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电子基础 | 电感器篇 #1 电感器的基础知识① 
电感器（线圈）是与电阻、电容器并称为三大被动元件的电子元件。利用线圈对电流所表现出的特性，在电源电路、一般信号电路、高频电路等中发挥着重要作用。
电流的磁效应与线圈
电流产生磁场，并对周围产生磁效应。这就是在 1820 年由奥斯特发现的“电流的磁效应”。由此可知，电流同向流动的平行导线相互吸引，电流逆向流动的平行导线相互排斥。为了检测该力的大小，安培制作了将导线设成方形并吊起来的装置。而且，安培还制作了将导线卷成圆柱形的线圈，将其称为螺线管。这是用于天线线圈等的螺线管线圈的鼻祖。当时还发现了流动电流的螺线管线圈表现出了与磁铁相同的性质。
产生电流的磁场与右手螺旋定则
磁力线的方向由“右手螺旋定则”决定。即，右螺钉的旋进方向与旋转方向分别为电流方向与磁力线的方向。
施加在平行导线上的力
流过平行导线的电流为同向的情况下，导线间吸引力发挥作用，为反向的情况下，排斥力发挥作用。
线圈与磁力线
电流流过线圈，则合成磁力线，贯通线圈内部。
右手定则
利用右手即可简单掌握电流与磁力线方向的方法。
电磁感应与线圈电感
与电流产生磁力线的电流的磁效应相反，磁通变化产生电动势的“电磁感应（Electromagnetic Induction）”现象是在 1831 年由法拉第发现的。例如，在环形铁芯上卷绕两个线圈，在一次侧线圈上连接电池，打开/关闭开关，则在二次侧的线圈产生电动势（感应电动势），电流（感应电流）流动。该电磁感应现象称为互感。
互感
自感与线圈电感
单独的线圈也会产生电磁感应现象。当流过线圈的电流发生变化，则产生的磁通也发生变化，在线圈产生电动势。这被称为自感。其电动势 V 以下式表示，并将比例定数 L 称为自感。通常电感器（线圈）的电感就是该自感。
因开关的打开/关闭，流过线圈的电流发生变化，则磁通也发生变化，产生电动势（自感）。
楞次法则
“楞次法则”是可简单掌握由电磁感应产生的感应电流的方向的方法。是感应电流阻止磁通变化或电流变化并向维持原状态的方向流动的法则。这是所谓的“推亦被推，拉以被拉”的关系，与力学的反作用相似，因此也被称为反作用法则。
磁铁靠近线圈，则产生阻止磁通增加的方向上的反作用磁通的感应电流流动。
磁铁远离线圈，则产生阻止磁通减少的方向上的反作用磁通的感应电流流动。
线圈设计与电感
线圈的电感因线圈形状而异。例如，螺线管线圈（单层）的电感可通过以下公式求得。长冈系数 k 是由物理学者长冈半太郎博士引进的，是对线圈形状的修正系数。在截面积的半径为 r、长度为 l 的线圈中，长冈系数为如下图表所示。2r/l=0 为无限长的线圈，其长冈系数为 1，有限长度的线圈不足 1。意思是如果截面积相同，则长度越短电感越低。
螺线管线圈的电感
增大电感的基本手法
从上式可知，如果线圈长度相同，则截面积越大，匝数越多，线圈电感越大。此外，如果电感値相同，通过将磁导率高的磁性体作为铁芯（磁芯），由此能够令电感比空心线圈大幅增大。磁导率是表示磁通聚集的容易程度的指标，越是容易磁化的（磁化率高）的物质，磁导率越高 。
各类物质的相对磁导率
以物质的磁导率与真空的磁导率之比予以表示就是相对磁导率（无单位）。真空的相对磁导率为 1，空气、水、铜、铝等弱磁性体（非磁性体）的相对磁导率也为 1 左右。与此相对，镍、铁、铁氧体、电磁钢等软磁性的强磁性体的相对磁导率达数百～10 万以上。软磁性是指容易被外部磁场磁化且去除外部磁场则磁化消失恢复到原状态的磁性体的性质。
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2024-10-16
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