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          電感器

          2017-10-20

          本詞條由“科普中國”百科科學詞條編寫與應用工作項目 審核 。

          電感器(Inductor)是能夠把電能轉化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結構類似于變壓器,但只有一個繞組。電感器具有一定的電感,它只阻礙電流的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態下,電路接通時它將試圖阻礙電流流過它;如果電感器在有電流通過的狀態下,電路斷開時它將試圖維持電流不變。電感器又稱扼流器、電抗器、動態電抗器。

          • 中文名

          • 電感器

          • 外文名

          • Inductor

          • 別    名

          • 扼流器、電抗器、動態電抗器

          • 作    用

          • 把電能轉化為磁能而存儲起來

          • 本    質

          • 電子元件

          • 功    能

          • 阻止電流的變化

          目錄

          1. 1 發展歷程

          2. 2 結構

          3. 3 電感分類

          4. ? 自感器

          5. ? 互感器

          6. 4 常見種類

          7. ? 小型電感器

          8. ? 可調電感器

          9. ? 阻流電感器

          10. 5 特性

          11. 6 電感的測量

          12. ? 線路圖

          13. ? 好壞判斷

          14. ? 注意事項

          15. 7 功能用途

          16. 8 貼片電感作用

          17. 9 主要參數

          18. ? 電感量

          19. ? 允許偏差

          20. ? 額定電流

          21. 10 計算公式

          22. 11 電感單位

          23. 12 電感和磁珠的聯系與區別

            發展歷程

            *原始的電感器是1831年英國M.法拉第用以發現電磁感應現象的鐵芯線圈。1832年美國的J.亨利發表關于自感應現象的論文。人們把電感量的單位稱為亨利,簡稱亨。19世紀中期,電感器在電報、電話等裝置中得到實際應用。1887年德國的H.R.赫茲,1890年美國N.特斯拉在實驗中所用的電感器都是非常**的,分別稱為赫茲線圈和特斯拉線圈。

            結構

            電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心等組成。

            1、骨架 骨架泛指繞制線圈的支架。一些體積較大的固定式電感器或可調式電感器(如振蕩線圈、阻流圈等),大多數是將漆包線(或紗包線)環繞在骨架上,再將磁心或銅心、鐵心等裝入骨架的內腔,以提高其電感量。骨架通常是采用塑料、膠木、陶瓷制成,根據實際需要可以制成不同的形狀。小型電感器(例如色碼電感器)一般不使用骨架,而是直接將漆包線繞在磁心上??招碾姼衅鳎ㄒ卜Q脫胎線圈或空心線圈,多用于高頻電路中)不用磁心、骨架和屏蔽罩等,而是先在模具上繞好后再脫去模具,并將線圈各圈之間拉開一定距離。

            2、繞組 繞組是指具有規定功能的一組線圈,它是電感器的基本組成部分。繞組有單層和多層之分。單層繞組又有密繞(繞制時導線一圈挨一圈)和間繞(繞制時每圈導線之間均隔一定的距離)兩種形式;多層繞組有分層平繞、亂繞、蜂房式繞法等多種。

            3、磁心與磁棒 磁心與磁棒一般采用鎳鋅鐵氧體(NX系列)或錳鋅鐵氧體(MX系列)等材料,它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多種形狀。

            4、鐵心 鐵心材料主要有硅鋼片、坡莫合金等,其外形多為“E”型。

            5、屏蔽罩 為避免有些電感器在工作時產生的磁場影響其它電路及元器件正常工作,就為其增加了金屬屏幕罩(例如半導體收音機的振蕩線圈等)。采用屏蔽罩的電感器,會增加線圈的損耗,使Q值降低。

            6、封裝材料 有些電感器(如色碼電感器、色環電感器等)繞制好后,用封裝材料將線圈和磁心等密封起來。封裝材料采用塑料或環氧樹脂等。

            銅線圈

            電感是導線內通過交流電流時,在導線的內部周圍產生交變磁通,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;

            銅線圈銅線圈

            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。根據法拉第電磁感應定律—磁生電來分析,變化的磁力線在線圈兩端會產生感應電勢,此感應電勢相當于一個“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磁力線的變化的。磁力線變化來源于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。

            代換原則:1、電感線圈必須原值代換(匝數相等,大小相同)。2、貼片電感只須大小相同即可,還可用0歐電阻或導線代換。

            電感分類

            自感器

            線圈中有電流通過時候,線圈的周圍就會產生磁場。當線圈中電流發生變化時,其周圍的磁場也產生相應的變化,此變化的磁場可使線圈自身產生感應電動勢(感生電動勢)(電動勢用以表示有源元件理想電源的端電壓),這就是自感。

