3.3 电感器的主要参数

3.3.1 电感量

下面介绍电感器的自感现象，然后再讲解电感量及其单位。

1.电感器的自感现象

分析了电生磁、磁生电及感应电动势之后，再来研究它的特殊情形——自感电动势。

（1）自感电动势。外加电压能使闭合线圈产生磁场，磁力线反过来也穿过线圈本身，使线圈本身产生感应电动势或感应电流。这种由于线圈电流发生变化而产生的感应电动势，称为自感电动势。这种电磁感应现象，称为自感现象。

（2）自感电动势的方向。在图3-12（a）中，L1是铁芯电感器，RP为变阻器，H1、H2是二个同样规格的小灯泡，E1是电源，S1是开关。

先调节RP，使两支路的直流电阻值相等，再闭合开关S1接通电路电源，可以看到，与RP串联的灯泡H2立即正常发光，而与铁芯线圈串联的灯泡H1却慢一会儿才正常发光。这是什么原因造成的呢？原来，接通电源的瞬间，线圈中便开始产生变化的电流磁场，由于变化磁场也要穿过线圈本身，根据自感现象，就在线圈L1中产生了自感电动势。实践表明，自感电动势方向与电源电压方向相反，会阻碍线圈L1的电流增加，从而使灯泡H1稍迟一会儿才正常发光。

再看图3-12（b），灯泡H3与铁芯线圈L2并联，线圈的电阻小于灯泡的电阻。

闭合开关S2接通电源时，灯泡将发光，线圈也会有电流流通，由于线圈的电阻小于灯泡的电阻，所以线圈的电流就大于流过灯泡的电流。当迅速断开开关S2时，灯泡并不是立即熄灭，而是在熄灭之前还突然出现较强的闪光。这是因为在关断电源的瞬间，通过线圈的电流很快减少，穿过线圈的磁通量也迅速随之减少，于是在线圈上产生了比电源电动势大得多的自感电动势。虽然电路的电源已被切断，但自感电动势的电流却加在灯泡H3上维持一瞬间，所以灯泡不会立即熄灭，反而在熄灭前能发出更强的闪光。

上述实验表明：自感电动势方向总是阻碍原来电流变化。原来电流增大，就阻碍它增大，原来电流减小，就阻碍减小。

（3）自感电动势的大小。自感电动势的大小与穿过闭合线圈磁通量变化率 成正比，而磁通量变化率又与电流变化率成正比，因此自感电动势ε也跟电流变化率成正比，即

式中，L称为自感系数，简称“自感”或“电感”。

电流变化率 是决定自感电动势的外部因素，电流变化率大，自感电动势就大；而电感 L 则是电感器固有的属性。上式明确表明，自电动势的大小与电感器的电感 L 成正比。电感L越大，自感电动势ε越大。

电感器的“电感”与电感线圈的匝数、直径以及有无铁芯有关。一般来讲，匝数越多，直径越大，电感 L 就越大，应用时产生的自感电动势就越大。有铁芯的电感线圈，电感L就更大，比没有铁芯的大许多倍。

2.电感量及单位

电感的大小通常用一个数字与特定单位来表述。如图3-2中，有一个电感器上标有1μH，其中“1”是数量，“μH”是电感的单位，合读为“1微亨”。像这样用数量与单位来表述电感的大小，称为电感器的“电感量”，简称“电感”。

电感量是描述电感器大小的参数。每个成品电感器都有一个确定的电感量。通常说电感器是多大，就是指电感量有多大，而不是指体积有多大，也不是指线圈匝数有多少。

电感的基本单位是H，比H小的单位有mH、μH。它们之间的关系为

1H=103mH

1mH=103μH。

这里要指出，电感器的电感量，除了与电感线圈的匝数和有无铁芯有关外，还与电感器在电路中的用途有关。一般高频电路中的电感器，电感量多为几微亨；中频电路使用的电感器，电感量多为几百微亨；低频电路使用的电感器，电感量多为数毫亨。

