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电子学
电容和电感电路 - 滤波器和信号调谐 - 有源电路元件 - 逻辑门 - 计数电路

电容器

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电容器简单来说就是由电介质(绝缘体)隔开的两个导体。电容器(历史上被称为“电容器”)是一种在电场中储存能量的装置。

最常见的电容器类型是两块平行板,板之间有一个(相当)均匀的电场。

电池可以用来给电容器的一端充入电子,并从电容器的另一端排出电子。这被称为充电。给电容器充电会在两块板之间形成电荷不平衡,并产生阻止电容器继续充电的电压。当电容器连接到电池时,电流只在电容器充到与电池相同电压之前才会流动。当电容器充到与电池相同的电压时,电流就会停止流动——电容器就像一个开路。这就像电容器获得了无限的电阻一样。

如果我们把电容器从电路中取出,它会保持其充到的电压。(在实际的电容器中,一块板上的多余电子会慢慢泄漏到另一块板。但是,电容器的质量越高,它越接近“理想电容器”。“理想电容器”会永远保持电荷。)

就像电容器可以充电,它也可以放电。

电感器

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如果我们要谈论电感电路,我们需要对电感器进行定义。

电感器简单来说就是一卷线圈(或其他导电材料)。电感器是一种在磁场中储存能量的装置。

电感器只抵抗电流的变化。理想电感器对直流电没有电阻,除非电流接通和断开,在这种情况下,它会使变化更平缓。然而,所有现实世界中的电感器都是由具有有限电阻的材料制成的,这即使是对直流电也会产生阻力。

只要有电流流动,就会产生一个与电流成正比的磁场。(换句话说,只要电子运动,就会产生一个磁场——与电子数量和平均速度成正比)。将导线缠绕成线圈会将磁场集中在线圈内部。

变化的磁场总是会在任何导线中感应出电压。

当我们对电感器施加一个电压源——例如,当我们通过插座给电风扇的励磁绕组通电时——电流会流过线圈,产生一个磁场。

随着越来越多的电流流动,磁场也成比例地增加。变化的磁场会在线圈上产生一个“反电动势”(线圈上的电压)。同样这根导线,如果拉直,会像一根短路线——但是,当它形成一个线圈时,通过它的电流会少得多。

如果我们对这个线圈施加一个恒定的直流电压,电流会不断增加,直到某个东西失效。

如你所知,墙壁插座提供的电压不是直流电。它会返回到零,然后每秒多次以相反的方向增加。

当电压返回到零时,通过电感器的电流保持恒定——恒定的电流产生一个恒定的磁场,恒定的磁场产生零“反电动势”。当电源电压反向时,通过线圈的电流减小,导致磁场减小。由于磁场正在减小,它会在电感器上感应出一个“反电动势”电压,该电压的方向与磁场增加时的相反。(当磁场完全减小到零后,会发生一些有趣的事情,但我们没有时间谈论它)。

总之,首先,通过线圈的电流从 + 变为 -,就像一个电阻或正在充电的电容器一样。但就在电压反向之后,通过线圈的电流继续沿相同方向流动,现在是 - 到 +。这使得电感器与已知的所有其他元件都不一样。我们说“在电感器中,电压领先电流”或 ELI。


通常情况下,电感器由铜线制成,但并不总是(例如:铝线或蚀刻在电路板上的螺旋图案)。线圈周围和内部的材料会影响其特性,常见的类型有气芯(只有线圈)、铁芯和铁氧体芯。铁和铁氧体类型效率更高,因为它们比空气更能传导磁场。铁氧体比铁效率更高,因为杂散电流不能通过它。

有些电感器不仅仅有一个芯,它只是一个线圈绕成的棒。有些电感器像变压器一样,使用两个 E 形

相互面对的部件,线圈绕在 E 的中心支腿上。E 由层压铁/钢或铁氧体制成。

有些电感器不仅仅有一个芯,它只是一个线圈绕成的棒。有些电感器像变压器一样,使用两个 E 形相互面对的部件,线圈绕在 E 的中心支腿上。E 由层压铁/钢或铁氧体制成。

电感器的重要特性

电感器有几个重要的特性。

  • 载流量由导线厚度决定。
  • Q 或品质因数由绕组的均匀性以及芯材和芯材包围线圈的程度决定。
  • 最后但并非最不重要的是线圈的电感。

电感由几个因素决定。

  • 线圈形状:矮胖最好
  • 芯材
  • 绕组:相反方向绕组会抵消电感效应,你将只剩下一个电阻。

电容器和电感器的比较

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  • 在电容器中,电流领先电压。
  • 在电感器中,电压领先电流。

我记得这句话:“ELI the ICE man”。

参见

华夏公益教科书