关于线圈绕法和电感、品质因素的测量方法
------01079044
孙哲
1．线圈的绕法
1.1电感线圈的作用
我觉得要知道如何去绕线圈，首先要知道电感线圈的作用。从目的去理解线圈的绕法。
去缠绕一个电感线圈的主要目的是为了使线圈产生一个想要的电感值，应用到电路中去，以实现线圈阻流、调谐选频等作用。而影响电感的主要因素是线圈缠绕的匝数、铜线的电阻、磁芯材质导磁率以及匝间距离。 基于此，在缠绕线圈的时候应该重点注意关系到影响因素的步骤。
2.2电感线圈的缠绕方法
1）根据需要得到的电感进行匝数、铜线、磁芯材料的选取。根据空心线圈电感量计算公式:
0.01⨯D ⨯N 2
L = +0.44D
其中：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
根据实际材料情况，我们估计出缠绕此线圈需要的匝数、线圈长度。
2）根据得到的大体数据进行线圈的缠绕。不论是密绕或间绕，最好先把铜线烘热，戴上手套或用布片裹住铜线再绕。这样，铜线冷却后就箍紧线圈管，不致松脱。
对于密绕线圈，我们需要从开始紧密缠绕，最末一圈要和其他圈数离开2到3公厘，以便在校准时可以逐圈向末圈拨拢，达到减少电感量的目的。 对于间绕线圈的线径等于线距的0.5倍时，可以用两根同样粗细的铜线相互靠紧后平行绕上去，绕好后拆掉一根，就成为很整齐的间绕线圈了。如果线
经是线距的0.7倍时，要用一根较间隔略粗的棉线或麻线和铜线平行绕上去；若用细铜线做间隔，绕好后会嵌在相邻两铜线下面抽不出来。如果能在线圈管上用旋床族一条浅的螺旋形槽，可以绕任何样式的间距线圈，如图1。
图 1 线圈常见缠绕方法
当线圈初步成型之后，由于经验公式并不精确，所以需要通过测量该线圈电感，对线圈进行微调。下面讨论电感测量方法。
2．电感的测量方法
在实验室已有条件下，通过搭建RL 电路，测量电压的方法，计算得出未知电感。做电路图如下：
图 2 电感测量示意图 根据图像以及已有公式，得到电感公式为：
L = 根据测得电容量变的电压U L 以及交流电源的电压U 0和频率f 。根据公式既
可以算出相应的电感。
在网上搜集工程上策电感的方法：
电感的主要特性是贮存磁场能。但由于它一般是用金属导线绕制而成的，所以有绕线电阻(对于磁芯电感还应包括磁性材料插入的损耗电阻) 和线圈匝与匝之间的分布电容。采用一些特殊的制作工艺，可减小分布电容，工作频率也较低时，分布电容可忽略不计。因此，电感的测量主要包括电感量和损耗(通常用品质因数Q 表示) 两部分内容。
1) 谐振法测量电感
如图所示为并联谐振法测电感的电路，其中C 为标准电感，L 为被测电感，Co 为被测电感的分布电容。测量时，调节信号源频率，使电路谐振，即电压表指示最大，记下此时的信号源频率f ，则
由此可见，还需要测出分布容Co ，测量电路如图所示，只是不接标准容。调信号源频率，使电路自然谐振。设此频率为f1，则
由上两式可得
将Co 代入Ｌ的表达式，即可得到被测电感的电感量。
2) 交流电桥法测量电感
测量电感的交流电桥如图 (a)和(b)所示的马氏电桥和海氏电桥两种电桥，分别适用于测量品质因数不同的电感。
图 交流电桥法测量电感
如图 (a)所示的马氏电桥适用于测量Ｑ＜10的电感，图中Ｌx 为被测电感，Rx 为被测电感损耗电阻，马氏电桥由电桥平衡条可得
一般在马氏电桥中，R3用开关换接作为量程选择，R2和Rn 为可调元件，由R2的刻度可直读Lx ，由Rn 的刻度可直读Q 值。图 (b)所示的海氏电桥适用于测量Ｑ＞10的电感，测量方法和结论与马氏电桥相同。
3．品质因数的测量方法
