2.4　电感器和变压器

电感器的实物图及图形符号如图2-25所示。

电感器又称电感线圈，是用漆包线在绝缘骨架上绕制而成的一种能存储磁场能的电子元器件，它在电路中具有阻交流、通直流，阻高频、通低频的特性，被广泛地应用在如滤波电路、调谐放大电路和振荡电路中，电感器用符号L表示。电感量的基本单位为亨[利]（H）。在实际应用中亨利太大了，常用的单位还有毫亨（mH），微亨（μH）。它们之间的换算关系为：

1H=103mH=106μH

2.4.1　电感线圈的命名和种类

1.电感线圈的型号命名

国产电感器的型号由下列4部分组成：

第一部分：主称，用字母表示（L为线圈、ZL为阻流圈）。

第二部分：特征，用字母表示（G为高频）。

第三部分：型式，用字母表示（X为小型）。

第四部分：区别代号，用字母A、B、C、……表示。

2.电感器的种类

电感器按工作特征分成电感量固定的和电感量可调的两种类型；按磁导体性质分成空芯电感器、磁芯电感器和铜芯电感器；按绕制方式及其结构分成单层、多层、蜂房式、有骨架式或无骨架式电感器。下面介绍常用的几种电感器。

（1）小型固定电感器。小型固定电感器从结构上分为卧式（LG1、LGX型）和立式（LG2、LG4型）两种，其外形如图2-26所示。它具有体积小、质量小、结构牢固（耐振动、耐冲击）、防潮性能好、安装方便等优点，常用在滤波、扼流、延迟、陷波等电路中。

（2）平面电感。主要采用真空蒸发、光刻电镀及塑料封装等工艺，在陶瓷或微晶玻璃片上沉积金属导线或线圈绕成平面状制成电感器。平面电感器的稳定性、精度和可靠性都比较好，适用于频率范围为几十兆赫到几百兆赫的高频电路中。

（3）中周线圈。中周线圈由磁芯、磁罩、塑料骨架和金属屏蔽壳组成，线圈绕制在塑料骨架上或直接绕制在磁芯上，骨架的插脚可以焊接到印制电路板上。常用的中周线圈外形结构如图2-27所示。调节磁帽和磁芯之间的间隙大小，就可以改变线圈的电感量。

（4）铁氧体磁芯线圈。铁氧体铁磁材料具有较高的磁导率，常用来作为电感线圈的磁芯，制造体积小而电感量大的电感器。用罐形铁氧体磁芯制作的电感器，因其具有闭合磁路，使有效磁导率和电感系数很高。如果在中心磁柱上开出适当的气隙，不但可以改变电感系数，而且能够提高电感器的品质因数（Q值）、减小电感温度系数。图2-28所示为罐形铁氧体磁芯线圈的结构，这种线圈广泛应用于LC滤波器、谐振回路和匹配回路。常见的铁氧体还有I形磁芯、E形磁芯和磁环。I形磁芯俗称磁棒，常用作无线电接收设备的天线磁芯，E形磁芯常用于小信号高频振荡电路的电感线圈。

2.4.2　电感器的主要参数及主要标识方法

1.电感器的主要参数

（1）电感量。电感量的大小跟电感线圈的匝数、截面积及内部有无铁芯或磁芯有很大的关系。线圈匝数越多，绕制的线圈越密集，则电感量越大；线圈内部有磁芯的磁导率比无磁芯的大，磁导率越大电感量越大。

（2）品质因数（Q值）。品质因数是表示线圈质量的一个参数。它是指线圈在某一频率的交流电压下工作时，线圈所呈现的感抗和线圈的直流电阻的比值，反映了线圈损耗的大小。

（3）分布电容。电感器的分布电容是指线圈的圈与圈之间的电容、线圈与地之间及线圈与屏蔽盒之间的电容，这些电容称为分布电容。分布电容的存在，影响了线圈在高频工作时的性能。实际制造时利用特殊绕制方式或者减小线圈骨架直径等方法，可适当减小分布电容。

（4）标称电流值。当电感器正常工作时，允许通过的最大电流称为电感器的标称电流值，也叫额定电流。在实际应用时通过电感器的电流值不能超过标称电流值，以免使电感器发热而改变原有的参数甚至烧毁。

2.电感器的标注方法

电感器的电感量标注方法有直标法、文字符号法、色标法及数码标注法。

（1）直标法。将电感器的标称电感量用数字和文字符号直接标在电感器外壳上，其单位为μH和mH。电感量单位后面用一个英文字母表示其允许误差，各字母所代表的允许误差范围：J（±5％）、K（±10％）、M（±20％）。例如：560μHK表示标称电感量为560μH，允许误差为±10％。

