電感是什麽？電感定義? 電感特性參數與類別介紹
2022.7.20
技術文章
GOTREND Technology Co.,Ltd 高創科技
1、什麽是電感 ( Inductor )？
電感是三大被動元件之一，與電阻器和電容器並列為電子電路中最基本且使用量最多的電子元件。電感是一種電磁感應元件，通常由絕緣導線繞線一定匝數在支架或鐵芯上形成線圈，此線圈稱為電感線圈或電感器。電感的主要用途包括，濾波去雜訊、抑制瞬間電流、降低電磁干擾(EMI) 及功率轉換等功能。
而被動元件是指無法以等效電路模擬出電源裝置的電子元件，因此它們在電子電路中扮演著重要的支持角色。
2、電感定義
電感是導線內通過交流電流時，在導線的內部及其周圍產生交變磁通，導線的磁通量與生產此磁通的電流之比。
當電感中通過直流電流時，其周圍只呈現固定的磁力線，不隨時間而變化 ；可是當在線圈中通過交流電流時，其周圍將呈現出隨時間而變化的磁力線。根據法拉弟電磁感應定律－磁生電來分析，變化的磁力線在線圈兩端會產生感應電勢，此感應電勢相當於一個“ 新電源 ”。
當形成閉合回路時，此感應電勢就要產生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產生的磁力線總量要力圖阻止原來磁力線的變化的。由於原來磁力線變化來源於外加交變電源的變化，故從客觀效果看，電感線圈有阻止交流電路中電流變化的特性。電感線圈有與力學中的慣性相類似的特性，在電學上取名為“ 自感應 ”，通常在拉開閘刀開關或接通閘刀開關的瞬間，會發生火花，這就是自感現象產生很高的感應電勢所造成的。
➤ 總之，當電感線圈接到交流電源上時，線圈內部的磁力線將隨電流的交變而時刻在變化著，致使線圈不斷產生電磁感應。這種因線圈本身電流的變化而產生的電動勢，稱為“ 自感電動勢 ”。
由此可見，電感量只是一個與線圈的圈數、大小形狀和介質有關的一個參量，它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關。
3、 電感的主要特性參數
3.1 電感量 Inductance (L)
電感量L表示線圈本身固有特性，與電流大小無關。除專門的電感線圈（色碼電感）外，電感量一般不專門標注在線圈上，而以特定的名稱標注。
3.2 感抗 Inductive Reactance (XL)
電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗 XL，單位是歐姆。它與電感量 L 和交流電頻率f的關係為 XL=2πfL
3.3 品質因素 Quality Factor (Q)
品質因素Q是表示線圈品質的一個物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即 ：Q = X L / R 。
線圈的Q值愈高，回路的損耗愈小。線圈的Q值與導線的直流電阻，骨架的介質損耗，遮罩或鐵芯引起的損耗，高頻趨膚效應的影響等因素有關。線圈的Q值通常為幾十到幾百。採用磁芯線圈，多股絞線圈均可提高線圈的Q值。
3.4 直流電阻 DC Resistance (DCR)
電感線圈在非交流電下量得之電阻，在電感器設計中，直流電阻愈小愈好,其量測單位為歐姆,通常以其最大值為標注。
3.5 分佈電容 Distributed Capacitance
線圈的匝與匝間、線圈與遮罩罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分佈電容。分佈電容的存在使線圈的Q值減小，穩定性變差，因而線圈的分佈電容越小越好。採用分段繞法可減少分佈電容。
3.6 阻抗值 Impedance value
電感阻抗值是指其在電流下所有的阻抗的總和(複數)，包含了交流及直流的部份，直流部份的阻抗值僅僅是繞線的直流電阻(實部)，交流部份的阻抗值則包括電感的電抗(虛部) 。從這個意義上講，也可以把電感器看成是"交流電阻器”。
3.7 額定電流 Rated current
允許能通過一電感之連續直流電流強度，此直流電流的強度是基於該電感在最大的額定環境溫度中的最大溫升，額定電流與一電感由低的直流電阻以降低繞線的損失的能力有關，亦與電感驅散繞線的能量損失的能力有關，因此，額定電流可籍著降低直流電阻或增加電感尺寸來提高，對低頻的電流波形，其均方根電流值可以用來代替直流額定電流，額定電流與電感的磁性並無關連。
4、電感種類
➤ 總之，當電感線圈接到交流電源上時，線圈內部的磁力線將隨電流的交變而時刻在變化著，致使線圈不斷產生電磁感應。這種因線圈本身電流的變化而產生的電動勢，稱為“ 自感電動勢 ”。
由此可見，電感量只是一個與線圈的圈數、大小形狀和介質有關的一個參量，它是電感線圈慣性的量度而與外加電流無關。
3、 電感的主要特性參數
3.1 電感量 Inductance (L)
電感量L表示線圈本身固有特性，與電流大小無關。除專門的電感線圈（色碼電感）外，電感量一般不專門標注在線圈上，而以特定的名稱標注。
3.2 感抗 Inductive Reactance (XL)
電感線圈對交流電流阻礙作用的大小稱感抗 XL，單位是歐姆。它與電感量 L 和交流電頻率f的關係為 XL=2πfL
3.3 品質因素 Quality Factor (Q)
品質因素Q是表示線圈品質的一個物理量，Q為感抗XL與其等效的電阻的比值，即 ：Q = X L / R 。
線圈的Q值愈高，回路的損耗愈小。線圈的Q值與導線的直流電阻，骨架的介質損耗，遮罩或鐵芯引起的損耗，高頻趨膚效應的影響等因素有關。線圈的Q值通常為幾十到幾百。採用磁芯線圈，多股絞線圈均可提高線圈的Q值。
