電感元件

電感元件

電感元件是一種儲能元件,電感元件的原始模型為導線繞成圓柱線圈。當線圈中通以電流i,線上圈中就會產生磁通量Φ,並儲存能量。表征電感元件(簡稱電感)產生磁通,存儲磁場的能力的參數,也叫電感,用L表示,它在數值上等於單位電流產生的磁鏈。電感元件是指電感器(電感線圈)和各種變壓器。

概述

“電感元件”是“電路分析”學科中電路模型中除了電阻元件R,電容元件C以外的一個電路基本元件。線上性電路中,電感元件以電感量L表示。元件的“伏安關係”是線性電路分析中除了基爾霍夫定律以外的必要的約束條件。電感元件的伏安關係是 v=L(di/dt),也就是說,電感元件兩端的電壓,除了電感量L以外,與電阻元件R不同,它不是取決於電流i本身,而是取決於電流對時間的變化率(di/dt).電流變化愈快,電感兩端的電壓愈大,反之則愈小。據此,在“穩態”情況下,當電流為直流時,電感兩端的電壓為零;當電流為正弦波時,電感兩端的電壓也是正弦波,但在相位上要超前電流(π/2);當電流為周期性等腰三角形波時,電壓為矩形波,如此等等。總的來說,電感兩端的電壓波形比電流變化得更快,含有更多的高頻成分。

通俗地說,穿過一個閉合導體迴路的磁感線條數稱為磁通量。由於穿過閉合載流導體(很多情況是線圈)的磁場在其內部形成的磁通量變化,根據法拉第電磁感應定律,閉合導體將產生一個電動勢以“反抗”這種變化,即電磁感應現象。電感元件的電磁感應分為自感應和互感應,自身磁場線上圈內產生磁通量變化導致的電磁感應現象,稱為“自感應”現象;外部磁場線上圈裡磁通量變化產生的電磁感應現象,稱為“互感應”現象。

比如,當電流以1安培/秒的變化速率穿過一個1亨利的電感元件,則引起1伏特的感應電動勢。當纏繞導體的導線匝數增多,導體的電感也會變大,不僅匝數,每匝(環路)面積,連纏繞材料都會影響電感大小。此外,用高滲透性材料纏繞導體也會令磁通量增加。

電感元件即利用這種感應的原理,在電路中發揮了許多作用。

儲存的能量

一個電感元件儲存的能量(單位焦)等於流經它的電流建立磁場所做的功,其值由下式給出:

其中L為電感,I為流經電感的電流。

電感元件結構

電感可由電導材料盤繞 磁芯製成,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 )環繞鐵素體(ferrite)線軸製成,而有些防護電感把線圈完全置於鐵素體內。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,用一種鋪設螺鏇軌跡的方法。小值電感也可用以製造電晶體同樣的工藝製造在積體電路中 。在這些套用中,鋁互連線被經常用做傳導材料。不管用何種方法,基於實際的約束套用最多的還是一種叫做“鏇轉子”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。 用於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。

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