電感最重要、最常見(jiàn)的幾個(gè)作用

不要看一個(gè)小小的電感，它所蘊(yùn)含的原理可謂是“浩如煙?！?，電感涉及到了兩門霸王學(xué)科電與磁，到現(xiàn)在為止真正把電與磁完全搞懂的人可以說(shuō)是屈指可數(shù)。如果真要地毯式的講電感的作用，我想7、8本書(shū)能把電感講透都絕非易事。在這里筆者把電感最重要的、常用的幾個(gè)作用介紹給大家。

電感器俗稱電感，本質(zhì)上是一個(gè)線圈，有空心線圈也有實(shí)心線圈，實(shí)心線圈有鐵芯或者其它材料制成的芯，電感的單位是“H”，簡(jiǎn)稱“亨”。此外，更小的單位是mH，uH，他們的換算方式為1H=1000mH=1000000uH。

電感的常見(jiàn)作用

? 阻交通直

對(duì)于直流電，電感是相當(dāng)于短路的；而對(duì)于交流電，電感是對(duì)其有阻礙作用的，交流電的頻率越高，電感對(duì)它的阻礙作用越大。

? 變壓器

對(duì)我們來(lái)說(shuō)最熟悉的電感應(yīng)用莫過(guò)于變壓器了，如圖1所示為變壓器的電路符號(hào)。假如左側(cè)線圈匝數(shù)為100，右側(cè)匝數(shù)為50，如果左側(cè)接220V交流電，那么右側(cè)感應(yīng)出來(lái)的電壓為110V，即“匝數(shù)比=電壓比”而電流卻會(huì)截然相反；如果左側(cè)流進(jìn)1A電流，那么右側(cè)會(huì)流出2A的電流，即“匝數(shù)比=電流的反比”，因?yàn)殡姼兄粫?huì)對(duì)電壓、電流進(jìn)行變化，而不能對(duì)功率進(jìn)行變化，如果電壓和電流都為正比顯然是不合情理的。

圖1

? RL低通濾波器

所謂低通濾波器是：低頻信號(hào)可以通過(guò)，而高頻信號(hào)不能通過(guò)，電路原理圖如圖2。輸入信號(hào)如果是直流電，那么電感相當(dāng)于一根導(dǎo)線；現(xiàn)在是短路，信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)電感，直接輸出，而不經(jīng)過(guò)電阻。如果我們逐漸升高電流的頻率，由于電感對(duì)交流電有阻礙作用，通過(guò)電感的信號(hào)會(huì)慢慢變小，直到達(dá)到某一個(gè)頻率，當(dāng)高于這個(gè)頻率之后的電流再也無(wú)法通過(guò)，這時(shí)候就形成了低通濾波器，這個(gè)頻率就叫做截止頻率，公式為 f=R/(2πL)。

圖2

? RL高通濾波器

高通濾波器的道理和低通的類似，只不過(guò)電阻和電感的位置變了，如圖3。如果是直流電，會(huì)經(jīng)過(guò)電感流回去，這時(shí)候如果改變頻率，當(dāng)頻率逐漸升高，由于電感對(duì)交流電的阻礙作用，當(dāng)頻率達(dá)到截止頻率時(shí)，高頻信號(hào)不經(jīng)過(guò)電感，而直接把我們需要的高頻信號(hào)輸出。截止頻率的計(jì)算也是 f=R/(2πL)。

圖3

以上列舉了一些常用的電感應(yīng)用，當(dāng)然電感的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，以上講的都是基礎(chǔ)，應(yīng)用的時(shí)候考慮的遠(yuǎn)比以上所說(shuō)的要多。

電感的分類

按電感形式分類：固定電感、可變電感。

按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

按工作性質(zhì)分類：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈。

按繞線結(jié)構(gòu)分類：?jiǎn)螌泳€圈、多層線圈、蜂房式線圈。

按工作頻率分類：高頻線圈、低頻線圈。

按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類：磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無(wú)磁芯線圈等。