首先要明确品质因素的定义，电路在谐振时容抗等于感抗，所以电容和电感上两端的电压有效值必然相等，电容上的电压有效值U C =I ⨯1U 1==QU ， 品质因素Q =，这里I 是电路的总电流。 ωC ωCR ωCR
所以，对于品质因素的测量方法，首先，我们需要连接一个RCL 电路，阻抗Z =R +j ωL +-j =R +ωC 1⎫⎛j ωL -⎪，上式电阻R 是复数的实部，感抗与容ωC ⎝⎭
抗之差是复数的虚部，虚部我们称之为电抗用X 表示, ω是外加信号的角频率。调节交流信号发射源的频率，使其X=0此时感抗和容抗相互抵消了。此时只需根据品质因素的定义，测量出电容上的电压U C 和总电压U
，即可得到品质因
素Q U C 。 U
从上面分析可见，电路的品质因素越高，电感或电容上的电压比外加电压越高。
有如下办法提高品质因数：
提高线圈Q 值所采取的措施如下:
①根据工作频率选择绕制线圈的导线。低频段工作的电感线圈应采用漆包线等带绝缘的导线绕制。对于工作频率在几十千赫至两兆赫之间的电感线圈，应采用多股绝缘导线绕制，以增加导体有效截面积，减少集肤效应的影响，可使Q 值提高30%-40%。对于工作频率高于的电感线圈，应采用单股粗导线绕制，导线的直径一般在0.3-1.5mm 之间。
②选用优质骨架，减少介质损耗。通常对于要求损耗小、工作频率高的电感线圈，应选用高频陶瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高频介质材料做骨架。对于超高频工作的电感线圈，可用无骨架方式绕制。
③选用带有磁心的电感线圈。电感线圈中带有磁心时，可使线圈圈数及其电阻大大减少，有利于Q 值的提高。
④合理选择屏蔽罩的尺寸。线圈加屏蔽罩后，会增加线圈的损耗，降低Q 值。因此，屏蔽罩的尺寸不宜过大和过小。一般来说，屏蔽罩直径与线圈直径之比以1.6-2.5为宜，这样可使Q 值降低小于10%。
关于线圈绕法和电感、品质因素的测量方法
------01079044
孙哲
1．线圈的绕法
1.1电感线圈的作用
我觉得要知道如何去绕线圈，首先要知道电感线圈的作用。从目的去理解线圈的绕法。
去缠绕一个电感线圈的主要目的是为了使线圈产生一个想要的电感值，应用到电路中去，以实现线圈阻流、调谐选频等作用。而影响电感的主要因素是线圈缠绕的匝数、铜线的电阻、磁芯材质导磁率以及匝间距离。 基于此，在缠绕线圈的时候应该重点注意关系到影响因素的步骤。
2.2电感线圈的缠绕方法
1）根据需要得到的电感进行匝数、铜线、磁芯材料的选取。根据空心线圈电感量计算公式:
0.01⨯D ⨯N 2
L = +0.44D
其中：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
根据实际材料情况，我们估计出缠绕此线圈需要的匝数、线圈长度。
2）根据得到的大体数据进行线圈的缠绕。不论是密绕或间绕，最好先把铜线烘热，戴上手套或用布片裹住铜线再绕。这样，铜线冷却后就箍紧线圈管，不致松脱。
对于密绕线圈，我们需要从开始紧密缠绕，最末一圈要和其他圈数离开2到3公厘，以便在校准时可以逐圈向末圈拨拢，达到减少电感量的目的。 对于间绕线圈的线径等于线距的0.5倍时，可以用两根同样粗细的铜线相互靠紧后平行绕上去，绕好后拆掉一根，就成为很整齐的间绕线圈了。如果线
经是线距的0.7倍时，要用一根较间隔略粗的棉线或麻线和铜线平行绕上去；若用细铜线做间隔，绕好后会嵌在相邻两铜线下面抽不出来。如果能在线圈管上用旋床族一条浅的螺旋形槽，可以绕任何样式的间距线圈，如图1。
图 1 线圈常见缠绕方法
当线圈初步成型之后，由于经验公式并不精确，所以需要通过测量该线圈电感，对线圈进行微调。下面讨论电感测量方法。
2．电感的测量方法