            用導線繞制而成,具有一定匝數,能產生一定自感量或互感量的電子元件,常稱為電感線圈。為增大電感值,提高品質因數,縮小體積,常加入鐵磁物質制成的鐵芯或磁芯。電感器的基本參數有電感量、品質因數、固有電容量、穩定性、通過的電流和使用頻率等。由單一線圈組成的電感器稱為自感器,它的自感量又稱為自感系數?!?】

            互感器

            兩個電感線圈相互靠近時,一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈,這種影響就是互感?;ジ械拇笮∪Q于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度,利用此原理制成的元件叫做互感器。

            常見種類

            電感可由電導材料盤繞磁芯制成,典型的如銅線,也可把磁芯去掉或者用鐵磁性材料代替。比空氣的磁導率高的芯材料可以把磁場更緊密的約束在電感元件周圍,因而增大了電感。電感有很多種,大多以外層瓷釉線圈(enamel coated wire )環繞鐵氧體(ferrite)線軸制成,而有些防護電感把線圈完全置于鐵氧體內。一些電感元件的芯可以調節。由此可以改變電感大小。小電感能直接蝕刻在PCB板上,用一種鋪設螺旋軌跡的方法。小值電感也可用以制造晶體管同樣的工藝制造在集成電路中。在這些應用中,鋁互連線被經常用做傳導材料。不管用何種方法,基于實際的約束應用*多的還是一種叫做“旋轉子”的電路,它用一個電容和主動元件表現出與電感元件相同的特性。用于隔高頻的電感元件經常用一根穿過磁柱或磁珠的金屬絲構成。

            小型電感器

            小型固定電感器通常是用漆包線在磁芯上直接繞制而成,

            主要用在濾波、振蕩、陷波、延遲等電路中,它有密封式和非密封式兩種封裝形式,兩種形式又都有立式和臥式兩種外形結構。

            1、立式密封固定電感器 立式密封固定電感器采用同向型引腳,國產電感量范圍為0.1~2200μH(直標在外殼上),額定工作電流為0.05~1.6A,誤差范圍為±5%~±10%,進口的電感量,電流量范圍更大,誤差則更小。進口有TDK系列色碼電感器,其電感量用色點標在電感器表面。

            2、臥式密封固定電感器 臥式密封固定電感器采用軸向型引腳,國產有LG1.LGA、LGX等系列。

            LG1系列電感器的電感量范圍為0.1~22000μH(直標在外殼上)

            LGA系列電感器采用超小型結構,外形與1/2W色環電阻器相似,其電感量范圍為0.22~100μH(用色環標在外殼上),額定電流為0.09~0.4A。

            LGX系列色碼電感器也為小型封裝結構,其電感量范圍為0.1~10000μH,額定電流分為50mA、150mA、300mA和1.6A四種規格。

            可調電感器

            常用的可調電感器半導體收音機用振蕩線圈、電視機用行振蕩線圈、

            行線性線圈、中頻陷波線圈、音響用頻率補償線圈、阻波線圈等。

            1、半導體收音機用振蕩線圈:此振蕩線圈在半導體收音機中與可變電容器等組成本機振蕩電路,用來產生一個輸入調諧電路接收的電臺信號高出465kHz的本振信號。其外部為金屬屏蔽罩,內部由尼龍襯架、工字形磁心、磁帽及引腳座等構成,在工字磁心上有用高強度漆包線繞制的繞組。磁帽裝在屏蔽罩內的尼龍架上,可以上下旋轉動,通過改變它與線圈的距離來改變線圈的電感量。電視機中頻陷波線圈的內部結構與振蕩線圈相似,只是磁帽可調磁心。

            2、電視機用行振蕩線圈:行振蕩線圈用在早期的黑白電視機中,它與外圍的阻容元件及行振蕩晶體管等組成自激振蕩電路(三點式振蕩器或間歇振蕩器、多諧振蕩器),用來產生頻率為15625HZ的的矩形脈沖電壓信號。

            該線圈的磁心中心有方孔,行同步調節旋鈕直接插入方孔內,旋動行同步調節旋鈕,即可改變磁心與線圈之間的相對距離,從而改變線圈的電感量,使行振蕩頻率保持為15625HZ,與自動頻率控制電路(AFC)送入的行同步脈沖產生同步振蕩。

