2.4　電感器和變壓器

電感器的實物圖及圖形符號如圖2-25所示。

電感器又稱電感線圈，是用漆包線在絕緣骨架上繞制而成的一種能存儲磁場能的電子元器件，它在電路中具有阻交流、通直流，阻高頻、通低頻的特性，被廣泛地應用在如濾波電路、調諧放大電路和振蕩電路中，電感器用符號L表示。電感量的基本單位為亨[利]（H）。在實際應用中亨利太大了，常用的單位還有毫亨（mH），微亨（μH）。它們之間的換算關系為：

1H=103mH=106μH

2.4.1　電感線圈的命名和種類

1.電感線圈的型號命名

國產電感器的型號由下列4部分組成：

第一部分：主稱，用字母表示（L為線圈、ZL為阻流圈）。

第二部分：特征，用字母表示（G為高頻）。

第三部分：型式，用字母表示（X為小型）。

第四部分：區(qū)別代號，用字母A、B、C、……表示。

2.電感器的種類

電感器按工作特征分成電感量固定的和電感量可調的兩種類型；按磁導體性質分成空芯電感器、磁芯電感器和銅芯電感器；按繞制方式及其結構分成單層、多層、蜂房式、有骨架式或無骨架式電感器。下面介紹常用的幾種電感器。

（1）小型固定電感器。小型固定電感器從結構上分為臥式（LG1、LGX型）和立式（LG2、LG4型）兩種，其外形如圖2-26所示。它具有體積小、質量小、結構牢固（耐振動、耐沖擊）、防潮性能好、安裝方便等優(yōu)點，常用在濾波、扼流、延遲、陷波等電路中。

（2）平面電感。主要采用真空蒸發(fā)、光刻電鍍及塑料封裝等工藝，在陶瓷或微晶玻璃片上沉積金屬導線或線圈繞成平面狀制成電感器。平面電感器的穩(wěn)定性、精度和可靠性都比較好，適用于頻率范圍為幾十兆赫到幾百兆赫的高頻電路中。

（3）中周線圈。中周線圈由磁芯、磁罩、塑料骨架和金屬屏蔽殼組成，線圈繞制在塑料骨架上或直接繞制在磁芯上，骨架的插腳可以焊接到印制電路板上。常用的中周線圈外形結構如圖2-27所示。調節(jié)磁帽和磁芯之間的間隙大小，就可以改變線圈的電感量。

（4）鐵氧體磁芯線圈。鐵氧體鐵磁材料具有較高的磁導率，常用來作為電感線圈的磁芯，制造體積小而電感量大的電感器。用罐形鐵氧體磁芯制作的電感器，因其具有閉合磁路，使有效磁導率和電感系數(shù)很高。如果在中心磁柱上開出適當?shù)臍庀叮坏梢愿淖冸姼邢禂?shù)，而且能夠提高電感器的品質因數(shù)（Q值）、減小電感溫度系數(shù)。圖2-28所示為罐形鐵氧體磁芯線圈的結構，這種線圈廣泛應用于LC濾波器、諧振回路和匹配回路。常見的鐵氧體還有I形磁芯、E形磁芯和磁環(huán)。I形磁芯俗稱磁棒，常用作無線電接收設備的天線磁芯，E形磁芯常用于小信號高頻振蕩電路的電感線圈。

2.4.2　電感器的主要參數(shù)及主要標識方法

1.電感器的主要參數(shù)

（1）電感量。電感量的大小跟電感線圈的匝數(shù)、截面積及內部有無鐵芯或磁芯有很大的關系。線圈匝數(shù)越多，繞制的線圈越密集，則電感量越大；線圈內部有磁芯的磁導率比無磁芯的大，磁導率越大電感量越大。

（2）品質因數(shù)（Q值）。品質因數(shù)是表示線圈質量的一個參數(shù)。它是指線圈在某一頻率的交流電壓下工作時，線圈所呈現(xiàn)的感抗和線圈的直流電阻的比值，反映了線圈損耗的大小。

（3）分布電容。電感器的分布電容是指線圈的圈與圈之間的電容、線圈與地之間及線圈與屏蔽盒之間的電容，這些電容稱為分布電容。分布電容的存在，影響了線圈在高頻工作時的性能。實際制造時利用特殊繞制方式或者減小線圈骨架直徑等方法，可適當減小分布電容。

