《電工電子技術(shù)及應(yīng)用》課件-第1章

第1章電路的基本概念、

基本定律和基本元件1.1電路與電路圖1.2電路的基本物理量與工作狀態(tài)1.3基爾霍夫定律1.4電壓源與電流源1.5電位的計算與應(yīng)用1.6電阻1.7電容1.8電感習題1

1.1電路與電路圖

1.1.1電路的組成與功能電路(ElectricalCircuit)或稱電子回路,是由電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接起來為電荷流通提供路徑的總體,也叫電子線路或稱電氣回路,簡稱網(wǎng)絡(luò)或回路。根據(jù)流過的電流性質(zhì),電路一般可以分為兩種。直流電通過的電路稱為直流電路,交流電通過的電路稱為交流電路。

根據(jù)電路的作用,電路一般也可以分為兩類。一類用于實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換,如圖1.1.1所示,其中包括電源、負載和中間環(huán)節(jié)三部分。圖1.1.1照明電路

圖1.1.1中,電能由電源傳輸至電燈,并轉(zhuǎn)換為內(nèi)能。其中將電能轉(zhuǎn)換為其他形式能量的元器件或設(shè)備統(tǒng)稱為負載。這類電路由于電壓較高,電流和功率較大,習慣上被稱為“強電”電路。

另一類電路用于進行電信號的傳遞和處理,如圖1.1.2所示的擴音器電路,話筒把聲音轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電壓或者電流,話筒是輸出信號的設(shè)備,稱為信號源,而轉(zhuǎn)化成的電壓或者電流稱為電信號。經(jīng)過放大處理后,通過電路傳遞給揚聲器,再由揚聲器還原為聲音,揚聲器是接收和轉(zhuǎn)換信號的設(shè)備,稱為負載。這類電路通常電壓較低,電流和功率較小,習慣上被稱為“弱電”電路。圖1.1.2擴音器電路示意圖

1.1.2電路圖

電路圖是一種簡化的電路圖形表示。電路圖是人們?yōu)檠芯?、工程?guī)劃的需要,用物理電學標準化的符號繪制的一種表示各元器件組成及器件關(guān)系的原理布局圖。電路圖里各電子元件的位置并不反映它們在完成的實體電路上的位置。

實際電路由各種作用不同的電路元件或器件所組成,其元件種類繁多,且電磁性質(zhì)較為復雜。為便于對實際電路進行分析和數(shù)學描述,需將實際電路元件用能夠代表其主要電磁特性的理想元件或它們的組合來表示,稱為實際電路元件的模型。反映具有單一電磁性質(zhì)的實際器件的模型稱為理想元件,包括電阻、電感、電容、電源等

將實際電路模型化是研究電路問題的常用方法。圖1.

1.3中,電池對外提供電壓的同時,內(nèi)部也有電阻消耗能量,所以電池用其電動勢E和內(nèi)阻R0的串聯(lián)表示;電燈主要具有消耗電能的性質(zhì),可認為是電阻元件,用R表示;中間環(huán)節(jié)用直線來表示(包括開關(guān)),其電阻忽略不計。圖1.1.3電路模型

1.2電路的基本物理量與工作狀態(tài)

1.2.1電流及其參考方向圖1.1.3中,當開關(guān)合上時,電路中會有電荷移動形成電流。在電場的作用下,正電荷與負電荷向不同的方向移動,習慣上規(guī)定正電荷的移動方向為電流的方向。

電流的大小為單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電量,用公式表示為

式中,i表示電流,q表示電量或電荷量。規(guī)定1秒內(nèi)通過導體橫截面電量為1庫侖時的電流為1安培。國際單位制中,q的單位為庫侖(C),電流的單位為安培(A)。常用的電流單位還有毫安(mA)、微安(μA)。

1.2.2電壓及其參考方向

在電場中,某點電荷的電勢能與其所帶的電荷量(與正負有關(guān),計算時將電勢能和電荷的正負都帶入,即可判斷該點電勢大小及正負)之比,叫做這點的電位(也可稱電勢)。

電壓是描述電場力對電荷做功的物理量,它表示兩點電位的差值,也稱電位差(或電勢差)。電壓的單位是伏特(V),規(guī)定電場力把1庫侖的正電荷從一點移到另一點所做的功為