            3、行線性線圈:行線性線圈是一種非線性磁飽和電感線圈(其電感量隨著電流的增大而減?。?,它一般串聯在行偏轉線圈回路中,利用其磁飽和特性來補償圖像的線性畸變。

            行線性線圈是用漆包線在"工"字型鐵氧體高頻磁心或鐵氧體磁棒上繞制而成,線圈的旁邊裝有可調節的永久磁鐵。通過改變永久磁鐵與線圈的相對位置來改變線圈電感量的大小,從而達到線性補償的目的。

            阻流電感器

            阻流電感器是指在電路中用以阻塞交流電流通路的電感線圈,

            它分為高頻阻流線圈和低頻阻流線圈。

            1、高頻阻流線圈:高頻阻流線圈也稱高頻扼流線圈,它用來阻止高頻交流電流通過。

            高頻阻流線圈工作在高頻電路中,多用采空心或鐵氧體高頻磁心,骨架用陶瓷材料或塑料制成,線圈采用蜂房式分段繞制或多層平繞分段繞制。

            2、低頻阻流線圈:低頻阻流線圈也稱低頻扼流圈,它應用于電流電路、音頻電路或場輸出等電路,其作用是阻止低頻交流電流通過。

            通常,將用在音頻電路中的低頻阻流線圈稱為音頻阻流圈,將用在場輸出電路中的低頻阻流線圈稱為場阻流圈,將用在電流濾波電路中的低頻阻流線圈稱為濾波阻流圈。

            低頻阻流圈一般采用“E”形硅鋼片鐵心(俗稱矽鋼片鐵心)、坡莫合金鐵心或鐵淦氧磁心。為防止通過較大直流電流引起磁飽和,安裝時在鐵心中要留有適當空隙

            特性

            電感器的特性與電容器的特性正好相反,它具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性。直流信號通過線圈時的電阻就是導線本身的電阻壓降很??;當交流信號通過線圈時,線圈兩端將會產生自感電動勢,自感電動勢的方向與外加電壓的方向相反,阻礙交流的通過,所以電感器的特性是通直流、阻交流,頻率越高,線圈阻抗越大。電感器在電路中經常和電容器一起工作,構成LC濾波器、LC振蕩器等。另外,人們還利用電感的特性,制造了阻流圈、變壓器、繼電器等。

            通直流:指電感器對直流呈通路關態,如果不計電感線圈的電阻,那么直流電可以“暢通無阻”地通過電感器,對直流而言,線圈本身電阻很對直流的阻礙作用很小,所以在電路分析中往往忽略不計。

            阻交流:當交流電通過電感線圈時電感器對交流電存在著阻礙作用,阻礙交流電的是電感線圈的感抗。

            電感的測量

            電感測量的兩類儀器:RLC測量(電阻、電感、電容三種都可以測量)和電感測量儀。

            電感的測量:空載測量(理論值)和在實際電路中的測量(實際值)。由于電感使用的實際電路過多,難以類舉。只有在空載情況下的測量加以解說。電感量的測量步驟(RLC測量):

            1、熟悉儀器的操作規則(使用說明),及注意事項。

            2、開啟電源,預備15—30分鐘。

            3、選中L檔,選中測量電感量。

            4、把兩個夾子互夾并復位清零。

            5、把兩個夾子分別夾住電感的兩端,讀數值并記錄電感量。

            6、重復步驟4和步驟5,記錄測量值。要有5—8個數據。

            7、比較幾個測量值:若相差不大(0.2uH)則取其平均值,記得電感的理論值;若相差過大(0.3uH)則重復步驟2—步驟6,直到取到電感的理論值。

            不同的儀器能測量的電感參數都有一些出入。因此,做任何測量前的熟悉所使用測量儀器,了解儀器能做什么,然后按照它給你的操作說明去做即可。

            線路圖

            標注方法

            電感器電感器

            1、直標法:在電感線圈的外殼上直接用數字和文字標出電感線圈的電感量,允許誤差及**工作電流等主要參數。

            2、色標法:色標法:即用色環表示電感量,單位為mH,第一二位表示有效數字,第三位表示倍率,第四位為誤差。

            好壞判斷

            1、電感測量:將萬用表打到蜂鳴二極管檔,把表筆放在兩引腳上,看萬用表的讀數。

            2、好壞判斷:對于貼片電感此時的讀數應為零,若萬用表讀數偏大或為無窮大則表示電感損壞。

            對于電感線圈匝數較多,線徑較細的線圈讀數會達到幾十到時幾百,通常情況下線圈的直流電阻只有幾歐姆。損壞表現為發燙或電感磁環明顯損壞,若電感線圈不是嚴重損壞,而又無法確定時,可用電感表測量其電感量或用替換法來判斷。

