第5章 电感器与变压器

5.1 电感器

5.1.1 外形与符号

将导线在绝缘支架上绕制一定的匝数（圈数）就构成了电感器。常见的电感器的实物外形如图5-1a所示。根据绕制的支架不同，电感器可分为空心电感器（无支架）、磁心电感器（磁性材料支架）和铁心电感器（硅钢片支架），电感器的电路符号如图5-1b所示。

5.1.2 主要参数与标注方法

1.主要参数

电感器的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数和额定电流等。

（1）电感量

电感器由线圈组成，当电感器通过电流时就会产生磁场，电流越大，产生的磁场越强，穿过电感器的磁场（又称为磁通量Φ）就越大。实验证明，通过电感器的磁通量Φ和通入的电流I成正比关系。磁通量Φ与电流的比值称为自感系数，又称电感量L，用公式表示为

L=Φ/I

电感量的基本单位为亨利（简称亨），用字母“H”表示，此外还有毫亨（mH）和微亨（μH），它们之间的关系是

1H=10³mH=10⁶μH

电感器的电感量大小主要与线圈的匝数（圈数）、绕制方式和磁心材料等有关。线圈匝数越多、绕制的线圈越密集，电感量就越大；有磁心的电感器的电感量比无磁心的电感器大；电感器的磁心磁导率越高，电感量也就越大。

（2）允许偏差

允许偏差是指电感器上标称电感量与实际电感量的差距。对于精度要求高的电路，电感器的允许偏差范围通常为±0.2%～±0.5%，一般的电路可采用允许偏差为±10%~±15%的电感器。

（3）品质因数（Q值）

品质因数也称Q值，是衡量电感器质量的主要参数。品质因数是指当电感器两端加某一频率的交流电压时，其感抗X_L（X_L=2πfL）与直流电阻R的比值，用公式表示为

Q=X_L/R

从上式可以看出，感抗越大或直流电阻越小，品质因数就越大。

提高品质因数既可通过提高电感器的电感量来实现，也可通过减小电感器线圈的直流电阻来实现。例如粗线圈绕制而成的电感器，直流电阻较小，其Q值高；有磁心的电感器较空心电感器的电感量大，其Q值也高。

（4）额定电流

额定电流是指电感器在正常工作时允许通过的最大电流值。电感器在使用时，流过的电流不能超过额定电流，否则电感器就会因发热而使性能参数发生改变，甚至会因过电流而损坏。

2.参数标注方法

电感器的参数标注方法主要有直标法和色标法。

（1）直标法

电感器采用直标法标注时，一般会在外壳上标注电感量、允许偏差和额定电流值。图5-2列出了几个采用直标法标注的电感器。

（2）色标法

色标法是采用色点或色环标在电感器上来表示电感量和允许偏差的方法。色码电感器采用色标法标注，其电感量和允许偏差标注方法与色环电阻器相同，单位为μH。色码电感器的各种颜色含义及代表的数值与色环电阻器相同。色码电感器颜色的排列顺序方法也与色环电阻器相同。色码电感器与色环电阻器识读的不同仅在于单位不同，色码电感器单位为μH。色码电感器的识别如图5-3所示。

5.1.3 电感器的“通直阻交”特性与感抗说明

电感器具有“通直阻交”的性质。电感器的“通直阻交”是指电感器对通过的直流信号阻碍很小，直流信号可以很容易地通过电感器，而交流信号通过时会受到较大的阻碍。

电感器对通过的交流信号有较大的阻碍，这种阻碍称为感抗，感抗用X_L表示，感抗的单位是Ω。电感器的感抗大小与自身的电感量和交流信号的频率有关，感抗大小可以用以下公式计算：

X_L=2πfL

式中，X_L表示感抗，单位为Ω；f表示交流信号的频率，单位为Hz；L表示电感器的电感量，单位为H。

由上式可以看出，交流信号的频率越高，电感器对交流信号的感抗越大；电感器的电感量越大，对交流信号的感抗也越大。

举例：在图5-4所示的电路中，交流信号的频率为50Hz，电感器的电感量为200mH，那么电感器对交流信号的感抗就为

X_L=2πfL=2×3.14×50×200×10^-3Ω=62.8Ω

5.1.4 电感器的“阻碍电流变化”特性说明

电感器具有“阻碍电流变化”性质，当流过电感器的电流发生变化时，电感器会产生自感电动势来阻碍电流变化。电感器“阻碍电流变化”性质说明如图5-5所示。

电感器“阻碍电流变化”性质非常重要，在以后的电路分析中经常要用到该性质。为了让大家能更透彻地理解电感器这个性质，再来看图5-6中两个例子。

在图5-6a中，流过电感器的电流是逐渐增大的，电感器会产生A正B负的电动势阻碍电流增大（可理解为A点为正，A点电位升高，电流通过较困难）；在图5-6b中，流过电感器的电流是逐渐减小的，电感器会产生A负B正的电动势阻碍电流减小（可理解为A点为负时，A点电位低，吸引电流流过来，阻碍它减小）。电感器产生的自感电动势大小与电感量及流过的电流变化有关，电流变化率（ΔI/Δt）越大，产生的电动势越高，如果流过电感器的电流恒定不变，电感器就不会产生自感电动势，在电流变化率一定时，电感量越大，产生的电动势越高。

