電感，也稱為線圈或電感器，是一種能夠儲存和釋放電能的電子元件。它由導(dǎo)體線圈組成，當(dāng)通過導(dǎo)體線圈的電流變化時，會產(chǎn)生一個磁場。根據(jù)電感的目的和應(yīng)用場景的不同，有許多不同類型的電感。

電感器是一種能儲存磁場能的元件，在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用。它的工作原理基于電磁感應(yīng)定律，即當(dāng)一個導(dǎo)體線圈中的電流發(fā)生變化時，它會產(chǎn)生一個變化的磁場，這個磁場又會在導(dǎo)體線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，阻礙電流的變化。電感器正是利用這種效應(yīng)來儲存和釋放磁場能。

電感器的主要參數(shù)包括電感量、品質(zhì)因數(shù)(Q值)和自諧振頻率等。電感量決定了電感器儲存磁場能的能力，品質(zhì)因數(shù)則反映了電感器在諧振頻率下的性能，而自諧振頻率則是電感器在高頻下性能下降的一個關(guān)鍵指標(biāo)。

當(dāng)電流通過線圈時，會激發(fā)出一個磁場。這個磁場中，磁感線會貫穿線圈，從而產(chǎn)生一個與電流I密切相關(guān)的磁通量。這一現(xiàn)象是電感電路工作原理的核心。

L，即自感系數(shù)，是線圈所展現(xiàn)的電感特性。這種特性源于法拉第電磁感應(yīng)定律，該定律指出，當(dāng)線圈中的磁通量發(fā)生變化時，會在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種感應(yīng)電動勢的大小與磁通變化率成正比，具體表現(xiàn)為以下公式所示：

這個公式揭示了電感的本質(zhì)特性，它并非通過其他公式推導(dǎo)而來，而是基于客觀事實而存在。在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，這類似于公理的地位，即無需證明而自明。這個公式的重要性不言而喻，因為它直接將電感值與電路中的電流和電壓相聯(lián)系。在電路分析中，我們主要關(guān)注的是電壓和電流的變化，而這個公式正是我們理解電感電路的基礎(chǔ)。因此，我們必須牢記這個公式，并深刻理解其中的物理意義。公式中的負號表示感應(yīng)電動勢具有阻礙電流變化的作用，這是電感的基本特性之一。

從這個公式中，我們可以得出電感的幾個重要特性：

電流穩(wěn)定性：流過電感的電流變化是平滑的，不會發(fā)生突變。電流突變會導(dǎo)致di/dt的值變得無限大，從而在電感兩端產(chǎn)生過高的電壓，這對電路可能會造成損害。

直流短路：在直流電路中，由于di/dt為0，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也為0，因此電感對于直流電路而言可視為短路。

電流與電壓關(guān)系：當(dāng)電感兩端施加一個恒定電壓U時，電流會以線性方式增大或減小。這是由于感應(yīng)電動勢與所加電壓相等且方向相反，從而使得di/dt保持恒定，即電流線性變化。這一特性在DCDC開關(guān)電源中尤為重要，它解釋了電感電流為何呈現(xiàn)三角波形。

此外，我們還探討了磁導(dǎo)率這一概念。電流產(chǎn)生磁場，但不同介質(zhì)中磁感應(yīng)強度有所不同。為了量化這種差異，我們引入了磁導(dǎo)率μ這一參數(shù)。磁導(dǎo)率表征了物質(zhì)對磁場的導(dǎo)通能力，μ越大，介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度B也越大。真空中的磁導(dǎo)率用μ0表示，而空氣、銅、鋁等非磁材料的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率相近。相比之下，鐵、鎳、鈷等鐵磁材料的磁導(dǎo)率則遠大于μ0。在早期的物理研究中，為了簡化計算，曾將真空磁導(dǎo)率μ0設(shè)定為1，其他材料的磁導(dǎo)率則以其為基準(zhǔn)進行計算。盡管這種做法在某種程度上簡化了問題，但它也帶來了一些不必要的問題和誤解。隨著近代物理的進步，我們逐漸認(rèn)識到實際真空磁導(dǎo)率的真實值。

因此，其他材料的實際磁導(dǎo)率應(yīng)等于其原先的磁導(dǎo)率乘以真空磁導(dǎo)率μ0。這樣做的好處在于，μ0中包含的4π因子在所有涉及電磁關(guān)系的公式中都被消除了，從而簡化了問題的處理，形成了所謂的合理化單位制(MKS制)。此外，我們將其他材料磁導(dǎo)率高于真空磁導(dǎo)率的倍數(shù)定義為相對磁導(dǎo)率μr。

電感器，通常被稱為電感，其本質(zhì)是一個線圈，它可以是空心的，也可以是實心的，實心線圈中包含鐵芯或其他材料制成的芯。電感的單位是“H”，簡稱“亨”，同時還有更小的單位mH和uH，它們之間的換算關(guān)系為1H=1000mH=1000000uH。

