电感器在电路中的作用以及结构和符号图详解

    电感器俗称为电感线圈或简称线圈,也是一种常用的电子元器件但它在电路中的应用相对于电阻器电容器来说要少得多。如收音机的磁性天线线圈、简单半导体收音机中的高频扼流圈、超外差式收音机中的振荡线圈等,都是电感器。
    电感器是根据电磁感应原理制成的器件。实际上,凡是能够产生自感、互感作用的器件,均可称为电感器。电感器的用途极为广泛,在交流电路中电感器有阻碍交流通过的能力,在电路中常被用作阻流、变压、交流耦合及负载等;当电感器和电容器配合时,可用作调谐、滤波、选频、分频等。

    结构和种类
    电感器通常由骨架、线圈、屏蔽罩、磁芯等组成。骨架材料的好坏,对于电感器的质量以及工作稳定性等都有一定的影响。而线圈匝数的多少决定着电感量的大小,一般电感量越大,线圈的匝数就越多。屏蔽罩则是为了减小外界电磁场对线圈工作的干扰、并防止线圈产生的电磁场对外电路的影响而采取的一项措施。通常是将线圈放入一个闭合的具有良好接地的金属罩内来实现。线圈装有磁芯后会使它的电感量显著增大,或者说,与同样电感量的空芯线圈相比,带磁芯的线圈圈数可以减少,体积相应减小.有些电感器(如超外差式收音机中的振荡线圈和中周变压器)为了能在一定范围内调节电感量,常常采用调整磁芯在线圈中的位置的方法来实现。但实际应用中,根据使用场合的不同,有的电感器没有磁芯和屏蔽罩,自制的脱胎线圈则连骨架也不用。
    电感器的种类很多,根据不同的结构特点,可分为单层线圈、多层线圈、蜂房线圈、带磁芯线圈及可变电感线圈等。图3-1所示是几种常用电感器的实物外形图。
几种常用电感器的外形图
    单层线圈的绕制可采用密绕或间绕。间绕线圈各匝之间保持一定距离,它的稳定性高,电感量很小。密绕线圈所占尺寸小,所以体积也小,但稳定性稍差。
    多层线圈在要求电感量较大时(例如大于300μH)时采用。由于多层线圈层与层之间电压相差较大,当线圈两端具有较高电压时,容易发生跳火、绝缘击穿等问题,因此大多采用分段绕制。
    磁芯线圈体积小、损耗小、品质因数高,多数产品还通过调节磁芯在线圈中的位置来实现电感量在一定范围内的连续可调,主要用于收音机的天线线圈、振荡线圈等。
    标准电感器是一种通用性强的系列产品,它按不同电感量的要求,将不同直径的铜线绕在磁芯上,再用塑料壳封装或环氧树脂包封而成。标准电感器的优点是体积小、重量轻、电感量稳定、结构牢固和使用方便。

    特性及参数
    电感器和电容器一样,都是储能元件。所不同的是电容器储存的是电荷,而电感器储存的昱磁能。当电流通过电感器时,电感线圈的周围就产生了磁场,把电能转换成磁场能量储存在磁场中。电感器有一个重要特性,就是“通过电感的电流不能突变”,也就是说,它具有延缓电流变化的特性,对变化的电流呈现一种特殊的阻力,因而在电路中起着“阻交流、传直流”的作用。电感器的这一特性与电容器的“通交流、阻直流”特性正好相反。
    电感器的储能特性用电感量来衡量。电感量的基本单位是亨利,用符号H表示。较小的单位是毫亨( mH)和微亨(μH),它们之间的换算关系是:
1亨利( H) =1000毫亨(mH)
1毫亨( mH) =1000微亨(μH)
    电感量的大小主要取决于线圈的尺寸、线圈匝数及有无磁芯等。线圈的横截面积越大,其电感量也越大;线圈的圈数越多,绕制越集中,电感量越大;线圈内有磁芯的,电感量大;磁芯导磁率越大,电感量越大。电感线圈的用途不同,所需的电感量也不同。例如,在高频电路中,线圈的电感量一般为0.1 - 100卜LH;而在电源整流滤波中,线圈的电感量可达1- 30H。
    电感器在制造过程中实际电感量会偏离标称电感量,其限制的偏离范围叫允许偏差(也叫误差),常用最大允许差值与标称值的百分比来表示。很显然,允许偏差值越小,表示电感器的电感量精度越高。
    由于电感线圈是由导线绕成的,总会具有一定的电阻。一般而言,直流电阻越小,电感线圈的性能越好。电感器的一个重要参数是品质因数,用字母Q表示,简称Q值。Q值越大,电感器自身的损耗越小,在用电感器和电容器组成谐振电路时,选择性越好。举例来说,收音机的磁性天线线圈大多采用多股漆包线绕制,就是为提高它的Q值,改善收音机的选择性。
    另外,线圈的匝与匝间、层与层间以及使用中的线圈与电路金属底板、连接导线、其他元器件之间都存在着等效电容,称之为分布电容。一般情况下,线圈分布电容的数值是很小的,但它的存在会使Q值降低,稳定性变差。线圈的分布电容应越小越好。