            注意事項

            一、電感類元件,其鐵心與繞線容易因溫升效果產生感量變化,需注意其本體溫度必須在使用規格范圍內.。

            二、電感器之繞線,在電流通過后容易形成電磁場。在元件位置擺放時,需注意使相臨之電感器彼此遠離,或繞線組互成直角,以減少相互間之感應量。

            三、電感器之各層繞線間,尤其是多圈細線,亦會產生間隙電容量,造成高頻信號旁路,降低電感器之實際濾波效果。

            四、以儀表測試電感值與Q值時,為求數據正確,測試引線應盡量接近元件本體..

            功能用途

            電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用,還有篩選信號、過濾噪聲、穩定電流及抑制電磁波干擾等作用。電感在電路*常見的作用就是與電容一起,組成LC濾波電路。電容具有“阻直流,通交流”的特性,而電感則有“通直流,阻交流”的功能。如果把伴有許多干擾信號的直流電通過LC濾波電路,那么,交流干擾信號將被電感變成熱能消耗掉;變得比較純凈的直流電流通過電感時,其中的交流干擾信號也被變成磁感和熱能,頻率較高的*容易被電感阻抗,這就可以抑制較高頻率的干擾信號。

            電感器具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性,頻率越高,線圈阻抗越大。因此,電感器的主要功能是對交流信號進行隔離、濾波或與電容器、電阻器等組成諧振電路。

            貼片電感作用

            貼片電感,是用絕緣導線繞制而成的電磁感應元件。屬于常用的電感元件。貼片電感的作用:通直流阻交流這是簡單的說法,對交流信號進行隔離,濾波或與電容器,電阻器等組成諧振電路.調諧與選頻電感的作用:電感線圈與電容器并聯可組成LC調諧電路。貼片電感在電路中的任何電流,會產生磁場,磁場的磁通量又作用于電路上。

            當貼片電感通過的電流變化時,貼片電感中產生的直流電壓勢將阻止電流的變化。當通過電感線圈的電流增大時,電感線圈產生的自感電動勢與電流方向相反,阻止電流的增加,同時將一部分電能轉化成磁場能存儲于電感之中;當通過電感線圈的電流減小時,自感電動勢與電流方向相同,阻止電流的減小,同時釋放出存儲的能量,以補償電流的減小。因此經電感濾波后,不但負載電流及電壓的脈動減小,波形變得平滑,而且整流二極管的導通角增大。

            電感的作用1:色環電感有阻流作用:色環電感線圈中的銅芯總是與線圈中的電流變化抗。色環電感對在電路中使用的交流電流有阻礙作用,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的關系為XL=2πfL,色環電感主要可分為高頻阻流線圈及低頻阻流線圈。

            電感的作用2:色環電感有調諧與選頻作用:色環電感與電解電容并聯可組成LC調諧電路。色環電感在諧振時電路的感抗與容抗等值又反向,即電路的固有振蕩頻率f0與非交流信號的頻率f相等,則回路的感抗與容抗也相等,色環電感的使用一般多不會很高,在電路中使用的色環電感一般來說多還算是比較穩定的。
              電感的作用3:色環電感的**主要用篩選信號、過濾噪聲、穩定電流及抑制電磁波干擾等作用。色環電感器的基本作用就是充電與放電,但由這種基本充放電作用所延伸出來的許多電路現象,使得色環電感有著種種不同的用途。如今色環電感已經被廣大客戶所運用了,小小的電感起到的作用卻是不小視的。

            主要參數

            主要參數

            電感的主要參數有電感量、允許偏差、品質因數、分布電容額定電流等。

            電感量

            電感量也稱自感系數,是表示電感器產生自感應能力的一個物理量。

            電感器電感量的大小,主要取決于線圈的圈數(匝數)、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。通常,線圈圈數越多、繞制的線圈越密集,電感量就越大。有磁心的線圈比無磁心的線圈電感量大;磁心導磁率越大的線圈,電感量也越大。

            電感量的基本單位是亨利(簡稱亨),用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨(mH)和微亨(μH),它們之間的關系是:

            1H=1000mH

            1mH=1000μH

            允許偏差

            允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。

            一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高,允許偏差為±0.2%~±0.5%;而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高;允許偏差為±10%~15%。

            品質因數也稱Q值或優值,是衡量電感器質量的主要參數。

            它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時,所呈現的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高,其損耗越小,效率越高。

