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色環(huán)電感的基本作用。電感的作用如下兩點(diǎn):
1)色環(huán)電感在電路中的阻流作用:線圈中的自感電動勢總是與線圈中的電流變化相對抗。主要可分為高頻阻流線圈及低頻阻流線圈。
2)色環(huán)電感在產(chǎn)品中是有調(diào)諧與選頻作用:電感線圈與電容器并聯(lián)可組成LC調(diào)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(xiàn)象。諧振時(shí)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
色環(huán)電感(inductance)是電子電路或裝置的屬性之一,指的是:當(dāng)電流改變時(shí),因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生抵抗電流改變的電動勢(EMF,electromotive force)。
色環(huán)電感在電路中的任何電流,會產(chǎn)生磁場,磁場的磁通量又作用于電路上。依據(jù)楞次定律,此磁通會借由感應(yīng)出的電壓(反電動勢)而傾向于抵抗電流的改變。磁通改變量對電流改變量的比值稱為自感,自感通常也就直接稱作是這個(gè)電路的電感。具有電感性的裝置稱為電感器(inductor,中文里一般也簡稱電感),電感器通常是一線圈,可以聚集磁場。(自感是互感的特例)
空心線圈電感量計(jì)算公式:
l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44)
線圈電感量 l單位: 微亨
線圈直徑 D單位: cm
線圈匝數(shù) N單位: 匝
線圈長度 L單位: cm
頻率電感電容計(jì)算公式:
l=25330.3/[(f0*f0)*c]
工作頻率: f0 單位:MHZ 本題f0=125KHZ=0.125
諧振電容: c 單位:PF 本題建義c=500...1000pf 可自行先決定,或由Q
值決定
諧振電感: l 單位: 微亨
線圈電感的計(jì)算公式
作者:線圈電感的計(jì)算公式 轉(zhuǎn)貼自:轉(zhuǎn)載 點(diǎn)擊數(shù):299
1。針對環(huán)行CORE,有以下公式可利用: (IRON)
L=N2.AL L= 電感值(H)
H-DC=0.4πNI / l N= 線圈匝數(shù)(圈)
AL= 感應(yīng)系數(shù)
H-DC=直流磁化力 I= 通過電流(A)
l= 磁路長度(cm)
l及AL值大小,可參照Micrometal對照表。例如: 以T50-52材,線圈5圈半,其L值為T50-52(表示OD為0.5英吋),經(jīng)查表其AL值約為33nH
L=33.(5.5)2=998.25nH≒1μH
當(dāng)流過10A電流時(shí),其L值變化可由l=3.74(查表)
H-DC=0.4πNI / l = 0.4×3.14×5.5×10 / 3.74 = 18.47 (查表后)
即可了解L值下降程度(μi%)
2。介紹一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式
L=(k*μ0*μs*N2*S)/l
其中
μ0 為真空磁導(dǎo)率=4π*10(-7)。(10的負(fù)七次方)
μs 為線圈內(nèi)部磁芯的相對磁導(dǎo)率,空心線圈時(shí)μs=1
N2 為線圈圈數(shù)的平方
S 線圈的截面積,單位為平方米
l 線圈的長度, 單位為米
k 系數(shù),取決于線圈的半徑(R)與長度(l)的比值。
計(jì)算出的電感量的單位為亨利。
色環(huán)電感是電子電路阻止電流改變的一種性質(zhì)。注意“改變”一詞的物理意義,這點(diǎn)非常重要,有點(diǎn)像力學(xué)中的慣性。一個(gè)電感線圈被用在磁場中儲存能量,你會發(fā)現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象非常重要。為了理解電感的概念,必須了解三個(gè)物理現(xiàn)象:
(1)當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體相對磁場運(yùn)動時(shí),導(dǎo)體中會感生電流。從而在導(dǎo)體的兩端會產(chǎn)生感生電動勢。
(2)當(dāng)導(dǎo)體處在變化的磁場中,導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生感生電流。像第一種情況一樣,導(dǎo)體內(nèi)也會產(chǎn)生感生電動勢。
(3)當(dāng)導(dǎo)體中有電流流動時(shí),導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場。
根據(jù)楞次定律.電路中的感生電動勢是描述電路中抵消或補(bǔ)償其自身的增加或減少的一個(gè)物理量。從這個(gè)原理出發(fā),會有以下效應(yīng):
(1)無論導(dǎo)體和磁場發(fā)生相對運(yùn)動還是磁場變化,都會產(chǎn)生感生電流。感生電流的方向是其激發(fā)的磁場與原磁場的變化趨勢相反的方向。
(2)導(dǎo)體中電流改變時(shí),由此電流激發(fā)的磁場會發(fā)生變化,磁場的變化會感生新的電流以阻礙原電流的變化。
(3)由電流變化感生的電動勢與產(chǎn)生電流變化的電勢的極性相反。
電感的單位是亨E[利](H)。如果導(dǎo)體中的電流以IA/s的速率變化,會感生IV的電動勢,那么此導(dǎo)體的電感就為1H。這個(gè)關(guān)系可以表示為:
V=L(ΔI/Δt)
