第三章 电感器.doc

第二步  电子元件基础知识
  电感器

电感元件的分类
概述：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，简称电感。用L表示，单位有亨利(H)、毫亨利 (mH)、微亨利(uH)，1H=10^3mH=10^6uH。
 凡是能产生电感作用的原件统称为电感原件，常用的电感元件有固定电感器， 阻流圈，电视机永行线性线圈，行，帧振荡线圈，偏转线圈，录音机上的磁头，延迟线等。

   电感器是电子元件中比较常用的元件，通常用在高频电路和滤波电路及电压变换电路中，电感器分为二大类，一类是自感线圈，另一类是互感线圈

1 固定电感器 :一般采用带引线的软磁工字磁芯，电感可做在10-22000uh之间，Q值控制在40左右。

2 阻流圈：他是具有一定电感得线圈，其用途是为了防止某些频率的高频电流通过，如整流电路的滤波阻流圈，电视上的行阻流圈等。

3 行线性线圈：用于和偏转线圈串联，调节行线性。由工字磁芯线圈和恒磁块组成，一般彩电用直流电流1.5A电感116-194uh频率：2.52MHZ

4 行振荡线圈： 由骨架，线圈，调节杆，螺纹磁芯组成。一般电感为5mh调节量大于+-10mh.
电感线圈的品质因数和固有电容

空心线圈

可调磁芯电感

铁芯电感

色码电感

(1)电感量及精度

线圈电感量的大小，主要决定于线圈的直径、匝数及有无铁芯等。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0.1uH—100Ho

电感量的精度，即实际电感量与要求电感量间的误差，对它的要求视用途而定。对振荡线圈要求较高，为o．2-o．5％。对耦合线圈和高频扼流圈要求较低，允许10—15％。对于某些要求电感量精度很高的场合，一般只能在绕制后用仪器测试，通过调节靠近边沿的线匝间距离或线圈中的磁芯位置来实现o  

(2)线圈的品质因数

品质因数Q用来表示线圈损耗的大小，高频线圈通常为50—300。对调谐回路线圈的Q值要求较高，用高Q值的线圈与电容组成的谐振电路有更好的谐振特性；用低Q值线圈与电容组成的谐振电路，其谐振特性不明显。对耦合线圈，要求可低一些，对高频扼流圈和低频扼流圈，则无要求。Q值的大小，影响回路的选择性、效率、滤波特性以及频率的稳定性。一般均希望Q值大，但提高线圈的Q值并不是一件容易的事，因此应根据实际使用场合、对线圈Q值提出适当的要求。

线圈的品质因数为：
Q=ωL/R
式中：
ω——工作角频；
L——线圈的电感量；
R——线圈的总损耗电阻线圈的总损耗电阻，它是由直流电阻、高频电阻(由集肤效应和邻近效应引起)介质损
耗等所组成。"

为了提高线圈的品质因数Q，可以采用镀银铜线，以减小高频电阻；用多股的绝缘线代替具有同样总裁面的单股线，以减少集肤效应；采用介质损耗小的高频瓷为骨架，以减小介质损耗。采用磁芯虽增加了磁芯损耗，但可以大大减小线圈匝数，从而减小导线直流电阻，对提高线圈Q值有利。

(3)固有电容

线圈绕组的匝与匝之间存在着分布电容，多层绕组层与层之间，也都存在着分布电容。这些分布电容可以等效成一个与线圈并联的电容Co，如图示。

此主题相关图片如下：

这个电容的存在，使线圈的工作频率受到限制，Q值也下降。图示的等效电路，实际为一由L、R、和Co组成的并联谐振电路，其谐振频率称为线圈的固有频率。为了保证线圈有效电感量的稳定，使用电感线圈时，都使其工作频率远低于线圈的固有频率。为了减小线圈的固有电容，可以减少线圈骨架的直径，用细导线绕制线圈，或采用间绕法、蜂房式绕法。