（4）標稱電流值。當電感器正常工作時，允許通過的最大電流稱為電感器的標稱電流值，也叫額定電流。在實際應用時通過電感器的電流值不能超過標稱電流值，以免使電感器發(fā)熱而改變原有的參數(shù)甚至燒毀。

2.電感器的標注方法

電感器的電感量標注方法有直標法、文字符號法、色標法及數(shù)碼標注法。

（1）直標法。將電感器的標稱電感量用數(shù)字和文字符號直接標在電感器外殼上，其單位為μH和mH。電感量單位后面用一個英文字母表示其允許誤差，各字母所代表的允許誤差范圍：J（±5％）、K（±10％）、M（±20％）。例如：560μHK表示標稱電感量為560μH，允許誤差為±10％。

（2）文字符號法。文字符號法是將電感器的標稱值和允許偏差值用數(shù)字和文字符號按一定的規(guī)律組合標注在電感體上。采用這種標注方法的通常是一些小功率電感器，其單位通常為nH或μH，用N或R代表小數(shù)點。例如：4N7表示電感量為4.7nH，4R7表示電感量為4.7μH；47N表示電感量為47nH，6R8表示電感量為6.8μH。

（3）色點標識法。用色點表示電感量，與電阻器的色環(huán)標注法相似，但順序相反，單位是μH，如圖2-29所示。

（4）色標法。如圖2-30所示，色標法是指在電感器表面涂上不同的色環(huán)來代表電感量（與電阻器類似），通常用四色環(huán)表示，緊靠電感體一端的色環(huán)為第一色環(huán)，露著電感體本色較多的另一端為末環(huán)。其第一色環(huán)為十位數(shù)，第二色環(huán)為個位數(shù)，第三色環(huán)為應乘的倍數(shù)（單位為μH），第四色環(huán)為允許誤差，各種顏色所代表的數(shù)值見表2-1。例如：色環(huán)顏色分別為棕、黑、金，金的電感器的電感量為1μH，允許誤差±5％。

2.4.3　電感器的檢測和篩選

1.從電感器外觀查看

外觀是否有破裂現(xiàn)象，線圈是否有松動、變位的現(xiàn)象；引腳是否牢靠。查看電感器的外觀是否有電感量的標稱值。還可進一步檢查磁芯旋轉是否靈活，有無滑扣等。

2.用萬用表檢測通斷情況

電感器的繞組通斷、絕緣等狀況可用萬用表的電阻擋進行檢測。

（1）在線檢測。將萬用表置R×1Ω擋或R×10Ω擋，用兩表筆接觸在線圈的兩端，指針應指示導通，否則線圈斷路；該方法適合粗略、快速測量線圈是否燒壞。

（2）非在線檢測。將電感器件從電路板上焊開一腳，或直接取下，把萬用表置R×1Ω擋并準確調零，測線圈兩端的阻值，如線圈用線較多或匝數(shù)較多，指針應有較明顯擺動，一般在幾歐至十幾歐之間；如阻值明顯偏小，可判斷匝間短路。不過有許多線圈線徑較粗，電阻值為歐姆級甚至小于1Ω，這時用指針式萬用表的R×1擋來測量就不易讀數(shù)，可改用數(shù)字萬用表的歐姆擋進行測量。

3.電感器的選用

（1）按電路要求的電感量L和品質因數(shù)Q，選用允許范圍的L和Q的電感器。

（2）使用電感線圈時應注意保持原線圈和電感量，勿隨意改變線圈形狀、大小和線圈間距離。

（3）線圈的安裝位置，需進行合理布局，比如兩線圈同時使用時如何避免相互耦合的影響。

（4）在選用線圈時必須考慮機械結構是否牢固，不應使線圈松脫、引線接點活動等。

2.4.4　色碼電感器的串、并聯(lián)使用

色碼電感器損壞后，一般是無法修復的，只能更換新的。換新色碼電感器時，如果一時找不到所需電感量的色碼電感器，可采用串聯(lián)或并聯(lián)色碼電感器的方法加以解決。

1.色碼電感器的串聯(lián)

電感器串聯(lián)后總電感量增加，L串等于各個被串聯(lián)電感器電感量之和，即

L串=L1+L2+L3+…

例如，需要一只3.5μH的色碼電感器則可將兩個1μH和一個1.5μH的色碼電感器串聯(lián)起來代替。

2.色碼電感器的并聯(lián)