式中,V為感生的電動勢,V;L為電感,H;r為電流,A;t為時(shí)間,s;△為微小改變量。
亨E[利]這個(gè)單位適用于在直流電源供電的連續(xù)濾波腔體中使用的電感器,但對于射頻和中頻電路來說,它的量綱太大了。在這些電路中通常使用的是輔助單位毫亨(mH)和微亨(μH)。它們之間的換算關(guān)系是:
1H=1000mH=1000000μH
所以,
1mH=10-3H, 1μH=10-6H
這里有一個(gè)值得注意的現(xiàn)象叫做自感:當(dāng)電路中的電流變化時(shí),電流激發(fā)的磁場也相應(yīng)變化。磁場的變化會感生一個(gè)反向電流阻礙原電流的變化。這個(gè)感生電流也會產(chǎn)生一個(gè)電動勢,稱作反向電動勢。和其他形式的電感一樣,自感的單位也是亨E[利]和它的輔助單位。
色環(huán)電感的概念涉及一系列現(xiàn)象,但是單獨(dú)使用時(shí)通常是指自感。所以,本章中的討論除非特別說明(比如互感等),電感都是指自感。不過要記住:該專業(yè)術(shù)語擁有比一般理解更多的含義。
力學(xué)傳感器的種類繁多,如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器,它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。
在了解色環(huán)電感時(shí),我們首先認(rèn)識一下電阻應(yīng)變片這種元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上,當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí),電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變,使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變,從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小,這種應(yīng)變片組成應(yīng)變電橋,并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大,再傳輸給處理電路(通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU)顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途,電阻應(yīng)變片的阻值可以由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì),但電阻的取值范圍應(yīng)注意:阻值太小,所需的驅(qū)動電流太大,同時(shí)應(yīng)變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高,不同的環(huán)境中使用,使應(yīng)變片的阻值變化太大,輸出零點(diǎn)漂移明顯,調(diào)零電路過于復(fù)雜。而電阻太大,阻抗太高,抗外界的電磁干擾能力較差,一般均為幾十歐至幾十千歐左右。
色環(huán)電感應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象,俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。
我們以金屬絲應(yīng)變電阻為例,當(dāng)金屬絲受外力作用時(shí),其長度和截面積都會發(fā)生變化,其電阻值即會發(fā)生改變。假如金屬絲受外力作用而伸長時(shí),其長度增加,而截面積減少,電阻值便會增大。當(dāng)金屬絲受外力作用而壓縮時(shí),長度減小而截面增加,電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化(通常是測量電阻兩端的電壓),即可獲得應(yīng)變金屬絲的應(yīng)變情況。
色環(huán)電感沒有液體的傳遞,壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產(chǎn)生微小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個(gè)惠斯通電橋(閉橋),由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng),使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號,標(biāo)準(zhǔn)的信號根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等,可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標(biāo)定,傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性,傳感器自帶溫度補(bǔ)償0~70℃,并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。
色環(huán)電感是一種公認(rèn)的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達(dá)-40~135℃,而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度大于2kV,輸出信號強(qiáng),長期穩(wěn)定性好。高特性、低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向,在歐美國家有替代諸多類型傳感器的趨勢,在中國越來越多的用戶使用色環(huán)電感替代擴(kuò)散硅壓力傳感器。
