电容,电感的定义?

电容,电感的定义?
电容,电感的定义?

电容,电感的定义?
电容
电容（或电容量, Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C,国际单位是法拉（F）.一般来说,电荷在电场中会受力而移动,当导体之间有了介质,则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存,最常见的例子就是两片平行金属板.也是电容器的俗称.
电容（或称电容量）是表征电容器容纳电荷本领的物理量.我们把电容器的两极板间的电势差增加1伏所需的电量,叫做电容器的电容.电容器从物理学上讲,它是一种静态电荷存储介质（就像一只水桶一样,你可以把电荷充存进去,在没有放电回路的[1]情况下,刨除介质漏电自放电效应/电解电容比较明显,可能电荷会永久存在,这是它的特征）,它的用途较广,它是电子、电力领域中不可缺少的电子元件.主要用于电源滤波、信号滤波、信号耦合、谐振、隔直流等电路中.
电容的符号是C.
C=εS/d=εS/4πkd(真空)=Q/U
在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)(皮法又称微微法)等,
换算关系是：
1法拉(F)= 1000毫法(mF)＝1000000微法(μF)
1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF).
电子电路中,只有在电容器充电过程中,才有电流流过,充电过程结束后,电容器是不能通过直流电的,在电路中起着“隔直流”的作用.电路中,电容器常被用作耦合、旁路、滤波等,都是利用它“通交流,隔直流”的特性.那么交流电为什么能够通过电容器呢?我们先来看看交流电的特点.交流电不仅方向往复交变,它的大小也在按规律变化.电容器接在交流电源上,电容器连续地充电、放电,电路中就会流过与交流电变化规律一致(相位不同)的充电电流和放电电流. 电容器的选用涉及到很多问题.首先是耐压的问题.加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压,电容器就会被击穿损坏.一般电解电容的耐压分档为6.3V,10V,16V,25V,50V等.
电感
电感是指线圈在磁场中活动时,所能感应到的电流的强度,单位是“亨利”（H）.也指利用此性质制成的元件.
电感器（电感线圈）和变压器均是用绝缘导线（例如漆包线、纱包线等）绕制而成的电磁感应元件,也是电子电路中常用的元器件之一,相关产品如共模滤波器等.
电感简介
diàn’gǎn [INDUCTOR] ,复数：INDUCTORS 电感器（电感线圈）和变压器均是用绝缘导线（例如漆包线、纱包线等）绕制而成的电磁感应元件,也是电子电路中常用的元器件之一,相关产品如共模滤波器等.
编辑本段自感与互感
自感
当线圈中有电流通过时,线圈的周围就会产生磁场.当线圈中电流发生变化时,其周围的磁场也产生相应的变化,此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压）,这就是自感.
互感
两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈,这种影响就是互感.互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器.
编辑本段电感器的作用与电路图形符号
（一）电感器的电路图形符号 电感器是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制成的一组串联的同轴线匝,它在电路中用字母"L"表示,左图是其电路图形符号,右图是实物图.
（二）电感器的作用 电感器的主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐 电感器的图形符号
振电路.
电感器的种类
按结构分类
电感器按其结构的不同可分为线绕式电感器和非线绕式电感器（多层片状、印刷电感等）,还可分为固定式电感器和可调式电感器. 按贴装方式分：有贴片式电感器,插件式电感器.同时对电感器有外部屏蔽的成为屏蔽电感器,线圈裸 立式、卧式电感
露的一般称为非屏蔽电感器. 固定式电感器又分为空心电子表感器、磁 贴片电感
心电感器、铁心电感器等,根据其结构外形和引脚方式还可分为立式同向引脚电感器、卧式轴向引脚电感器、大中型电感器、小巧玲珑型电感器和片状电感器等. 可调式电感器又分为磁心可调电感器、铜心可调电感器、滑动接点可调电感器、串联互感可调电感器和多抽头可调电感器.
按工作频率分类
电感按工作频率可分为高频电感器、中频电感器和低频电感器. 空心电感器、磁心电感器和铜心电感器一般为中频或高频电感器,而铁心电感器多数为低频电感器.
按用途分类
电感器按用途可分为振荡电感器、校正电感器、显像管偏转电感器、阻流电感器、滤波电感器、隔离 电感
电感器、被偿电感器等. 振荡电感器又分为电视机行振荡线圈、东西枕形校正线圈等. 显像管偏转电感器分为行偏转线圈和场偏转线圈. 阻流电感器（也称阻流圈）分为高频阻流圈、低频阻流圈、电子镇流器用阻流圈、电视机行频阻流圈和电视机场频阻流圈等. 滤波电感器分为电源（工频）滤波电感器和高频滤波电感器等.