電感器并聯(lián)后的總電感量減小，其總電感量

例如，需要一只5μH的電感器，就可用兩只10μH的電感器并聯(lián)代替。

2.4.5　電源變壓器

1.電源變壓器的種類和結構

電源變壓器是根據(jù)互感原理制成的一種常用電子器件。其作用是把220V交流電變換成適合需要的高低不同的交流電壓供有關儀器設備使用。電子設備中的電源變壓器通常為小功率變壓器，功率為幾十至幾百伏·安（V·A）。電源變壓器的種類很多，圖2-31所示為幾種常見的電源變壓器的外形和圖形符號。電源變壓器的文字符號是T。

電源變壓器主要由鐵芯、線圈（繞組）、線圈骨架、靜電屏蔽層以及固定支架等構成，如圖2-32所示。鐵芯是電源變壓器的基本構件，大多采用硅鋼材料制成，根據(jù)制作工藝不同，硅鋼材料分為冷軋硅鋼板和熱軋硅鋼板兩類。用冷軋硅鋼板制作的變壓器效率要高于用熱軋硅鋼板制作的變壓器。常見的鐵芯有“E”形、“斜E”形、“口”形和“C”形等。“口”形鐵芯適用于制作較大功率的變壓器；“C”形鐵芯采用新材料制成，具有體積小、質量小、效率高等優(yōu)點，制作工藝要求高；“E”形鐵芯是使用最多的一種鐵芯，自制變壓器一般多采用此種鐵芯。

電源變壓器的線圈又稱繞組，通常由一個一次繞組和幾個二次繞組組成。工作時，一次繞組與電源相接，二次繞組與負載相接。繞組均繞在絕緣骨架上，在一、二次繞組間是襯墊耐壓強度較高的絕緣層。線圈排列順序通常是一次繞組在里面，二次繞組在外面。若二次側有幾個繞組，一般將電壓較高的繞組繞在里面，然后繞制低壓繞組。為了散熱，線圈和窗口之間應留有1～3mm的空隙。線圈的引線最好用多股絕緣軟線，并用各種顏色予以區(qū)別。

2.變壓器的主要參數(shù)

變壓器的主要參數(shù)包括額定功率、變壓比、效率、溫升、絕緣電阻和抗電強度以及空載電流、信號傳輸參數(shù)等。

（1）額定功率是指在規(guī)定的電壓和頻率下，變壓器能夠長期連續(xù)工作而不超過規(guī)定溫升的輸出功率（單位：V·A、kV·A或W、kW）。一般電子產品中的變壓器，額定功率都在數(shù)百瓦以下。

（2）電壓比是指變壓器二次電壓與一次電壓的比值或二次繞組匝數(shù)與一次繞組匝數(shù)的比值，通常在變壓器外殼上直接標出電壓變化的數(shù)值，例如220V/12V。變阻比是變壓比的另一種表達形式，可以用來表示一次側和二次測的阻抗變換關系，例如用4？1表示初級、次級的阻抗比值。

（3）效率是指輸出功率與輸入功率的比值，一般用百分數(shù)表示。變壓器的效率由設計參數(shù)、材料、制造工藝及額定功率決定。通常20W以下的變壓器的效率是70％～80％，而100W以上的變壓器的效率可達到95％左右。

（4）溫升是指線圈的溫度，指當變壓器通電工作以后，線圈溫度上升到穩(wěn)定值時，比環(huán)境溫度升高的數(shù)值。溫升高的變壓器，導線和絕緣材料容易老化。

（5）絕緣電阻和抗電強度是指線圈之間、線圈與鐵芯之間以及引線之間，在規(guī)定的時間內（例如1min）可以承受的試驗電壓。它是判斷電源變壓器能否安全工作特別重要的參數(shù)。不同的工作電壓、不同的使用條件和要求，對變壓器的絕緣電阻和抗電強度有不同的要求。一般要求小型電源變壓器的絕緣電阻≥500MΩ，電抗強度≥2000V。

（6）空載電流是指變壓器一次繞組加額定電壓而二次繞組空載，這時一次繞組的電流叫作空載電流。空載電流的大小，反映變壓器的設計、材料和加工質量。空載電流大的變壓器自身損耗大，輸出效率低。一般空載電流不超過變壓器額定電流的10％；設計和制作優(yōu)良的變壓器，空載電流可小于額定電流的5％。

