何谓电感器
有时候叫“电感器”，有时候叫“线圈”，教科书里讲的是“弹簧形”的电感器，而实际使用的电感器却可能是截然不同的表面贴装型，对于初次接触的工程师来说，电感器估计是一种相当棘手的元件。 电感器与电阻器R、电容器C一样，都是无源元件的重要组成部分，在电子设备中必然会使用到。在正文中，我们将运用少量的电磁学知识，来加深大家对于电感器的理解。

电感器的原理
电流通过电线时，将会以电线为中心而产生同心圆形状的磁场。此时，如果将电线弯成中的“弹簧形”，电感器内部的磁通量将指向同一方向，从而增强。通过调整圈数，可以产生与圈数成正比的磁场。这就是电感器的原理。
电流通过电感器会产生磁场，相反，磁场变化则会产生电流。

（电磁感应定律）

　　　　　　　　　　　ｄ i　
　　　　　　E ＝ L ・――― 
　　　　　　　　　　　ｄ t　
　　　L: 电感器的自感 
　　　E: 反电动势    

电感器中产生的反电动势E，与单位时间的电流变化率（di/dt）成正比，因此在一定电流持续沿同一方向流动的直流电通过时不会发生。也就是说，电感器对于直流电流没有任何作用，只对交流电起到阻碍电流的作用。利用电感器的这一性质，在交流电路中可以用作电阻（阻抗）。电感器具备的阻抗Z（单位Ω）为：

Z=ωL＝2πfL

f为交流频率、L为电感器的自感。

铁芯的作用
电感器的截面积S越大、磁路（磁通量的通道）越短，磁通量越大。而且，磁通量具有在磁阻小的位置集中的性质。因此，在电感器中插入磁导率大的强磁体，可以增大磁通量。这就是铁芯存在的理由，当需要大电感或希望实现电感器小型化时，可以插入磁导率大的磁体铁芯。

电感与圈数n的二次方、绕线半径a的二次方成正比，与铁芯的磁导率μ成正比。
无限长螺线管的电感为：
 L＝μn2S
 S＝πa2
这里的L定义为电感。μ是铁芯的磁导率，空芯时为1.0（＝空气的磁导率）。
但铁芯存在磁滞特性。特性会随磁通量、材料、温度产生变化，或出现损耗和应变。
而且还具有令人匪夷所思的性质，在达到磁饱和后，电感器的特性会消失。

电源电路用电感器的关键词
对于转换电压和电流、传输电能的电路所使用的电感器，能量损耗低是一个重要条件。电能在通过电感器的过程中，一部分会转化成热量，释放到环境中。这种能量损耗可以分成“铁损”、“铜损”2种损耗来进行考虑。

● 铁损（iron loss、core loss）

交流磁通量通过铁芯时，铁芯内产生的磁滞损耗与涡流损耗之和，是铁芯内产生的功率损耗的总称。

● 磁滞损耗（hysteresis loss）

指磁滞现象造成的热损耗。绕磁滞回线（图-3）一圈后，铁芯的磁化将回到原来的状态。其间施加的能量将以热的形式释放。这就是磁滞损耗。

● 涡流损耗（eddy current loss）

磁通量发生变化将会产生电流。磁通量穿过铁芯表面时，将会产生垂直于磁通量的同心圆形电流。这就是涡流，在铁芯的电阻的作用下，涡流将会转变成热量，造成能量损耗。损失的能量叫作涡流损耗。

● 铜损（copper loss）

电线缠绕成线圈后，在其电阻的作用下，电流转变成热量所造成的损耗，叫作铜损。这个称谓是因绕线材料使用铜线而得名。

高频电路用电感器的关键词
在高频电路中，表示电感器性能的指标为Q。为方便理解，可以将其看作是表示高频损耗有多低的指标。
与电容器组合构成谐振电路时，要尽量选择Q值高的电感器。

● Q因数（quality factor）

表示共振尖锐程度的值。一般来说，Q值越大，共振越尖锐，电感器越好。
频率增大后，电线的趋肤效应、铁芯材料的磁滞损耗和涡流损耗增加，会使Q值降低。也就是说，在高频下很难得到Q值高的电感器，换言之，即使在高频下，也很难得到高阻抗的电感器。 