1焦耳時,這兩點間的電壓為1伏特。常用的電壓單位還有千伏(kV)、毫伏(mV)和微伏(μV)。通常直流電壓用大寫字母U表示,交流電壓用小寫字母u表示。

電動勢是反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的本領(lǐng)的物理量。在電源內(nèi)部,非靜電力把正電荷從負極板移到正極板時要對電荷做功,這個做功的物理過程是產(chǎn)生電源電動勢的本質(zhì)。非靜電力所做的功,反映了其他形式的能量有多少變成了電能。因此在電源內(nèi)部,非靜電力做功的過程是能量相互轉(zhuǎn)化的過程。電動勢使電源兩端產(chǎn)生電壓。在電路中,電動勢常用E表示,單位也是伏特(V)。

電路中,電壓的實際方向定義為電位降低或稱電壓降的方向,可用極性“+”和“-”表示,其中“+”表示高電位,“-”表示低電位;也可用雙下標表示,如Uab表示電壓的方向由a到b。電源電動勢的實際方向,規(guī)定為從電源內(nèi)部的“-”極指向“+”極,即電位升高的方向。與電流分析相同,分析電路電壓時需先假定電壓的參考方向。選定電壓的參考方向后,經(jīng)分析計算得到的電壓值也成為有正、負的代數(shù)量。在參考方向下,電壓如果為正值,表明電壓的實際方向與參考方向相同;如果為負值,則與之相反。電路中用箭頭表示電壓的參考方向。

1.2.3電路功率

電流在單位時間內(nèi)做的功叫做電路功率,簡稱功率。功率是用來表示消耗電能的快慢的物理量,用P表示,它的單位是瓦特(W),簡稱瓦。

若某個元件的電流和電壓分別為I和U,而且電流和電壓的參考方向相關(guān)聯(lián),則功率

P=UI(1.2.2)

根據(jù)電壓和電流的實際方向可確定某一元件是電源還是負載:當元件的U和I的實際方向相反時,電流從“+”端流出,發(fā)出功率,則元件為電源;反之,當U和I的實際方向相同

時,電流從“+”端流入,取用功率,則元件為負載。

根據(jù)電壓、電流的參考方向也可以判別:當U和I的參考方向相同時,若P為正值,取用功率,則元件為負載;若P為負值,發(fā)出功率,則元件為電源。反之,當U和I的參考方向相反時,若P為正值,發(fā)出功率,則元件為電源;若P為負值,取用功率,則元件為負載。

下面我們通過圖1.2.1所示電路中的四種情況來具體討論。

圖1.2.1(a)、(b)中,電壓與電流的實際方向相反,則

P=4×(-3)=-12W<0

元件分別發(fā)出12W的功率,均為電源。

圖1.2.1(c)、(d)中,電壓與電流的實際方向相同,則

P=4×3=12W>0

元件分別吸收12W的功率,均為負載。

圖1.2.1功率的計算

1.2.4電路工作狀態(tài)

電路在正常工作時,其工作狀態(tài)分為電源有載工作、開路和短路三種。

將圖1.1.3中的開關(guān)合上,接通電源與負載,這就是電源有載工作。電源有載工作時,利用歐姆定律可以列出電路中的電流

和電壓

由式(1.2.3)和式(1.2.4)可得

式(1.2.5)中,電源端電壓小于電動勢,且兩者的差值等于電源內(nèi)阻和電路電流的乘積,表明電路電流越大,則電源端電壓下降得越多。．

將圖1.1.3中的開關(guān)斷開,電源則處于開路狀態(tài),此時外電路的電阻對電源來說等于無窮大,所以此時電路的電流為零。而電源的端電壓等于電源電動勢,電源不輸出電能。此時電路特征描述如下:

圖1.2.2中,將電源的兩端連接到一起,電源被短路。此時外電路電阻為零,整個電路中只有電源電阻R0,故電路電流很大,此電流稱為短路電流Is;同時電源的端電壓為零。此時電路特征描述如下:圖1.2.2電源短路

1.2.5電氣設(shè)備額定值

各種電氣設(shè)備的電壓、電流、功率等都有一個額定值。額定值是制造廠商為了使產(chǎn)品在給定的工作條件下正常運行而規(guī)定的正常允許值。電氣設(shè)備的額定值一般標注在產(chǎn)品的銘牌上,在使用時應(yīng)充分考慮額定功率。例如,一盞電燈的銘牌上標有220V60W,即電燈的額定電壓為220V,額定功率為60W,使用時就不能將其接到380V的電源上。

電氣設(shè)備在正常使用時的電壓、電流和功率并不一定等于其額定值。

例1.2.1有一盞220V60W的電燈,接到220V的電源上,試求通過電燈的電流和電燈在220V電壓下工作的電阻。若此時電網(wǎng)電壓只有210V,求此時的電流和電阻。