此主题相关图片如下：

(4)线圈的稳定性

电感量相对于温度的稳定性，用电感的温度系数αL表示

此主题相关图片如下：

式中：L2和L1分别是温度为t2和t1时的电感量。

对于经过温度循环变化后，电感量不再能恢复到原来值的这种不可逆变化，用电感的不稳定系数表示

此主题相关图片如下：

式中：L和L1，分别为原来和温度循环变化后的电感量。

温度对电感量的影响，主要是因为导线受热膨胀，使线圈产生几何变形而引起的。减小这一影响的方法．可采用热法(绕制时将导线加热，冷却后导线收缩，以保证导线紧紧贴合在骨架上)温度增大时，线圈的固有电容和漏电损耗增加，也会降低线圈的稳定性。改进的方法是，将线圈用防潮物质浸渍或用环氧树脂密封，浸渍后由于浸渍材料的介电常数比空气大，其线匝间的分布电容增大。同时，还引入介质损耗，影响Q值。

(5)额定电流

主要是对高频扼流团和大功率的谐振线圈
电感器、变压器检测方法与经验
1、色码电感器的的检测
　　将万用表置于R×1挡，红、黑表笔各接色码电感器的任一引出端，此时指针应向右摆动。根据测出的电阻值大小，可具体分下述三种情况进行鉴别：
A、被测色码电感器电阻值为零，其内部有短路性故障。
B、被测色码电感器直流电阻值的大小与绕制电感器线圈所用的漆包线径、绕制圈数有直接关系，只要能测出电阻值，则可认为被测色码电感器是正常的。

2、中周变压器的检测
A、将万用表拨至R×1挡，按照中周变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况，进而判断其是否正常。
B、检测绝缘性能
　　将万用表置于R×10k挡，做如下几种状态测试：
　　(1)初级绕组与次级绕组之间的电阻值；
　　(2)初级绕组与外壳之间的电阻值；
　　(3)次级绕组与外壳之间的电阻值。

上述测试结果分出现三种情况：
　　(1)阻值为无穷大：正常；
　　(2)阻值为零：有短路性故障；
　　(3)阻值小于无穷大，但大于零：有漏电性故障。

3、电源变压器的检测

A、通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象。如线圈引线是否断裂，脱焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁心紧固螺杆是否有松动，硅钢片有无锈蚀，绕组线圈是否有外露等。
B、绝缘性测试。用万用表R×10k挡分别测量铁心与初级，初级与各次级、铁心与各次级、静电屏蔽层与衩次级、次级各绕组间的电阻值，万用表指针均应指在无穷大位置不动。否则，说明变压器绝缘性能不良。
C、线圈通断的检测。将万用表置于R×1挡，测试中，若某个绕组的电阻值为无穷大，则说明此绕组有断路性故障。
D、判别初、次级线圈。电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧引出的，并且初级绕组多标有220V字样，次级绕组则标出额定电压值，如15V、24V、35V等。再根据这些标记进行识别。
E、空载电流的检测。
(a)、直接测量法。将次级所有绕组全部开路，把万用表置于交流电流挡(500mA，串入初级绕组。当初级绕组的插头插入220V交流市电时，万用表所指示的便是空载电流值。此值不应大于变压器满载电流的10％～20％。一般常见电子设备电源变压器的正常空载电流应在100mA左右。如果超出太多，则说明变压器有短路性故障。
(b)、间接测量法。在变压器的初级绕组中串联一个10/5W的电阻，次级仍全部空载。把万用表拨至交流电压挡。加电后，用两表笔测出电阻R两端的电压降U，然后用欧姆定律算出空载电流I空，即I空=U/R。
F、空载电压的检测。将电源变压器的初级接220V市电，用万用表交流电压接依次测出各绕组的空载电压值(U21、U22、U23、U24)应符合要求值，允许误差范围一般为：高压绕组≤±10％，低压绕组≤±5％，带中心抽头的两组对称绕组的电压差应≤±2％。
G、一般小功率电源变压器允许温升为40℃～50℃，如果所用绝缘材料质量较好，允许温升还可提高。
H、检测判别各绕组的同名端。在使用电源变压器时，有时为了得到所需的次级电压，可将两个或多个次级绕组串联起来使用。采用串联法使用电源变压器时，参加串联的各绕组的同名端必须正确连接，不能搞错。否则，变压器不能正常工作。
I、电源变压器短路性故障的综合检测判别。电源变压器发生短路性故障后的主要症状是发热严重和次级绕组输出电压失常。通常，线圈内部匝间短路点越多，短路电流就越大，而变压器发热就越严重。检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流(测试方法前面已经介绍)。存在短路故障的变压器，其空载电流值将远大于满载电流的10％。当短路严重时，变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热，用手触摸铁心会有烫手的感觉。此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在。
大功率片状绕线型电感