（7）信號傳輸參數(shù)是指用于阻抗變換的音頻、高頻變壓器，還要考慮電感、頻帶寬度和非線性失真等參數(shù)。

3.變壓器的檢查與簡單測試

無論是從市場上購買的電源變壓器還是自行繞制的電源變壓器或者經(jīng)過修理的舊電源變壓器，為了保證各項性能滿足指標要求，都需要進行檢查測試。

（1）外觀檢查。主要通過仔細觀察電源變壓器的外貌來檢查其是否有明顯異常現(xiàn)象，如線圈引線是否有斷裂、脫焊，絕緣材料是否有燒焦痕跡，鐵芯緊固螺桿是否有松動，硅鋼片有無銹蝕，線圈是否有外露，表面是否破損等。

（2）直流電阻的測量。變壓器的直流電阻通常很小，用萬用表的R×1Ω擋，測變壓器的一、二次線圈（繞組）的電阻值，可判斷線圈（繞組）有無斷路或短路現(xiàn)象。一般一次繞組電阻值為幾十歐至幾百歐，電源變壓器功率越小（通常相對體積也越小）則其電阻越大；二次繞組電阻值一般為幾歐至幾十歐，電壓較高的二次繞組其電阻值也大一些。測量中，若某個繞組的電阻值為無窮大，說明此繞組有斷路性故障。判斷線圈內部有無局部短路，可在變壓器一次側線圈內串聯(lián)一個燈泡，其電壓及瓦特數(shù)應根據(jù)電源電壓和變壓器功率大小來確定，變壓器功率在100W以下的可用25～40W燈泡，接通電源，二次側開路，若燈泡微紅或不亮，則說明變壓器無短路，若很亮則說明內部有短路現(xiàn)象。

（3）絕緣性能測試。變壓器各繞組之間和繞鐵芯之間的絕緣電阻，可用萬用表R×10k擋分別測量鐵芯與一次、一次與各二次、鐵芯與各二次、靜電屏蔽層與一、二次，以及二次各繞組間的電阻值，萬用表指針均應指在無窮大位置不動。否則，說明電源變壓器絕緣性能不良。絕緣性能不良的電源變壓器，輕者會影響電路的正常工作，重者將導致電源變壓器燒毀或使電路中元器件損壞。通常各繞組（包括靜電屏蔽層）間、各繞組與鐵芯間的絕緣電阻只要有一處低于10MΩ，就說明電源變壓器絕緣性能不良。當測得的絕緣電阻小于幾百歐到幾千歐時，表明已經(jīng)出現(xiàn)繞組間短路或鐵芯與繞組間短路的故障。

（4）判別一、二次繞組。電源變壓器一次引線和二次引線一般都是分別從兩側引出的，并且一次繞組多標有220V字樣，二次繞組則標出額定電壓值，如15V、24V、35V等，可根據(jù)這些標記進行識別。但有的電源變壓器沒有任何標記或者標記符號已經(jīng)模糊不清，這便需要將一、二次繞組正確區(qū)分開。通常，電源變壓器一次繞組所用漆包線的線徑是比較細的且匝數(shù)較多，而二次繞組所用線徑比較粗，且匝數(shù)較少。所以，一次繞組的直流電阻要比二次繞組的直流電阻大得多。根據(jù)這一點，可通過萬用表電阻擋測量電源變壓器各繞組的電阻值的大小來識別一、二次繞組引線。

（5）檢測變壓器空載電流和空載電壓。空載電流檢測方法如圖2-33所示。將變壓器二次側所有繞組全部開路，把萬用表置于交流電流擋（500mA），串入一次繞組。當一次繞組接入220V交流電時，萬用表指示的便是空載電流值。此值不應大于電源變壓器滿載電流的10％～20％。一般常見電子設備的電源變壓器的正常空載電流應在100mA左右。如果超出太多，則說明電源變壓器有短路性故障。

空載電壓測試方法如圖2-34所示。將電源變壓器一次側接入220V交流電，用萬用表交流電壓擋依次測出二次各繞組的空載電壓值（U21、U22、U23）應符合要求值，允許誤差范圍一般為高壓繞組≤±10％，低壓繞組≤±5％，帶中心抽頭的兩組對稱繞組的電壓差應≤±2％。