在实验室已有条件下，通过搭建RL 电路，测量电压的方法，计算得出未知电感。做电路图如下：
图 2 电感测量示意图 根据图像以及已有公式，得到电感公式为：
L = 根据测得电容量变的电压U L 以及交流电源的电压U 0和频率f 。根据公式既
可以算出相应的电感。
在网上搜集工程上策电感的方法：
电感的主要特性是贮存磁场能。但由于它一般是用金属导线绕制而成的，所以有绕线电阻(对于磁芯电感还应包括磁性材料插入的损耗电阻) 和线圈匝与匝之间的分布电容。采用一些特殊的制作工艺，可减小分布电容，工作频率也较低时，分布电容可忽略不计。因此，电感的测量主要包括电感量和损耗(通常用品质因数Q 表示) 两部分内容。
1) 谐振法测量电感
如图所示为并联谐振法测电感的电路，其中C 为标准电感，L 为被测电感，Co 为被测电感的分布电容。测量时，调节信号源频率，使电路谐振，即电压表指示最大，记下此时的信号源频率f ，则
由此可见，还需要测出分布容Co ，测量电路如图所示，只是不接标准容。调信号源频率，使电路自然谐振。设此频率为f1，则
由上两式可得
将Co 代入Ｌ的表达式，即可得到被测电感的电感量。
2) 交流电桥法测量电感
测量电感的交流电桥如图 (a)和(b)所示的马氏电桥和海氏电桥两种电桥，分别适用于测量品质因数不同的电感。
图 交流电桥法测量电感
如图 (a)所示的马氏电桥适用于测量Ｑ＜10的电感，图中Ｌx 为被测电感，Rx 为被测电感损耗电阻，马氏电桥由电桥平衡条可得
一般在马氏电桥中，R3用开关换接作为量程选择，R2和Rn 为可调元件，由R2的刻度可直读Lx ，由Rn 的刻度可直读Q 值。图 (b)所示的海氏电桥适用于测量Ｑ＞10的电感，测量方法和结论与马氏电桥相同。
3．品质因数的测量方法
首先要明确品质因素的定义，电路在谐振时容抗等于感抗，所以电容和电感上两端的电压有效值必然相等，电容上的电压有效值U C =I ⨯1U 1==QU ， 品质因素Q =，这里I 是电路的总电流。 ωC ωCR ωCR
所以，对于品质因素的测量方法，首先，我们需要连接一个RCL 电路，阻抗Z =R +j ωL +-j =R +ωC 1⎫⎛j ωL -⎪，上式电阻R 是复数的实部，感抗与容ωC ⎝⎭
抗之差是复数的虚部，虚部我们称之为电抗用X 表示, ω是外加信号的角频率。调节交流信号发射源的频率，使其X=0此时感抗和容抗相互抵消了。此时只需根据品质因素的定义，测量出电容上的电压U C 和总电压U
，即可得到品质因
素Q U C 。 U
从上面分析可见，电路的品质因素越高，电感或电容上的电压比外加电压越高。
有如下办法提高品质因数：
提高线圈Q 值所采取的措施如下:
①根据工作频率选择绕制线圈的导线。低频段工作的电感线圈应采用漆包线等带绝缘的导线绕制。对于工作频率在几十千赫至两兆赫之间的电感线圈，应采用多股绝缘导线绕制，以增加导体有效截面积，减少集肤效应的影响，可使Q 值提高30%-40%。对于工作频率高于的电感线圈，应采用单股粗导线绕制，导线的直径一般在0.3-1.5mm 之间。
②选用优质骨架，减少介质损耗。通常对于要求损耗小、工作频率高的电感线圈，应选用高频陶瓷、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高频介质材料做骨架。对于超高频工作的电感线圈，可用无骨架方式绕制。
③选用带有磁心的电感线圈。电感线圈中带有磁心时，可使线圈圈数及其电阻大大减少，有利于Q 值的提高。
④合理选择屏蔽罩的尺寸。线圈加屏蔽罩后，会增加线圈的损耗，降低Q 值。因此，屏蔽罩的尺寸不宜过大和过小。一般来说，屏蔽罩直径与线圈直径之比以1.6-2.5为宜，这样可使Q 值降低小于10%。