{dy}章   计算机逻辑电路基础

1.2 基本计算机元器件——电感器 

1.2.3 电感器
1．电感器的结构和特性
                           
                                 图1.10  电感器结构示意图
     将一根导线绕在磁芯上就是一个电感器，如图1.10(a)所示。若使这个电感器流过一个电流I（安培），则在它的周围将产生磁通量Φ（韦伯）。磁通量的大小与电感器所流过的电流成正比：
                                 所以 
    式中N为线圈的匝数，L称为该电感器的电感量，单位为亨利（H）。 ， 。电感器的电感量主要取决于线圈的圈数、结构及绕制方法等。图1.10(b)所示为电感器的表示方法，自上而下分别为空磁芯电感、铁粉芯电感和铁芯电感。
    若流过它的电流I变化，则通过线圈的磁通量Φ也变化，这样在线圈内将产生感应电动势e，根据法拉第定律，感应电动势e的大小正比于线圈磁通量随时间的变化率，即有：
                                    
    且根据楞次定律可知，感应电动势的方向总是阻碍电流的变化。由此可知，电感上的电流不可能在瞬间变的很大。若给一个初始电流为0的电感L，加上一个恒定的电压V，则流过它的电流I将随时间t线性上升（）。这个结论正好与电容相似，不过电压与电流互换角色。
    结论：电感器以磁场能的形式存储能量。电感器存储能量也是需要时间的，因此流过电感器的电流不能突变。且电感量越大，可存储的能量就越多。变化的电流流过电感器将产生感应电动势，感应电动势的极性总是阻碍电流的变化。

2．电感器的感抗
    很显然一个直流信号最容易通过电感器。而一个交流电则由于感应电动势的阻碍作用，通过电感则比较难，而且交流频率越高（即电流变化越快），或电感量越大，则越难通过。即它在电路中有通直流、阻交流的作用。
    在电路中，电感器L（亨利）对信号的感抗为：
                                
    式中f为信号的频率，单位为赫兹，感抗XL的单位为欧姆。

3．电感器的滤波作用
    滤波器就是除去不需要的成分，只选择需要的成分。传感器领域中有检测温度、振动、光、距离等物理量的各种传感器，在很多情况下，从传感器所获得的信号中，不仅有希望得到的信息，同时也混有不需要的噪声。而且当传感器检测到的信号比较弱时，在传送传感器信号的过程中还会有噪声混入。噪声会使信号的值飘动，信号的准确度下降，这时就需要使用滤波器。如果能够干净地除去混入的噪声成分，只保留信号频率成分，就可以高精度地处理所获得的信号。
    利用电感器的特性，我们可以做成滤波器。如图1.11所示是滤波器的一种——π型低通滤波器。电感L串接在输入输出两端，将阻碍输入信号中的交流成分，让直流成分通过。电容C1和C2分别并接在输入和输出两端，对交流成分也有一定的滤波作用。图中输入Vi是一个带有纹波的直流信号，经过π型低通滤波器后，纹波被滤除，输出比较平稳的直流信号，这种滤波器常用在计算机系统中对供电电源进行滤波。
                                 
                                      图1.11 π型低通滤波器

4．电感器的主要参数
  (1) 标称电感量
    电感器上标注的电感量的大小表示线圈本身固有特性，主要取决于线圈的圈数、结构及绕制方法等，与电流大小无关，反映电感线圈存储磁场能的能力，也反映电感器通过变化电流时产生感应电动势的能力。单位为亨利（H）。
  (2) 允许误差
    电感的实际电感量相对于标称值的{zd0}允许偏差范围称为允许误差。
  (3) 额定电流
    额定电流是指能保证电路正常工作的{zd0}工作电流。

5．常用电感器
    电感器的种类繁多，这里只介绍几种在电子电路中常见到的电感器。
  (1) 信号电感
                           
                                     图1.12 电感实物
    这种电感一般封装较小，电感量较小，精度较高，额定电流也较小。可用于对高频数字信号的EMC滤波，和用于谐振、选频等电路。如图 4.12(b)所示为0805封装的带磁屏蔽的多层贴片电感。
  (2) 功率电感
    这种电感一般带有“工”字或罐式磁芯，体积较大，电感量和额定电流也较大。常用于开关电源中作为储能电感以及电源滤波。如图 4.12(a)所示为几款常用的功率电感。
  (3) 磁珠
    磁珠的主要原料为铁氧体，是一种铁氧体高频干扰抑制元件。严格地讲，磁珠不属于电感。电感是储能元件，理想情况下不消耗能量；而磁珠则是能量转换元件，在低频时磁珠相当于一个电感，而高频时则相当于一个电阻，可将高频能量转换为热能消耗掉。
    磁珠多用于信号回路，主要用于EMI方面。磁珠用来吸收超高频信号，象一些RF电路、PLL、振荡电路、含超高频存储器电路（DDR、SDRAM等）都需要在电源输入部分加磁珠。如图 4.12(c)所示为一种的磁珠元件。