【科普文@@】寄生电感怎么来的@@?

最近在整理电感的内容@@,忽然就有个问题不明白了@@:寄生电感怎么来的@@呢@@?一段直直的导线怎么也会存在电感@@,不是只有线圈才能成为电感吗@@?

想到以前看的书@@,这个寄生电感的存在大家都默认是有的@@,貌似也没有人怀疑这个东西是真的存在吗@@(还是只有我没怀疑@@)?说到芯片@@,就是@@引脚寄生电感@@,走线长点@@,就是@@引线电感这些东西@@,说到传输线@@,也说有寄生电感@@。那么它们到底是怎么来的呢@@?

为了搞清这个问题@@,我查了一些资料@@,结合自己的思考@@,把我的想法分享给大家@@。

电感的定义@@

首先@@,要解决上面的问题@@,咱们必须得认真对待下电感的定义@@是什么这个问题了@@,这里要区别下我们用的电感这一元器件@@,我们想说的是电感的广义定义@@,不仅仅是刻意做出的器件@@,还包括无意中形成的电感@@。

上网@@查了一下@@,很多地方定义都不尽相同@@,先来看看百科的定义@@。

百度百科定义@@:电感是闭合回路@@的一种属性@@,是一个物理量@@。当电流通过线圈后@@,在线圈中形成磁场感应@@,感应磁场又会产生感应电动势来抵制通过线圈中的电流@@。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗@@,也就是@@电感@@。

有个关键词@@,就是@@“闭合回路@@”,我们见过的电路@@,基本都是闭合的@@,不论是直接通过导线直连闭合@@,还是通过电容耦合过去形成通路@@。

然而@@,这个定义不能让我们理解一些问题@@。比如@@,我们经常说的引线电感@@,过孔电感等等@@@@。一段引线和过孔等@@,它们只是构成回路的一部分@@,然后我们却能通过公式计算出来它们的电感值@@,说明引线和过孔的电感是固定的@@,它与回路的其它部分没有关系@@。我们如何理解这种回路的局部电感@@呢@@?

局部电感@@、导线的电感@@

电流流过导线@@,会在导线的周围产生磁场@@。当导线电流变化时@@,这个磁场也会变化@@,变化的磁场会产生电场@@,这个电场将阻碍电流的变化@@,而阻碍电流变化的这种能力@@,就可以理解为电感@@,因为导线是回路的一部分@@,所以这部分电感称之为局部电感@@@@。

实际上前面所说的回路的总体电感@@,应是整个回路所有导线相加所得的结果@@。

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上图来源于@@《信号完整性与电源完整性分析@@-第二版@@》。

本来写到这里@@,也差不多能扯明白寄生电感@@,直导线电感@@怎么来的@@。不过@@,我相信@@,你现在觉得上面这些都是理所当然的@@,过个两天@@,又一切归于@@0。这几句话更像是结论@@,并不知道是怎么来的@@,头脑里面也不好建立一个图像场景@@。

为了更为清晰的理解@@,于是我又多想了@@,而且产生了新的问题@@:貌似我记得麦克斯韦方程组说了@@,变化的磁场产生的电场是环形电场的@@@@,怎么到这了变成了沿着导线了方向了呢@@?麦克斯韦那是不可能错的了@@,上图的作者都出书了@@,也不至于出错吧@@。

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为了搞清楚@@,我又只能去翻翻麦克斯韦方程组了@@,这个方程组说实话@@,看了好多遍@@,看了忘@@,忘了看@@,不过@@好在@@,多看几次@@,在似懂非懂的道路上@@,向懂的方向不断进步@@。

这里主要用到麦克斯韦方程组里面@@,磁生电的那一个公式@@,方程式子我就不列了@@(原因你懂的@@)。意思就是@@@@,任意取一个曲面@@,如果里面通过的磁感线数量发生变化@@,那么会在这个曲面感生出电场@@。示意图如下@@(图片@@来源于@@:长尾科技@@):

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知道了这些@@,那么上面那个问题@@(产生的电场是环形电场的@@,怎么到这了变成了沿着导线了方向了呢@@)就容易明白了@@,理解过程如下图@@。

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我们在通电导线上面和下面对称选两个面@@,假如电流在曲面@@1产生的磁场向上@@,那么在曲面@@2产生的磁场方向就是@@向下的@@,两者是相反的@@。如果电流减小@@,那么磁场@@B会减小@@,产生的环形电场如黄色线圈@@,两个曲面的磁场方向不同@@,所以产生的环形电场是一个顺时针@@,一个逆时针@@。两个环形电场在导线上的叠加@@,电场方向就是@@沿导线向右的@@,也说明了此时是阻止电流变小的@@。

总得来说@@,一段导线上如果有电流变化@@,那么会自己产生感应电动势阻止电流的变化@@,这不就是@@电感么@@。

总结@@

通过以上的内容@@,个人认为@@,我们常说的寄生电感@@,导线电感@@,等等@@,其实都是导线自己的变化电流产生变化磁场@@,而变化磁场又产生反向电场来阻止电流变化@@,这就是@@电感的属性@@。

麦克斯韦建立了电磁场理论@@,将电学@@、磁学@@、光学统一起来@@,理解起来是比较困难的@@,我大学学习的时候感觉就是@@天书@@。不过@@随着工作多年@@,真正想搞清楚一些问题的时候@@,最终都会去翻一翻@@,理论与实际结合@@,感觉真的是不一样@@,谁用谁知道啊@@。

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