    标志方法
    成品电感器的标志方法常见的有直接标志法、数字符号标志法、数码标志法和颜色标志法(简称“色标法”)4种。标志内容主要是电感量和允许偏差,有的还标出型号和额定电流等。
    ①直接标志法。该方法将标称电感量直接用数字和文字符号印在电感器的外壳上,后面用一个英文字母表示其允许偏差(误差),如图3-2所示。各字母所代表的允许偏差见表3。例如,100μ_H K表示标称电感量为100μH,允许偏差为±10%; 2.5mH J表示标称电感量为2.5mH,允许偏差为±5%;  150μH M表示标称电感量为150μH,允许偏差为±20%。需要说明的是,一些国产电感器的允许偏差不采用英文字母表示,而是采用“I、¨、Ⅲ”3个等级来表示,其中:I级为±5%、¨级为±10%、Ⅲ级为±20%。这与一些国产电阻器、电容器的表示方法是完全一致的。
电感器直接标志法
表3电感器所标字母代表的允许偏差值
英文字母 允许偏差(%) 英文字母 允许偏差(%)
    Y ±0.001   D ±0.5
    × ±0.002   F ±1
    E ±0.005   G ±2
    L ±0.01   J ±5
    P ±0.02   K ±10
    W ±0.05   M ±20
    B ±0.1   N ±30
    C ±0.25    
   ②数字符号标志法。这种方法是将电感器的标称值和允许偏差值用数字和文字符号按一定的规律组合标志在电感器上。采用这种标志方法的通常是一些小功率电感器,其单位通常为nH(1μH=1000nH)或μH,分别用字母“N”或“R”表示。在遇有小数点时,还用该字母代表小数点。例如:在图3-3所示的实例中,47N表示电感量为47nH=0.047μH;  4R7则代表电感量为4.7μH;  6R8表示电感量为6.8μH。采用这种标志法的电感器通常还后缀一个英文字母表示允许偏差,各字母代表的允许偏差与直接标志法相同(见表3)。
电感器数字符号标志法
    ③数码标志法。该方法用3位数字来表示电感器的标称电感量,如图3-4所示。在3位数字中,从左至右的第1、第2位为有效数字,第3位数字表示有效数字后面所加“O”的个数。数码标示法的电感量单位为μH。电感量单位后面用一个英文字母表示其允许偏差,各字母代表的允许偏差见附表,例如,标示为“151K”的电感量为15×10=150μH,允许偏差为±10%;标示为“333J”的电感量为33×103=33000 11H=33  mH,允许偏差为±5%。需要注意的是,要将这种标志法与传统的直接标志法区别开来.如标示为“470K”的电感量为47μH,而不是470IμH。
电感器数码标志法
    ④颜色标志法。多采用图3-5 (a)所示的4色环表示电感量和允许偏差,其电感量单位为LLH。第1、2环表示两位有效数字,第3环表示倍乘数,第4环表示允许偏差。需要注意的是,紧靠电感体1端的色环为第1环,露着电感体本色较多的另1端为末环。这种色环标志法与色环电阻器标志法相似,各色环颜色的含义与色环电阻器相同,这里不再详细介绍。另外,还有在电感器外壳上通过色点标志电感量数值和允许误差的,其规则见图3—5(b)。例如:某电感器的色环(色点)颜色顺序是“棕、黑、金、金”,那么它的电感量为1μH,允许偏差为5%。颜色标志法常用于小型固定高频电感线圈,因采用色标法,常把这种电感器叫做色码电感器。这种方法也在电阻器和电容器中采用,区别在于器身的底色:碳膜电阻器底色为米黄色,金属膜电阻器为天蓝色,电容器为粉红色,电感器为草绿色。
电感器的颜色标志法
    国产LG型小型固定电感器用色码表示电感量,并用字母来表示它的额定工作电流:A表示50mA,B表示150mA,C表示300mA,D表示700mA,E表示1600mA( 1.6A)。额定电流是指电感器在正常工作时,所允许通过的最大电流。使用中,电感器的实际工作电流必须小于额定电流,否则电感线圈将会严重发热,甚至烧毁。

    电路符号
    电感器种类很多,不同类型的电感器在电路图中通常采用不同的图形符号来表示。图3-6是几种电感器的电路符号,它形象地表示了电感器的结构:连续的半圆线就好像是线圈的绕组,两端的直线代表引出线。如果线圈中间画出了直线,表示该线圈带有抽头;如果在连续的半圆线上方画出较粗的平行直线,表示该线圈是绕在铁芯上的;如果较粗的平行直线是断续的,则表示该线圈是绕在磁芯上。另外,如果在图中各电感器图形符号上画出带有箭头的斜线,则表示是一个电感量可调电感器。
电感器的电路符号图
    电感器的文字符号是L。一般在图形符号旁标出文字符号,并注明电感量数值和单位。若电路图中有多只同类元器件时,就在文字符号后面或右下角标上自然数,以示区别,如L1、L2等。
    通常情况下,如果一个电感器在电路符号中或文字叙述中没有其他特别的说明,则可认为选择该电感器时对型号、种类以及工作电流大小等均无特殊要求。
 
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