基礎(chǔ)電子學(xué)系列19 – 電感器的特性

在上一篇文章中，我們討論了電感器的基本原理和工作原理。我們還了解了一些常見類型的電感器，如螺線管線圈、環(huán)形線圈、罐形磁芯和傳輸線電感器。根據(jù)結(jié)構(gòu)，電感器有多種其他類型。在為給定電路選擇電感器時(shí)，重要的是要了解它們的各種規(guī)格和非理想特性。

這些電氣規(guī)格在所有類型的電感器中仍然通用。不同類型的電感器只是特定于應(yīng)用或電路的結(jié)構(gòu)。與電容器或電阻器不同，為給定應(yīng)用選擇一種類型的電感器相對(duì)容易。不同類型的電容器和電阻器的應(yīng)用領(lǐng)域有些重疊。正如在之前的文章中所討論的，有幾個(gè)因素決定了他們的選擇。

不同的電氣規(guī)格有助于確定電感器在給定電路或應(yīng)用中的作用和效率，而不是選擇類型或特定電感器。與電感器相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)規(guī)格如下：

標(biāo)稱電感——需要考慮的第一個(gè)規(guī)格是電感器的標(biāo)稱電感——或電感器在特定頻率和電壓下應(yīng)提供的電感值。標(biāo)稱電感一般用微亨、毫亨或亨利表示。通常，在使用 IC 或模擬電路時(shí)，工程師會(huì)在數(shù)據(jù)表中獲得所需電感值；或者他們需要根據(jù)應(yīng)用或電路推導(dǎo)出所需電感的值。例如，工程師可能需要導(dǎo)出濾波器電路所需電感的值。電感器的電感取決于用作磁芯的材料、磁芯的形狀、線圈的匝數(shù)、電感器的形狀和尺寸。

公差——電感像電容一樣是一種動(dòng)態(tài)特性。它可以隨信號(hào)頻率、溫度和電流而變化。因此，考慮電感器的電感容差始終很重要。公差是在所有可能的測(cè)試條件下電感值的最大變化。理想情況下，電感在任何條件下的變化都不應(yīng)超出指定的公差，否則可能會(huì)因不當(dāng)使用或應(yīng)用而損壞。電感器可以有 +/-1%、+/-2%、+/-3%、+/-5%、+/-10%、+/-15% 或 +/-20% 的公差。公差由以下字母表示：

飽和電流——如前所述，使用鐵磁芯的電感器在超過(guò)臨界電流水平時(shí)表現(xiàn)出電感下降。該電流水平表示為飽和電流. 在使用鐵氧體磁芯設(shè)計(jì)的電感器中，電感下降最多可達(dá) 10%，而在使用通電鐵芯設(shè)計(jì)的電感器中，電感下降最多可達(dá) 20%。這種電感下降是磁芯材料限制存儲(chǔ)特定最大磁通量的結(jié)果。電感器的載流能力取決于線圈的厚度，任何線圈都可能允許超過(guò)飽和水平的電流。超過(guò)飽和電流的大電流會(huì)損壞或破壞電感器的磁芯，因此必須注意電感器的飽和電流額定值。所選電感器的飽和電流應(yīng)至少為該電感器可能暴露在電路中的最大電流的 1.5 倍。選擇飽和電流水平時(shí)，務(wù)必要考慮任何脈動(dòng)電流，

居里溫度——當(dāng)電流增加到超過(guò)飽和水平時(shí)，電感器的核心會(huì)變熱。它可能會(huì)損壞或破裂，當(dāng)它變得足夠熱時(shí)會(huì)導(dǎo)致其磁性喪失。電感器失去磁性的磁芯溫度稱為居里溫度。一旦電感器失去其磁性，它就只剩下一根連接線了。首先，保持電流水平低于飽和電流非常重要，這樣電感器就不會(huì)加熱到其居里溫度。

環(huán)境溫度范圍——這是電感器可以在不損壞的情況下工作的環(huán)境溫度范圍。

工作溫度范圍——這是電感器在不失去其磁性或損壞自身的情況下可以承受的溫度范圍。通常，工作溫度范圍內(nèi)的溫度上限為居里溫度。工作溫度范圍總是比環(huán)境溫度范圍寬，因?yàn)楫?dāng)電流流過(guò)電感器時(shí)，它應(yīng)該比環(huán)境溫度升溫。

