3.3 电感线圈和变压器
3.3.1 电感线圈
（1）电感线圈的种类
电感线圈是由导线一圈靠一圈地绕在绝缘管上，导线彼此互相绝缘，而绝缘管可以是空心的，也可以包含铁芯或磁粉芯。电感线圈是常用的基本电子元件之一，通常简称为“电感器”或“电感”。它曾经与电阻器、电容器一起被称为电工学的三大件。电感器的种类见表3-2。
表3-2 电感器的种类
（2）电感器的作用
电感器一般用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁芯、铁芯上绕制成的一组串联的同轴线匝。它在电路中用字母“L”表示。
电感器同电容器一样，也是一种储能元件，可以把电能与磁场能相互转换。
电感器的作用主要是通直流、阻交流，在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用。电感线圈对交流电流有阻碍作用，阻碍作用的大小称感抗XL，单位是Ω。
电感器还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。在电子设备中，经常看到磁环，这种磁环与连接电缆构成一个电感器（电缆中的导线在磁环上绕几圈电感线圈），它是电子电路中常用的抗干扰元件，对高频噪声有很好的屏蔽作用，故被称为吸收磁环。
（3）电感器的外形特征
各种电感器的外形差异较大，一般来说，电感器至少有2根引脚，如图3-26所示。
图3-26 常用电感器的外形
没有抽头的电感器只有两根引脚，这两根元件没有极性之分，使用时可以互换。如果电感器有抽头，引脚数目会在3根及以上，这些引脚就有头、尾和抽头的区别，使用时不能搞错。
最简单的电感器是用绝缘导线空心地绕几圈，有磁芯的电感器是在磁芯或者铁芯上用绝缘导线绕几圈，如图3-27所示。
图3-27 电感器
在电子线路中比较常用的色环电感器，属于有磁芯的电感器，它们是在线圈绕制好后，用塑料或环氧树脂等封装材料将线圈和磁芯等密封起来的，如图3-28所示。
图3-28 色环电感器
在电子产品中，还有一种可调电感器，俗称中周，它有带螺纹的磁芯，转动磁芯可以改变线圈的电感量，如图3-29所示。
图3-29 可调电感器
利用电感器的基本原理，还制成了各种专用电感器，见表3-3。
表3-3 专用电感器
（4）电感器的结构特征
从上面的介绍可以看出，各种电感器的外形结构差别较大。一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁芯或铁芯等组成，见表3-4。
表3-4 电感器的结构说明
图3-30 屏蔽罩电感器
根据不同的需要，有的电感器没有磁芯，有的电感器没有屏蔽罩，有的电感器甚至连骨架也没有。
固定电感器为了减小体积，往往根据电感量和最大直流工作电流的大小，选用相应直径的导线在磁芯上绕制，然后装入塑料外壳，用环氧树脂封装而成。一些固定电感器的结构如图3-31所示。
图3-31 一些固定电感器的结构
（5）电感器的特性
给电感器通入电流，在它的四周就会产生磁场。电感器的特性恰恰与电容器的特性相反，它具有阻止交流信号通过而让直流信号通过的特性。利用这一特性，可制成满足特定需要的电感器。常用电感器的特性及用途见表3-5。
表3-5 常用电感器的特性及用途
（6）贴片电感器
贴片电感器主要有4种类型，即绕线式、叠层式、编织式和薄膜片式电感器。常用的是绕线式和叠层式两种类型。前者是传统绕线电感器小型化的产物，后者则采用多层印刷技术和叠层生产工艺制作，体积比绕线式电感器还要小，是电感元件领域重点开发的产品。
贴片电感器是在陶瓷或者微晶玻璃基片上沉积金属导线而成。贴片电感器具有较好的稳定性、精度及可靠性，常用于几十到几百兆赫兹的电路中，如图3-32所示。
图3-32 贴片电感器
（7）电感器的电路符号
在电路图中，电感器用大写字母L表示。由于电感器的类型较多，电感器的图形符号如图3-33所示。
图3-33 电感器的图形符号
（8）电感的单位
电感的单位是亨利，因纪念美国物理学家约瑟夫·亨利（1797—1878）而得名。亨利简称亨，用字母“H”表示。比亨小的单位是毫亨和微亨，分别用mH和μH表示。这三个单位的换算关系为
1H=1000mH
1mH=1000μH
（9）影响电感量的因素
各种电感器电感量的大小与电感线圈的圈数（又称匝数）、线圈的截面积、线圈内部有没有铁芯或磁芯有很大的关系。如果在其他条件都相同的情况下，线圈圈数越多，电感量就越大；圈数相同，其他条件不变，那么线圈的截面积越大，电感量也越大；同一个线圈，插入铁芯或磁芯后，电感量比空心时明显地增加，而且插入的铁芯或磁芯质量越好，线圈的电感量就增加得越多。
通常，有铁芯变压器的电感量可达几亨，而一般电感线圈的电感量只有几微亨到几毫亨。
（10）电感器的检测
检测电感器质量需用专用的电感测试仪，在一般情况下，可用万用表测量来判断电感的好坏。方法是：用指针式万用表欧姆挡（R×1或R×10挡）来判断。根据检测电阻值大小，可以简单判别电感器的质量。正常情况下，电感器的直流电阻很小（有一定阻值，最多几欧姆）。若万用表读数偏大或为无穷大则表示电感器损坏。若万用表读数为零，则表明电感器已短路。
