路原理图仍为图所示，当谐振时， 回路总阻抗Z= Rx为最小，这时： 调整标准可调电容Cn为Cn1和Cn2时，称为半功率点，则,Imax,21/2Imax2,C1,C0,C2,Co为谐振时
23、的电容值,3.5.4 用万用表测量中频变压器,中频变压器及可调线圈引出端与屏蔽罩之间的绝缘电阻应不小于100M，初、次级绕组间的绝缘电阻应不小于10M。如果用万用表测量以上绝缘电阻时，表头指针应不摆动。如果指针指向零，则表明中频变压器及可调线圈引出端与屏蔽罩之间、或初次级绕组之间已短路。根据中频变压器及可调线圈的接线位置，凡绕有线圈的两端均应通路，如用万用表测量，表头指针若不动，则表示线圈已断路。当指针摆动，且有一定阻值时，要根据线圈所绕匝数及所使用的线径加以判断。,3.5.5 输入、输出变压器判别,输入、输出变压器形状相同， 一般在产品上注有输入、输出 标记。包有绿色纸的表示输入， 包有红色
24、纸的表示输出。 当产品上无标记时，应根据输入、输出变压器直流电阻的不同来判断。输出变压器次级的两根引线最粗，直流电阻最小。输入变压器次级的两根引线直流电阻最大。中心抽头的判别可用万用表，先假定一端为中心抽头，测量它两端的直流电阻是否平衡，若平衡，则假定的一端就是中心抽头（一般中心抽头位于中间位置）。如果不平衡，可换另一端作为中心抽头端，依照上法即可判定。,3.5.6 变压器同名端的检测,如图当开关闭合的一瞬间，如果万用表指针正偏，说明1、4脚为同名端；如果反偏，说明1、3脚为同名端。,3.5.7 变压器的使用注意事项,使用变压器时一定不能接错端线，如果接错就有可能造成变压器的自身损坏，因此使用
25、前必须判断出各个引线。可用欧姆表测量各绕组的内阻，并对各绕组进行简单的区分，同时还应该判断出变压器的同名端位置。,3.6 电感及变压器的选用和质量判别,3.6.1 电感线圈的选用 1选取原则 (1) 电感线圈的工作频率要适合电路的要求。 (2) 电感线圈的电感量、额定电流必须满足电路要求。 (3) 电感线圈的外形尺寸要符合电路板上位置的要求。 (4) 对于不同电路应选用不同性能的电感线圈。如振荡电路、滤波电路等，电路性能不同，对电感线圈的要求也不一样。,2电感线圈的代换,(1) 在更换电感线圈时，不要随便改变线圈的大小、形状，尤其是用在高频电路中的空芯电感线圈，不要改动原来的位置或线圈的间距，
26、一旦稍有改变，其电感量就会发生变化。 (2) 对于色码电感或小型固定电感线圈，当电感量和标称电流相同时，可以替换使用。 (3) 对于代换有屏蔽罩的电感线圈时，一定要注意将屏蔽罩接地，可提高电感线圈的使用性能，达到隔离电场的目的。,3.6.2 电感器的质量判别,用万用表可以大致判断电感器的好坏。即用万用表测量一下电感器的阻值。将万用表置于R1档，测得的直流电阻为零或很小(零点几欧到几欧)，说明电感器未断；当测量的线圈电阻为无穷大时，表明线圈内部或引出线已经断开。在测量时要将线圈与外电路断开，以免外电路对线圈的并联作用造成错误的判断。对于电感线圈的匝间短路问题，可用一只完好的线圈替换试验，故障消除
27、则证明线圈匝间有短路，需要更换。如果用万用表测得线圈的电阻远小于标称阻值，也说明线圈内部有短路现象。 用数字万用表也可以对电感器进行通断测试。将数字万用表的量程开关拨到“通断蜂鸣”符号处，用红、黑表笔接触电感器的两端，如果阻值较小，表内蜂鸣器就会鸣叫，表明该电感器可以正常使用。,3.6.3 变压器的选用,1选取原则 (1) 选用变压器一定要了解变压器的输出功率、输入和输出电压大小以及所接负载需要的功率。 (2) 要根据电路要求选择其输出电压与标称电压相符。其绝缘电阻值应大于500，对于要求较高的电路应大于1000。 (3) 要根据变压器在电路中的作用合理使用，必须知道其引脚与电路中各点的对应关
28、系。,2变压器的代换,(1) 中频变压器型号较多，基本上不能互换使用，损坏后应尽量选用同型号、同规格的进行更换，不然电路很难正常工作。 (2) 电源变压器的代换原则是同型号可以代换，也可以选用比原型号功率大的但输出电压与原型号相同的进行代换，还可以选用不同型号、不同规格、不同铁芯的变压器进行代换，但前提是其功率必须比原型号稍大，输出电压相同(对特殊要求的电路例外)。,3.6.4 变压器的质量判别,变压器的质量判别首先从两方面考虑，即开路和短路。开路检查用万用表欧姆档很容易完成，可将万用表置于R1档，分别测量变压器各绕组的阻值，一般初级绕组的阻值大约为几十欧到几百欧。变压器功率越大，使用的导线越
29、粗，阻值越小；变压器功率越小，使用导线越细，阻值越大。次级绕组由于绕制匝数少，绕组阻值大约为几欧到几十欧。如果测量中电阻为零，说明此绕组有短路现象；阻值无穷大，有开路故障。但需要注意的是，测试时应切断变压器与其他元器件的连接。,短路故障也可以用下面的方法测试。,1空载通电法 切断变压器的负载，接通电源，看变压器的空载温度升高是否正常。如果温度升高较快，则表明内部存在局部短路。如果接通电源15min30min，温度升高正常，则表明变压器正常。 2串联检测法 在变压器的电源回路内串接一个100W的灯泡，接通电源时，灯泡只发微红，则表明变压器正常；如果灯泡很亮或较亮，则表明变压器内部有局部短路现象。 另外，变压器在正常工作时，初级绕组与次级绕组之间、铁芯与各绕组之间、绕组与屏蔽层之间的电阻值都应该为无穷大。可将万用表置于R1档，如果测出两绕组之间或铁芯与绕组之间的电阻值小于10，则说明该变压器的绝缘性能不好。,