十種電感的特性

1）工字型電感

它的前身是撓線式貼片電感，工字型電感是它們的改良，擋板有效加強(qiáng)儲(chǔ)能能力，改變EMI方向和大小，亦可降低RDC。它可以說(shuō)是訊號(hào)通訊電感跟POWER電感的一種妥協(xié)。

貼片式的工字型電感主要用于幾百kHz至一兩MHz的較小型電源切換，如數(shù)字相機(jī)的LED升壓、ADSL等較低頻部份的訊號(hào)處理或POWER用途。它的Q值有20、30，做為訊號(hào)處理頗為適合。RDC比撓線式貼片電感低，作為POWER也是十分好用。當(dāng)然，很大顆的工字型電感，那肯定是POWER用途了。

工字型電感最大的缺點(diǎn)仍是開(kāi)磁路，有EMI的問(wèn)題；另外，噪音的問(wèn)題比撓線式貼片電感大。個(gè)人認(rèn)為，工字型電感肯定不是最佳化的結(jié)構(gòu)，改良空間仍是十分大。

2）色環(huán)電感

色環(huán)電感是最簡(jiǎn)單的棒形電感的加工，主要是用作訊號(hào)處理。本身跟棒形電感的特性沒(méi)有很大的差別，只是多了一些固定物，和加上一些顏色方便分辨感值。因單價(jià)算是十分便宜，現(xiàn)時(shí)比較不注重體積，以及仍可用插件的電子產(chǎn)品，使用色環(huán)電感仍多。因?yàn)槭遣寮剑姨珎鹘y(tǒng)了，被時(shí)代淘汰是時(shí)間的早晚。

3）空芯電感

空心電感主要是訊號(hào)處理用途，用作共振、接收、發(fā)射等?？諝饪蓱?yīng)用在甚高頻的產(chǎn)品，故此很多變異要求不太高的產(chǎn)品仍在使用。因?yàn)榭諝獠皇枪潭ň€圈的最佳材料，故此在要求越來(lái)越嚴(yán)格的產(chǎn)品趨勢(shì)上，發(fā)展有限。

4）環(huán)形線圈電感

環(huán)形線圈電感，是電感理論中很理想的形狀。閉磁路，很少EMI的問(wèn)題，充分利用磁路，容易計(jì)算，幾乎理論上的好處，全歸環(huán)形線圈電感?？墒?，有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是不好撓線，制程多用人工處理。

現(xiàn)在中國(guó)人多，女孩子眼明手細(xì)，不過(guò)誰(shuí)愿意讓年輕活潑的女孩子浪費(fèi)青春，早晚請(qǐng)不到人。但用機(jī)器的話，環(huán)形撓線的競(jìng)爭(zhēng)力，仍有待做機(jī)械和電子控制的工程師來(lái)提升。環(huán)形線圈電感雖然是電感中很理想的形狀，但因?yàn)橹饕侨斯暇€，作為訊號(hào)處理，因?yàn)橐筝^高，所以比較少用。但很小很小的環(huán)形線圈電感，卻仍是用量十分大，主要是用在高頻、高感的通訊產(chǎn)品上。

環(huán)形線圈電感最大量的，是用鐵粉芯作材料跟樹(shù)脂等混在一起，使得Air gap均勻分布在鐵粉芯內(nèi)部。做電感的，有一定的敏感度。當(dāng)我們看到Air gap二字，就知道是用在power上，故此鐵粉芯環(huán)形線圈電感是power電感最常用的一種，IDC可以達(dá)到20多安培。

我覺(jué)得環(huán)形線圈電感的改良空間是十分大的，不妨往這方向研發(fā)和思考。

鐵粉芯環(huán)形線圈電感的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)形，但缺點(diǎn)亦是環(huán)形。我前面曾說(shuō)，使用者最喜歡的形狀是方形，故此在妥協(xié)下環(huán)形線圈電感并不是最具優(yōu)勢(shì)。