解電燈在220V電壓下工作時:

電燈在210V電壓下工作時,電阻值不變,此時的工作電流:

1.3基爾霍夫定律

1.3.1常用術(shù)語基爾霍夫定律是電路中的基本定律,不僅適用于直流電路,也適用于交流電路。它包括基爾霍夫電流定律(簡稱KCL)和基爾霍夫電壓定律(簡稱KVL)?；鶢柣舴螂娏鞫墒轻槍?jié)點的,基爾霍夫電壓定律是針對回路的。在具體講述基爾霍夫定律之前,我們以圖1.3.1為例,介紹電路中的幾個基本概念。

節(jié)點:三個或三個以上支路的連接點稱為節(jié)點,如圖1.3.1所示電路中的a、b。

支路:連接兩個節(jié)點之間的電路稱為支路。例如,圖1.3.1中的ca、da、ba等都是支路。

回路:電路中任一閉合路徑稱為回路。例如,圖1.3.1中的cabc、adba都是回路。

每一條支路的電流稱為支路電流,每兩個節(jié)點之間的電壓稱為支路電壓。在圖1.3.1中各支路電流的參考方向均用箭頭標出。圖1.3.1電路舉例

1.3.2基爾霍夫電流定律

基爾霍夫電流定律(KCL)指出:對于電路中的任一節(jié)點,任一瞬時流入(或流出)該節(jié)點電流的代數(shù)和為零。我們可以選擇電流流入時為正,流出時為負;或流出時為正,流入時為負。電流的這一性質(zhì)也稱為電流連續(xù)性原理,是電荷守恒的體現(xiàn)。

在直流電路里,KCL用公式表示為

式(1.3.1)稱為節(jié)點的電流方程。由此也可將KCL理解為流入某節(jié)點的電流之和等于流出該節(jié)點的電流之和。

以圖1.3.1電路中的節(jié)點a為例,假設(shè)電流流入為正,流出為負,列出節(jié)點a的電流方程。對于節(jié)點a,有I1+I2=I3。

KCL不僅適用于電路中的任一節(jié)點,也可推廣到包圍部分電路的任一閉合面(因為可將任一閉合面縮為一個節(jié)點)?？梢宰C明,流入或流出任一閉合面電流的代數(shù)和為零。這種閉合面有時稱為廣義節(jié)點,如圖1.3.2所示的晶體管,就是一個廣義節(jié)點,此時IC+IB=IE

。圖1.3.2廣義節(jié)點

1.3.3基爾霍夫電壓定律

基爾霍夫電壓定律(KVL)指出:對于電路中的任一回路,任一瞬時沿該回路繞行一周,則組成該回路的各段支路上的元件電壓的代數(shù)和為零?？扇我膺x擇順時針或逆時針的回路繞行方向,各元件電壓的正、負與繞行方向有關(guān)。一般規(guī)定,當元件電壓的方向與所選的回路繞行方向一致時為正,反之為負。

例1.3.1求圖1.3.3中的電流I1、I2。

圖1.3.3例1.3.1圖

1.4電壓源與電流源

能向電路獨立地提供電壓、電流的器件或裝置稱為獨立電源,如化學電池、太陽能電池、發(fā)電機、穩(wěn)壓電源、穩(wěn)流電源等。一個電源可用兩種不同的電路模型表示:用電壓形式表示的,稱為電壓源;用電流形式表示的,稱為電流源。

1.4.1理想電壓源

理想電壓源的特點是能夠提供確定的電壓,即理想電壓源的電壓不隨電路中電流的改變而改變,所以理想電壓源也稱恒壓源。電池和發(fā)電機都可以近似看做恒壓源,圖1.4.1(a)為恒壓源的符號。圖中,恒壓源兩端的電壓用US

表示,方向從正極指向負極;電源內(nèi)部的電動勢用ES表示時,方向從負極指向正極。

將元件的電壓和電流關(guān)系用一個函數(shù)(如u=f(i))表示時,稱之為元件的伏安特性。電源對外的電壓、電流關(guān)系一般又稱為外特性。理想電壓源的外特性曲線是一條與i軸平行的直線,如圖1.4.1(b)所示。圖1.4.1理想電壓源

1.4.2理想電流源

理想電流源的特點是能夠提供確定的電流,即理想電流源的電流不隨電路中電壓的改變而改變,所以理想電流源也稱恒流源。圖1.4.2(a)是恒流源的模型符號,其中箭頭指示電流的方向。