在LCR串联谐振电路中表示为
　　　ω L　　　　1
Q ＝ ―――  ＝  ――― 　
　　 　R　　　　ω CR

● 自共振频率（self resonant frequency）

电感器的等效电路如图-4所示，除原有的电感外，还包括在缠绕的电线之间形成的电容（线间电容）和绕线电阻等组成部分。
线间电容Cr非常小，在低频下不构成问题，但在高频电路中使用电感器时，需要考虑其影响。
下面来看一下电感器的阻抗特性（Z-f特性）。电感器的阻抗为Z＝2πfL，阻抗随频率的增大而增加。但在某一频率fo下，电感器原本的电感L与线间电容Cr将发生共振现象。而在更高的频率下，线间电容Cr占据主导，阻抗将会降低。

作为阻抗拐点的频率fo，叫作自共振频率。在高于自共振频率fo的频率下，电感器将不再发挥电感器的作用。

在高频率下使用电感器时，请通过规格书和数据确认fo。

电感器的种类与特点
电感器种类繁多，有的用功能来称呼，例如“轭流线圈”、“点火线圈”等，有的像“片式电感器”一样，用形状来表示。一个电感器根据用途的不同，会有许多个名称，容易造成混乱。
下面就从不同的切入点来介绍电感器。

根据绕线结构分类
● 绕线电感器

说起线圈，大家最熟悉的估计要数弹簧型电感器。 

这种电感器基本上是将带绝缘膜的铜线也就是磁线，卷成像弹簧一样的螺旋状，也有缠在塑料线轴上的类型和直接缠在成型的铁氧体铁芯上的类型。

为满足小型化、薄型化的需求，此类电感器涌现出了许多种绕线结构。其中不乏使用矩形磁线而非圆形的类型。（图8）如此一来，就消除了绕线部分的间隙。圈数相同时，铜线的截面积增大，直流电阻则会缩小，铜损也会减少。由此可以制作出高效率的电感器。

出于相同的理由，使用铜板代替磁线的类型也早已投入实用。

● 叠层电感器

相比能量效率，高频电路用电感器更重视小型化和高频特性，如今已经出现了抛弃“缠绕”思路，而在薄片和基板上印刷导体金属的电感器。
在由铁氧体和陶瓷材料延展成薄片状的生片上，印刷几分之一圈的电感器。重叠多层即为电感器。随着生片的薄层化、微细印刷技术、使用导通孔连接层间的技术的进步，制作小型、高电感的电感器成为了可能。
●　薄膜电感器
与通过丝网印刷方式印刷绕线的叠层电感器相对应，使用溅射和蒸镀技术，通过比印刷更薄的金属膜，来形成线圈图案的电感器，叫作薄膜电感器。通过运用半导体制造技术，提供小型、高精度的电感器。
根据贴装形态分类

有用于流体贴装的引线型电感器和表面贴装型（片式电感器）。
根据磁芯材质分类

● 硅钢板

擅长在低频带使用的材料，在商用频带（50/60Hz）大量用于电源变压器、轭流线圈等。在铁中添加百分之几的硅，可以提高磁导率，还能降低老化程度。以此为材料进行冷轧，制成厚度为0.05～0.5mm左右的板状，再冲压成E型I型，将几十张重叠在一起使用。
为防止涡流造成的损耗，铁芯表面要一一绝缘。频率越高，使用的钢板要越薄。

● 坡莫合金

在铁中添加镍制成的高磁导率材料叫作坡莫合金。通过调整镍的含量，初始磁导率和饱和磁通量密度会发生变化，因而适用于低频信号用变压器、轭流线圈等。

● 压粉磁芯

由以钼为主要成分的细颗粒粉末压制而成，磁阻高于硅钢板，因此可以缩小涡流造成的损耗。适用于电源线滤波器、开关电源的高频平滑线圈等。

● 铁氧体磁芯

　应用广泛的高频率用高磁导率材料。主要成分氧化铁（Fe2O2）与锰、镁、镍、锌等的金属化合物混合，经高温烧结制成。代表性铁氧体有Mn-Zn类、Ni-Zn类等。

● 空芯

不使用磁体作为芯材的电感器叫作空芯电感器。芯材中空（空气），以及芯材使用氧化铝等非磁体材料的绕线电感器、堆叠非磁性材料片材的叠层电感器、使用非磁性材料基板的薄膜电感器等，都属于空芯电感器。之所以叫作空芯电感器，是因为没有一般所说的磁体铁芯（＝空）。

