【自学嵌入式笔记：模电】15. 电感介绍

15. 电感介绍

• 电容与电感——电路里的“动态平衡师”
  （新手必学：从电与磁到元件应用）

一、电容器：阻止电压突变的“储电罐”

1. 定义与结构

电容器是 存储电荷和电能 的元件，由 两个导体板 + 中间绝缘介质 组成（类似“夹心饼干”：导体板是饼干，介质是夹心）。

2. 单位换算（核心公式）

基本单位为 法拉（F），因数值范围大，常用更小单位：

\[1\,\text{F} = 10^3\,\text{mF} = 10^6\,\mu\text{F} = 10^9\,\text{nF} = 10^{12}\,\text{pF} \]

类比：1F像大水桶，1μF是水杯，1pF是水滴。

3. 核心作用

• 阻止电压突变：像“缓冲垫”，不让电压突然跳变（比如电源上电时保护电路）；
• 储能：临时存电（比电池充放电快），如遥控器断电后记忆数据；
• 滤波：区分“通高频，阻低频”：
  • 大电容（如100μF电解电容）→ 滤除 缓慢波纹（低频噪音）；
  • 小电容（如100nF陶瓷电容）→ 滤除 快速干扰（高频噪音）。

4. 实际应用

• 电源滤波（让电压更稳定）；
• 信号耦合（传递交流信号，阻隔直流）；
• 延时电路（利用充放电实现定时，如楼道灯延迟关闭）。

二、电感器：阻止电流突变的“磁能罐”

1. 定义与结构

电感器是 存储和释放磁能 的元件，由 铜线绕成的线圈 + 铁芯 组成（线圈通电→产生磁场→储存能量；电流断开→磁场崩溃→释放能量）。

2. 单位换算（核心公式）

基本单位为 亨利（H），常用更小单位：

\[1\,\text{H} = 10^3\,\text{mH} = 10^6\,\mu\text{H} = 10^9\,\text{nH} \]

类比：1H像强磁铁，mH是普通磁铁，nH是小磁石。

3. 核心作用

• 阻止电流突变：像“刹车器”，不让电流突然变化（比如电机启动时保护电路）；
• 储能：以 磁场形式 存能量（比电容储能量大，释放慢）；
• 滤波高频噪声：通低频、阻高频（让缓慢变化的电流通过，挡住快速干扰）。

4. 实际应用

• DC-DC芯片配合：降压（如12V→5V）、升压（如3.7V→5V）、稳压电路；
• 电机驱动（利用磁场带动转子转动）；
• 抗干扰滤波（比如电源里滤除高频杂波）。

三、电容 vs 电感：动态互补的“黄金搭档”

特性	电容器	电感器
储能形式	电场（静电力）	磁场（电磁力）
阻止突变	电压突变（\(\Delta V\)）	电流突变（\(\Delta I\)）
滤波特性	通高频，阻低频（小电容更明显）	通低频，阻高频（大电感更明显）
典型应用	电源滤波、去耦	DC-DC转换、电机驱动

四、实战关联：DC-DC芯片里的“协作”

DC-DC芯片（直流转直流，如降压、升压、稳压）工作时：

1. 电感：负责“储能→放能”：
   • 电流增大时，线圈磁场储存能量；
   • 电流减小时，磁场崩溃释放能量，平滑电流波动。
2. 电容：负责“稳压→滤波”：
   • 稳定输出电压，不让电压跳变；
   • 滤除电感释放能量时的残余高频噪声。
3. 效果：两者配合，让芯片输出 稳定的直流电压（比如手机充电头里的核心协作）。

五、新手记忆口诀

• 电容：“电压别突变，储电又滤波，高频能通过”；
• 电感：“电流别突变，储磁抗干扰，低频畅通行”；
• 组合：DC-DC里，电感扛电流，电容稳电压，联手保稳定！

关键联系（电→磁→元件）

电和磁的关系，最终体现在 电容（电场储能） 和 电感（磁场储能） 里：

• 电容：电→电场→储电；
• 电感：电→磁场→储磁；
  两者共同实现 电路的“动态平衡”（阻止电压/电流突变，让电路更稳定）。