飽和磁通密度 (B Sat ) – 這是電感器磁芯的最大磁通密度。此屬性對(duì)于確定電感器隨時(shí)可以存儲(chǔ)的最大磁能很重要。

最大直流電流——這是可以通過(guò)電感器而不會(huì)造成任何損壞的最大直流電流水平。它基于電感器在最高環(huán)境溫度下可以承受的最高溫度（居里溫度）。對(duì)于低頻信號(hào)，它直接與信號(hào)的最大 RMS 電流相比較。對(duì)于高頻信號(hào)，飽和電流是更好的基準(zhǔn)。

增量電流——與初始零直流偏壓時(shí)的電感相比，通過(guò)電感器的直流電流導(dǎo)致電感下降 5%，稱為增量電流。超過(guò)這個(gè)直流偏置電流水平，電感開始顯著下降。電感下降的速率取決于磁芯的鐵磁材料以及電感器磁芯的形狀。對(duì)于鐵粉芯，電感的下降保持線性，而對(duì)于鐵氧體磁芯，它以非線性速率下降。

最大直流電阻——這是電感器線圈提供直流電流的最大電阻或電感器的無(wú)用電阻。在設(shè)計(jì)電感器時(shí)，應(yīng)盡量減小最大直流電阻。在給定電路中確定電感器的能效時(shí)，始終需要考慮此屬性。

品質(zhì)因數(shù) (Q Factor) – 品質(zhì)因數(shù) (Q) 表示電感器的運(yùn)行損耗。它被定義為感抗與有效電阻之比。感抗和有效電阻都是信號(hào)頻率的函數(shù)。這就是為什么對(duì)于給定的測(cè)試頻率，品質(zhì)因數(shù)總是在數(shù)據(jù)表中指明。品質(zhì)因數(shù)越高，電感越節(jié)能。

自諧振頻率 (SFR) – 由于電感線圈中的導(dǎo)線匝數(shù)，電感中始終存在一些分布電容。該分布電容也是頻率的函數(shù)。在一定頻率下，電感器的電容和電感變得相等，并且相互抵消。這稱為自諧振頻率 (SFR)。在此頻率下，電感器不會(huì)表現(xiàn)出任何電感效應(yīng)；相反，它表現(xiàn)得像高阻抗純電阻。在 SFR，電感器的品質(zhì)因數(shù)降至零。分布電容被建模為與電感器的純電感并聯(lián)的電容。在自諧振頻率之外，電感線圈引起的電容電抗支配著電感器的電感電抗。

電感溫度系數(shù)– 電感溫度系數(shù)表示每單位攝氏度電感的電感變化率。它以每攝氏度的“百萬(wàn)分率”變化 (PPM/°C) 表示。溫度系數(shù)通常為正，直到電感器在飽和電流下變得足夠熱。超過(guò)飽和電流的溫度，溫度系數(shù)變?yōu)樨?fù)值。鐵粉磁芯的溫度系數(shù)保持線性，而鐵氧體磁芯通常是非線性的并且變化很大。在電感數(shù)據(jù)表中，電感的變化是相對(duì)于電流而不是溫度表示的，因?yàn)榕c電感溫度相比，電流很容易測(cè)量。所以，

電阻溫度系數(shù)——與電感一樣，電感器的直流電阻也隨溫度變化。但是，在電感器損壞之前，此直流電阻永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)電感器指定的最大直流電阻。電阻溫度系數(shù)表示電感直流電阻的變化率。它以 PPM/°C 表示。由于任何導(dǎo)線始終具有正溫度系數(shù)，因此電阻溫度系數(shù)也始終為正。

電磁干擾——電感的電磁干擾是指電感輻射出的磁場(chǎng)。這會(huì)與附近的其他電感器產(chǎn)生加性或減性互感，或者可能對(duì)電路的其他磁敏元件造成不必要的干擾。當(dāng)電路中需要一些互感時(shí)，電磁干擾會(huì)很有用。否則，在大多數(shù)情況下，它是不需要的，可能會(huì)影響給定設(shè)計(jì)和電路 PCB 布局的電感器選擇。

阻抗——阻抗是電感器對(duì)交流電的有效電阻。它是直流電阻和電感器的電抗（感抗和分布容抗）的組合。一般在電感的數(shù)據(jù)表中用典型的阻抗特性圖表示。該圖繪制在電感器的阻抗和信號(hào)頻率之間。

活動(dòng) 10
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在下一篇文章中，我們將討論不同類型的電感器。