電感 2甲31吳建勳
電感器的原理
電感器的使用方法
何謂電感器
有時稱為「電感器」,有時稱為「線圈」,教科書講的是「彈簧形」的電感器,而實際使用的電感器卻可能是截然不同的表面貼裝型,對於初次接觸的工程師來說,電感器可能是一種相當棘手的元件。
電感器與電阻器R、電容器C一樣,都是被動元件的重要組成部分,在電子裝置中必定會使用到。
電流通過電線時,將會以電線為中心而產生同心圓形狀的磁場。此時,如果將電線彎成(圖1)中的「彈簧形」,電感器內部的磁通量將指向同一方向,而增強。透過調整圈數,可以產生與圈數成正比的磁場。這就是電感器的原理。
電流通過電感器會產生磁場;相反地,磁場變化則會產生電流。
電感器中產生的反電動勢E,與單位時間的電流變化率(di/dt)成正比,因此在一定電流持續沿同一方向流動的直流電通過時不會發生。也就是說,電感器對於直流電流沒有任何作用,只對交流電具有阻礙電流的作用。利用電感器的這一性質,在交流電路中可以用作電阻(阻抗)。電感器具備的阻抗Z(單位Ω)為:
Z=ωL=2πfL
f為交流頻率、L為電感器的自感。
即當通過閉合迴路的電流改變時,會出現電動勢來抵抗電流的改變。如果這種現象出現在自身迴路中,那麼這種電感稱為自感,是閉合迴路自己本身的屬性。假設一個閉合迴路的電流改變,由於感應作用在另外一個閉合迴路中產生電動勢,這種電感稱為互感。電感以方程式表達為
下面將電感器根據用途分類,來檢驗其使用方法。
開關電源、DC/DC換流器等能量轉換電路中使用的電感器。多數情況下用作「抗流線圈」。
設計電源裝置時,分散產生的熱量是重要的設計要點,在選擇熱量發生源的變壓器和電感器時,也務必要選擇低損耗的類型。
高頻電路用電感器
RF電路的共振用電感器、阻抗匹配、諧波抑制器等,要選擇高頻特性優異的電感器。
選擇Q值高的電感器
Q是衡量高頻損耗的指標。與電源電路用電感器的銅損一樣,考慮的重點是電阻值低。但這裡必須要考慮的電阻值並不是直流電阻,而是高頻電阻。
高頻時集膚效應趨於明顯,因此與導體的截面積相比,增大表面積更加重要。而且,鐵心內的磁通量也存在相同的現象,所以要透過增大線圈直徑來降低實效磁阻。