① 指针式万用表检测电感器
a.万用表的挡位置于R×1或者R×10挡，然后对万用表进行欧姆调零校正。
b.万用表的两支表笔分别接触电感器的两个引脚。此时，即会测得当前电感器的阻值。在正常情况下，应能够测得一个固定的阻值，如图3-34所示。
图3-34 指针式万用表检测电感器
如果电感器的阻值趋于0Ω，则表明电感器内部存在短路的故障；如果被测电感器的阻值趋于∞，可重新选择最高阻值量程继续检测，若阻值趋于无穷大，则表明被测电感器已损坏。
对于电感线圈匝数较多，线径较细的线圈读数会达到几十到几百。
② 数字万用表检测电感器 将数字万用表调到二极管挡（蜂鸣挡），把表笔放在两引脚上，看万用表显示器上的数值。对于贴片电感器，此时的读数应为趋近于0，如图3-35所示；若万用表读数偏大或为“1”，则表示电感器损坏。对于电感线圈匝数较多、线径较细的线圈，读数会达到几十甚至几百。
图3-35 数字万用表检测贴片电感器
电感器检测口诀
检测电感诸参数，需要专门的仪器。
一般判断好与坏，万用表测电阻值，
阻值很大已断路，阻值很小是优异。
因为电感电阻小，手碰引脚可不计。
（11）电感器参数的应用
① 允许偏差 允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值。一般用于振荡电路中的电感器要求精度较高，因为电感量的偏差将影响振荡器的振荡频率，因此要求允许偏差为±0.2%～±0.5%；而用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高；允许偏差为±10%～±15%。
② 品质因数 品质因数也称Q值或优值，是衡量电感器质量的主要参数。它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。对于工作在高频电路中的电感器，品质因数的高低将影响将影响所在电路的频率特性。
电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁芯、屏蔽罩等引起的损耗等有关。
③ 分布电容 分布电容是指线圈的匝与匝之间、线圈与磁芯之间存在的电容。电感器的分布电容越小，其稳定性越好。对于工作在高频电路中的电感器，分布电容的大小将影响所在电路的频率特性。
④ 额定电流 额定电流是指电感器在正常工作时可允许通过的最大电流值。在工作电流比较大的电路中，则必须考虑电感器的额定电流参数，若工作电流超过额定电流，则电感器就会因发热而使性能参数发生改变，甚至还会因过流而烧毁。
（12）电感器的代换
电感器损坏后，原则上应使用与其性能类型相同、主要参数相同、外形尺寸相近的电感器来更好。若找不到同类型的电感器，也可以用其他类型的电感器来代换。
① 电感量、额定电流相同，外形尺寸相近的可以直接代换。
② 贴片电感代换时只需大小相同即可，还可用0Ω电阻或导线代换。
③ 小型固定电感器与色环电感器之间，只要电感量、额定电流相同，外形尺寸相近，可以直接代换。
（13）电感器在电路中的应用实例
① 电感器在分频网络中的应用 如图3-36所示是音响电路的分频电路。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。
图3-36 音响电路的分频电路
② 电感器在收音机电路中的应用 如图3-37所示电路是单管半导体收音机电路。其中VT1为高频半导体管，它是用来进行来复放大的。L1为天线线圈，它是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，而仅让音频信号通过，从而使我们可以听到电台的播音。
图3-37 单管半导体收音机电路
③ 电感器在滤波电路中的应用 滤波电路的原理实际是L、C元件基本特性的组合利用。不同滤波电路会对某种频率信号呈现很小或很大的电抗，以致能让该频率信号顺利通过或阻碍它通过，从而起到选取某种频率信号和滤除某种频率信号的作用，如图3-38所示。
图3-38 滤波电路
如图3-38（a）所示为低通滤波电路，当有信号从左至右传输时，L对低频信号阻碍小，对高频信号阻碍大；C则对低频信号衰减小，对高频信号衰减大。因此该滤波电路容易通过低频信号，称为低通滤波电路。
如图3-38（b）所示为高通滤波电路，容易通过高频信号，所以称为高通滤波电路。
如图3-38（c）所示为带通滤波电路，它利用C1和L1串联对谐振信号阻抗小、C2和L2并联对谐振信号阻抗大的特性，能让谐振信号f容易通过，而阻碍其他频率信号通过，所以称为带通滤波电路。
如图3-38（d）所示为带阻滤波电路，它利用C1和L1并联对谐振信号阻抗大、C2和L2串联对谐振信号阻抗小的特点，容易让谐振频率以外的信号通过，而抑制谐振信号通过，所以称为带阻滤波电路。