[導(dǎo)讀]當(dāng)寫完《射頻集成電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》第一課電容基礎(chǔ)時(shí)，就開始著手電感基礎(chǔ)的文章。對(duì)于電感，突然感覺(jué)不知道怎么去描述了？
當(dāng)寫完《射頻集成電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》第一課電容基礎(chǔ)時(shí)，就開始著手電感基礎(chǔ)的文章。對(duì)于電感，突然感覺(jué)不知道怎么去描述了？
到底什么是電感？
為什么叫做電感？
電感的特性是什么？
為什么能夠“通直流，阻交流”？
很熟悉，卻不知從何下手。就像朋友留言中所述，有些很熟悉的知識(shí)，理論，當(dāng)你要寫出來(lái)，真的很難。這個(gè)從側(cè)面也印證了“費(fèi)曼學(xué)習(xí)法”的有效性。
因此這篇文章就擱下了，直接跳過(guò)第一章，去了第二章關(guān)于傅里葉變換的部分。這一周在網(wǎng)絡(luò)上搜集了很多關(guān)于電感的知識(shí)去復(fù)習(xí)，也買了一本關(guān)于中學(xué)物理的教材，今天拾筆，我們一起來(lái)完成這個(gè)電感基礎(chǔ)，解答上文的那些疑問(wèn)。
電容這個(gè)概念很容易理解，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電荷的容量，它的特性我們也很容易去解釋：通交流，阻直流。兩塊金屬板沒(méi)有接觸，直流當(dāng)然過(guò)不去了，當(dāng)頻率升高時(shí)，電流就成了電磁波，長(zhǎng)了翅膀就可以飛過(guò)去了。
但是電感到底是什么呢？電感就是電流的感應(yīng)。電流的感應(yīng)是什么呢？奧斯特的實(shí)驗(yàn)告訴我們，電流周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)使小磁針發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這個(gè)磁場(chǎng)就是感應(yīng)磁場(chǎng)。
那有感應(yīng)磁場(chǎng)就是電感了嗎？No. 只有感應(yīng)磁場(chǎng)也形成不了電感。但是不要忘記還有一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)：當(dāng)在磁場(chǎng)在線圈中變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。
下面這幅動(dòng)圖更生動(dòng)形象的解釋了這個(gè)現(xiàn)象。
在《麥克斯韋方程組竟然這么簡(jiǎn)單？！》我們介紹了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重大意義：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)直接引發(fā)了第二次工業(yè)革命，人類進(jìn)入了電氣時(shí)代。
電流生磁，動(dòng)磁生電，這就是最美的公式“麥克斯韋方程組”最關(guān)鍵的部分，麥克斯韋預(yù)測(cè)了電磁波的存在，而這項(xiàng)偉大的發(fā)現(xiàn)直接改變了我們的生活，帶領(lǐng)人類進(jìn)入無(wú)線時(shí)代。
而這兩種電磁現(xiàn)象也就構(gòu)成了電感的物理基礎(chǔ)，當(dāng)電流變化時(shí)（交流電），產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也隨著變化，有感應(yīng)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，這個(gè)感應(yīng)電流的方向剛好和原電流方向相反，所以也就產(chǎn)生了阻礙電流的效果。
為了更有效地說(shuō)明這一現(xiàn)象，我們用最常見(jiàn)的螺旋線圈電感作為參考。
當(dāng)電流在線圈中流動(dòng)時(shí)，根據(jù)電生磁的原理，在線圈中會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且磁場(chǎng)向周圍蔓延，當(dāng)線圈中電流變化時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)也在變化，相當(dāng)于線圈在做切割磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)磁生電的原理，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)阻礙原電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化。
這種阻礙作用就產(chǎn)生了個(gè)神奇的效果，電感上的電流不能發(fā)生突變，就如同電容上的電壓不能發(fā)生突變一樣。在電感中，電流的變化會(huì)滯后于電壓變化，如下圖所示。滯后多少呢？看那個(gè)直角關(guān)系，我們就能得到90°，這個(gè)滯后值。
上文從感性角度對(duì)電感特性進(jìn)行了描述，那么理論上到底是不是這樣子的呢？
我們先來(lái)看看電感的電壓方程：
這個(gè)電流相位之后90°是從哪里來(lái)的呢？根據(jù)前面介紹的傅里葉變換，任何一個(gè)信號(hào)都可以表示成正弦曲線的傅里葉級(jí)數(shù)形式，簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們假設(shè)電路中電流為：
那么電壓就是：
上面公式中的90度，就是為什么電感中電流滯后電壓90°的原因。
對(duì)電感感覺(jué)枯燥難寫的另一個(gè)原因是電感的單位。我們知道電容的單位法拉F就是為了紀(jì)念偉大的法拉第先生，但是電感的單位亨利H，為了紀(jì)念誰(shuí)呢？約瑟夫 亨利 先生，這位被認(rèn)為是繼富蘭克林之后美國(guó)最偉大科學(xué)家，我們大家可能都覺(jué)得有些陌生。約瑟夫亨利發(fā)明了繼電器，比法拉第更早的發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，只是沒(méi)有及時(shí)去申請(qǐng)專利，所以電磁感應(yīng)就讓給了法拉第，但是后人卻把電感這個(gè)最代表電磁感應(yīng)定律的單位給了亨利。生的早就是這么重要，如果早生個(gè)兩百年，能不能給小木匠一個(gè)電學(xué)單位，比如1木電感。