大功率片状绕线型电感器主要用于DC/DC变换器中，用作储能元件或大电流LC滤波元件(降低噪声电压输出)。
它以方形或圆形工字型铁氧体为骨架，采用不同直径的漆包线绕制而成，如图所示：老式DC／DC变换器的工作频率仅几十kHz(如30—50kHz)，如今新型DC/DC变换器的频率高于200kHz，老式低频电感不适用了。在铁氧体底部沉积导电材料，经烧结后形成焊接的电极。

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大功率片状绕线型电感器型号不统一，尺寸也不相同，这里仅介绍一种圆形工字形铁氧体骨架构成的电感器，其尺寸、电感量范围及直流电阻范围如表所示：由表可以看出，同一尺寸的骨架可以采用不向直径漆包线来绕制、绕的匝数不同，故其电感量及直流电阻值是一个范围 电阻越小，线径越大尺寸也越大，这是个矛盾。

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标准的大功率电感量基数为1 2.2 3.3 4.7 5.6 6.8 8.2。常用的电感量范围为1——330uH。有时需要在试验中调整电感量，以获得最佳数值。

作为大功率片状电感器还有下列两个主要参数：最大电流及工作频率。

电感线圈的使用

(1)磁场辐射的影响

电感线圈装在线路板上有立式与卧式两种方式，要注意其磁场的辐射对邻近器件工作的影响。如卧式电感器的引线是从两端引出，装在线路板上多是横卧着，它的线圈都绕在棒形的磁芯上，它工作时，磁力线在周围散发，见图(a)。不仅有效导磁系数低，而且其磁场辐射会影响邻近部件的工作，特别在高频工作时影响更大。所图(b)示。

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电感线圈的磁场辐射
立式电感器无此缺点，其线圈都绕在“工”形或“王”形磁芯上，甚至绕在很薄的“工”形的磁芯上，工作时磁力线很少散发．有效导磁系数较高，磁场辐射小，对邻近部件影响小。同时占空系数小，分布电容也小。如图(b)
(2)工作频率与磁芯材料的关系

由于电感器的基体是铁氧体磁芯，其工作频率自然要受磁芯材料工作频率的限制，必须慎重选择。
有关术语及定义

1.初始磁导率μi
    初始磁导率是磁性材料的磁导率(B/H)在磁化曲线事始端的极限值，即
                          μi=1/μ0   lim:H→0   B/H
式中为μ0真空磁导率(4π×10^-7H/m)
    H为磁场强度(A/m)
    B磁通密度(T)
2.有效磁导率μe：
在闭合磁路中，如果漏磁可忽略，可以用有效磁导率来表征磁芯的性能。
          μe=L/μ0N2*Le/Ae
式中L为装有磁芯的线圈的电感量(H)
    N为线圈匝数
    Le为有效磁路长度(m)
    Ae为有效截面积(m^2)

3.饱和磁通密度Bs(T)：
磁化到饱和状态的磁通密度。见图1。

4.剩余磁通密度Br(T)
从饱和状态去除磁场后，剩余的磁通密度。见图1。
5.矫顽力He(A/m)
从饱和状态去除磁场后，磁芯继续被反向磁场磁化，直至磁通密度减为零，此时的磁场强称为矫顽力。见图1。

6.损耗因素tanδ
根据因数是磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三者之和
   tanδ=tanδh+tanδe+tanδr
式中tanδh为磁滞损耗因数
    tanδe为涡流损耗因数
    tanδr为剩余损耗因数

7.相对损耗因数tanδ/u
相对损耗因数是损耗因数与磁导率之比：
tanδ/ui（适用于材料）
tanδ/ue（适用于磁路中含有气隙的磁芯）

8.品质因数Q
品质因数为损耗因数的倒数：
Q=1/tanδ

9.温度因数αu(1/K)
温度系数为温度在T1和T2范围内变化时，每变化1K相应的磁导率的相对变化量：
αu=U2-U1/U1*1/T2-T1(T2>T1)
式中U1为温度为T1时的磁导率
    U2为温度为T2时的磁导率