（2）文字符号法。文字符号法是将电感器的标称值和允许偏差值用数字和文字符号按一定的规律组合标注在电感体上。采用这种标注方法的通常是一些小功率电感器，其单位通常为nH或μH，用N或R代表小数点。例如：4N7表示电感量为4.7nH，4R7表示电感量为4.7μH；47N表示电感量为47nH，6R8表示电感量为6.8μH。

（3）色点标识法。用色点表示电感量，与电阻器的色环标注法相似，但顺序相反，单位是μH，如图2-29所示。

（4）色标法。如图2-30所示，色标法是指在电感器表面涂上不同的色环来代表电感量（与电阻器类似），通常用四色环表示，紧靠电感体一端的色环为第一色环，露着电感体本色较多的另一端为末环。其第一色环为十位数，第二色环为个位数，第三色环为应乘的倍数（单位为μH），第四色环为允许误差，各种颜色所代表的数值见表2-1。例如：色环颜色分别为棕、黑、金，金的电感器的电感量为1μH，允许误差±5％。

2.4.3　电感器的检测和筛选

1.从电感器外观查看

外观是否有破裂现象，线圈是否有松动、变位的现象；引脚是否牢靠。查看电感器的外观是否有电感量的标称值。还可进一步检查磁芯旋转是否灵活，有无滑扣等。

2.用万用表检测通断情况

电感器的绕组通断、绝缘等状况可用万用表的电阻挡进行检测。

（1）在线检测。将万用表置R×1Ω挡或R×10Ω挡，用两表笔接触在线圈的两端，指针应指示导通，否则线圈断路；该方法适合粗略、快速测量线圈是否烧坏。

（2）非在线检测。将电感器件从电路板上焊开一脚，或直接取下，把万用表置R×1Ω挡并准确调零，测线圈两端的阻值，如线圈用线较多或匝数较多，指针应有较明显摆动，一般在几欧至十几欧之间；如阻值明显偏小，可判断匝间短路。不过有许多线圈线径较粗，电阻值为欧姆级甚至小于1Ω，这时用指针式万用表的R×1挡来测量就不易读数，可改用数字万用表的欧姆挡进行测量。

3.电感器的选用

（1）按电路要求的电感量L和品质因数Q，选用允许范围的L和Q的电感器。

（2）使用电感线圈时应注意保持原线圈和电感量，勿随意改变线圈形状、大小和线圈间距离。

（3）线圈的安装位置，需进行合理布局，比如两线圈同时使用时如何避免相互耦合的影响。

（4）在选用线圈时必须考虑机械结构是否牢固，不应使线圈松脱、引线接点活动等。

2.4.4　色码电感器的串、并联使用

色码电感器损坏后，一般是无法修复的，只能更换新的。换新色码电感器时，如果一时找不到所需电感量的色码电感器，可采用串联或并联色码电感器的方法加以解决。

1.色码电感器的串联

电感器串联后总电感量增加，L串等于各个被串联电感器电感量之和，即

L串=L1+L2+L3+…

例如，需要一只3.5μH的色码电感器则可将两个1μH和一个1.5μH的色码电感器串联起来代替。

2.色码电感器的并联

电感器并联后的总电感量减小，其总电感量

例如，需要一只5μH的电感器，就可用两只10μH的电感器并联代替。

2.4.5　电源变压器

1.电源变压器的种类和结构

电源变压器是根据互感原理制成的一种常用电子器件。其作用是把220V交流电变换成适合需要的高低不同的交流电压供有关仪器设备使用。电子设备中的电源变压器通常为小功率变压器，功率为几十至几百伏·安（V·A）。电源变压器的种类很多，图2-31所示为几种常见的电源变压器的外形和图形符号。电源变压器的文字符号是T。

电源变压器主要由铁芯、线圈（绕组）、线圈骨架、静电屏蔽层以及固定支架等构成，如图2-32所示。铁芯是电源变压器的基本构件，大多采用硅钢材料制成，根据制作工艺不同，硅钢材料分为冷轧硅钢板和热轧硅钢板两类。用冷轧硅钢板制作的变压器效率要高于用热轧硅钢板制作的变压器。常见的铁芯有“E”形、“斜E”形、“口”形和“C”形等。“口”形铁芯适用于制作较大功率的变压器；“C”形铁芯采用新材料制成，具有体积小、质量小、效率高等优点，制作工艺要求高；“E”形铁芯是使用最多的一种铁芯，自制变压器一般多采用此种铁芯。

电源变压器的线圈又称绕组，通常由一个一次绕组和几个二次绕组组成。工作时，一次绕组与电源相接，二次绕组与负载相接。绕组均绕在绝缘骨架上，在一、二次绕组间是衬垫耐压强度较高的绝缘层。线圈排列顺序通常是一次绕组在里面，二次绕组在外面。若二次侧有几个绕组，一般将电压较高的绕组绕在里面，然后绕制低压绕组。为了散热，线圈和窗口之间应留有1～3mm的空隙。线圈的引线最好用多股绝缘软线，并用各种颜色予以区别。