電容電感電阻構(gòu)成了電路的最基本的元器件，到此為止，我們基本上介紹完了。但是其中奧妙，不是這一篇文章能夠說(shuō)的透的。反復(fù)咀嚼，也許能理解的更透徹。
到底什么是電感？
為什么叫做電感？
電感的特性是什么？
為什么能夠“通直流，阻交流”？
很熟悉，卻不知從何下手。就像朋友留言中所述，有些很熟悉的知識(shí)，理論，當(dāng)你要寫出來(lái)，真的很難。這個(gè)從側(cè)面也印證了“費(fèi)曼學(xué)習(xí)法”的有效性。
因此這篇文章就擱下了，直接跳過(guò)第一章，去了第二章關(guān)于傅里葉變換的部分。這一周在網(wǎng)絡(luò)上搜集了很多關(guān)于電感的知識(shí)去復(fù)習(xí)，也買了一本關(guān)于中學(xué)物理的教材，今天拾筆，我們一起來(lái)完成這個(gè)電感基礎(chǔ)，解答上文的那些疑問(wèn)。
電容這個(gè)概念很容易理解，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是電荷的容量，它的特性我們也很容易去解釋：通交流，阻直流。兩塊金屬板沒(méi)有接觸，直流當(dāng)然過(guò)不去了，當(dāng)頻率升高時(shí)，電流就成了電磁波，長(zhǎng)了翅膀就可以飛過(guò)去了。
但是電感到底是什么呢？電感就是電流的感應(yīng)。電流的感應(yīng)是什么呢？奧斯特的實(shí)驗(yàn)告訴我們，電流周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)使小磁針發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這個(gè)磁場(chǎng)就是感應(yīng)磁場(chǎng)。
那有感應(yīng)磁場(chǎng)就是電感了嗎？No. 只有感應(yīng)磁場(chǎng)也形成不了電感。但是不要忘記還有一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)：當(dāng)在磁場(chǎng)在線圈中變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。
下面這幅動(dòng)圖更生動(dòng)形象的解釋了這個(gè)現(xiàn)象。
在《麥克斯韋方程組竟然這么簡(jiǎn)單？！》我們介紹了這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重大意義：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)直接引發(fā)了第二次工業(yè)革命，人類進(jìn)入了電氣時(shí)代。
電流生磁，動(dòng)磁生電，這就是最美的公式“麥克斯韋方程組”最關(guān)鍵的部分，麥克斯韋預(yù)測(cè)了電磁波的存在，而這項(xiàng)偉大的發(fā)現(xiàn)直接改變了我們的生活，帶領(lǐng)人類進(jìn)入無(wú)線時(shí)代。
而這兩種電磁現(xiàn)象也就構(gòu)成了電感的物理基礎(chǔ)，當(dāng)電流變化時(shí)（交流電），產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)也隨著變化，有感應(yīng)磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，這個(gè)感應(yīng)電流的方向剛好和原電流方向相反，所以也就產(chǎn)生了阻礙電流的效果。
為了更有效地說(shuō)明這一現(xiàn)象，我們用最常見(jiàn)的螺旋線圈電感作為參考。
當(dāng)電流在線圈中流動(dòng)時(shí)，根據(jù)電生磁的原理，在線圈中會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且磁場(chǎng)向周圍蔓延，當(dāng)線圈中電流變化時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)也在變化，相當(dāng)于線圈在做切割磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)磁生電的原理，這個(gè)變化的磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)又會(huì)阻礙原電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化。
這種阻礙作用就產(chǎn)生了個(gè)神奇的效果，電感上的電流不能發(fā)生突變，就如同電容上的電壓不能發(fā)生突變一樣。在電感中，電流的變化會(huì)滯后于電壓變化，如下圖所示。滯后多少呢？看那個(gè)直角關(guān)系，我們就能得到90°，這個(gè)滯后值。
上文從感性角度對(duì)電感特性進(jìn)行了描述，那么理論上到底是不是這樣子的呢？
我們先來(lái)看看電感的電壓方程：
這個(gè)電流相位之后90°是從哪里來(lái)的呢？根據(jù)前面介紹的傅里葉變換，任何一個(gè)信號(hào)都可以表示成正弦曲線的傅里葉級(jí)數(shù)形式，簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們假設(shè)電路中電流為：
那么電壓就是：
上面公式中的90度，就是為什么電感中電流滯后電壓90°的原因。
對(duì)電感感覺(jué)枯燥難寫的另一個(gè)原因是電感的單位。我們知道電容的單位法拉F就是為了紀(jì)念偉大的法拉第先生，但是電感的單位亨利H，為了紀(jì)念誰(shuí)呢？約瑟夫 亨利 先生，這位被認(rèn)為是繼富蘭克林之后美國(guó)最偉大科學(xué)家，我們大家可能都覺(jué)得有些陌生。約瑟夫亨利發(fā)明了繼電器，比法拉第更早的發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，只是沒(méi)有及時(shí)去申請(qǐng)專利，所以電磁感應(yīng)就讓給了法拉第，但是后人卻把電感這個(gè)最代表電磁感應(yīng)定律的單位給了亨利。生的早就是這么重要，如果早生個(gè)兩百年，能不能給小木匠一個(gè)電學(xué)單位，比如1木電感。
電容電感電阻構(gòu)成了電路的最基本的元器件，到此為止，我們基本上介紹完了。但是其中奧妙，不是這一篇文章能夠說(shuō)的透的。反復(fù)咀嚼，也許能理解的更透徹。
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