编辑本段电感器的主要参数
电感器的主要参数有电感量、允许偏差、品质因数、分布电容及额定电流等.
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. 环形电感
电感器电感量的大小,主要取决于线圈的圈数（匝数）、绕制方式、有无磁心及磁心的材料等等.通常,线圈圈数越多、绕制的线圈越密集,电感量就越大.有磁心的线圈比无磁心的线圈电感量大；磁心导磁率越大的线圈,电感量也越大. 电感量的基本单位是亨利（简称亨）,用字母"H"表示.常用的单位还有毫亨（mH）和微亨（μH）,它们之间的关系是： 1H=1000mH 1mH=1000μH
允许偏差
允许偏差是指电感器上标称的电感量与实际电感的允许误差值. 一般用于振荡或滤波等电路中的电感器要求精度较高,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%.
品质因数
品质因数也称Q值或优值,是衡量电感器质量的主要参数.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. 电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关.
分布电容
分布电容是指线圈的匝与匝之间、线圈与磁心之间存在的电容.电感器的分布电容越小,其稳定性越好.
额定电流
额定电流是指电感器有正常工作时反允许通过的最大电流值.若工作电流超过额定电流,则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.
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共模电感与铁基纳米晶合金 1、 引言 随着开关型电源在工业和家用电器中越来越多的应用,电器之间的相互干扰成为日益严重的问题,电磁环境越来越为人们所关心.电磁干扰有很多种类,其中在30MHz以下的共模干扰是非常重要的一类,它们主要以传导方式传播,对仪器的安全正常运行造成很大危害,必须加以控制.通常在输入端附加共模滤波器,以减轻外界共模干扰通过电源线进入仪器,同时防止仪器产生的共模干扰进入电网.共模滤波器的核心是带有软磁铁芯的共模电感,其性能的高低决定了滤波器的水平. 2、 共模噪声和共模电感 共模噪声主要是各种开关器件在导通和关断时产生的,可分解为不同的谐波形式,具有比较宽的频谱范围.对于30MHz以下的干扰信号,一般通过传导方式传播. 共模电感由软磁铁芯和两组同向绕制的线圈组成,如图1所示.对差模信号,由于两组线圈产生的磁场方向相反,故相互抵消,铁芯不被磁化,对信号没有抑制作用.对于共模信号,由于两组线圈产生的磁场不是抵消,而是相互叠加,因此铁芯被磁化.由于铁芯材料的高导磁率,铁芯将产生一个大的电感,线圈的阻抗使共模信号的通过受到抑制. 3、共模电感器件性能与材料性能的关系 为了使共模干扰更有效地滤除,共模电感首先应具有足够大的电感量,因而铁芯材料具有高导磁率是对共模电感的最基本要求.另一方面,铁芯材料的频率特性也是决定器件性能的一个关键因素.由于共模干扰具有较宽的频谱,而铁芯对共模干扰的阻抗只在某一特定频段具有最大值.所以,为了滤除某个波段的共模干扰,铁芯频率特性应使器件的阻抗在该波段与后面的电路具有最大的不匹配,以对共模干扰产生足够大的损耗（称为插入损耗）.对于共模信号而言,共模电感可以等效为电阻和电感的串联,此时器件的总阻抗为： 其中：为铁芯导磁率实部引起的与纯电感有关的感抗. 为铁芯导磁率虚部引起的与损耗有关的阻抗.L0为空心电感的电感量. 在实际的共模电感中,XL形成对共模干扰的反射,而XR是由于铁芯损耗等被吸收消耗的部分.这两部分都形成了对共模干扰的抑制.因此,共模电感铁芯的总阻抗代表了器件抑制共模干扰的能力.共模电感铁芯供应商大多使用阻抗（或者做成器件后的插入损耗）与频率的关系表示产品的频率特性. 材料的导磁率与频率的关系比较复杂.一般地,导磁率实部随频率的升高而降低；导磁率虚部开始较低,在某个频率（称为截止频率）有峰值,如何又随频率而下降.