在一個由微處理器、ASIC、MCU、GPU和DSP驅動的世界中，電感器等無源元件通常被視為有些神秘，許多人認為它們的使用包含一種難以理解的“魔法（black art）”。但是，電感的構造非常簡單，通常由圍繞金屬形體纏繞的簡單線圈組成，它們可以在現代電路中執行各種重要功能。因此，設計工程師需要充分了解它們的工作方式，并能夠針對特定應用選擇正確的電感器。

抵制變化

雖然有些電感器是空芯的，但大多數都使用鐵芯，或者更常見的是采用鐵氧體，這會增加電感器工作所需的磁場強度。當電流增大時，磁場強度也會增加，當電流變化時，如Michael Faraday的感應定律所述，電感器兩端的電壓也會發生變化。這種電壓被稱為“反電動勢”，它產生的電流在相反的方向上流動，從而與原始電流相反，這種效應在倫茨定律（Lenz’s law）中得到了詳細的闡述。

本質上，電感器會抵制流過電流的任何變化。這是一種非常有用的特性，可在電路中用于平滑電力系統的輸出級等信號。電感器在DC/DC轉換器中特別有用，其中電感器從“斬波”開關波形中產生平滑的DC輸出。電感器通常也用于在RF和音頻應用中提供模擬濾波，或者它們可以作為簡單的抑制器來過濾和抑制通信總線中的EMI等。

了解你的參數

電感器通常用電路符號“L”表示，電感單位是亨利，用符號“H”表示（以19世紀科學家Joseph Henry命名）。一個亨利是指電感器中電流以每秒1A的速率變化時，感應產生1V的反電動勢所需的電感量。實際上，亨利非常大，因此電感值通常在毫亨（mH）到納亨（nH）的范圍內。

電感器的濾波響應會隨頻率而變化。每個電感器都有一個自諧振頻率（SRF），它是電感器具有最明顯濾波效果時的頻率。高于此頻率，電感器開始表現得更像電容器，從而其濾波效果回降低。因此有必要選擇高于系統工作頻率的自諧振頻率。

由于電感器是用導線彎繞形成，因此具有特定的直流電阻（DCR），其阻值會隨著導線變細和導線變長而變大，這意味著DCR通常與電感值成大概的正比例。DCR會導致系統產生損耗，其大小與通過電感器的電流的平方直接相關，可能導致電感器在工作期間變熱，而這些是不希望產生的，尤其是在高功率密度的電源應用中，其中消散產生的多余熱量是一個巨大挑戰。

與DCR電阻密切相關的是額定電流，通常定義為標稱電感下降到特定百分比，或電感器核心內部出現特定溫度升高時的電流。雖然兩者都是有效的測量標準，但是對于電感或溫度變化值沒有普遍接受的行業標準，因而要比較來自不同制造商的電感器具有很大挑戰性。

要記住的最后一個參數是“Q因子”，或者使用其全名“質量因子”。在數學上，這是在給定頻率下電感與電阻的比值，許多人將其視為電感器效率的度量。Q因子的值越高，該特定電感器越接近理論上完美的電感器。

電感器的物理格式也是一個考慮因素。雖然許多電感器為表面貼裝型，可用作自動裝配機，但較大類型電感器（例如電源應用中使用的類型）可能仍然具有引線，需要額外的生產步驟。一些電感器包括屏蔽（能夠防止影響其他區域電路的電噪聲），這種格式下，由于所有磁通量都保留在電感器內，因此它們也效率更高（具有更高的Q因子）。

電感器的實際應用

盡管大多數電感器基本上是圍繞鐵氧體磁芯繞線，但是如果采用不同的材料、導線類型、形狀因數和機械結構，會導致非常不同的性能，使得每種電感器都能夠有最適合的應用。例如，RF電感器用于需要無線通信的系統，并且通常被設計成保持最高水平的信號完整性。許多RF電感器與通用電感器的不同之處在于它們傾向于使用非導電塑料線圈架（coil former）。為了實現RF應用所需的性能，電感容差通常很小（±5％），并且其構造方法需要確保繞組間距沿電感器的長度方向恒定。一種最新型固定射頻電感器是Coilcraft的132 系列。

圖1：Coilcraft的132系列RF電感器示例。

在一些RF應用中，電感器用于調諧電路，因而必須是可調節的，這是通過將鋁螺釘插入可調節的線圈來實現，原因是線圈和螺釘之間的重疊會發生變化。這些類型的電感器可以是非屏蔽的，但通常也可以采用金屬屏蔽罩，例如Coilcraft的164和165系列。

如今，由于電子設備通常需要滿足某些監管機構的認證要求，以確保它們不會干擾RF頻譜，或受到來自其他設備的RF能量影響，因而電磁干擾（EMI）對于大多數設計工程師來說都是一個現實問題。在最簡單的層面，這些應用的電感器可以是帶有單匝線圈的鐵氧體磁珠，也可以是可以夾在PCB走線周圍的兩部分鐵氧體磁珠。有專為EMI濾波設計的電感器，這些電感器通常是小型表面貼裝元件，可工作于它們的目標頻率范圍內。現代電子設備需要高速通信，1206系列 共模扼流圈等電感器元件經過專門優化，可用于高速USB信號線路。

許多數據通信應用需要進行多條線路的濾波，因此為了節省PCB空間，一些制造商能夠在一個方便的封裝中提供多個電感器。CCDLF系列在單個表面貼裝封裝中能夠提供多達10個繞組，尺寸僅為9.14mm x 9.14mm。

圖2：Coilcraft 的CCDLF系列。

電源是電感器的一個主要應用領域，在電源領域中有許多特定應用，以及需要使用電感器的更通用的濾波應用。某些功率電感器（如DO1608C系列）針對筆記本電腦和手機等現代大批量消費產品進行了優化，能夠提供令人信服的低直流電阻，可減少損耗并抑制產生的熱量，同時支持處理紋波電流所需的高能量存儲。它們能夠在較寬的溫度范圍（-40℃～+85℃）內運行，并經過AEC-Q200 3級認證，可用于汽車內部電路。

對于更高功率應用，SER80xx系列 能夠提供0.50至10μH的電感，并采用緊湊型8.80mm x 8.80mm表面貼裝封裝，這些元件的額定電流可超過20A，這意味著它們適用于降壓轉換器中的升壓電感器。Coilcraft數據手冊可方便地針對標稱電感降低10％、20％和30％，以及20℃和40℃的溫升指定飽和電流（ISAT），使其更容易地與其他制造商的產品進行比較。

雖然理論計算可以得到電感器的近似值，但最終值通常是在構建原型，替換元件值之后得出，直到達到最佳性能。為了簡化這項任務，貿澤電子可提供許多關于電感器設計套件，其中包含具備多個電感值的元件，因此原型可以得到快速調試，這是對任何原型實驗室的一種非常有價值的補充。