(笔记)电路设计（五）之电感的应用

背景：为统筹电路设计较全面的知识点，本人将在近期推出电路设计中各种常用器件与设计理念，如基本元器件电阻、电容、电感、二极管保护，存储器件SDRAM、FLASH，PCB设计工艺DCDC电源、PCB板布线设计工艺等，希望能为大家提供些许参考。

一、电感的定义：

电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。

当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉弟电磁感应定律——磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化的。由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。

总之，当电感线圈接到交流电源上时，线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着，致使线圈不断产生电磁感应。这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势 ，称为“自感电动势”。

由此可见，电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量，它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。

二、电感的作用

基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波、储能、互感等

形象说法：通直流，阻交流

细化解说：在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等；变压器可以

进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

三、电感的应用

电感元件产生电动势总是组织线圈中的电流变化的，故电感元件对电流有阻力作用，阻力的大小用感抗XL来衡量。感抗XL与交流电的频率及电感量的大小有关。感抗的这种关系可用下式表示，即：

XL=2∏fL，式中：f——交流电频率（Hz） L——电感元件的电感量（H）

从上式可以看出，电感元件在低频时XL较小，通过直流电时，由于f=0，故XL=0，仅线圈直流电阻起作用，因此电阻很小，近似电感元件短路。所以，电感元件在直流电路中一般不用其感抗性能当电感元件，在高频下工作时，XL很大，近似开路。电感元件的这种特性与电容器正好相反，所以利用电感、电容就可组成各种高频、低频滤波器、调谐回路、选频电路、振荡回路、延迟回路及阻流器等，在电路中发挥着重要作用。

下面举出一些电感元件在电路中的应用实例。

1. 分频网络

左图是音响电路的分频电路图。电感线圈L1和L2为空心密绕线圈，它们与C1、C2组成分频网络，对高低音进行分频，以改善放音效果。

2. 滤波电路

右图是电子管扩音机的电源滤波电路图。图中L为插有硅钢片的铁心线圈，又称为低频扼流圈。它在电路中的作用是阻止参与交流电通过，而仅让直流电通过。



3. 选频与阻流

下图所示电路是单管半导体收音机电路。其中VT，为高频半导体管，它是用来进行放大的L1为天线线圈，它在磁棒上用多股导线绕制而成的。L1与C1、C2组成并联谐振电路，对磁棒天线接收到的无线电信号进行选频，选出的信号由L1感应到L2，由VT1进行放大，放大了的信号送到L3，L3为一固定电感器，它的电感量为3mH，其作用是利用感抗阻止高频信号进入耳机，而只让音频信号通过，因此把L3称为高频阻流圈。L3对500kHz高频信号的感抗很大，而L3对10kHz低频信号的感抗很小，只有音频信号可以通畅地经过L3到达耳机，从而使我们可以听到电台的播音。



4. 与电容器组成振荡回路

下图所示电路是超外差半导体收音机中的变频器电路。L4为振荡线圈，它与C1b组成本机振荡回路，L3为反馈线圈。本机振荡的信号由C2传送入VT1发射极，与由L1、C1a选择出来的广播信号在VT1内进行混频，混频后的信号从集电极输出，并由中频变压器T2检出465kHz中频信号送往中频放大器。



5. 补偿电路

利用电感器的感抗随频率变化的特性，可进行频率补偿。下图是某电视机的视放电路，某高频补偿电路由L15、L16与VT15的集电极负载R80串联，使总的负载阻抗为Z=R80+XL16，频率越高，感抗XL16越大，使高频增益增大。同时L16与显像管的输入电容和分布电容形成并联谐振。选取合适的L16值，使其谐振在放大器增益衰减的频率上，可以提高谐振点上的增益。L15串联在VT15与显像管阴极之间，当频率增加时，感抗XL15增大，使R80与XL15的并联阻抗增大，即高频负载电阻增加，也会起到提高高频增益的作用。



6. 延迟作用

电感线圈在电路中还可起到延迟作用，使输出的信号与输入的信号基本不变，而只使输出延迟一段时间，即信号的幅度不变，而仅相位发生变化。

下图所示电路是彩色电视机亮度延迟线的典型应用电路，其中DL301为亮度延迟线。亮度延迟线为特殊的电感器件，它的电感量由延迟时间和信号频率确定

为了保证彩色电视信号中的亮度信号与色度信号叠加同步，亮度延迟线会将亮度信号延迟0.6us。



附：电感线圈与变压器的区别

电感线圈与变压器的区别
电感线圈	导线中有电流时，其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈，以增强线圈内部的磁场。 电感线圈就是据此把导线（漆包线、纱包或裸导线）一圈靠一圈（导线间彼此互相绝缘）地绕在绝缘管（绝缘体、铁芯或磁芯）上制成的。一般情况，电感线圈只有一个绕组。
变压器	电感线圈中流过变化的电流时，不但在自身两端产生感应电压，而且能使附近的线圈中产生感应电压，这一现象叫互感。两个彼此不连接但又靠近，相互间存在电磁感应的线圈一般叫变压器

作者：tdyizhen1314

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