10.相对温度系数αur(1/K)
温度系数和磁导率之比，即
αur=U2-U1/(U2)^2*1/T2-T1(T2>T1)

11.居里温度Tc(℃)
在该温度下材料由铁磁性（或亚铁磁性）转变顺磁性。见图2。

12.减落因数DF：
在恒温下，完全退磁的磁芯的磁导率随时间的衰减变化，即
DF=U1-U2/logT2-T1*1/(U1)^2(T2>T1)
式中U1为退磁后T1分钟的磁导率
     U2为退磁后T2分钟的磁导率
13.电阻率ρ(Ω/m)
具有单位截面积和单位长度的磁性材料的电阻。

14.密度d(kg/m3)
单位体积材料的重量，即
d=W/V
式中W为磁芯的重量 (kg)
V为磁芯的体积(m3)

15.功率损耗Pc(KW/m3、W/KG)
磁芯在高磁场密度下的单位体积损耗或单位重量损耗。该磁通密度可表示为
Bm=E/4.44fNAe
式中E为施加在线圈上的电压有效值(V)
Bm为磁通密度的峰值 （T）
f为频率(Hz)
N为线圈匝数
Ae为有效截面积(m2)
目前。功率损耗的常用测量方法包括乘积电压表法和波形记忆法。

16.电感因数AL(nH/N2)
电感因数定义为具有一定形状和尺寸的磁芯上每一匝线圈产生的电感量，即
AL=L/N^2
式中L为装有磁芯的线圈的电感量(H)
    N为线圈匝数。

第二步  电子元件基础知识
变压器 

  一.变压器的工作原理

变压器---利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件

1.变压器 ---- 静止的电磁装置

变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能
电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。

变压器原理图（图3.1.2）

与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组
与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组

设

一次绕组的       二次绕组的

电压相量 U1      电压相量 U2

电流相量 I1      电流相量 I2

电动势相量 E1    电动势相量 E2

匝数 N1            匝数 N2

同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为 φm ,该磁通量称为主磁通
请注意 图3.1.2 各物理量的参考方向确定。

2.理想变压器

不计一次、二次绕组的电阻和铁耗，
其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器
描述理想变压器的电动势平衡方程式为

e1(t) = -N1 d φ/dt

e2(t) = -N2 d φ/dt

若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正弦规律变化，
则有

不计铁心损失，根据能量守恒原理可得

由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值的关系

令 K=N1/N2，称为匝比（亦称电压比），则

二.
三.变压器的结构简介

1.铁心

铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm，

表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成

铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用

铁心结构的基本形式有心式和壳式两种
心式变压器结构示意图(图3.1.6)

2.绕组

绕组是变压器的电路部分，

它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成

第二步  电子元件基础知识
扬声器

扬声器俗称为喇叭，应该是大家熟悉不过的器件了，它是收音机、录音机、音响设备中的重要元件。常见的扬声器有动圈式、舌簧式、压电式等好几种，但最常用的是动圈式扬声器（又称电动式）。而动圈式扬声器又分为内磁式和外磁式，因为外磁式便宜，通常外磁式用得多。当音频电流通过音圈时，音圈产生随音频电流而变化的磁场，在永久磁铁的磁场中时而吸引时而排斥，带动纸盆振动发出声音。

扬声器在电路图中的符号很形象。音响用的扬声器大多要求大功率、高保真。为完美再现声响，扬声器又被分为专用的低音、中音、高音，以各司其职。低音扬声器的纸盆不再由单一的材料构成，出现了布边、尼龙边和橡皮边等扬声器，使纸盆更有弹性，低音更加丰富。号筒式扬声器、球顶高音扬声器使高音更加清晰。另外还有一种全频扬声器，它将高、低音扬声器做在了一起。

扬声器上一般都标有标称功率和标称阻抗值，例如0．25W8Ω。一般认为扬声器的口径大，标称功率也大。 在使用时，输入功率最好不要超过标称功率太多，以防损坏。万用表R1电阻档测试扬声器，若有咯咯声发出说明基本上能用。测出的电阻值是直流电阻值，比标称阻抗值要小，是正常现象。

