單片機外圍電路設計之三：電感

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電感作為一種能夠改變電流的特殊器件，在數字電路中應用相對比較少，一般都應用在與電源相關的部分。

1概念

電感（inductance of an ideal inductor）是閉合回路的一種屬性。當線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應，感應磁場又會產生感應電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關系稱為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利（H）”。

電感是閉合回路的一種屬性，即當通過閉合回路的電流改變時，會出現電動勢來抵抗電流的改變。這種電感稱為自感（self-inductance），是閉合回路自己本身的屬性。假設一個閉合回路的電流改變，由于感應作用而產生電動勢于另外一個閉合回路，這種電感稱為互感（mutual inductance）。

自感

當線圈中有電流通過時，線圈的周圍就會產生磁場。當線圈中電流發生變化時，其周圍的磁場也產生相應的變化，此變化的磁場可使線圈自身產生感應電動勢（感生電動勢）（電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓），這就是自感。

互感

兩個電感線圈相互靠近時，一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈，這種影響就是互感。互感的大小取決于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

電感符號：L

電感單位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH），換算關系為

1H=10^3mH=10^6μH=10^9nH。

換算：數值X10的n次方 　如103 即為10X10的三次方nh 為10uh

除此外還有一般電感和精密電感之分

一般電感：誤差值為20%，用M表示；誤差值為10%，用K表示。

精密電感：誤差值為5%，用J表示；誤差值為1%，用F表示。

如：100M，即為10μH，誤差20%。

2電感應用

電感是用絕緣導線(例如漆包線,沙包線等)繞制而成的電磁感應元件。屬于常用元件。

電感的作用:通直流阻交流這是簡單的說法，對交流信號進行隔離,濾波或與電容器,電阻器等組成諧振電路.

調諧與選頻電感的作用：電感線圈與電容器并聯可組成LC調諧電路。即電路的固有振蕩頻率f0與非交流信號的頻率f相等，則回路的感抗與容抗也相等，于是電磁能量就在電感、電容之間來回振蕩，這就是LC回路的諧振現象。諧振時由于電路的感抗與容抗等值又反向，因此回路總電流的感抗最小，電流量最大（指f=f0的交流信號），所以LC諧振電路具有選擇頻率的作用，能將某一頻率f的交流信號選擇出來。

磁環電感的作用：磁環與連接電纜構成一個電感器(電纜中的導線在磁環上繞幾圈作為電感線圈)，它是電子電路中常用的抗干擾元件，對于高頻噪聲有很好的屏蔽作用，故被稱為吸收磁環，由于通常使用鐵氧體材料制成，所以又稱鐵氧體磁環(簡稱磁環)。在圖中，上面為一體式磁環，下面為帶安裝夾的磁環。磁環在不同的頻率下有不同的阻抗特牲。一般在低頻時阻抗很小，當信號頻率升高后磁環的阻抗急劇變大。可見電感的作用如此之大，大家都知道，信號頻率越高，越容易輻射出去，而一般的信號線都是沒有屏蔽層的，這些信號線就成了很好的天線，接收周圍環境中各種雜亂的高頻信號，而這些信號疊加在原來傳輸的信號上，甚至會改變原來傳輸的有用信號，嚴重干擾電子設備的正常工作，因此降低電子設備的電磁干擾(EM)已經是必須考慮的問題。在磁環作用下，即使正常有用的信號順利地通過，又能很好地抑制高頻于擾信號，而且成本低廉。

電感的作用還有篩選信號、過濾噪聲、穩定電流及抑制電磁波干擾等重要的作用。

電感的主要參數有電感量、允許偏差、品質因數、分布電容及額定電流等。

電感量

電感量也稱自感系數，是表示電感器產生自感應能力的一個物理量。

電感器電感量的大小，主要取決于線圈的圈數（匝數）、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。通常，線圈圈數越多、繞制的線圈越密集，電感量就越大。有磁心的線圈比無磁心的線圈電感量大；磁心導磁率越大的線圈，電感量也越大。

電感量的基本單位是亨利（簡稱亨），用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨（mH）和微亨（μH），它們之間的關系是：

1H=1000mH

1mH=1000μH

允許偏差

允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。

一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高，允許偏差為±0.2%~±0.5%；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高；允許偏差為±10%~15%。

品質因數

品質因數也稱Q值或優值，是衡量電感器質量的主要參數。

它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。

電感器品質因數的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關。

分布電容

分布電容是指線圈的匝與匝之間，線圈與磁心之間，線圈與地之間，線圈與金屬之間都存在的電容。電感器的分布電容越小，其穩定性越好。分布電容能使等效耗能電阻變大，品質因數變大。減少分布電容常用絲包線或多股漆包線，有時也用蜂窩式繞線法等。

額定電流

額定電流是指電感器在允許的工作環境下能承受的最大電流值。若工作電流超過額定電流，則電感器就 會因發熱而使性能參數發生改變，甚至還會因過流而燒毀。

3儲能電感

在開關電源中，由于在開關過程中輸出電流是不能間斷的，所以需要一個能夠在這個時候釋放能量的器件，這就是儲能電感。這個電感一直伴隨著各種開關電源。幾乎所有的開關電源都必須伴隨著這樣一個電感的存在。

例如，在單片機系統中最常使用的開關電源LM2576電源電路中

所有的開關調節器都有兩種基本的工作方式：即連續型和非連續型，兩者之間的區別主要在于流過電感的電流不同，即電感電流若是連續的則稱為連續型；若電感電流在一個開關周期內降到零則為非連續型。每一種工作模式都可以影響開關調節器的性能和要求。當負載電流較小時，在設計中可采用非連續模式。LM2576 既適用于連續型也適用于非連續型。通常情況下，連續型工作模式具有好的工作特性且能提供較大的輸出功率、較小的峰峰值電流和較小的紋波電壓。一般應用時可根據下面公式進行電感的選擇：（電壓單位：V 電流單位：A）

4隔離電感

使用電感對電源電路隔離也是比較常用的方法，在很多時候，我們需要把幾個電源相互隔離以防其相互干擾，這時候最常使用的器件就是電感（有時會使用0Ω電阻代替）。

上圖是一個單片機最小系統的一部分原理圖，在圖中我們可以看到。為了把單片機的數字地和模擬地進行隔離，使用了一個10uH的電感，以保證這兩個電源的相對獨立。

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本文純屬學習記錄，摘自張飛實戰電子，大家可以去張飛實戰電子學習提高，一起加油！！！！

總結

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