            電感器品質因數的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關。

            分布電容是指線圈的匝與匝之間,線圈與磁心之間,線圈與地之間,線圈與金屬之間都存在的電容。電感器的分布電容越小,其穩定性越好。分布電容能使等效耗能電阻變大,品質因數變大。減少分布電容常用絲包線或多股漆包線,有時也用蜂窩式繞線法等。

            額定電流

            額定電流是指電感器在允許的工作環境下能承受的**電流值。若工作電流超過額定電流,則電感器就 會因發熱而使性能參數發生改變,甚至還會因過流而燒毀。

            計算公式

            電感量按下式計算:

            線圈公式:

            阻抗(ohm)=2 * 3.14159 * F(工作頻率)* 電感量(H),設定需用360ohm 阻抗,因此:

            電感量(H)=阻抗(ohm)÷(2*3.14159)÷ F(工作頻率)=360÷(2*3.14159)÷ 7.06=8.116H

            據此可以算出繞線圈數:

            圈數=[電感量* { (18*圈直徑(吋))+(40 * 圈長(吋))}] ÷ 圈直徑(吋)

            圈數=[8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ÷ 2.047 = 19 圈

            空心電感計算公式

            空心電感計算公式:L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H)

            D——線圈直徑

            N——線圈匝數

            d——線徑

            H——線圈高度

            W——線圈寬度

            單位分別為毫米和mH。

            空心線圈電感量計算公式:

            l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44)

            線圈電感量:l,單位:微亨

            線圈直徑:D,單位:cm

            線圈匝數:N,單位:匝

            線圈長度:L,單位:cm

            頻率電感電容計算公式:

            l=25330.3/[(f0*f0)*c]

            工作頻率:f0單位:MHZ 本題f0=125KHZ=0.125

            諧振電容:c單位:PF 本題建義c=500...1000pf 可自行先決定,或由Q

            值決定

            諧振電感:l 單位:微亨

            線圈電感的計算公式

            1、針對環行CORE,有以下公式可利用:(IRON)

            L=N2.AL L= 電感值(H)

            H-DC=0.4πNI / l N= 線圈匝數(圈)

            AL= 感應系數

            H-DC=直流磁化力 I= 通過電流(A)

            l= 磁路長度(cm)

            l及AL值大小,可參照Micrometal對照表。例如:以T50-52材,線圈5圈半,其L值為T50-52(表示OD為0.5英吋),經查表其AL值約為33nH

            L=33(5.5)2=998.25nH≒1μH

            當流過10A電流時,其L值變化可由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、介紹一個經驗公式

            L=(k*μ0*μs*N2*S)/l

            其中

            μ0 為真空磁導率=4π*10(-7)。(10的負七次方)

            μs 為線圈內部磁芯的相對磁導率,空心線圈時μs=1

            N2 為線圈圈數的平方

            S 線圈的截面積,單位為平方米

            l 線圈的長度, 單位為米

            k 系數,取決于線圈的半徑(R)與長度(l)的比值。

            計算出的電感量的單位為亨利(H)。

            電感單位

            電感符號:L

            電感單位:亨(H)、毫亨(mH)、微亨

            (μH),換算關系為:1H=10^3mH=10^6μH=10^9nH。

            換算:數值X10的n次方  如103 即為10X10的三次方nh 為10uh

            除此外還有一般電感和精密電感之分

            一般電感:誤差值為20%,用M表示;誤差值為10%,用K表示。

            精密電感:誤差值為5%,用J表示;誤差值為1%,用F表示。

            如:100M,即為10μH,誤差20%。

            電感和磁珠的聯系與區別

            1、電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件;[1] 

            2、電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號回路,用于EMC對策;

            3、磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側重于抑制傳導性干擾,兩者都可用于處理EMC、EMI問題;EMI的兩個途徑,即:輻射和傳導,不同的途徑采用不同的抑制方法,前者用磁珠,后者用電感;

            4、磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDRSDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率范圍很少超過50MHZ;

            5、電感一般用于電路的匹配和信號質量的控制上,一般地的連接和電源的連接。在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。對信號線也采用磁珠。

            磁珠的大?。ù_切的說應該是磁珠的特性曲線)取決于需要磁珠吸收的干擾波的頻率。磁珠就是阻高頻,對直流電阻低,對高頻電阻高。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的datasheet上一般會附有頻率和阻抗的特性曲線圖。一般以100MHz為標準,比如2012B601,就是指在100MHz的時候磁珠的Impedance為600歐姆。



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