理想電流源的外特性曲線是一條與u軸平行的直線,如圖1.4.2(b)所示。圖1.4.2理想電流源

1.4.3電壓源與電流源的等效

一個實際的電源一般不具有理想電源的特性,即當外接電阻R變化時,電源提供的電壓和電流都會發(fā)生變化。有的電源當外部負載電阻變化時輸出電壓波動很小,比較接近電壓源的特性;而有的電源當外部負載電阻變化時輸出電流波動較小,比較接近電流源的特性。

實際電源的特性可以用理想電源元件和電阻元件的組合來表征。圖1.4.3(a)中實際電源向外部電阻R輸出電壓U和電流I。當R斷開時,設(shè)U=US(稱為開路電壓)。當R減小時,I將增大,電源內(nèi)阻R0的電壓也增加,輸出電壓U下降。因此可以采用電壓源US和電阻R0

串聯(lián)的模型來表示實際電源,如圖1.4.3(b)所示。

圖1.4.3實際電源的電壓源模型和電流源模型

圖1.4.3(b)電路中的電流、電壓關(guān)系可表達為

在該電路中,也可以用電流源IS

和電阻R0

并聯(lián)的模型來表征實際電源對R的作用,如圖1.4.3(c)所示。圖1.4.3(c)電路中的電流、電壓關(guān)系可表達為

1.5電位的計算與應(yīng)用前面提到電位是與電壓相關(guān)的概念。分析電路時,除了經(jīng)常計算電路中的電壓外,也會涉及電位的計算。在電子線路中,通常用電位的高低判斷元件的工作狀態(tài)。例如,當二極管的陽極電位高于陰極電位時,管子才能導通;判斷電路中一個三極管是否具有電流放大作用,需比較它的基極電位和發(fā)射極電位的高低。計算電路中各點電位時,一般需選定電路中的某一點作參考點,規(guī)定參考點的電位為0,并用“⊥”表示,稱為接地,電路中其他各點的電位等于該點與參考點之間的電壓。

我們以圖1.5.1為例來討論電路中各點的電位。圖1.5.1電路中的電位

以d點為參考點,即Vd=0V,則a點的電位Va=10V,可得

若改以a點為參考點,即Va=0V,同理可得:

可見,參考點選的不同,電路中各點的電位也不同,但任意兩點間的電壓是不變的。在電子線路中,通常將電路中的恒壓源符號省去,各端標以電位值。圖1.5.2(a)可以簡化成

1.5.2(b)。圖1.5.2電路的簡化

1.6電阻

1.6.1電阻的定義通常電路中的物質(zhì)都會阻礙電荷的移動,這種物理特性稱為電阻特性。具有這種物理特性的元件稱為電阻器,用R表示。對于長度為l,橫截面積為S的均勻介質(zhì),其電阻為式中,ρ是導體的電阻率,單位為歐姆/米。在國際單位制中,電阻的單位是歐姆(Ω),規(guī)定當電阻電壓為1V、電流為1A時的電阻值為1Ω。

電阻器分固定式和可調(diào)式兩種,大多數(shù)電阻器是固定式的,如圖1.6.1(a)所示,其電阻值為常數(shù)。固定式電阻器一般分為繞線式和化合物式,其中化合物式一般用于大電阻的制

造。電阻器的符號如圖1.6.1(b)所示。圖1.6.1電阻器

1.6.2電阻的參數(shù)

電阻器的主要參數(shù)有標稱阻值(簡稱阻值)、額定功率和允許偏差。

標稱阻值通常是指電阻器上標注的電阻值。電阻值的基本單位是歐姆,在實際應(yīng)用中,還常用千歐(kΩ)和兆歐(MΩ)來表示。

一只電阻器的實際阻值不可能與標稱阻值絕對相等,兩者之間會存在一定的偏差,我們將該偏差允許范圍稱為電阻器的允許偏差。允許偏差越小的電阻器,其阻值精度就越高,穩(wěn)定性也越好,但其生產(chǎn)成本相對較高,價格也貴。通常,普通電阻器的允許偏差為±5%、±10%、±20%,而高精度電阻器的允許偏差則為±1%、±0.5%。

1.6.3歐姆定律

歐姆定律指出:通常電阻兩端電壓與電流的比值是一常數(shù)。在直流電路里,歐姆定律用公式表示為

式(1.6.2)是在電流、電壓取關(guān)聯(lián)方向下得到的。如果取非關(guān)聯(lián)方向,應(yīng)在等式右邊加一負號,即

電阻的倒數(shù)稱為電導。電導也是一個常用的物理量,用G表示,單位為西門子(S)。電阻與電導的關(guān)系為

1.6.4電阻的串聯(lián)、并聯(lián)及等效變換

在分析計算電路的過程中,常常用到等效的概念。電路等效變換原理是分析電路的重要方法,這里討論的電路等效僅是指兩部分無源電阻電路之間的等效。

結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)不相同的兩部分電路N1、N2

如圖1.

