电感器的基础知识(1)

所谓电感器

电感器是与电阻(R)和电容器(C)并列的重要的被动元器件，有时也将其称作线圈。通常，线圈是指呈环形的导线绕组，电路中的线圈是指电感器。

电感器的符号通常使用“L”来表示。此举，是为了纪念物理学家俄国物理学家海因里希·楞次(Heinrich Lenz)。

电感器的基本结构为将导线缠绕成线圈状的，能够将电能转换成磁能并蓄积在电感器内部。被蓄积的磁能量由电感器的电感值来决定，电感值的单位为亨利(H)。

电感器的基本结构与电感值

最基本的电感器是将导线缠绕成线圈状的电感，导线的两端为外部端子。近年来，利用磁芯将导线缠绕到磁心上而做成的电感器占一大半。

从该公式可以获知, 电感值通过1)增大截面积S；2)增加匝数N；3)放入磁心增加磁导率µ而会增大。

电感器的电气用图形符号

以下为电感器的电气用图形符号一览表，其中还包含了变压器符号，供一并参考。标记点的情况下，会对其进行偏置，以使电流流向该点所在方向(端子)。

	符号
电感器(无磁芯)
电感器(铁系磁芯)
变压器

电感器的电压与电流

如结构中所说明的那样，电感器是单纯地缠绕电线而制成的，因而在施加电压时基本上会有电流流过。但是，电感器是旨在利用基于电磁感应的作用的零部件，并非只是单纯地有电流流过。这里说明施加直流电压和交流电压时电感器的作用。

●施加直流电压时

如电路图所示，当开关闭合向电感器施加直流电压时，电流会流向电感，随着流向电感(绕组)的电流的变化而产生的磁束也会随之变化，并在电感上产生电动势(感应电动势)。基本上电感器是单独的绕组，因而将其叫做“自感”。此电动势向着与电流相反的方向产生，阻碍电流的增加。相反，一旦开关断开而电流开始减少，电感器就会阻止电流减少。

电流(I_L)表示如下情况，即在开关闭合时电流会流出，但因电动势电流增加受阻之故，电流会以某个时间常数升高，在升高之后则依赖于电阻成分而会有恒电流流过，一旦开关断开电流就会下降，但会按同样的方式以某个时间常数成为零。

电压(V_L)表示开关闭合时和断开时电感器的电动势。如式中所示，电感器上产生的电动势与电流的变化率(ΔI /Δt)成正比。

如刚才的电流波形图所示，开关闭合时电流会比较缓慢地增加，因而电动势只会上升至电源电压。开关断开时，电流会在瞬时被切断，因而与开关打开时相比，电流急剧减少，单位时间的变化率增大，因而会产生更高的电动势。

另外，开关断开时电流没有瞬时成为零，是因为在开关的端子间因电感上产生的高电压而有放电电流流过的原因。

能够产生如此高的电动势，是因为如开头的“所谓电感器”中所述，电感器是“能够将电能转换成磁能并蓄积在电感器内部”的。蓄积起来的能量可用下式来表示，与电感值的大小成正比。

●施加交流电压时

上述说明中描述了电感器上产生的电动势的大小与流向电感器的电流的变化率成正比，这在交流波形时也是一样的。

1. (1) 首先，当电流从零上升时, 电流的变化率最大，因而电压会增大，但电压会随着电流的上升速度放慢而下降，并在电流到达最大的时点(电流的变化率为零)电压成为零。
2. (2) 当电流从最大值开始降时，开始产生负电压，在电流成为零时(电流的变化率为最大)电压最低。
3. 对于(3), (4)的区域，与上述情况一样。

在对此电流和电压的波形进行观察时，如果电流波形为正弦波，则电压波形也为正弦波，此外还可弄清电流波形相比电压波形滞后1/4周期偏离(电流的相位滞后90°)的情况。

针对电流的变化大就会有较大的电压产生这种情况，也可弄清越是电流的变化率大的高频其电压就越会增大的情况。
但是，实际的电感器电压与交流电源的电压是一样的，因而如果以电压为基准思考，则可以说在恒压下频率升高时流过的电流减小。

也就是说，交流时频率越升高流过的电流越不易通过，电感器发挥类似电阻那样的作用。
我们将此叫做线圈的感抗(X_L)。感抗与流过的电流可用下式来表示。

电感器与电容器的比较

根据上述说明，将电感器的特点与电容器进行对比而归纳成下表。如表中所示，电感器这个电子零部件，具有与电容器正好相反特性。

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