2.变压器的主要参数

变压器的主要参数包括额定功率、变压比、效率、温升、绝缘电阻和抗电强度以及空载电流、信号传输参数等。

（1）额定功率是指在规定的电压和频率下，变压器能够长期连续工作而不超过规定温升的输出功率（单位：V·A、kV·A或W、kW）。一般电子产品中的变压器，额定功率都在数百瓦以下。

（2）电压比是指变压器二次电压与一次电压的比值或二次绕组匝数与一次绕组匝数的比值，通常在变压器外壳上直接标出电压变化的数值，例如220V/12V。变阻比是变压比的另一种表达形式，可以用来表示一次侧和二次测的阻抗变换关系，例如用4？1表示初级、次级的阻抗比值。

（3）效率是指输出功率与输入功率的比值，一般用百分数表示。变压器的效率由设计参数、材料、制造工艺及额定功率决定。通常20W以下的变压器的效率是70％～80％，而100W以上的变压器的效率可达到95％左右。

（4）温升是指线圈的温度，指当变压器通电工作以后，线圈温度上升到稳定值时，比环境温度升高的数值。温升高的变压器，导线和绝缘材料容易老化。

（5）绝缘电阻和抗电强度是指线圈之间、线圈与铁芯之间以及引线之间，在规定的时间内（例如1min）可以承受的试验电压。它是判断电源变压器能否安全工作特别重要的参数。不同的工作电压、不同的使用条件和要求，对变压器的绝缘电阻和抗电强度有不同的要求。一般要求小型电源变压器的绝缘电阻≥500MΩ，电抗强度≥2000V。

（6）空载电流是指变压器一次绕组加额定电压而二次绕组空载，这时一次绕组的电流叫作空载电流。空载电流的大小，反映变压器的设计、材料和加工质量。空载电流大的变压器自身损耗大，输出效率低。一般空载电流不超过变压器额定电流的10％；设计和制作优良的变压器，空载电流可小于额定电流的5％。

（7）信号传输参数是指用于阻抗变换的音频、高频变压器，还要考虑电感、频带宽度和非线性失真等参数。

3.变压器的检查与简单测试

无论是从市场上购买的电源变压器还是自行绕制的电源变压器或者经过修理的旧电源变压器，为了保证各项性能满足指标要求，都需要进行检查测试。

（1）外观检查。主要通过仔细观察电源变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象，如线圈引线是否有断裂、脱焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁芯紧固螺杆是否有松动，硅钢片有无锈蚀，线圈是否有外露，表面是否破损等。

（2）直流电阻的测量。变压器的直流电阻通常很小，用万用表的R×1Ω挡，测变压器的一、二次线圈（绕组）的电阻值，可判断线圈（绕组）有无断路或短路现象。一般一次绕组电阻值为几十欧至几百欧，电源变压器功率越小（通常相对体积也越小）则其电阻越大；二次绕组电阻值一般为几欧至几十欧，电压较高的二次绕组其电阻值也大一些。测量中，若某个绕组的电阻值为无穷大，说明此绕组有断路性故障。判断线圈内部有无局部短路，可在变压器一次侧线圈内串联一个灯泡，其电压及瓦特数应根据电源电压和变压器功率大小来确定，变压器功率在100W以下的可用25～40W灯泡，接通电源，二次侧开路，若灯泡微红或不亮，则说明变压器无短路，若很亮则说明内部有短路现象。

（3）绝缘性能测试。变压器各绕组之间和绕铁芯之间的绝缘电阻，可用万用表R×10k挡分别测量铁芯与一次、一次与各二次、铁芯与各二次、静电屏蔽层与一、二次，以及二次各绕组间的电阻值，万用表指针均应指在无穷大位置不动。否则，说明电源变压器绝缘性能不良。绝缘性能不良的电源变压器，轻者会影响电路的正常工作，重者将导致电源变压器烧毁或使电路中元器件损坏。通常各绕组（包括静电屏蔽层）间、各绕组与铁芯间的绝缘电阻只要有一处低于10MΩ，就说明电源变压器绝缘性能不良。当测得的绝缘电阻小于几百欧到几千欧时，表明已经出现绕组间短路或铁芯与绕组间短路的故障。

（4）判别一、二次绕组。电源变压器一次引线和二次引线一般都是分别从两侧引出的，并且一次绕组多标有220V字样，二次绕组则标出额定电压值，如15V、24V、35V等，可根据这些标记进行识别。但有的电源变压器没有任何标记或者标记符号已经模糊不清，这便需要将一、二次绕组正确区分开。通常，电源变压器一次绕组所用漆包线的线径是比较细的且匝数较多，而二次绕组所用线径比较粗，且匝数较少。所以，一次绕组的直流电阻要比二次绕组的直流电阻大得多。根据这一点，可通过万用表电阻挡测量电源变压器各绕组的电阻值的大小来识别一、二次绕组引线。