6.2所示,若N1、N2

具有相同的伏安特性U=f(I),則稱它們彼此等效。由此,當用N1代替N2時,將不會改變N2

所在電路其他部分的電流、電壓,反之亦成立。這種計算電路的方法稱為電路的等效變換。用簡單電路等效代替復雜電路可簡化整個電路的計算。圖1.6.2電路的等效

1.電阻的串聯(lián)

如果電路中兩個或兩個以上的電阻一個接一個地順序相連,并且流過同一個電流,則稱這些電阻是串聯(lián)的。圖1.6.3(a)中,由電阻R1、R2

串聯(lián)組成的電路可用圖1.6.3(b)中的電阻R來代替,我們說這兩個電路是等效的。它們之間的等效關(guān)系為

另外,兩個串聯(lián)電阻上的電壓分別為

式(1.6.6)稱為串聯(lián)電阻的分壓關(guān)系。圖1.6.3串聯(lián)電路的等效

2.電阻的并聯(lián)

如果電路中兩個或兩個以上的電阻連接在兩個公共節(jié)點之間,且通過同一個電壓,則稱這兩個電阻是并聯(lián)的。

圖1.6.4(a)中,由電阻R1、R2并聯(lián)組成的電路可用圖1.6.4(b)中的電阻R來代替,我們說這兩個電路是等效的。它們之間的等效關(guān)系為

另外,兩個并聯(lián)電阻上的電流分別為

式(1.6.8)稱為并聯(lián)電阻的分流關(guān)系。

并聯(lián)電路也有廣泛的應(yīng)用。工廠里的動力負載、家用電器和照明電器等都以并聯(lián)的方式連接在電網(wǎng)上,以保證負載在額定電壓下正常工作。此外,當用電壓表測量電路中某兩點間的電壓時,需將電壓表并聯(lián)在所要測量的兩點間。

圖1.6.4并聯(lián)電路的等效

1.7電容

1.7.1電容的定義電容元件簡稱為電容,如圖1.7.1所示。當電容元件兩端加有電壓u時,它的極板上就會儲存電荷q,如果電荷q和電壓u之間是線性函數(shù)關(guān)系,則稱為線性電容。若電容元件的電荷與電壓之間不是線性函數(shù)關(guān)系,則稱為非線性電容。圖1.7.1電容器

在線性電容的情況下,電容元件的特性方程為

式中,C為元件的電容,它是一個與電荷、電壓無關(guān)的常數(shù),單位為法拉(F)。由于法拉的單位太大,實際中常采用微法(μF)、納法(nF)或皮法(pF)。

當電容元件兩端的電壓u隨時間變化時,極板上儲存的電荷就隨之變化,和極板連接的導線中就有電流i。若u、i的參考方向如圖1.7.1中所規(guī)定,則

式(1.7.2)表明,線性電容的電流i與端電壓u對時間的變化率du/dt成正比。對于恒定電壓,電容的電流為零,故在直流電路穩(wěn)態(tài)情況下,電容元件相當于開路。

電容是一個儲能元件,能量儲存于電容的電場之中。當時間由0變到t、電容的端電壓u由0變到U時,電容所儲存的電場能為

式(1.7.3)表明,電容元件在某一時刻的儲能只取決于該時刻的電壓值,而與電壓的過去變化進程無關(guān)。

電容器通常由絕緣介質(zhì)隔開的金屬極板組成。其種類很多,如紙介電容器、云母電容器、瓷介電容器、滌綸電容器、玻璃釉電容器、鉭電容器、電解電容器等。電容器的主要參數(shù)為電容的標稱容量和額定電壓。例如,某CJ10型紙介電容器的標稱容量為0.15μF、額定直流工作電壓為400V。在使用時,電容器實際承受的電壓不允許超出其額定電壓,否則可能使電容器中的絕緣介質(zhì)被擊穿。電解電容器有正、負極性,使用時應(yīng)將其正極接高電位端,負極接低電位端,不要接反。

1.7.2電容的參數(shù)