3.4 直流電阻 DC Resistance (DCR)
電感線圈在非交流電下量得之電阻，在電感器設計中，直流電阻愈小愈好,其量測單位為歐姆,通常以其最大值為標注。
3.5 分佈電容 Distributed Capacitance
線圈的匝與匝間、線圈與遮罩罩間、線圈與底版間存在的電容被稱為分佈電容。分佈電容的存在使線圈的Q值減小，穩定性變差，因而線圈的分佈電容越小越好。採用分段繞法可減少分佈電容。
3.6 阻抗值 Impedance value
電感阻抗值是指其在電流下所有的阻抗的總和(複數)，包含了交流及直流的部份，直流部份的阻抗值僅僅是繞線的直流電阻(實部)，交流部份的阻抗值則包括電感的電抗(虛部) 。從這個意義上講，也可以把電感器看成是"交流電阻器”。
3.7 額定電流 Rated current
允許能通過一電感之連續直流電流強度，此直流電流的強度是基於該電感在最大的額定環境溫度中的最大溫升，額定電流與一電感由低的直流電阻以降低繞線的損失的能力有關，亦與電感驅散繞線的能量損失的能力有關，因此，額定電流可籍著降低直流電阻或增加電感尺寸來提高，對低頻的電流波形，其均方根電流值可以用來代替直流額定電流，額定電流與電感的磁性並無關連。
4、電感種類
- 按 電感形式 分類 ：固定電感、可變電感。
- 按 導磁體性質 分類 ：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。
- 按 工作性質 分類 ：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉線圈。
- 按 繞線架構 分類 ：單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。
- 按 工作頻率 分類 ：高頻線圈、低頻線圈。
- 按 架構特點 分類 ：磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。
➤ 按電感工藝分類：
| 電感工藝類別 | (1) 晶片式繞線電感 | (2) 晶片式高頻電感 | (3) 積層式電感 | ||
| 產品圖 |  |
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| 產品系列 | GNLC / GNLT | GTH | GBL / GBLH | ||
| 尺寸 | 1610 / 2012 / 2520 / 3225 等尺寸 | 1005 / 1608 / 2012 / 2520 等尺寸 | 100505 / 160808 / 201209 / 321611 等尺寸 | ||
| 電感量 | 120 nH～1mH | 100 nH ～ 10 mH | 47 nH ～ 47 uH | ||
| 額定 電流 |
50 mA ～ 3.0 A | 5 mA ～ 8.0 A | 1 mA ～ 4.0 A | ||
| 直流電阻 | 0.06 Ohm ~ 46.0 Ohm | 0.006 Ohm ~ 2.0 Ohm | 0.060Ohm ~5.0 Ohm | ||
| 材料 | 鐵氧體 | 陶瓷 | 鐵氧體 | ||
| 電感 公差精度 |
J=±5% , K=±10% | D=±0.1nH , S=±0.3nH, G=±2% , J=±5% |
J=±5% , K=±10% M=±20% , N=±25% |
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| 舉例 |
1610=1.80*1.20*1.00mm 2012=2.40*1.65*1.25mm
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1005 = 1.0 *0.5 *0.5 mm 2012 = 2.0 *1.2 *0.9 mm |
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| 說明 |
• 繞線型、尺寸小
• 產能高、成本低 |
• 有繞線式、積層式兩種工藝結構。
• 繞線式 : 產品全自動繞線,表面採用UV膠對線圈半包覆。 • 積層式 : 採用微米級薄片上印刷導體圖案和孔疊，疊層組裝成形，兩種結構都有尺寸小、產能高，成本低的特點，適用於高頻產品應用。 |
• 積層晶片磁珠使用鐵氧體設計和積層式製程，阻抗值隨頻率變化。在高頻時實現高阻抗，有更好的高頻濾波特性，有效抑制雜訊干擾。 • 晶片磁珠是串聯在雜訊輻射源的傳輸線，方便有效消除雜訊的元件，可廣泛應用於各種裝置，例如手機、平板電腦、筆電、主板、電源、充電器、顯示器、電視、網路路由器。 |
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| 電感工藝類別 | (4) 積層式EMI磁珠 | (5) 色碼電感 | (6) 一體成形電感 | ||
| 產品圖 |  |
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| 產品系列 | GBD …etc. | GAL …etc. | GSTC / GSTD / GSTM / GSTL GSFH / GSFM / GSNH ...etc. |