（5）检测变压器空载电流和空载电压。空载电流检测方法如图2-33所示。将变压器二次侧所有绕组全部开路，把万用表置于交流电流挡（500mA），串入一次绕组。当一次绕组接入220V交流电时，万用表指示的便是空载电流值。此值不应大于电源变压器满载电流的10％～20％。一般常见电子设备的电源变压器的正常空载电流应在100mA左右。如果超出太多，则说明电源变压器有短路性故障。

空载电压测试方法如图2-34所示。将电源变压器一次侧接入220V交流电，用万用表交流电压挡依次测出二次各绕组的空载电压值（U21、U22、U23）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％。

（6）检测温升。对于小功率电源变压器，让变压器在额定输出电流下工作一段时间，然后切断电源，用手摸变压器的外壳，若感觉温热，则表明变压器温升符合要求；若感觉非常烫手，则表明变压器温升指标不符合要求。普通小功率变压器允许温升是40～50℃。

（7）检测判别变压器各绕组的同名端。在使用电源变压器时，有时为了得到所需的二次电压，可将两个或多个二次绕组串联起来使用。采用串联方法使用电源变压器时，所串联的各绕组的同名端必须正确连接，不能搞错。否则，电源变压器将不能正常工作。下面介绍两种检测判别电源变压器各绕组同名端的实用方法。

第一种方法：

测试电路如图2-35所示。这里仅以测试二次绕组A为例加以叙述。在图2-35中，E为1.5V干电池，经测试开关S与变压器T的一次绕组相接。将万用表置于直流2.5V挡（或直流0.5mA挡）。假定干电池E正极接变压器一次绕组a端，负极接b端，万用表的红表笔接c端，黑表笔接d端。当开关S接通的瞬间，变压器一次绕组的电流变化，将引起铁芯的磁通量发生变化。根据电磁感应原理，二次线圈将产生感应电压。此感应电压使接在二次绕组两端的万用表的指针迅速摆动后又返回“0”位。因此，观察万用表指针的摆动方向，就能判别变压器各绕组的同名端：若万用表指针向右摆，说明a与c为同名端，b与d也是同名端；反之，若万用表指针向左摆，则说明a与d是同名端，而b与c也是同名端。用此法可依次将其他各绕组的同名端准确地判别出来。检测判别时需注意以下几点：

①在测试各二次绕组的整个操作过程中，干电池E的正、负极与一次绕组的连接应始终保持同一种接法，即不能在测二次绕组A时将一次绕组的a端接干电池E的正极，b端接干电池E的负极，而测二次绕组B时，又将一次的a端接干电池E的负极，b端接干电池E的正极。正确的操作方法是，无论测哪一次绕组，一次绕组和干电池E的接法都不变。否则，将会产生误判。

②若待测的变压器为升压变压器（即二次电压高于一次电压），则通常把干电池E接在二次绕组上，而把万用表接在一次绕组上进行检测。

③接通电源的瞬间，万用表指针要向某一方向偏转，但断开电源时，由于自感作用，指针要向相反的方向倒转，如果接通和断开电源的间隔时间太短，很可能只观察到断开时指针的偏转方向，这样会将测量结果搞错。所以，接通电源后要间隔几秒再断开，或者多测几次，以保证测量结果的准确可靠。

第二种方法：

如图2-36所示，用一个收音机扬声器，将其磁铁吸在变压器铁芯上部。将万用表置于直流0.5mA挡，两表笔接待测绕组两端。然后快速将扬声器移开变压器，此时，万用表指针必然要向某一方向偏转（向左或向右）。假设万用表指针是向右偏转，此时将黑表笔所接绕组的一端作个标记。用同样方法逐个去测试其他各绕组，记下万用表指针向右摆动时黑表笔所接绕组的引线。由此即可判明，相同颜色表笔所接各绕组的引线便是同名端。测试时应注意以下几点：

①当扬声器磁铁与变压器铁芯吸合的瞬间，万用表指针也会向某个方向偏转。为了不造成误判，应在扬声器磁铁吸在变压器铁芯上几秒以后再作移开的动作，且动作要迅速，以使万用表指针摆动较为明显，便于观察。

②在测试同一电源变压器各个绕组的整个操作过程中，扬声器磁铁要吸在变压器铁芯的同一部位，而不能在测某一绕组时扬声器磁铁吸在变压器铁芯的上部，当测试另外一个绕组时又将扬声器磁铁吸在变压器铁芯的下部，这样会引起误判。

③扬声器磁铁也可以用永久磁铁代替，但使用时要用同一磁极去测各个绕组才能得出正确的测试结果。