電容的主要參數(shù)有電容量、電容量誤差、額定工作電壓、損耗、頻率特性等。

電容量即電容加上電荷后儲存電荷的能力大小。電容量誤差是指其實際容量與標稱容量間的偏差。

額定工作電壓是該電容器在電路中能夠長期可靠地工作而不被擊穿所能承受的最大直流電壓(又稱耐壓)。它與電容器的結(jié)構(gòu)、介質(zhì)材料和介質(zhì)的厚度有關(guān)。一般來說,對于結(jié)構(gòu)、介質(zhì)相同,容量相等的電容器,其耐壓值越高,體積也越大。

在電場作用下,電容器單位時間內(nèi)發(fā)熱而消耗的能量叫做電容器的損耗。理想電容器在電路中不應(yīng)消耗能量。但實際上,電容器或多或少都要消耗能量。其能量消耗主要由介質(zhì)損耗和金屬部分的損耗組成,通常用損耗角正切值來表示。

電容器的頻率特性通常是指電容器的電參數(shù)隨電場頻率而變化的性質(zhì)。在高頻下工作的電容器,由于介電常數(shù)在高頻時比低頻時小,因此電容量將相應(yīng)地減小。與此同時,它的損耗將隨頻率的升高而增加。此外在高頻工作時,電容器的分布參數(shù),如極片電阻、引線和極片接觸電阻、極片的自身電感、引線電感等,都將影響電容器的性能。由于受這些因素的影響,電容器的使用頻率受到限制。

1.8電感

1.8.1電感的定義電感元件簡稱為電感。當有電流i流過電感元件時,其周圍將產(chǎn)生磁場。若電感線圈共有N匝,通過每匝線圈的磁通為Φ,則線圈的匝數(shù)與穿過線圈的磁通之積為NΦ。如果電感元件中的磁通和電流i之間是線性函數(shù)關(guān)系,則稱為線性電感。

若電感元件中的磁通與電流之間不是線性函數(shù)關(guān)系,則稱為非線性電感。在線性電感的情況下,電感元件的特性方程為

式中,L為元件的電感,是一個與磁通、電流無關(guān)的常數(shù),單位為亨[利](H)。磁通Φ的單位為韋[伯](Wb)。當流過電感元件的電流i隨時間變化時,則要產(chǎn)生自感電動勢eL,元件兩端就有電壓u。若i,e,u的參考方向

如圖1.8.1中所規(guī)定,則當電感中的磁通Φ或電流i發(fā)生變化時,在電感元件中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為

根據(jù)基爾霍夫定律知:

式(1.8.3)表明,線性電感的端電壓u與電流i對時間的變化率di/dt成正比。對于恒定電流,電感元件的端電壓為零,故在直流電路的穩(wěn)態(tài)情況下,電感元件相當于短路。圖1.8.1電感器

電感是一個儲存磁場能的元件。當流過電感的電流增大時,磁通增大,它所儲存的磁場能也變大。但如果電流減小到零,則所儲存的磁場能將全部釋放出來。故電感元件本身并不消耗能,是一個儲能元件。當時間由0變到t,流過電感的電流i由0變到I時,電感所儲存的磁場能為

式(1.8.4)表明,電感元件在某一時刻的儲能只取決于該時刻的電流值,而與電流的過去變化進程無關(guān)。

電感器通常是用導線繞制而成的線圈。有的電感線圈含有鐵芯,稱為鐵芯線圈。線圈中放入鐵芯可大大增加電感的數(shù)值,但引起了非線性,并產(chǎn)生鐵芯損耗。電感器的主要參數(shù)是電感值和額定電流。例如某LG4型電感器,電感量標稱值為820μH,最大直流工作電流為150mA。

1.8.2電感的參數(shù)

電感的重要參數(shù)有電感量、允許偏差、品質(zhì)因數(shù)、分布電容及額定電流等。

電感量也稱自產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個物理量。電感器電感量的大小與線圈的圈數(shù)(匝數(shù))、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等有關(guān)。通常線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集,電感量就越大;有磁心的線圈比無磁心的線圈電感量大;磁心磁導率越大的線圈,電感量也越大。

允許偏差是指電感器上標稱的電感量與實際電感量的允許誤差值。一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高,允許偏差為±0.2%~±0.5%;而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高,允許偏差為±10%~15%。

品質(zhì)因數(shù)也稱Q值,是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)。它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時,所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高,其損耗越小,效率越高。電感器品質(zhì)因數(shù)的高低與線圈導線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗及鐵芯、屏蔽罩等引起的損