5）貼片迭層高頻電感

貼片迭層高頻電感，其實(shí)就是空心電感。特性完全相同，不過(guò)因?yàn)槿菀坠潭ǎ梢孕⌒突?/p>

貼片迭層高頻電感跟空心電感比較，因?yàn)榭諝獠皇呛玫墓潭ㄎ铮諝獾南鄬?duì)導(dǎo)磁率是一，在高頻很好用，因此找一些相對(duì)導(dǎo)磁率是一，又是很好的固定物，那不是很好。

事實(shí)，世間絕大部分的物質(zhì)，對(duì)導(dǎo)磁率都是一，最便宜的就是石頭。貼片迭層高頻電感的材質(zhì)就是石頭，石頭就是硅啦。三氧化二鋁等等的材質(zhì)，也是一樣的用意啦。

總之，貼片迭層高頻電感材質(zhì)的目的，是可以做成積層貼片，方便印刷線路。我們不單不希望貼片迭層高頻電感的材質(zhì)有特性，我們希望它完全沒(méi)有特性更佳，使得貼片迭層高頻電感特性完全像空心線圈，而且因?yàn)槟芄潭?，所以變異很小很小。在制程上，因?yàn)榈鼘又瞥蹋梢员M量小型化。

Z=2*圓周率*頻率*電感值 ，2和圓周率是常數(shù)，不管它們。相同的阻抗，頻率越高，代表電感值可以越小?，F(xiàn)時(shí)通訊產(chǎn)品的頻率就是越來(lái)越高，這代表感值需求越來(lái)越小。

感值越小，代表我們可以做得更小顆，更不用高導(dǎo)磁率的磁性材料，用空氣，用石頭就可以了。所以，貼片迭層高頻電感的使用量一定會(huì)越來(lái)越多，這是人類發(fā)展的必然趨勢(shì)。

貼片迭層高頻電感跟貼片撓線式高頻電感的比較，貼片迭層高頻電感的Q值不夠高，是最大的缺點(diǎn),。但我可以確定，現(xiàn)在市面上的貼片迭層高頻電感Q值，肯定不是這產(chǎn)品的極限，改善的空間仍是十分寬廣。另外，因?yàn)楦哳l產(chǎn)品的變異要求十分嚴(yán)格，所以材質(zhì)對(duì)溫度的變化，也是臺(tái)灣和中國(guó)貼片迭層高頻電感，尚無(wú)法跟日系強(qiáng)烈對(duì)抗的重要原因。

唉，那些大老板真不知是吃甚么長(zhǎng)大的，怎么說(shuō)他們才會(huì)聽(tīng)。老是想著殺價(jià)! 殺價(jià)只是競(jìng)爭(zhēng)手段之一，為什么不想想看從技術(shù)去提升競(jìng)爭(zhēng)力呢。

最后，因?yàn)楦兄禃?huì)越來(lái)越小，精準(zhǔn)度要求越來(lái)越高，貼片迭層高頻電感會(huì)取代貼片撓線式高頻電感。南海十一郎預(yù)測(cè)，5年到10年后，貼片薄膜高頻電感，也會(huì)取代貼片迭層高頻電感。研究和市場(chǎng)方向，要抓對(duì)啊。

6）磁棒電感

磁棒電感是空心電感的加強(qiáng)，電感值跟導(dǎo)磁率成正比，塞磁性材料進(jìn)空心線圈，電感值、Q值等都會(huì)大為增加。好處，就自己想象了。如果想不通，或者不想思考，要早點(diǎn)改行喔。磁棒電感是最簡(jiǎn)單、最基本的電感；30年到100年前，電感有什么應(yīng)用，它就有什么應(yīng)用，特性亦是如此。

7）SMD貼片功率電感

SMD貼片功率電感最主要是強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能能力，以及LOSS要少。

8）穿心磁珠

穿心磁珠，就是阻抗器啦，電感是低通組件，可讓低頻通過(guò)，阻擋高頻。

9）貼片磁珠

貼片磁珠就是穿心磁珠的下一代。

10）貼片高頻變壓器、插件高頻變壓器

高頻變壓器嘛，一般用于開(kāi)關(guān)電源。