电子电路基础 - 电感
-
简述
电感器获得由电流变化引起的电压的特性被定义为电感。电感是电压与电流变化率的比值。电流的变化率会产生磁场的变化，从而感应出与电压源方向相反的 EMF。EMF 的这种感应特性称为电感。电感的公式是$$电感\:\:=\:\:\frac{volatge}{rate\:of\:change\:of\:current}$$单位 --
电感的单位是亨利。它由L表示。
-
电感器主要有 mH（毫亨利）和 μH（微亨利）。
当一伏特的电动势在线圈中自感时，线圈的电感为一亨利，其中电流以每秒一安培的速率变化。自感
如果考虑一个线圈，其中有一些电流流动，它有一些磁场，垂直于电流流动。当该电流不断变化时，磁场也会发生变化，并且这种变化的磁场会感应出与源电压相反的 EMF。这种产生的反电动势就是自感电压，这种方法称为自感。
图中的电流i s表示源电流，而i ind表示感应电流。通量表示在线圈周围产生的磁通量。随着电压的施加，电流i流动并产生磁通量。当电流i s变化时，通量会发生变化，从而产生i ind。线圈上的这种感应电动势与电流的变化率成正比。电流变化率越高，感应的 EMF 值就越高。我们可以把上面的方程写成$$ E \: \: \ alpha \: \: \ frac {dI} {dt} $$$$E\:\:=\:\:L\:\:\frac{dI}{dt}$$在哪里，-
E是产生的 EMF
-
dI/dt表示电流的变化率
-
L表示电感的系数。
自感或自感系数可称为$$L\:\:=\:\:\frac{E}{\frac{dI}{dt}}$$实际方程写为$$E\:\:=\:\:-L\:\:\frac{dI}{dt}$$上式中的负号表示根据楞次定律在与电压源相反的方向上感应出 EMF 。互感
由于载流线圈在其周围产生一些磁场，如果将另一个线圈靠近该线圈，使其处于初级的磁通量区域，则变化的磁通量会在第二个线圈中感应出 EMF。如果这个第一个线圈称为初级线圈，第二个可以称为次级线圈。当由于初级线圈的磁场变化而在次级线圈中感应出电动势时，这种现象称为互感。
图中的电流i s表示源电流，而i ind表示感应电流。通量表示在线圈周围产生的磁通量。这也扩散到次级线圈。随着电压的施加，电流i流动并产生磁通量。当电流i s变化时，由于互感特性，磁通量会发生变化，从而在次级线圈中产生i ind 。改变就这样发生了。$$V_{p}\:\:I_{p}\rightarrow\:\:B\:\:\rightarrow\:\:V_{s}\:\:I_{s}$$在哪里，-
V p i p分别表示初级线圈的电压和电流
-
B表示磁通量
-
V s i s分别表示次级线圈的电压和电流
两个电路的互感M描述了由初级电流变化引起的次级电压量。$$V(次)\:\:=\:\:-M\frac{\Delta I}{\Delta t}$$其中$\frac{\Delta I}{\Delta t}$ 是电流随时间的变化率，M是互感系数。负号表示电流方向与源相反。单位 -互感的单位是$$volt\:\:=\:\:M\frac{amps}{sec}$$（从上面的等式）
$$M\:\:=\:\:\frac{volt.\:sec}{amp}$$$$=\:\:亨利(H)$$根据初级线圈和次级线圈的匝数，磁通链和感应电动势的量会有所不同。初级匝数用 N1 表示，次级用 N2 表示。耦合系数是指定两个线圈的互感的术语。 -
-
影响电感的因素
有几个因素会影响电感器的性能。下面讨论主要的。线圈长度
电感线圈的长度与线圈的电感成反比。如果线圈的长度更长，则该电感器提供的电感会变小，反之亦然。线圈横截面积
线圈的横截面积与线圈的电感成正比。线圈的面积越大，电感就越高。转弯数量
随着匝数的增加，线圈直接影响电感。电感值与线圈匝数成平方关系。因此，匝数越高，它的平方将是线圈的电感值。核心的渗透性
电感器磁芯材料的磁导率 (μ)表示磁芯为在其内部形成磁场提供的支持。磁芯材料的磁导率越高，电感就越高。 -
耦合系数
这是计算两个线圈的互感的一个重要因素。让我们分别考虑两个附近的 N1 和 N2 匝线圈。通过第一线圈i 1的电流产生一些通量Ψ 1。韦伯匝数可以理解磁链的数量。设由于 i 1的单位电流，到第二个线圈的磁通量链接量为$$\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$这可以理解为互感系数，这意味着$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}\varphi_{1}}{i_{1}}$$因此，两个线圈或电路之间的互感系数被理解为一个线圈中的韦伯匝数，因为另一个线圈中的电流为 1A。若第一个线圈的自感为 L 1，则$$L_{1}i_{1}\:\:=\:\:{N_{1}\varphi_{1}}\:\:=>\:\:\frac{L_{1}}{N_ {1}}\:\:\frac{\varphi_{1}}{i_{1}}$$$$M\:\:=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}$$类似地，第二线圈中电流 i 2引起的互感系数为$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}\varphi_{2}}{i_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\ :1$$如果第二个线圈的自感为 L 2$$L_{2}i_{2}\:\:=\:\:N_{2}\varphi_{2}$$$$\frac{L_{2}}{N_{2}}\:\:=\:\:\frac{\varphi_{2}}{i_{2}}$$所以，$$M\:\:=\:\:\frac{N_{1}L_{2}}{N_{2}}\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\dotsm\:\: 2$$将 1 和 2 相乘，我们得到$$M\:\:\times\:\:M=\:\:\frac{N_{2}L_{1}}{N_{1}}\:\:\times\:\:\frac{ N_{1}L_{2}}{N_{2}}$$$$M^{2}\:\:=\:\:L_{1}L_{2}\:\:=>\:\:M\:\:=\:\:\sqrt{L_{1 }L_{2}}$$当初级线圈的整个变化的磁通与次级线圈链接时，上式成立，这是一种理想情况。但在实践中，情况并非如此。因此，我们可以写成$$M\:\:\neq\:\:\sqrt{L_{1}L_{2}}$$$$和\frac{M}{\sqrt{L_{1}L_{2}}}\:\:=\:\:K\:\:\neq\:\:1$$其中 K 称为耦合系数。耦合系数 K可以定义为实际互感系数与理想（最大）互感系数的比值。如果 k 值接近 1，则称线圈为紧耦合，如果 k = 0，则称线圈为松耦合。 -
电感器的应用
电感器有很多应用，例如 --
电感器用于滤波电路中以检测高频分量并抑制噪声信号
-
将电路与不需要的 HF 信号隔离开来。
-
电感器用于电路中以形成变压器并将电路与尖峰隔离。
-
电感器也用于电机。
-