电感器的使用方法
下面将电感器按照用途分类，来检验其使用方法。
电源电路用电感器
开关电源、DC/DC换流器等能量转换电路中使用的电感器。多数情况下用作“轭流线圈”。 
设计电源设备时，分散产生的热量是重要的设计要点，在选择热量发生源的变压器和电感器时，也务必要选择低损耗的类型。 

L1和L2都是用来去除噪声的电感器。AC适配器要插入家中的插座使用，因此需要去除噪声，以防AC适配器内部产生的电磁噪声传导至其他设备。
低通滤波器通常由跨线电容器Cx和线路旁路电容器Cy组成。如图13所示，L1、L2均用作正常模式电感器。C1是起到跨线电容器作用的薄膜电容器。

L3是平滑用轭流线圈。其作用是以经过二极管整流、电容器平滑后含有纹波的输出电流为对象，使用轭流线圈的阻抗进行平滑。轭流线圈中会通过AC适配器的输出电流，计算出必要的电感值后，请参考留给轭流线圈的贴装空间，尽可能选择直流电阻低的轭流线圈。

高频电路用电感器
RF电路的共振用电感器、阻抗匹配、谐波陷波器等，要选择高频特性优异的电感器。

● 选择Q值高的电感器
Q是衡量高频损耗的指标。与电源电路用电感器的铜损一样，考虑的重点是电阻值低。但这里必须要考虑的电阻值并不是直流电阻，而是高频电阻。
高频时趋肤效应（skin effect）趋于明显，因此与导体的截面积相比，增大表面积更加重要。而且，铁芯内的磁通量也存在相同的现象，所以要通过增大线圈直径来降低实效磁阻。（图-14）

● 选择自共振频率高的电感器
在高频带，构成电感器的绕线与外部端子等相互影响，会产生微小的杂散电容Cr。Cr与电感器的电感L有发生共振现象的频率（fo），在共振频率以上时，电感器表现出符合电容器特征的阻抗特性。（图-15）

尽管高频电感器的设计考量周密，但在使用比较大型的电感器和高电感值的电感器时，依然需要加以注意。
电感器生产厂家的产品目录中记载了自共振频率的数据，请确认其能够在所用频率下使用。    图-15　自共振频率的示例

● 选择电感偏差小的电感器

在电感器的制造工序中，材料和加工精度免不了出现波动。产品之间和批次之间必然会产生偏差。 
在需要为操作偏差确保余量的电路中，与其他元件一样，电感器也要选择偏差小的规格。

● 高频电感器的使用示例
VCO是利用可变电容二极管（VC1）的电容值随反向偏置电压变化的特性来改变振荡频率。

对于VCO电路的供电电源，重要的是电压稳定、噪声小。L1是用于施加稳定偏置电压的电感器。为了实现稳定输出，必须选择电感偏差小的电感器。
L2通过与电容器C并联谐振，确定振荡频率。不仅电感偏差要小，Q值也必须高。
高频电感器根据构成线圈部分的工艺，有“绕线”、“薄膜”、“叠层”3种电感器。每种电感器有各自擅长和不擅长的领域，请根据用途进行选择。

共模轭流线圈
是铁氧体磁芯采用两种绕线的EMI（辐射电磁噪声）抑制元件，主要用于电源线以及USB2.0、PCI和LVDS等使用差分信号的接口电路等。作为电子设备的EMI抑制措施，发挥着重要的作用。

共模轭流线圈的特点，是使用噪声与信号的传输模式的差异来去除噪声，因此对信号成分的正常模式没有负面影响，能够选择性地去除作为辐射噪声发生源的共模成分。