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| 尺寸 | 060303/100505/160808/201209/ 321611/322513/ 453215 等尺寸 |
0204/0307/0410/0512等尺寸 | 1608/2012/3012/3020/4020/5030/ 6030/1040/1265/1770/2320 等尺寸 |
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| 感值 | 6 ohm～3000 ohm | 0.1 uH～33 mH | 0.1 uH ～ 300 uH | ||
| 額定電流 | 5 mA ～ 8.0A | 20 mA ～ 2.0A | 1 A ～ 120A | ||
| 直流電阻 | 0.006 Ohm ~ 2.0 Ohm | 0.03 Ohm ~ 250 Ohm | 0.0001 Ohm ~ 0.5 Ohm | ||
| 材料 | 鐵氧體 | / | / | ||
| 公差精度 | M=±20% , N=±25% | J=±5% , K=±10% , M=±20% | / | ||
| 說明 |
• 積層晶片磁珠使用鐵氧體設計和積層式製程，阻抗值隨頻率變化，在高頻時實現高阻抗，有更好的高頻濾波特性，有效抑制雜訊干擾。
• 晶片磁珠是串聯在雜訊輻射源的傳輸線，方便有效消除雜訊的元件。可廣泛應用於各種裝置，例如手機、平板電腦、筆電、主板、電源、充電器、顯示器、電視、網路路由器。
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• 色碼電感是通過電感表面的四個不同顏色的色碼來表示，電感值大小以及公差資訊。
• 讀法：同色環電阻的標示。
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• Molding電感主要是使用金屬粉末，採用模壓成形的方式加工的小型電感器。
• 自動化程度高，飽和電流表現好。
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| 電感工藝類別 | (7) 軸向繞線電感 | (8) 磁環電感 | (9) 扁平線大電流電感 | ||
| 產品圖 |  |
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| 產品系列 | GDR / GDRE 等尺寸 | GCL / GTX 等尺寸 | GSTF1050/GSTF1250/GSTF1265/ GSTF2816 /GSTF2818 等尺寸 |
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| 尺寸 | 0406/0608/0810/1012 等尺寸 | Core : 2526/3026/3052/4452/ 5026/6018/8026 等尺寸 |
10x10 ~ 28x28 mm 等尺寸 | ||
| 感值 | 0.1 uH ~ 50 mH | 0.1 uH ~ 100 mH | 0.1 uH ~ 100 uH | ||
| 額定電流 | 65 mA ~ 10.0 A | 0.01 A ~ 50.0 A | 1 A ~ 80 (A) | ||
| 直流電阻 | 0.0001 Ohm ~100.0 Ohm | 0.0001 Ohm ~100.0 Ohm | 2.0 m Ohm ~ 20 m Ohm | ||
| 說明 |
• 傳統工字形繞線電感。
• Q值高，自諧振頻率高。 • 價位一般較低。 |
• 可由各鐵粉芯或鐵氧體磁環繞製，感值低~高，損耗小。
• 應用廣泛。 |
• 採用扁平線線圈搭配高功率鐵芯。
• 具有低損耗，大電流等特點。
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| 電感工藝類別 | (10) 貼片組裝式電感 | (11) 積層式高頻電感 | |
| 產品圖 |  |
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| 產品系列 | GNR / GSDRH / GSDRK GSSR2 / GTV / GSTF |
GTC | |
| 尺寸 | 2.5x2.5, 3x3, 4x4, 5x5, 6x6, 7x7, 8x8, 10x10, with various Height |
1005 / 1608 / 2012 | |
| 感值 | 0.80 uH ~10000 uH | 0.60 nH ~ 500 nH | |
| 額定電流 | 0.01 A ~ 50.0 A | 80 mA ~ 850 mA | |
| 直流電阻 | 0.00029 Ohm ~220.0 Ohm | 0.10 Ohm ~ 1.90 Ohm | |
| 說明 |
• 組裝式電感是採用漆包線與鐵氧體材料，通過組裝方式加工的感電器。
• 有尺寸全、規格多應用廣泛等優點。大部分機種自動化程度不高，成本較高。
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• 積層式電感器是種採用真空薄膜工藝製作的電感，可靠性高，易於集成化和片式化。
• 非常適合於自動化表面裝貼技術(SMT)，具有其尺寸小，高頻特性好。
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