一文彻底搞清楚电感元件

一文彻底搞清楚电感元件

电感元件是一种能够将电能转化为磁能并储存起来的电子元件。它主要由线圈构成，当电流通过线圈时，会在其周围产生磁场。根据电磁感应定律，变化的电流会产生变化的磁场，而这个变化的磁场又会在线圈自身中产生感应电动势，这种感应电动势会阻碍电流的变化。简单来说，电感就像是一个电流的 “惯性元件”，它试图阻止电流的突然变化。

电感（Inductor）通常用字母“L”表示，其单位是亨利，简称亨，符号是H。常用的电感单位有亨（H）、毫亨（mH）、微法（μH），换算关系是：1H=1000mH；1mH=1000uH。

实际的电子产品应用中，根据电感“通直流，隔交流”的特性，在电路中所起的作用主要是滤波，扼流，谐振，储能。

电感分类

电感元件根据安装的方式，可以分为贴片电感和插件电感。

电感元件的主要参数

1. 电感值（L）：这是电感最重要的参数，它表示电感储存磁能的能力。电感的单位是亨利（H），但在实际应用中，常用毫亨（mH）和微亨（μH）等单位。1H = 10³mH = 10⁶μH。电感值的大小取决于线圈的匝数、线圈的直径、线圈的长度以及磁芯的磁导率等因素。一般来说，线圈匝数越多、线圈直径越大、磁芯的磁导率越高，电感值就越大。

2. 额定电流（I）：这是指电感能够承受的最大电流。当通过电感的电流超过额定电流时，可能会导致电感线圈发热，甚至损坏。这是因为电流通过线圈会产生焦耳热，当热量过高时就会对电感造成损害。

3. 品质因数（Q）：品质因数是衡量电感性能的一个重要参数，它反映了电感在交流电路中的损耗情况。

品质因数（其中是角频率，L 是电感值，R 是电感的等效电阻）。Q 值越高，电感在交流电路中的损耗越小，能量存储和传输的效率越高。例如，在高频谐振电路中，需要使用高 Q 值的电感来提高电路的性能。

电感读取方法

直接标记法

许多电感组件上会直接标记电感值。例如，有的电感表面会印有“100μH”字样，这就表示电感值是100微亨。对于小功率的电感，这种标记方法简单直接，很容易读取电感值。标记的单位可能是亨利（H）、毫亨（mH）或微亨（μH）等常见电感单位。不过，要注意有些标记可能会使用科学计数法的形式，比如“102”，这代表10×10²μH = 1000μH = 1mH。其中，前两位数字是有效数字，最后一位数字代表10的幂次，单位是微亨。

色环标记法（类似于电阻的色环标记）

• 四环电感：四环电感的读取方法和四环电阻有相似之处。第一环和第二环是有效数字，第三环是10的幂次（单位为微亨），第四环是误差范围。例如，有一个四环电感，颜色依次为棕、黑、红、金。棕色代表数字1，黑色代表数字0，红色代表10²，所以电感值为10×10²μH = 1000μH = 1mH，金色代表误差为±5%。

• 五环电感：五环电感的精度通常更高。第一环、第二环和第三环是有效数字，第四环是10的幂次（单位为微亨），第五环是误差范围。例如，一个五环电感颜色为红、紫、绿、棕、银。红色代表2，紫色代表7，绿色代表5，棕色代表10¹，所以电感值为275×10¹μH = 2750μH，银色代表误差为±10%。

使用仪器测量

1. 电感测量仪：这是最准确的测量电感的方法。将电感的两端连接到电感测量仪的测试端口，开启测量仪后，就可以直接读取电感值。

电感测量仪的测量精度较高，并且可以测量各种不同类型和大小的电感。在实际的电子电路设计和维修中，当无法通过标记确定电感值或者需要精确测量电感值时，就会使用电感测量仪。

2. 数字万用表（部分带有电感测量功能）：一些高级的数字万用表具备电感测量功能。使用时，将万用表置于电感测量档位，然后把电感的两端连接到万用表的测试表笔上，就可以读取电感值。

不过，这种方法的测量精度可能不如专业的电感测量仪，而且不是所有的数字万用表都有电感测量功能。

标识读取法

• 文字符号法：由数字和文字符号组成，按照一定规律把电感的标称值和偏差值标示在电感上。常用于小功率电感，单位一般是纳亨（nH）或皮亨（pH），分别用“R”和“n”表示小数点。如“1R5”表示电感量为1.5μH。

• 数码表示法：用三位数字来表示电感量，从左数起，前两位是有效数字，最后一位表示有效数字后面加“0”的个数，单位是微亨（μH）。如标示为“100”的电感量为10μH。

计算法

1. 公式计算法：对于一些结构简单、参数明确的电感线圈，可以通过公式计算其电感值。例如，简单的单层线圈电感值的近似计算公式为$L=\frac{\mu_0N^2A}{l}$，其中$\mu_0$是真空磁导率，$N$是线圈匝数，$A$是线圈的横截面积，$l$是线圈的长度。

2. 利用已知条件计算：若已知电感两端的电压$V$和通过它的电流$i$的变化率$\frac{di}{dt}$，可根据公式$V = L \times \frac{di}{dt}$计算电感值$L$。

测量法

1. 比较法：通过比较被测电感与已知电感的谐振频率差异来确定电感值。该方法需要精确的频率测量设备和已知电感值的标准电感。

2. 谐振法：利用电感与电容组合形成谐振回路，通过测量谐振频率来计算电感值，适用于测量高频电感，但需要精确的频率测量和计算。

3. 交流电桥法：使用交流电桥测量电感，通过调整电桥平衡来确定电感值，适用于测量低频电感，但需要精确的电桥和测量条件。

4. Q值法：测量电感的Q值（品质因数），通过公式计算电感值，需要测量电感的谐振频率和带宽。

电感元件的应用场景

1. 工业设备及电源系统：在工业自动化设备、大功率电源供应器等领域，插件电感常用于电源滤波、能量转换等。例如，在工业电机驱动器的电源电路中，插件电感可以过滤掉电源中的纹波，为电机提供稳定的电源，同时在电路中进行能量的存储和释放，确保电机的正常运转。

2. 传统电子设备：在一些对体积和空间要求不高的传统电子设备，如老式收音机、电视机等，插件电感也有广泛的应用。例如，在老式收音机的音频放大电路和电源电路中，插件电感用于滤波和耦合，帮助提高音频信号的质量和稳定电源。