被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷),使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發(fā)生變化,用電子線路檢測這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。
利用應(yīng)變電阻式工作原理,采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件,具有無與倫比的計(jì)量特性。
藍(lán)寶石系由單晶體絕緣體元素組成,不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象;藍(lán)寶石比硅更堅(jiān)固,硬度更高,不怕形變;藍(lán)寶石有著非常好的彈性和絕緣特性,因此,利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件,對溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);另外,硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件,無p-n漂移,因此,從根本上簡化了制造工藝,提高了重復(fù)性,確保了高成品率。
用硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器,可在最惡劣的工作條件下正常工作,并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價(jià)比高。
表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成:鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應(yīng)變靈敏電橋電路的藍(lán)寶石薄片,被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上(接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅(jiān)固地連接在一起)。在壓力的作用下,鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變,該形變被硅-藍(lán)寶石敏感元件感知后,其電橋輸出會發(fā)生變化,變化的幅度與被測壓力成正比。
傳感器的電路能夠保證應(yīng)變電橋電路的供電,并將應(yīng)變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號輸出(4~20mA或0~5V)。在絕壓壓力傳感器和變送器中,藍(lán)寶石薄片與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起,起到了彈性元件的作用,將被測壓力轉(zhuǎn)換為應(yīng)變片形變,從而達(dá)到壓力測量的目的。
色環(huán)電感中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英(二氧化硅)是一種天然晶體,壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的,在一定的溫度范圍之內(nèi),壓電性質(zhì)一直存在,但溫度超過這個(gè)范圍之后,壓電性質(zhì)完全消失(這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”)。由于它隨著應(yīng)力的變化電場變化微小(也就說壓電系數(shù)比較低),所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體,能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度,所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上,比如現(xiàn)在的壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
色環(huán)電感是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量,因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷,只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。
色環(huán)電感主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè),例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力,也可以用來測量微小的壓力。
色環(huán)電感也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中,比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,因?yàn)闇y量動態(tài)壓力是如此普遍,所以壓電傳感器的應(yīng)用非常廣泛
色環(huán)電感干擾是EMC所面臨解決的大問題,共模電感是我們解決共模干擾最有力的元件!現(xiàn)在就簡單介紹一下共模電感的原理以及使用情況。
