​电感器的作用及原理

电感器的作用及原理

什么是电感？

电感是一种由线圈组成的无源电气元件，是用于滤波、定时、电力电子应用的两端元件，属于一种储能元件，可以把电能转换成磁能并储能起来。常用字母“L”表示。

在实际中，电感的种类繁多，分类方式也多种多样，这里就不具体讲了。

电感电路图

电感的工作原理

电感就是将导线绕制成线圈形状，当电流流过时，在线圈（电感）两端就会形成较强的磁场。由于电磁感应的作用，会对电流的变化起阻碍作用。

因此，电感对直流呈现很小的电阻（近似于短路），对交流呈现的阻抗较高，其阻值的大小与所通过交流信号的频率有关。

同一电感元件，通过交流电流的频率越高，呈现的阻值越大。

电感原理图

电感的两个重要特性

1、电感对直流呈现很小的电阻（近似于短路），对交流呈现的阻抗与信号频率成正比，交流信号频率越高，电感呈现的阻抗越大； 电感的电感量越大，对交流信号的阻抗越大。

2、电感具有阻止电流变化的特性，流过电感的电流不会发生突变，根据电感的特性，在电子产品中常作为滤波线圈、谐振线圈 等。

电感的基本工作特性示意图

电感的功能及作用

1、电感的滤波功能

LC滤波电路

在电感滤波中，纹波系数与负载电阻成正比，另一方面，在电容滤波中，它与负载电阻成反比，因此如果将电感滤波与电容结合起来，纹波系数将几乎与负载滤波无关。它也被称为电感输入滤波电路、扼流输入滤波电路、RC滤波电路。

在该电路中，扼流圈与负载串联，为交流分量提供高电阻，并允许直流分量流过负载。负载两端的电容并联连接，过滤掉流过扼流圈的任何交流分量。通过这种方式，就可以得到整流，并通过负载提供平滑的直流电。

LC滤波电路示意图

电感滤波电路

这种类型也叫做扼流过滤电路，由插在整流器和负载电阻R之间的电感组成。整流包含交流分量和直流分量。当输出通过电感时，为交流分量提供高电阻，而对直流分量没有电阻。因此整流输出的交流分量被阻断，只有直流分量到达负载。

电感滤波示意图

2、电感的谐振功能

电感通常和电容并联构成LC谐振电路，主要用来阻止一定频率的信号干扰。

天线感应射频信号，经电容Ce耦合到由调谐线圈L1和可变电容CT组成的谐振电路，经L1和CT谐振电路的选频作用，把选出的广播节目载波信号通过L2耦合传送到高频放大器。

图中的黄色圈起来的部分为CT、L1构成的谐振电路进行调谐选台。

电感谐振功能图

3、LC串联、并联谐振电路

LC串联谐振电路

将电感与电容串联，可构成串联谐振电路，如下图所示。

该电路可简单理解为与LC并联电路相反。LC串联电路对谐振频率信号的阻抗几乎为0，阻抗最小，可实现选频功能。电感和电容的参数值不同，可选择的频率也不同。

LC串联谐振电路

LC并联谐振电路

电感与电容并联能起到谐振作用，阻止谐振频率信号输入。电感对交流信号的阻抗随频率的升高而变大。电容的阻抗随频率的升高而变小。

电感和电容并联构成的LC并联谐振电路有一个固有谐振频率，即共谐频率。

在这个频率下，LC并联谐振电路呈现的阻抗最大。利用这种特性可以制成阻波电路，也可制成选频电路。

LC并联谐振电路

电感的应用

电感的两个主要应用领域是电力电子和射频电路。电感是各种DC-DC转换电路以及LC调谐振荡的射频电路中必不可少的元器件。下面，我将从这两个方面举个例子。

1、DC-DC转换电路

DC-DC转换电路或者开关稳压器用于几乎所有的电子设备中，因为在直流电压的升压和降压期间具有高效率，下面是用于降低直流电压的降压转化器的简化图。

在实际应用中，在一些DC-DC转换电路中也常用晶体管来代替二极管来进行同步整流。

降压转换电路示意图

2、射频电路

电感用于各种射频电路，包括滤波器、振荡器等。以下图为例，

是连接在单级晶体管放大器的集电极和基极之间的 LC 谐振电路。

放大器是必不可少的，因为 LC 电路本身会由于组件的寄生电阻而产生阻尼振荡。 振荡电路中的放大器确保无阻尼振荡。

要选择射频扼流圈，需要选择自谐振频率 (SRF) 接近需要扼流圈的频率的电感。这是因为电感的阻抗在其自谐振频率处最大。

对于LC电路选择电感，自谐振频率要比工作频率高很高，还必须考虑电感的容差，不然会导致频率选择出现不必要的偏移。

振荡电路