電感的工作原理是在導(dǎo)線中通過交流電流時，會在導(dǎo)線的外部和四周產(chǎn)生交變磁通。這個磁通量與產(chǎn)生它的電流之比，就構(gòu)成了電感。當(dāng)電感中通過直流電流時，其周圍的磁力線是固定的，不會隨時間變化;但當(dāng)通過交流電流時，其周圍的磁力線會隨時間發(fā)生變化。

電感在電路中有著重要的應(yīng)用。它能夠阻礙交流電的通過，而對于直流電來說，電感則相當(dāng)于短路狀態(tài)。交流電的頻率越高，電感對其的阻礙作用也越大。這種特性使得電感在電路中發(fā)揮著不可或缺的作用。

變壓器，這一我們耳熟能詳?shù)碾姼袘?yīng)用，其電路符號如圖所示。當(dāng)左側(cè)線圈匝數(shù)為100，右側(cè)匝數(shù)為50，且左側(cè)接入220V交流電時，右側(cè)將感應(yīng)出110V的電壓，這恰恰印證了“匝數(shù)比=電壓比”的規(guī)律。但電流的情況卻恰恰相反，左側(cè)流入1A電流時，右側(cè)會流出2A電流，即“匝數(shù)比=電流的反比”。這是因為電感在電路中的作用是僅對電壓和電流進行變換，而不會改變功率。若電壓和電流成正比，那么功率也必然成正比，這與實際情況不符。

3. RL低通濾波器

低通濾波器是一種電路，允許低頻信號通過但阻止高頻信號通過。其電路原理圖如下所展示。當(dāng)輸入信號為直流電時，電感在此相當(dāng)于一根導(dǎo)線，因此信號會直接經(jīng)過電感并短路，不經(jīng)過電阻而直接輸出。然而，隨著電流頻率的逐漸升高，由于電感對交流電的阻礙作用，通過電感的信號會逐漸減小。當(dāng)達到某一特定頻率后，高于此頻率的電流將無法通過，從而形成了低通濾波器。這個特定的頻率被稱為截止頻率，其公式為 f=R/(2πL)。

4. RL高通濾波器

高通濾波器的原理與低通濾波器相似，只是電阻和電感的位置互換。在直流電的情況下，信號會通過電感回流。隨著頻率的逐漸升高，由于電感對交流電的阻礙作用，當(dāng)達到截止頻率時，高頻信號會直接輸出，而無需經(jīng)過電感。截止頻率的計算同樣遵循公式 f=R/(2πL)。

常見電感類型

工字型電感

工字型電感，作為撓線式貼片電感的改進版本，通過擋板強化了儲能能力，有效改變了EMI的方向和大小，同時降低了RDC。它融合了訊號通訊電感和POWER電感的優(yōu)點，成為了一種實用的妥協(xié)方案。

這種貼片式工字型電感，在幾百kHz至一兩MHz的頻率范圍內(nèi)，常用于小型電源切換，如數(shù)字相機LED升壓、ADSL等低頻信號處理或POWER應(yīng)用。其Q值可達20、30，非常適合訊號處理;同時，由于RDC低于撓線式貼片電感，在POWER應(yīng)用中也表現(xiàn)出色。

然而，工字型電感也存在一些不足，如開磁路導(dǎo)致的EMI問題，以及相較于撓線式貼片電感更大的噪音。盡管如此，工字型電感仍有很大的改良空間，未來有望進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)以解決這些問題。

2. 色環(huán)電感

色環(huán)電感，作為棒形電感的簡易加工版本，主要應(yīng)用于訊號處理領(lǐng)域。雖然其基本特性與棒形電感相似，但通過添加固定物和顏色編碼，色環(huán)電感為使用者提供了便捷的感值分辨方式。價格親民且適用于插件式電子產(chǎn)品，色環(huán)電感在市場上仍有一定的使用量。然而，由于其傳統(tǒng)的插件式設(shè)計，色環(huán)電感正逐漸被時代淘汰。

空芯電感

空心電感，專為訊號處理而設(shè)計，廣泛應(yīng)用于共振、接收、發(fā)射等場合。盡管空氣在甚高頻產(chǎn)品中仍有一定應(yīng)用，但隨著產(chǎn)品變異要求的提高，空心電感的局限性逐漸顯現(xiàn)。因此，在追求更高性能的產(chǎn)品趨勢下，空心電感的發(fā)展空間相對有限。

環(huán)形線圈電感

環(huán)形線圈電感是電感理論中的理想形狀，具有閉磁路設(shè)計，有效減少了EMI問題。其結(jié)構(gòu)簡單、易于計算，理論上幾乎涵蓋了所有優(yōu)點。然而，由于撓線工藝復(fù)雜且多依賴人工處理，環(huán)形線圈電感在訊號處理方面的應(yīng)用受到一定限制。盡管如此，極小的環(huán)形線圈電感在高頻、高感的通訊產(chǎn)品中仍有著廣泛的應(yīng)用。