色環(huán)電感是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件,它由兩個(gè)尺寸相同,匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上,形成一個(gè)四端器件,要對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用,而對于差模信號呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。色環(huán)電感原理是流過共模電流時(shí)磁環(huán)中的磁通相互疊加,從而具有相當(dāng)大的電感量,對共模電流起到抑制作用,而當(dāng)兩線圈流過差模電流時(shí),磁環(huán)中的磁通相互抵消,幾乎沒有電感量,所以差模電流可以無衰減地通過。因此共模電感在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號,而對線路正常傳輸?shù)牟钅P盘枱o影響。
那么有沒同時(shí)使用最快速的場效應(yīng)管(MOSFET管)、高磁通量粗導(dǎo)線的電感線圈、超低ESR的輸入輸出電容的主板呢?實(shí)際上,不同的主板廠商,對選料的著重點(diǎn)不一樣。甲廠商可能會選用快速的場效應(yīng)管(MOSFET管),快速的場效應(yīng)管(MOSFET管)的開關(guān)噪聲比較小,這樣就可以將輸入輸出的電容等級下降一點(diǎn)。好的主板使用高導(dǎo)磁的電感磁芯(降低了線圈的損耗電流),因此它的線圈使用單根比較粗一點(diǎn)的就可以了。但大多數(shù)廠商會使用便宜一點(diǎn)的磁芯,使用三線并繞的方式來解決,這樣即使損耗大一些,線圈也不會發(fā)太多的熱。上面筆者已經(jīng)談過電容的問題,下面我們來談?wù)勲姼泻蛨鲂?yīng)管(MOSFET管)。
充足而純凈的電流是保證主板穩(wěn)定工作的重要條件,為了保證處理器等設(shè)備穩(wěn)定可靠地工作,就需要有非常純凈的電流。因此,主板上設(shè)計(jì)了很復(fù)雜的電路對供電電流進(jìn)行濾波處理。在主板上,電感和電容主要是用來對電流進(jìn)行濾波的。由于電感有蓄能的特點(diǎn),所以電流先流過電感以便濾掉一部分高頻雜波,再流過電容進(jìn)一步濾掉其余的雜波,因此電感的性能就充分影響到了整個(gè)主板供電的純凈度。
再早期的主板用料中常常選用裸露式電感,漸進(jìn)到半封閉式電感,目前市面上的主板已全部采用了全封閉式電感。正因?yàn)槭瞧帘问剑噪姼械木€圈粗細(xì)很難分辨。不過在這里可以將理論與大家分享一下仍是十分有必要的。影響電感性能的主要是線圈和磁芯。線徑很粗的線圈采用的是高導(dǎo)磁率、不易飽和的新型磁芯,所以不需要很多的繞線圈數(shù)就可以得到足夠的磁通量,因此也被越來越多的主板生產(chǎn)商所采用
加載其電感量按下式計(jì)算:線圈公式
阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作頻率) * 電感量(mH),設(shè)定需用 360ohm 阻抗,因此:
電感量(mH) = 阻抗 (ohm) ÷ (2*3.14159) ÷ F (工作頻率) = 360 ÷ (2*3.14159) ÷ 7.06 = 8.116mH
據(jù)此可以算出繞線圈數(shù):
圈數(shù) = [電感量* { ( 18*圈直徑(吋)) + ( 40 * 圈長(吋))}] ÷ 圈直徑 (吋)
圈數(shù) = [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈
空心電感計(jì)算公式
空心電感計(jì)算公式:L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H)
D------線圈直徑
N------線圈匝數(shù)
d-----線徑
H----線圈高度
W----線圈寬度
單位分別為毫米和mH。
色環(huán)電感在制作時(shí)應(yīng)滿足以下要求:
1)繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣,以保證在瞬時(shí)過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。
2)當(dāng)線圈流過瞬時(shí)大電流時(shí),磁芯不要出現(xiàn)飽和。
3)線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣,以防止在瞬時(shí)過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。
4)線圈應(yīng)盡可能繞制單層,這樣做可減小線圈的寄生電容,增強(qiáng)線圈對瞬時(shí)過電壓的而授能力。
通常情況下,同時(shí)注意選擇所需濾波的頻段,共模阻抗越大越好,因此我們在選擇共模電感時(shí)需要看器件資料,主要根據(jù)阻抗頻率曲線選擇。另外選擇時(shí)注意考慮差模阻抗對信號的影響,主要關(guān)注差模阻抗,特別注意高速端口
對于處理器供電電路,處理器從低負(fù)荷到滿負(fù)荷,電流的變化是非常大的。為了保證處理器能夠在快速的負(fù)荷變化中,不會因?yàn)殡娏鞴?yīng)異常而出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。處理器供電電路要求具有非常快速的大電流響應(yīng)能力。供電電路中的場效應(yīng)管(MOSFET管)、電感和電容都會影響到這一能力。一個(gè)最理想的狀態(tài)是,使用最快速的場效應(yīng)管(MOSFET管)、高磁通量粗導(dǎo)線的電感線圈、超低ESR的輸入輸出電容。