3.3　電感線圈和變壓器

3.3.1　電感線圈

（1）電感線圈的種類

電感線圈是由導線一圈靠一圈地繞在絕緣管上，導線彼此互相絕緣，而絕緣管可以是空心的，也可以包含鐵芯或磁粉芯。電感線圈是常用的基本電子元件之一，通常簡稱為“電感器”或“電感”。它曾經與電阻器、電容器一起被稱為電工學的三大件。電感器的種類見表3-2。

（2）電感器的作用

電感器一般用漆包線、紗包線或塑皮線等在絕緣骨架或磁芯、鐵芯上繞制成的一組串聯的同軸線匝。它在電路中用字母“L”表示。

電感器同電容器一樣，也是一種儲能元件，可以把電能與磁場能相互轉換。

電感器的作用主要是通直流、阻交流，在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用。電感線圈對交流電流有阻礙作用，阻礙作用的大小稱感抗X_L，單位是Ω。

電感器還有篩選信號、過濾噪聲、穩定電流及抑制電磁波干擾等作用。在電子設備中，經常看到磁環，這種磁環與連接電纜構成一個電感器（電纜中的導線在磁環上繞幾圈電感線圈），它是電子電路中常用的抗干擾元件，對高頻噪聲有很好的屏蔽作用，故被稱為吸收磁環。

（3）電感器的外形特征

各種電感器的外形差異較大，一般來說，電感器至少有2根引腳，如圖3-26所示。

沒有抽頭的電感器只有兩根引腳，這兩根元件沒有極性之分，使用時可以互換。如果電感器有抽頭，引腳數目會在3根及以上，這些引腳就有頭、尾和抽頭的區別，使用時不能搞錯。

最簡單的電感器是用絕緣導線空心地繞幾圈，有磁芯的電感器是在磁芯或者鐵芯上用絕緣導線繞幾圈，如圖3-27所示。

在電子線路中比較常用的色環電感器，屬于有磁芯的電感器，它們是在線圈繞制好后，用塑料或環氧樹脂等封裝材料將線圈和磁芯等密封起來的，如圖3-28所示。

在電子產品中，還有一種可調電感器，俗稱中周，它有帶螺紋的磁芯，轉動磁芯可以改變線圈的電感量，如圖3-29所示。

　　

利用電感器的基本原理，還制成了各種專用電感器，見表3-3。

（4）電感器的結構特征

從上面的介紹可以看出，各種電感器的外形結構差別較大。一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁芯或鐵芯等組成，見表3-4。

根據不同的需要，有的電感器沒有磁芯，有的電感器沒有屏蔽罩，有的電感器甚至連骨架也沒有。

固定電感器為了減小體積，往往根據電感量和最大直流工作電流的大小，選用相應直徑的導線在磁芯上繞制，然后裝入塑料外殼，用環氧樹脂封裝而成。一些固定電感器的結構如圖3-31所示。

（5）電感器的特性

給電感器通入電流，在它的四周就會產生磁場。電感器的特性恰恰與電容器的特性相反，它具有阻止交流信號通過而讓直流信號通過的特性。利用這一特性，可制成滿足特定需要的電感器。常用電感器的特性及用途見表3-5。

（6）貼片電感器

貼片電感器主要有4種類型，即繞線式、疊層式、編織式和薄膜片式電感器。常用的是繞線式和疊層式兩種類型。前者是傳統繞線電感器小型化的產物，后者則采用多層印刷技術和疊層生產工藝制作，體積比繞線式電感器還要小，是電感元件領域重點開發的產品。

貼片電感器是在陶瓷或者微晶玻璃基片上沉積金屬導線而成。貼片電感器具有較好的穩定性、精度及可靠性，常用于幾十到幾百兆赫茲的電路中，如圖3-32所示。

（7）電感器的電路符號

在電路圖中，電感器用大寫字母L表示。由于電感器的類型較多，電感器的圖形符號如圖3-33所示。

（8）電感的單位

電感的單位是亨利，因紀念美國物理學家約瑟夫·亨利（1797—1878）而得名。亨利簡稱亨，用字母“H”表示。比亨小的單位是毫亨和微亨，分別用mH和μH表示。這三個單位的換算關系為

1H=1000mH

1mH=1000μH

（9）影響電感量的因素

各種電感器電感量的大小與電感線圈的圈數（又稱匝數）、線圈的截面積、線圈內部有沒有鐵芯或磁芯有很大的關系。如果在其他條件都相同的情況下，線圈圈數越多，電感量就越大；圈數相同，其他條件不變，那么線圈的截面積越大，電感量也越大；同一個線圈，插入鐵芯或磁芯后，電感量比空心時明顯地增加，而且插入的鐵芯或磁芯質量越好，線圈的電感量就增加得越多。

通常，有鐵芯變壓器的電感量可達幾亨，而一般電感線圈的電感量只有幾微亨到幾毫亨。

（10）電感器的檢測

檢測電感器質量需用專用的電感測試儀，在一般情況下，可用萬用表測量來判斷電感的好壞。方法是：用指針式萬用表歐姆擋（R×1或R×10擋）來判斷。根據檢測電阻值大小，可以簡單判別電感器的質量。正常情況下，電感器的直流電阻很小（有一定阻值，最多幾歐姆）。若萬用表讀數偏大或為無窮大則表示電感器損壞。若萬用表讀數為零，則表明電感器已短路。