5.1.5 种类

电感器种类较多，下面主要介绍几种典型的电感器。

1.可调电感器

可调电感器是指电感量可以调节的电感器。可调电感器的电路符号和实物外形如图5-7所示。

可调电感器是通过调节磁心在线圈中的位置来改变电感量，磁心进入线圈内部越多，电感器的电感量越大。如果电感器没有磁心，可以通过减少或增加线圈的匝数来降低或提高电感器的电感量，另外，改变线圈之间的疏密程度也能调节电感量。

2.高频扼流圈

高频扼流圈又称高频阻流圈，它是一种电感量很小的电感器，常用在高频电路中，其电路符号如图5-8a所示。

高频扼流圈又分为空心和磁心，空心高频扼流圈多用较粗铜线或镀银铜线绕制而成，可通过改变匝数或匝距来改变电感量；磁心高频扼流圈用铜线在磁心材料上绕制一定的匝数构成，其电感量可通过调节磁心在线圈中的位置来改变。

高频扼流圈在电路中的作用是“阻高频，通低频”。如图5-8b所示，当高频扼流圈输入高、低频信号和直流信号时，高频信号不能通过，只有低频和直流信号能通过。

3.低频扼流圈

低频扼流圈又称低频阻流圈，它是一种电感量很大的电感器，常用在低频电路（如音频电路和电源滤波电路）中，其电路符号如图5-9a所示。

低频扼流圈是用较细的漆包线在铁心（硅钢片）或铜心上绕制很多匝数制成的。低频扼流圈在电路中的作用是“通直流，阻低频”。如图5-9b所示，当低频扼流圈输入高、低频信号和直流信号时，高、低频信号均不能通过，只有直流信号才能通过。

5.1.6 电感器的串联与并联

1.电感器的串联

电感器的串联如图5-10所示。

2.电感器的并联

电感器的并联如图5-11所示。

5.1.7 用指针万用表检测电感器

电感器的电感量和Q值一般用专门的电感测量仪和Q表来测量，一些功能齐全的万用表也具有电感量测量功能。电感器常见的故障有开路和线圈匝间短路。电感器实际上就是线圈，由于线圈的电阻一般比较小，测量时一般用万用表的×1Ω档，电感器的检测如图5-12所示。

5.1.8 用数字万用表检测电感器的通断

用数字万用表检测电感器的通断如图5-13所示，图中测得电感器的电阻值为0.04Ω，电感器正常，若测量显示溢出符号OL，则电感器开路。

5.1.9 用电感表测量电感器的电感量

测量电感器的电感量可使用电感表，也可以使用具有电感量测量功能的数字万用表。图5-14是用电感电容两用表测量电感器的电感量，测量时选择2mH档，红、黑表笔接电感器的两个引脚，显示屏显示电感量为0.343mH，也即343μH。

5.1.10 选用

在选用电感器时，要注意以下几点：

1）选用电感器的电感量必须与电路要求一致，额定电流选大一些不会影响电路。

2）选用电感器的工作频率要适合电路。低频电路一般选用硅钢片铁心或铁氧体磁心的电感器，而高频电路一般选用高频铁氧体磁心或空心的电感器。

3）对于不同的电路，应该选用相应性能的电感器，在检修电路时，如果遇到损坏的电感器，并且该电感器功能比较特殊，通常需要用同型号的电感器更换。

4）在更换电感器时，不能随意改变电感器的线圈匝数、间距和形状等，以免电感器的电感量发生变化。

5）对于可调电感器，为了让它在电路中达到较好的效果，可将电感器接在电路中进行调节。调节时可借助专门的仪器，也可以根据实际情况凭直觉调节，如调节电视机中与图像处理有关的电感器时，可一边调节电感器磁心，一般观察画面质量，质量最佳时调节就最准确。

6）对于色码电感器或小型固定电感器，当电感量相同、额定电流相同时，一般可以代换。

7）对于有屏蔽罩的电感器，在使用时需要将屏蔽罩与电路地连接，以提高电感器的抗干扰性。

5.1.11 电感器的型号命名方法

电感器的型号命名由三部分组成：

第一部分用字母表示主称为电感线圈。

第二部分用字母与数字混合或数字来表示电感量。

第三部分用字母表示允许偏差范围。

电感器的型号命名及含义见表5-1。