电子说
电感是闭合回路的一种属性,是一个物理量。
当线圈通过电流后,在线圈中形成磁场感应,感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。
这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗,也就是电感,以美国科学家约瑟夫·亨利命名。
电感是描述由于线圈电流变化,在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。
电感是自感和互感的总称。提供电感的器件称为电感器。
电感用L表示,单位是亨利(H)、常用单位毫亨利 (mH)、微亨利(μH),1H=10^3mH=10^6μH。中学物理中对电感的描述比较少,所以初学者对电感的印象相对电阻、电容会更少。
电感器是与电阻、电容器并称为三大被动元件的电子元件。利用线圈对电流所表现出的特性,在电源电路、一般信号电路、高频电路等中发挥着重要作用。
对于初学者,提到电感最先想到的可能是磁感线或者线圈。电生磁,磁生电,左手、右手一个定则,是不是被课本中的概念搞蒙了,还是沉迷于电磁学中那些那些让人头大的计算题中不可自拔,抑或是望而却步了?实际应用中电感确实对电路有着深厚的影响,并且实际中的电感器都不是纯粹的理想电感器,正如每个电阻都存在电容、电感特性,每个电容都有电阻、电感特性,每个电感器也避免不了的带有电阻、电容特性。
似乎好复杂,好难把理论用以实际呀,但是我们身边那么多电子产品还不是好好被我们利用吗?所以实际上普通产品使用电感时并不用像理论中说的那样每一个都要进行分析,并且对产品中电、磁关系或电磁对产品性能的稳定性,安全性都会有与之对应的国家标准或国际标准,我们做出来的产品能通过了这些标准就可以正常在市场上进行售卖了。所以做电子开发,理论知识是基础,实际经验是优化手段,两者结合才能做出一个合格的产品。那么问题来了,到底电感是长什么样子呢?
电感线圈是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上,导线彼此互相绝缘,而绝缘管可以是空心的,也可以包含铁芯或磁粉芯,都称为电感。
感值 L: 一般误差有 10% 或 20%(测试条件是 1MHz 频率)。
直流电阻 DCR: 可以理解为寄生参数,和电感的封装大小以及感值有很大关系,选型时最好选择较小 DCR 的电感。
自谐振频率 SRF: 因为电感寄生电容的存在,会发生 LC 振荡,和电容一样,只有在特定的频率下,才能发挥电感的特性。
按照经验值SRF 一般是信号频率的 10 倍,此时的电感特性发挥的比较好。
电感饱和电流 Isat: 电感感值下降 30% 时所容许通过的直流电流。
电感温升电流 Irms: 在 20℃ 环境下,电感温度上升 40℃ 所容许通过的直流电流。
一般取 Isat 和 Irms 中较小的一个值作为电感的额定电流,且此额定电流应是电路中最大输出电流的 1.3 倍,留有一定的余量,降额使用。
提到电感就不避不开磁珠,很多初学者电感和磁珠傻傻分不清楚,那么磁珠是什么,和电感有什么区别呢?
磁珠是一种电感型 EMI 静噪滤波器,实物和电感很像,其等效模型可以简化为一个电感和一个电阻串联。
磁珠的单位是欧姆,根据型号的不同,可以抑制几 MHz-GHz 的噪声,经常被用在信号线和电源线上(串联使用)。
磁珠的单位是欧姆(Ω),电感单位是亨(H),一般是100Mhz时的阻抗值。
磁珠由氧磁体组成,电感由磁芯和线圈组成,磁珠把交流信号转化为热能,电感把交流存储起来,缓慢的释放出去,所以说电感是储能,而磁珠是能量转换(消耗)器件。
磁珠主要解决辐射干扰问题,信号线上多用磁珠,某一些高频电路如 RF、振荡电路、DDR SDRAM 等都需要在电源输入部分加磁珠;
电感主要解决传导干扰问题,高频电感主要用于中低频滤波电路、RF 匹配等,功率电感主要用于 DC-DC 电路中。
电感的磁材料是开放的,磁力线一部分通过磁芯,一部分通过空气。
而磁珠的磁材料是封闭的,几乎所有的磁力线都封闭在磁环内,更“干净”。
有个重要的事情是:
即使参数相同的磁珠,其在滤波性能上也会有巨大差异。
因为磁珠参数标注的是特定频点(比如120Mhz)的阻抗,即使这个频点阻抗相同,在其他频点的阻抗也会千差万别。
磁珠的阻抗是电抗X和电阻R的共同作用结果,低频时X主导、高频时R主导,电感多用于低频段(50Mhz),而磁珠多用于高频滤波场景,R将会吸收噪声并转化为热,因此磁珠单位是欧姆。
电感的滤波原理是把电能转化为磁能,再把磁能重新转化为电能(噪声)或者辐射(EMI),而磁珠是将电能转化为热能,磁珠是更“干净”的滤波元件。
电感是储能元件,在滤波时可能会和电容自激;而磁珠是耗能元件(R),和电容协同工作时不会自激。
电感和磁珠都有额定电流参数,区别是当电流超过额定电流时,电感的有效感值会下降,而磁珠有可能会直接烧毁。
阻抗 Z :阻抗越大,抑制噪声的效果越好。(一般测试条件为 100 MHz)
直流电阻 DCR: 指直流电流通过磁珠时,磁珠呈现的电阻值。DCR 一般越小越好,对有用信号的衰减越小。
额定电流 Rated Current: 指磁珠正常工作时允许的最大电流。
电感和磁珠都是电路中重要的组成部分,从它们的原理出发去分析他们对电路的影响,可以帮助我们优化电路设计,熟练使用他们可以提高我们的电路的稳定性能,具体的应用我们后续做实物电路时在做详细了解。
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