3.2 电感器及应用
电感器是电路的基本元件之一，如图3-14所示。它在电路中常用来阻流、滤波、耦合、选频、振荡、延迟等。电感器在电路中的使用没有电阻器、电容器广泛，只需要了解即可。
图3-14 电感器在电路中的应用示例
3.2.1 电感器简介
（1）什么是电感器
电感器就是由绝缘导线绕制而成的线圈，因此又叫电感线圈，简称电感。
为了获得不同的电感量，电感有的是空心线圈，有的是带有铁芯的线圈，有的是环形线圈。在电感线圈外加不同的封装，就形成了大大小小、各种形状的电感器，如图3-15所示。
图3-15 各种电感元件的外形
电感器用文字符号L表示，图形符号如图3-16所示。
图3-16 电感器的图形符号
（2）电感的主要参数
①电感量 电感量也称自感系数，是表示电感器产生自感应能力的一个物理量。电感量又称自感系数，电感量常用的单位有亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH）、纳亨（nH），它们的换算关系是
1H=103mH；1mH=102μH；1μH=103nH
电感量一般标注在电感器的外壳上，如图3-17所示。
图3-17 电感量的标注方法
电感量的大小，主要取决于线圈的圈数（匝数）、绕制方式、有无磁芯及磁芯的材料等。
a.匝数和绕制方式：线圈的圈数越多，电感量越大；绕制的线圈越密集，电感量就越大。
b.横截面积：绝缘导线的粗细，越粗电感量越大。
c.有无铁芯及铁芯的材料：有铁芯的线圈比无铁芯的线圈电感量大；铁芯磁导率越大的线圈，电感量也越大。
②允许误差 电感上标称的电感量与实际电感的允许误差值称为允许偏差。
一般用于振荡或滤波等电路中的电感要求精度较高，允许偏差为±0.2％～±0.5％；而用于耦合、高频阻流等线圈的精度要求不高，允许偏差为±10％～15％。
③额定电流 电感在正常工作时允许通过的最大电流值称为额定电流。若电感是工作电流超过额定电流时，电感器就会因发热而使性能参数发生改变，甚至还会因过流而烧毁。
④品质因数 品质因数也称Q值，是衡量电感质量的主要参数。它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。
⑤分布电容 电感线圈的匝与匝之间、线圈与磁芯之间存在的电容叫电感器的分布电容。电感的分布电容越小，其稳定性越好。
（3）感抗
交流电也可以通过线圈，但是线圈的电感对交流电有阻碍作用，这个阻碍叫做感抗。电感量越大，电感的阻碍就越大；交流电的频率高，也难以通过线圈，电感的阻碍作用也大。
感抗用符号XL表示，单位是Ω。感抗XL与电感量L和交流电频率f的关系为
XL=2πfL
在实际应用中，电感具有“通直流，阻交流”或“通低频，阻高频”的作用，因而在交流电路中常应用感抗的特性来旁通低频及直流电，阻止高频交流电。
3.2.2 电感器的简易测试
检测电感器的质量需用专用的电感测试仪，在一般情况下，可用万用表测量来判断电感的好坏。
测试方法是：用指针式万用表欧姆挡（R×1或R×10挡）来判断。根据检测电阻值大小，可以简单判别电感器的质量。正常情况下，电感器的直流电阻很小（有一定阻值，最多几欧姆），如图3-18所示。若万用表读数偏大或为无穷大则表示电感器损坏。若万用表读数为零，则表明电感器已短路。
图3-18 测量电感器的电阻值
3.2.3 自感及应用
（1）自感现象
如图3-19所示，闭合开关S时，A灯泡会立即正常发光，而B灯泡则慢慢变亮；断开开关时，A灯泡几乎立即熄灭，而B灯泡要经过一个短促的继续发光阶段才会熄灭，在断电瞬间，灯光甚至比原来更亮。
图3-19 自感现象实验
上述实验表明：在开关闭合时，线圈中慢慢增大的电流使线圈产生感应电动势，此感应电动势阻碍电感线圈回路中电流的增大。在开关断开时，线圈中逐渐减小的电流使线圈产生感应电动势，此感应电动势阻碍电感线圈回路中电流的减小。电感器是一个储能元件，它的端电压不能突变。
自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它是由于线圈本身电流变化而引起的。由此自感产生的感应电动势，称为自感电动势。
（2）自感现象的应用
荧光灯就是利用电感器产生的自感电动势来点亮灯管的例子。
如图3-20所示为日光灯电路。电感器常常被称为镇流器。接通电源后，电源电压通过镇流器和日光灯的灯丝加到了启辉器的两端，使启辉器产生辉光放电，致使金属片受热形变并互相接触，整个电路就形成闭合回路，在电路中就有电流流过，日光灯的灯丝被电流加热而释放大量电子。同时，由于启辉器两端接通，辉光熄灭，金属片冷却并断开，把整个电路切断，于是在镇流器线圈中产生了比电源电压高得多的自感电动势，使灯管内气体电离而产生辉光放电，日光灯便发光了。
图3-20 日光灯电路
另外，电感线圈具有扼制高频电流通过的性质，在无线电电路中用作高频扼流圈；自感线圈与电容器组合可以构成振荡电路或滤波电路。
（3）自感的危害及消除措施
有时自感现象是有害的。例如，当具有大电感线圈的电路断开时，产生大的自感电动势会使电闸产生强烈电弧，危及设备和人员安全，必须设法避免。
消除自感的方法是尽量减少回路的自感磁链。例如要绕制一个无感电阻时，则可将选好的电阻丝，对折后绕在支架中，如图3-21（a）所示。这种双线并绕的方法，通过并绕电阻丝的电流大小相等，方向相反，产生的磁通互相抵消，因而大大减小了电感。
图3-21 消除自感的措施
除此以外，也可以设法使电阻丝绕在一个薄板上，以减小它的截面积，从而减小电感，如图3-21（b）所示。
3.2.4 电感器的储能作用
当线圈中电流发生变化时，就会产生自感，线圈把电能转变为磁场能，并以磁场能的形式储存能量。
线圈中磁场能与本身的电感成正比，与通过线圈电流最大值的平方成正比，即
式中，L为线圈的电感，H（亨）；I为通过线圈的电流，A（安）；WL线圈中的磁场能量，J（焦）。