应当注意,器件阻抗随频率的变化规律和导磁率的规律不同,因为阻抗除了决定于导磁率以外,还与频率有关.一般地,共模电感的阻抗及其频率特性决定于铁芯尺寸、材料特性、线圈匝数等因素. 4、 纳米晶合金的优势 为了得到对共模干扰最佳的抑制效果,共模电感铁芯必须具有高导磁率、优良的频率特性等.从前绝大多数采用铁氧体作为共模电感的铁芯材料,它具有极佳的频率特性和低成本的优势.但是,铁氧体也具有一些无法克服的弱点,例如温度特性差、饱和磁感低等,在应用时受到了一定限制. 近年来,铁基纳米晶合金的出现为共模电感增加了一种优良的铁芯材料.铁基纳米晶合金的制造工艺是：首先用快速凝固技术制成厚度大约20－30微米的非晶合金薄带,卷绕成铁芯后经过进一步加工形成纳米晶.与铁氧体相比,纳米晶合金具有一些独特的优势： ? 高饱和磁感应强度：铁基纳米晶合金的Bs达1.2T,是铁氧体的两倍以上.作为共模电感铁芯,一个重要的原则是铁芯不能磁化到饱和,否则电感量急剧降低.而在实际应用中,有不少场合的干扰强度较大（例如大功率变频电机）,如果用普通的铁氧体作为共模电感,铁芯存在饱和的可能性,不能保证大强度干扰下的噪声抑制效果.由于纳米晶合金的高饱和磁感应强度,其抗饱和特性无疑明显优于铁氧体,使得纳米晶合金非常适用于抗大电流强干扰的场合. ? 高初始导磁率：纳米晶合金的初始导磁率可达10万,远远高于铁氧体,因此用纳米晶合金制造的共模电感在低磁场下具有大的阻抗和插入损耗,对弱干扰具有极好的抑制作用.这对于要求极小泄漏电流的抗弱干扰共模滤波器尤其适用.在某些特定场合（如医疗设备）,设备通过对地电容（如人体）造成泄漏电流,容易形成共模干扰,而设备本身又对此要求极严.此时使用高导磁率的纳米晶合金制造共模电感可能是最佳选择.此外,纳米晶合金的高导磁率可以减少线圈匝数,降低寄生电容等分布参数,因而将由于分布参数引起的在插入损耗谱上的共振峰频率提高.同时,纳米晶铁芯的高导磁率使得共模电感具有更高的电感量和阻抗值,或者在同等电感量的前提下缩小铁芯的体积. ? 卓越的温度稳定性：铁基纳米晶合金的居里温度高达570oC以上.在有较大温度波动的情况下,纳米晶合金的性能变化率明显低于铁氧体,具有优良的稳定性,而且性能的变化接近于线性.一般地,纳米晶合金在－50oC----130oC的温度区间内,主要磁性能的变化率在10%以内.相比之下,铁氧体的居里温度一般在250oC以下,磁性能变化率有时达到100%以上,而且呈非线性,不易补偿.纳米晶合金的这种温度稳定性结合其特有的低损耗特性,为器件设计者提供了宽松的温度条件. ? 灵活的频率特性：通过不同的制造工艺,纳米晶铁芯可以获得不同的频率特性,配合适当的线圈匝数可以得到不同的阻抗特性,满足不同波段的滤波要求,而其阻抗值大大高于铁氧体.应该指出,任何滤波器都不能指望用一种铁芯材料就可以实现整个频率范围的噪声抑制,而是应根据滤波器要求的滤波频段来选择不同的铁芯材料、尺寸和匝数等.与铁氧体相比,纳米晶合金可以更加灵活地通过调整工艺来得到所需要的频率特性. 铁基纳米晶合金自二十世纪八十年代末开发以来,已经在开关电源变压器、互感器等领域得到了广泛应用.由于纳米晶合金的高导磁率、高饱和磁感、灵活可调的频率特性等优势,在抗共模干扰滤波器等领域也越来越受到重视.国外已经存在可以大批量供应的铁基纳米晶合金共模电感铁芯.随着人们对纳米晶合金认识的逐渐加深,可以预计它们制造的共模电感在国内的应用前景将越来越广阔. 一、初识共模电感 共模电感（Common mode Choke）,也叫共模扼流圈,常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号.在板卡设计中,共模电感也是起EMI滤波的作用,用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射. 各种CMC 小知识：EMI（Electro Magnetic Interference,电磁干扰） 计算机内部的主板上混合了各种高频电路、数字电路和模拟电路,它们工作时会产生大量高频电磁波互相干扰,这就是EMI.EMI还会通过主板布线或外接线缆向外发射,造成电磁辐射污染,不但影响其他的电子设备正常工作,还对人体有害. PC板卡上的芯片在工作过程中既是一个电磁干扰对象,也是一个电磁干扰源.