（6）檢測溫升。對于小功率電源變壓器，讓變壓器在額定輸出電流下工作一段時間，然后切斷電源，用手摸變壓器的外殼，若感覺溫熱，則表明變壓器溫升符合要求；若感覺非常燙手，則表明變壓器溫升指標不符合要求。普通小功率變壓器允許溫升是40～50℃。

（7）檢測判別變壓器各繞組的同名端。在使用電源變壓器時，有時為了得到所需的二次電壓，可將兩個或多個二次繞組串聯(lián)起來使用。采用串聯(lián)方法使用電源變壓器時，所串聯(lián)的各繞組的同名端必須正確連接，不能搞錯。否則，電源變壓器將不能正常工作。下面介紹兩種檢測判別電源變壓器各繞組同名端的實用方法。

第一種方法：

測試電路如圖2-35所示。這里僅以測試二次繞組A為例加以敘述。在圖2-35中，E為1.5V干電池，經(jīng)測試開關S與變壓器T的一次繞組相接。將萬用表置于直流2.5V擋（或直流0.5mA擋）。假定干電池E正極接變壓器一次繞組a端，負極接b端，萬用表的紅表筆接c端，黑表筆接d端。當開關S接通的瞬間，變壓器一次繞組的電流變化，將引起鐵芯的磁通量發(fā)生變化。根據(jù)電磁感應原理，二次線圈將產生感應電壓。此感應電壓使接在二次繞組兩端的萬用表的指針迅速擺動后又返回“0”位。因此，觀察萬用表指針的擺動方向，就能判別變壓器各繞組的同名端：若萬用表指針向右擺，說明a與c為同名端，b與d也是同名端；反之，若萬用表指針向左擺，則說明a與d是同名端，而b與c也是同名端。用此法可依次將其他各繞組的同名端準確地判別出來。檢測判別時需注意以下幾點：

①在測試各二次繞組的整個操作過程中，干電池E的正、負極與一次繞組的連接應始終保持同一種接法，即不能在測二次繞組A時將一次繞組的a端接干電池E的正極，b端接干電池E的負極，而測二次繞組B時，又將一次的a端接干電池E的負極，b端接干電池E的正極。正確的操作方法是，無論測哪一次繞組，一次繞組和干電池E的接法都不變。否則，將會產生誤判。

②若待測的變壓器為升壓變壓器（即二次電壓高于一次電壓），則通常把干電池E接在二次繞組上，而把萬用表接在一次繞組上進行檢測。

③接通電源的瞬間，萬用表指針要向某一方向偏轉，但斷開電源時，由于自感作用，指針要向相反的方向倒轉，如果接通和斷開電源的間隔時間太短，很可能只觀察到斷開時指針的偏轉方向，這樣會將測量結果搞錯。所以，接通電源后要間隔幾秒再斷開，或者多測幾次，以保證測量結果的準確可靠。

第二種方法：

如圖2-36所示，用一個收音機揚聲器，將其磁鐵吸在變壓器鐵芯上部。將萬用表置于直流0.5mA擋，兩表筆接待測繞組兩端。然后快速將揚聲器移開變壓器，此時，萬用表指針必然要向某一方向偏轉（向左或向右）。假設萬用表指針是向右偏轉，此時將黑表筆所接繞組的一端作個標記。用同樣方法逐個去測試其他各繞組，記下萬用表指針向右擺動時黑表筆所接繞組的引線。由此即可判明，相同顏色表筆所接各繞組的引線便是同名端。測試時應注意以下幾點：

①當揚聲器磁鐵與變壓器鐵芯吸合的瞬間，萬用表指針也會向某個方向偏轉。為了不造成誤判，應在揚聲器磁鐵吸在變壓器鐵芯上幾秒以后再作移開的動作，且動作要迅速，以使萬用表指針擺動較為明顯，便于觀察。

②在測試同一電源變壓器各個繞組的整個操作過程中，揚聲器磁鐵要吸在變壓器鐵芯的同一部位，而不能在測某一繞組時揚聲器磁鐵吸在變壓器鐵芯的上部，當測試另外一個繞組時又將揚聲器磁鐵吸在變壓器鐵芯的下部，這樣會引起誤判。

③揚聲器磁鐵也可以用永久磁鐵代替，但使用時要用同一磁極去測各個繞組才能得出正確的測試結果。