① 指針式萬用表檢測電感器

a.萬用表的擋位置于R×1或者R×10擋，然后對萬用表進行歐姆調零校正。

b.萬用表的兩支表筆分別接觸電感器的兩個引腳。此時，即會測得當前電感器的阻值。在正常情況下，應能夠測得一個固定的阻值，如圖3-34所示。

如果電感器的阻值趨于0Ω，則表明電感器內部存在短路的故障；如果被測電感器的阻值趨于∞，可重新選擇最高阻值量程繼續檢測，若阻值趨于無窮大，則表明被測電感器已損壞。

對于電感線圈匝數較多，線徑較細的線圈讀數會達到幾十到幾百。

② 數字萬用表檢測電感器　將數字萬用表調到二極管擋（蜂鳴擋），把表筆放在兩引腳上，看萬用表顯示器上的數值。對于貼片電感器，此時的讀數應為趨近于0，如圖3-35所示；若萬用表讀數偏大或為“1”，則表示電感器損壞。對于電感線圈匝數較多、線徑較細的線圈，讀數會達到幾十甚至幾百。

電感器檢測口訣

檢測電感諸參數，需要專門的儀器。

一般判斷好與壞，萬用表測電阻值，

阻值很大已斷路，阻值很小是優異。

因為電感電阻小，手碰引腳可不計。

（11）電感器參數的應用

① 允許偏差　允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。一般用于振蕩電路中的電感器要求精度較高，因為電感量的偏差將影響振蕩器的振蕩頻率，因此要求允許偏差為±0.2%～±0.5%；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高；允許偏差為±10%～±15%。

② 品質因數　品質因數也稱Q值或優值，是衡量電感器質量的主要參數。它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。對于工作在高頻電路中的電感器，品質因數的高低將影響將影響所在電路的頻率特性。

電感器品質因數的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗及鐵芯、屏蔽罩等引起的損耗等有關。

③ 分布電容　分布電容是指線圈的匝與匝之間、線圈與磁芯之間存在的電容。電感器的分布電容越小，其穩定性越好。對于工作在高頻電路中的電感器，分布電容的大小將影響所在電路的頻率特性。

④ 額定電流　額定電流是指電感器在正常工作時可允許通過的最大電流值。在工作電流比較大的電路中，則必須考慮電感器的額定電流參數，若工作電流超過額定電流，則電感器就會因發熱而使性能參數發生改變，甚至還會因過流而燒毀。

（12）電感器的代換

電感器損壞后，原則上應使用與其性能類型相同、主要參數相同、外形尺寸相近的電感器來更好。若找不到同類型的電感器，也可以用其他類型的電感器來代換。

① 電感量、額定電流相同，外形尺寸相近的可以直接代換。

② 貼片電感代換時只需大小相同即可，還可用0Ω電阻或導線代換。

③ 小型固定電感器與色環電感器之間，只要電感量、額定電流相同，外形尺寸相近，可以直接代換。

（13）電感器在電路中的應用實例

① 電感器在分頻網絡中的應用　如圖3-36所示是音響電路的分頻電路。電感線圈L₁和L₂為空心密繞線圈，它們與C₁、C₂組成分頻網絡，對高、低音進行分頻，以改善放音效果。

② 電感器在收音機電路中的應用　如圖3-37所示電路是單管半導體收音機電路。其中VT1為高頻半導體管，它是用來進行來復放大的。L₁為天線線圈，它是在磁棒上用多股導線繞制而成的。L₁與C₁、C₂組成并聯諧振電路，對磁棒天線接收到的無線電信號進行選頻，選出的信號由L₁感應到L₂，由VT1進行放大，放大了的信號送到L₃，L₃為一固定電感器，它的電感量為3mH，其作用是利用感抗阻止高頻信號進入耳機，而僅讓音頻信號通過，從而使我們可以聽到電臺的播音。

③ 電感器在濾波電路中的應用　濾波電路的原理實際是L、C元件基本特性的組合利用。不同濾波電路會對某種頻率信號呈現很小或很大的電抗，以致能讓該頻率信號順利通過或阻礙它通過，從而起到選取某種頻率信號和濾除某種頻率信號的作用，如圖3-38所示。

如圖3-38（a）所示為低通濾波電路，當有信號從左至右傳輸時，L對低頻信號阻礙小，對高頻信號阻礙大；C則對低頻信號衰減小，對高頻信號衰減大。因此該濾波電路容易通過低頻信號，稱為低通濾波電路。

如圖3-38（b）所示為高通濾波電路，容易通過高頻信號，所以稱為高通濾波電路。

如圖3-38（c）所示為帶通濾波電路，它利用C₁和L₁串聯對諧振信號阻抗小、C₂和L₂并聯對諧振信號阻抗大的特性，能讓諧振信號f容易通過，而阻礙其他頻率信號通過，所以稱為帶通濾波電路。

如圖3-38（d）所示為帶阻濾波電路，它利用C₁和L₁并聯對諧振信號阻抗大、C₂和L₂串聯對諧振信號阻抗小的特點，容易讓諧振頻率以外的信號通過，而抑制諧振信號通過，所以稱為帶阻濾波電路。