总的来说,我们可以把这些电磁干扰分成两类：串模干扰（差模干扰）与共模干扰（接地干扰）.以主板上的两条PCB走线（连接主板各元件的导线）为例,所谓串模干扰,指的是两条走线之间的干扰；而共模干扰则是两条走线和PCB地线之间的电位差引起的干扰. 串模干扰电流作用于两条信号线间,其传导方向与波形和信号电流一致；共模干扰电流作用在信号线路和地线之间,干扰电流在两条信号线上各流过二分之一且同向,并以地线为公共回路. 串模干扰和共模干扰 如果板卡产生的共模电流不经过衰减过滤（尤其是像USB和IEEE 1394接口这种高速接口走线上的共模电流）,那么共模干扰电流就很容易通过接口数据线产生电磁辐射-在线缆中因共模电流而产生的共模辐射.美国FCC、国际无线电干扰特别委员会的CISPR22以及我国的GB9254等标准规范等都对信息技术设备通信端口的共模传导干扰和辐射发射有相关的限制要求. 为了消除信号线上输入的干扰信号及感应的各种干扰,我们必须合理安排滤波电路来过滤共模和串模的干扰,共模电感就是滤波电路中的一个组成部分. 共模电感实质上是一个双向滤波器：一方面要滤除信号线上共模电磁干扰,另一方面又要抑制本身不向外发出电磁干扰,避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作. 共模电感内部电路示意图 上图是我们常见的共模电感的内部电路示意图,在实际电路设计中,还可以采用多级共模电路来更好地滤除电磁干扰.此外,在主板上我们也能看到一种贴片式的共模电感,其结构和功能与直立式共模电感几乎是一样的.
贴片CMC
二、从工作原理看共模电感 为什么共模电感能防EMI?要弄清楚这点,我们需要从共模电感的结构开始分析. 共模电感滤波电路 上图是包含共模电感的滤波电路,La和Lb就是共模电感线圈.这两个线圈绕在同一铁芯上,匝数和相位都相同（绕制反向）.这样,当电路中的正常电流流经共模电感时,电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响（和少量因漏感造成的阻尼）；当有共模电流流经线圈时,由于共模电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模电流,达到滤波的目的.
事实上,将这个滤波电路一端接干扰源,另一端接被干扰设备,则La和C1,Lb和C2就构成两组低通滤波器,可以使线路上的共模EMI信号被控制在很低的电平上.该电路既可以抑制外部的EMI信号传入,又可以衰减线路自身工作时产生的EMI信号,能有效地降低EMI干扰强度.
小知识：漏感和差模电感 对理想的电感模型而言,当线圈绕完后,所有磁通都集中在线圈的中心内.但通常情况下环形线圈不会绕满一周,或绕制不紧密,这样会引起磁通的泄漏.共模电感有两个绕组,其间有相当大的间隙,这样就会产生磁通泄漏,并形成差模电感.因此,共模电感一般也具有一定的差模干扰衰减能力.
在滤波器的设计中,我们也可以利用漏感.如在普通的滤波器中,仅安装一个共模电感,利用共模电感的漏感产生适量的差模电感,起到对差模电流的抑制作用.有时,还要人为增加共模扼流圈的漏电感,提高差模电感量,以达到更好的滤波效果.
从看板卡整体设计看共模电感在一些主板上,我们能看到共模电感,但是在大多数主板上,我们都会发现省略了该元件,甚至有的连位置也没有预留.这样的主板,合格吗?
不可否认,共模电感对主板高速接口的共模干扰有很好的抑制作用,能有效避免EMI通过线缆形成电磁辐射影响其余外设的正常工作和我们的身体健康.但同时也需要指出,板卡的防EMI设计是一个相当庞大和系统化的工程,采用共模电感的设计只是其中的一个小部分.高速接口处有共模电感设计的板卡,不见得整体防EMI设计就优秀.所以,从共模滤波电路我们只能看到板卡设计的一个方面,这一点容易被大家忽略,犯下见木不见林的错误. 只有了解了板卡整体的防EMI设计,我们才可以评价板卡的优劣.那么,优秀的板卡设计在防EMI性能上一般都会做哪些工作呢?