电感量除用直标法标记在电感器表面外，在电路图中也要标记出来，如图1-5中L2的电感量就为3.1mH。

以现代技术和设备生产的电感器，其电感量的误差精度较高，偏差很小，一般都能胜任电器中的应用。因此，电感器实物上一般不标出电感量的误差值。

选用电感器时，应遵守一定的原则：在一般的滤波电路、谐振电路中，应选用电感量误差较小的电感器；在一般的耦合、扼流电路中，其电感量的误差允许大一点。

3.3.2 电感器的其他参数

1.感抗

电感器对直流电和交流电都呈现阻碍特性，电流性质不同，所具特性不同。电感器对直流电的阻碍称为电阻，其值很小，为线圈的直流电阻值；电感器对交流电的阻碍称为感抗，是电感器具有自感特性的表现。对于一个电感器，它的感抗远大于它的直流电阻，这就决定了电感器仅对交流电起作用。因此，通常只讨论感抗，不讨论它的直流电阻。

感抗是电感器的又一参数，与交流电频率成正比，与电感量成正比，用公式表示为

X=2πfL

式中，X表示电感器的感抗，单位为Ω；f表示交流电的频率，单位为Hz；L表示电感器的电感量，单位为H。

感抗与电阻虽然都对电流有阻碍作用，但两者有本质区别：感抗起因于阻碍电流变化的自感电动势，故感抗与电流变化的频率成正比。频率越高，感抗越大。因此，在交流电路中，电感器可用来限制高频电流，称为高频扼流圈。在直流电路中，电流频率为零，电感器中导通的电流稳定后，就无自感电动势，电感器不存在感抗，它对直流电的阻碍就是线圈本身具有的直流电阻。

物理学中，2πf表示正弦交流电的角频率，常用ω表示，于是上式又可写成

X = ωL

这就表明，电感器对交流电的感抗与正弦交流电角频率成正比，与电感量成正比。上述两个公式，只是用不同的物理量描述电感器的感抗。

2.品质因素

品质因素是恒量电感器质量的参数，是指电感器在某一频率交流电下工作时，呈现的感抗和直流电阻的比值，可用公式表示为

式中，Q表示电感器的品质因素。

上式表明，电感器的感抗确定时，品质因素仅与电感器的直流电阻 R 有关，直流电阻越大，Q值越小；反之，直流电阻越小，Q值越大。

在一般谐振回路中，电感线圈 Q 值越高，回路损耗越小，效率越高，滤波性能越好，选频性能越强。

电感器 Q 值的提高，往往受到一些因素限制，如导线的直流电阻、线圈骨架的损耗，以及由于屏蔽和铁芯引起的损耗，还有在高频工作时的集肤效应等。因此，实际上电感线圈的Q值不能做得很高，通常为几十至一百，最高至四五百。

另外，外界因素的影响也较大，如温度、湿度及电感线圈变形等，都将使 Q 值改变。特别是湿度容易引起 Q 值变化，如果 Q 值变化发生在电视机的谐振回路中，将导致回路不能正确选频与滤波，使电视机不能正常收看。因此使用电感器时应注意Q值问题。

3.分布电容

线圈的匝与匝之间具有电容，线圈与地之间、线圈与屏蔽罩之间也具有电容，这些电容统称为线圈的分布电容。以图3-1（a）中线圈来说，相邻两匝线圈之间平行绝缘，相对具有一定面积，就已构成了电容器，形成一定的电容。由于匝与匝间相对有效面积较小，所以形成电容较小。电感线圈形成电容器的个数比线圈匝数少1。若一个线圈有6匝，就形成5个串联的电容器。5个电容器串联的电容值就是这个线圈的总电容量。由于电容分布在线圈的匝与匝之间，故称为线圈的分布电容。

电感线圈分布电容的容量大小，与线圈匝数有关、与线圈绕制结构有关。

在应用中，当电感线圈上有交流信号通过时，低频信号就通过铜质导线传输，高频信号将通过分布电容传输。这样电感线圈就起不到阻止高频信号的作用。由此可见，分布电容的存在，将改变或破坏电感器本有的特性与功能，降低电感线圈稳定性，同时也降低电感线圈的品质因素，因此在制造和选用电感器时，总是希望线圈的分布电容应尽可能地小。