鐵粉芯環(huán)形線圈電感是power電感中常用的一種類型，通過與樹脂等材料的混合，使得Air gap均勻分布在鐵粉芯內(nèi)部，從而賦予了電感一定的敏感度。這種電感適用于power應(yīng)用，IDC可達到20多安培。然而，其環(huán)形設(shè)計在一定程度上限制了其優(yōu)勢的發(fā)揮，因為使用者更偏愛方形設(shè)計。因此，在追求更高性能和便捷性的背景下，鐵粉芯環(huán)形線圈電感仍需在結(jié)構(gòu)上進行進一步的優(yōu)化和改進。

5. 貼片迭層高頻電感

貼片迭層高頻電感，其特性與空心電感高度一致，但因易于固定且可小型化，深受工程師喜愛。在高頻應(yīng)用中，空氣雖非理想固定物，但其相對導(dǎo)磁率為一，恰能在高頻段發(fā)揮出色作用。尋找兼具良好固定性與一導(dǎo)磁率的物質(zhì)成為關(guān)鍵。事實上，大部分物質(zhì)導(dǎo)磁率均為一，其中石頭(硅、三氧化二鋁等材質(zhì))成為理想之選。

貼片迭層高頻電感的獨特設(shè)計，使其能制成積層貼片，極大地方便了印刷線路板的制作。我們期望其材質(zhì)無特性，以使其特性更接近空心線圈，同時確保了良好的穩(wěn)定性。迭層制程的采用，更進一步推動了產(chǎn)品的小型化。

根據(jù)公式Z=2πfL(其中Z為阻抗，f為頻率，L為電感值)，在相同的阻抗下，頻率越高則電感值越小。隨著通訊產(chǎn)品頻率的不斷提升，對電感值的需求也在逐漸減小。這使得我們可以制造出更小尺寸的電感，無需使用高導(dǎo)磁率的磁性材料，只需空氣和石頭即可滿足需求。因此，貼片迭層高頻電感的應(yīng)用前景十分廣闊，是電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

盡管貼片迭層高頻電感在Q值上略遜于貼片撓線式高頻電感，但其潛力巨大。隨著技術(shù)的不斷進步，我們有理由相信其Q值將得到顯著提升。同時，高頻產(chǎn)品的嚴(yán)格變異要求也對材質(zhì)提出了更高挑戰(zhàn)，尤其是材質(zhì)對溫度變化的穩(wěn)定性。這是未來我們需要重點攻克的技術(shù)難題。

展望未來，隨著感值的持續(xù)減小和對精準(zhǔn)度要求的不斷提高，貼片迭層高頻電感有望逐步取代貼片撓線式高頻電感。而隨著科技的不斷進步，貼片薄膜高頻電感也可能會在不久的將來進一步替代貼片迭層高頻電感。因此，我們必須緊密關(guān)注市場動態(tài)和技術(shù)發(fā)展趨勢，以抓住行業(yè)變革帶來的機遇。

磁棒電感，作為空心電感的強化版本，其電感值與導(dǎo)磁率呈正比。通過在空心線圈中填充磁性材料，可以顯著提升電感值和Q值。這種電感形式簡單而基礎(chǔ)，自30到100年前電感開始應(yīng)用以來，其核心特性和應(yīng)用領(lǐng)域一直沿用至今。

另一方面，SMD貼片功率電感則著重于其出色的儲能能力和低損耗特性。

8. 穿心磁珠

穿心磁珠，也被稱為阻抗器，其作用類似于電感，作為低通組件，它允許低頻信號通過同時阻擋高頻信號。

9. 貼片磁珠

貼片磁珠，作為穿心磁珠的升級版，繼承了其低通濾波的特性，并進一步優(yōu)化了尺寸和性能。

電感器的應(yīng)用

電路調(diào)諧：電感器在電路中用作調(diào)諧元件，例如在收音機中的調(diào)諧線圈和中頻變壓器的諧振線圈中都有電感器的身影。

振蕩電路：電感器也用于振蕩電路，例如收音機中的振蕩線圈以及各種LC振蕩電路中的電感線圈。

電流濾波器：電感器常用于電源濾波器中的LC濾波電感器，用于濾除電路中的噪聲、雜波等有害信號，保證電路工作的可靠性。

頻率選擇：帶通和帶阻濾波器采用諧振電感進行頻率選擇，電感器也用于選擇特定頻率的信號，這在無線通信、調(diào)制解調(diào)、音頻等領(lǐng)域尤為常見。

能量儲存：電感器可以儲存電能，并在需要時釋放，用于電路中的瞬間功率補償、開關(guān)電源、放大器等。

控制、檢測與保護：電感器可以測量電磁場的強度和方向，進而控制電子設(shè)備的運行狀態(tài)，如控制電機的轉(zhuǎn)速和方向，以及控制電路的開關(guān)和調(diào)節(jié)。同時，它還能檢測和測量電磁場的變化和發(fā)生的事件，保護電子設(shè)備免受電磁波的損害。