●主板Layout（布线）设计 对优秀的主板布线设计而言,时钟走线大多会采用屏蔽措施或者靠近地线以降低EMI.对多层PCB设计,在相邻的PCB走线层会采用开环原则,导线从一层到另一层,在设计上就会避免导线形成环状.如果走线构成闭环,就起到了天线的作用,会增强EMI辐射强度.
信号线的不等长同样会造成两条线路阻抗不平衡而形成共模干扰,因此,在板卡设计中都会将信号线以蛇形线方式处理使其阻抗尽可能的一致,减弱共模干扰.同时,蛇形线在布线时也会最大限度地减小弯曲的摆幅,以减小环形区域的面积,从而降低辐射强度.
主板的蛇形布线
在高速PCB设计中,走线的长度一般都不会是时钟信号波长1/4的整数倍,否则会产生谐振,产生严重的EMI辐射.同时走线要保证回流路径最小而且通畅.对去耦电容的设计来说,其设置要靠近电源管脚,并且电容的电源走线和地线所包围的面积要尽可能地小,这样才能减小电源的波纹和噪声,降低EMI辐射. 当然,上述只是PCB防EMI设计中的一小部分原则.主板的Layout设计是一门非常复杂而精深的学问,甚至很多DIYer都有这样的共识：Layout设计得优秀与否,对主板的整体性能有着极为重大的影响.
●主板布线的划断 如果想将主板电路间的电磁干扰完全隔离,这是绝对不可能的,因为我们没有办法将电磁干扰一个个地"包"起来,因此要采用其他办法来降低干扰的程度.主板PCB中的金属导线是传递干扰电流的罪魁祸首,它像天线一样传递和发射着电磁干扰信号,因此在合适的地方"截断"这些"天线"是有用的防EMI的方法. "天线"断了,再以一圈绝缘体将其包围,它对外界的干扰自然就会大大减小.如果在断开处使用滤波电容还可以更进一步降低电磁辐射泄露.这种设计能明显地增加高频工作时的稳定性和防止EMI辐射的产生,许多大的主板厂商在设计上都使用了该方法. 电感的计算公式: 加载其电感量按下式计算:线圈公式 阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作频率) * 电感量(mH),设定需用 360ohm 阻抗,因此： 电感量(mH) = 阻抗 (ohm) ÷ (2*3.14159) ÷ F (工作频率) = 360 ÷ (2*3.14159) ÷ 7.06 = 8.116mH 据此可以算出绕线圈数： 圈数 = [电感量* { ( 18*圈直径(吋)) + ( 40 * 圈长(吋))}] ÷ 圈直径 (吋) 圈数 = [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈 空心电感计算公式 空心电感计算公式：L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H) D------线圈直径 N------线圈匝数 d-----线径 H----线圈高度 W----线圈宽度 单位分别为毫米和mH. 空心线圈电感量计算公式: l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44) 线圈电感量 l单位: 微亨 线圈直径 D单位: cm 线圈匝数 N单位: 匝 线圈长度 L单位: cm 频率电感电容计算公式: l=25330.3/[(f0*f0)*c] 工作频率: f0 单位:MHZ 本题f0=125KHZ=0.125 谐振电容: c 单位:PF 本题建义c=500...1000pf 可自行先决定,或由Q 值决定 谐振电感: l 单位: 微亨 线圈电感的计算公式 1.针对环行CORE,有以下公式可利用: (IRON) L=N2．AL L= 电感值（H) H-DC=0.4πNI / l N= 线圈匝数(圈) AL= 感应系数 H-DC=直流磁化力 I= 通过电流(A) l= 磁路长度（cm) l及AL值大小,可参照Micrometal对照表.例如: 以T50-52材,线圈5圈半,其L值为T50-52(表示OD为0.5英吋),经查表其AL值约为33nH L=33．(5.5)2=998.25nH≈1μH 当流过10A电流时,其L值变化可由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.介绍一个经验公式 L=(k*μ0*μs*N2*S)/l 其中 μ0 为真空磁导率=4π*10(-7).（10的负七次方） μs 为线圈内部磁芯的相对磁导率,空心线圈时μs=1 N2 为线圈圈数的平方 S 线圈的截面积,单位为平方米 l 线圈的长度, 单位为米 k 系数,取决于线圈的半径（R)与长度(l)的比值. 计算出的电感量的单位为亨利（H）.