   还有一种压电陶瓷片，也是一种发声元件 ，它利用压电效应工作，既可以作发声元件又可以作接收声音的元件。而且它很便宜，生日卡上的发声元件就是它。压电陶瓷片是在园形铜底板上涂覆了一层厚约1mm的压电陶瓷，再在陶瓷表面沉积一层涂银层，涂银层和铜底板就是它的两个电极。压电陶瓷有一个奇妙的特性－压电效应：如将它弯曲，它的表面就会出现异种电荷， 如反向弯曲，电荷的极性也会相反。奇妙的是如果在压电陶瓷片的两个电极上施加一定的电压，它就会发生弯曲，当电压方向改变时，弯曲的方向也随之改变。

利用压电效应，有了一种声－电，电声转换的两用器件，可以当话筒用：对压电陶瓷片讲话，使它受到声波的振动而发生前后弯曲，当然人的眼睛分辨不出这种弯曲，在压电陶瓷片的两电极就会有音频电压输出。相反地，把一定的音频电压加在压电陶瓷片的两极，由于音频电压的极性和大小不断变化，压电陶瓷片就会产生相应的弯曲运动，推动空气形成声音，这时候，它又成了喇叭。

压电陶瓷片作为一种电子元件，在新买来的时候，是不带引线的，需要自己焊接。一般采用多股软线，先剥头搪锡，焊接是要求速度快，焊点小，否则容易损坏压电陶瓷片娇嫩的镀银层。

还有一种在BP机、小闹钟里广泛应用的讯响器实质上也是电磁式的。

扬声器的参数

扬声器的参数是指采用专用的扬声器测试系统所测试出来的扬声器具体的各种性能参数值.其常用的参数主要包括:Z,Fo,η0,
SPL,Qts,Qms,Qes,Vas,Mms,Cms,Sd,BL,Xmax,Gap gauss.以下分别是这几种参数其物理意义.
1.1 Z:是指扬声器的电阻值,包括有:额定阻抗和直流阻抗.(单位:欧姆/ohm),通常指额定阻
抗.
扬声器的额定阻抗Z:即为阻抗曲线第一个极大值后面的最小阻抗模值,即图1中点B所对应的阻抗值.它是计算扬声器电功率的基准.
直流阻抗DCR:是指在音圈线圈静止的情况下,通以直流信号,而测试出的阻抗值.
我们通常所说的4欧或者8欧是指额定阻抗.
1.2 Fo(最低共振频率)是指扬声器阻抗曲线第一个极大值对应的频率.
单位:赫兹(Hz).
扬声器的阻抗曲线图是扬声器在正常工作条件下,用恒流法或恒压法测得的扬声器阻抗模值随频率变化的曲线.
1.3 η0(扬声器的效率):是指扬声器输出声功率与输入电功率的比率.
1.4 SPL(声压级):是指喇叭在通以额定阻抗1W的电功率的电压时,在参考轴上与喇叭相
距1m的点上产生的声压.单位:分贝(dB).
1.5 Qts :扬声器的总品质因数值.
1.6 Qms:扬声器的机械品质因数值.
1.7 Qes:扬声器的电品质因数值.
1.8 Vas(喇叭的有效容积):是指密闭在刚性容器中空气的声顺与扬声器单元的声顺相等时
的容积.单位:升(L).
1.9 Mms(振动质量):是指扬声器在运动过程中参与振动各部件的质量总和,包括鼓纸部分
,音圈,弹波以及参与振动的空气质量等.单位:克(gram).
1.10 Cms(力顺):是指扬声器振动系统的支撑部件的柔顺度.其值越大,扬声器的整个振动系
统越软.单位:毫米/牛顿(mm/N).
1.11 Sd(振动面积):是指在扬声器的振动过程中,鼓纸/振膜的有效振动面积.单位:平方米
(m2).
1.12 BL(磁力):间隙磁感应强度与有效音圈线长的乘积.单位:(T*M).
1.13 Xmax:音圈在振动过程中运动的线性行程.单位:毫米(mm).
1.14 Gap Gauss:间隙磁感应强度值.单位:特斯拉(Tesla).