纯电感电路中电压与电流的关系解析
电感简介：电感（电感线圈）是用绝缘导线绕制而成的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一。电感是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制成的一组串联的同轴线匝，它在电路中用字母L表示，主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。
电感器结构1、骨架骨架泛指绕制线圈的支架。一些体积较大的固定式电感器或可调式电感器（如振荡线圈、阻流圈等），大多数是将漆包线（或纱包线）环绕在骨架上，再将磁心或铜心、铁心等装入骨架的内腔，以提高其电感量。骨架通常是采用塑料、胶木、陶瓷制成，根据实际需要可以制成不同的形状。小型电感器（例如色码电感器）一般不使用骨架，而是直接将漆包线绕在磁心上。空心电感器（也称脱胎线圈或空心线圈，多用于高频电路中）不用磁心、骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上绕好后再脱去模具，并将线圈各圈之间拉开一定距离。
2、绕组绕组是指具有规定功能的一组线圈，它是电感器的基本组成部分。绕组有单层和多层之分。单层绕组又有密绕（绕制时导线一圈挨一圈）和间绕（绕制时每圈导线之间均隔一定的距离）两种形式；多层绕组有分层平绕、乱绕、蜂房式绕法等多种。
3、磁心与磁棒磁心与磁棒一般采用镍锌铁氧体（NX系列）或锰锌铁氧体（MX系列）等材料，它有工字形、柱形、帽形、E形、罐形等多种形状。
4、铁心铁心材料主要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为E型。
5、屏蔽罩为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作，就为其增加了金属屏幕罩（例如半导体收音机的振荡线圈等）。采用屏蔽罩的电感器，会增加线圈的损耗，使Q值降低。
6、封装材料有些电感器（如色码电感器、色环电感器等）绕制好后，用封装材料将线圈和磁心等密封起来。封装材料采用塑料或环氧树脂等。
纯电感电路中电压与电流间的数量关系由于电阻很小的线圈组成的交流电路，可以近似地看成是一个纯电感电路。
测量电感及电容上电流和电压的相位差&测量电容上电流和电压 的相位差 上海中学高二（9）王晓欣、徐烨婷 指导教师杨新毅 实验目的：运用TI-83对电容电路进行实验，测量电容电路中电压与电流之间的相位差，了 解电容电感的性质。 实验原理 对于电阻R1，电流与电压成正比。电压v=Vsinωt，则i= Vsinωt /R。由于电阻R1mR1m1与电容串联，因此两者的电流相等。i= i= Vsinωt /R，电容的电流波形图与电阻的电压L1R1m1波形图的周期、初相位都相同，只在幅值上有所不同。因为只需观察电容的电流电压波形图 周期与初相位的关系，因此可以将电阻的电流波形图与电容的电压波形图进行对比，得出电 容的电压与电流的关系。 实验过程 1. 开机方法： ?用专用接线连接TI—83Plus和CBL。 ?按ON键打开TI—83Plus电源。
?按应用功能键APPS，进入Applications界面（见图1）。 图1 按数字键4选择Physics功能（见图2）。 图2 按ENTER回车键，进入主菜单（见图3）。 图3 2. 探头设定： ?将两个电压探头分别插入CH1,CH2两个插口中，打开CBL电源。 ?在Main Menu下按1选择SET UP PROBES，进入探头设定 菜单（见图4）。在NUMBER OF PROBES菜单中按2选择 图4 TWO。 在SELECT PROBE中按7选择MORE（见图5），再按3（见图6）将第一个探头选择为VOLTAGE。按ENTER 重复以上操作，将第二个探头也设为VOLTAGE。回到主菜 图5 单（见图7）。
图6 图7 3. 参数设定 在Main Menu下按2选择2：COLLECT DATA。在DATA COLLECTION中按2选择2：TIME GRAPH（见图8）。 图8 在ENTER TIME BETWEEN SAMPLES IN SECONDS：后输入时间间隔0.0005。在ENTER NUMBER OF SAMPLES：后输入取样个数100(见图9)。 图9 按ENTER对实验设置进行确认（见图10）。 图10 在CONTINUE中按1选择USE TIME SETUP，用以上设置图11 进行实验（见图11）。 4. 连接电路
图文：用双线示波器显示电压与电流的相位关系 图文：用双线示波器显示电压与电流的相位关系 在交流电路中，电动势、电压、电流的大小和方向都随时间作周期性变化， 带来了一系列区别于直流电的特性。 研究元件在电路中的作用，首先是弄清楚元件上电压和电流的关系。一是了解电压和电流的有效值（或峰值）之间的关系。电压有效值和电流有效值之比。叫做元件的阻抗。再是了解电压和电流之间的相位关系，即了解电压和电流的变化步调是否一致，如果不一致，它们之间的相位差等于多少？后面的几张彩图将 对这些问题作出说明。 由于示波器上显示的是电压波形，如果观察通过元件的电流波形，必须将一个电阻与待测元件串联。因为电阻上电压与电流的相位相同，待测元件上的电压与串联电阻上电压的相位关系，反映了待测元件上电压与电流的相位关系。 电路示意图（附图11）中的电源是音频讯号发生器（频率调至1000赫，输出电压调至1伏左右），电容器（C＝0．5微法），带铁心线圈（L＝45毫亨）及电阻（R＝500Ω）。引出线分别接至双线示波器的Ⅰ线、Ⅱ线输入端。接通电源，经过调整后，可在示波器的荧光屏上看到稳定的两条波形曲线。单刀开关接至电容器时，可以看到电流的相位比其两端电压的相位超前π／2；而接至带铁心的线圈时，则通过电感的电流相位比其两端的电压相位落后π／2。彩图所示为电容上电压与电流的相位关系，其中振幅大的为电压波形。 由于示波器各引线的负端在示波器的内部是相连的，因此引线的负端都必须接在a点（见附图11），这样就必然给Ⅰ线Ⅱ线的波形之间引入180°的相位差。为了正确反映波形的相位关系，需要在电阻两端连接一反相器（电路中未画出）， 然后接入示波器Ⅰ线输入。
对于正弦信号，流过一个元器件的电流和其两端的电压，它们的相位不一定是相同的。这种相位差是如何产生的呢？这种知识非常重要，因为不仅放大器、自激振荡器的反馈信号要考虑相位，而且在构造一个电路时也需要充分了解、利用或避免这种相位差。下面探讨这个问题。 1、首先，要了解一下一些元件是如何构建出来的； 2、其次，要了解电路元器件的基本工作原理； 3、第三，据此找到理解相位差产生的原因； 4、第四，利用元件的相位差特性构造一些基本电路。 一、电阻、电感、电容的诞生过程 科学家经过长期的观察、试验，弄清楚了一些道理，也经常出现了一些预料之外的偶然发现，如伦琴发现X射线、居里夫人发现镭的辐射现象，这些偶然的发现居然成了伟大的科学成就。电子学领域也是如此。 科学家让电流流过导线的时候，偶然发现了导线发热、电磁感应现象，进而发明了电阻、电感。科学家还从摩擦起电现象得到灵感，发明了电容。发现整流现象而创造出二极管也是偶然。 二、元器件的基本工作原理 电阻——电能→热能 电感——电能→磁场能，&磁场能→电能 电容——电势能→电场能，&电场能→电流 由此可见，电阻、电感、电容就是能源转换的元件。电阻、电感实现不同种类能量间的转换，电容则实现电势能与电场能的转换。 1、电阻 电阻的原理是：电势能→电流→热能。 电源正负两端贮藏有电势能（正负电荷），当电势加在电阻两端，电荷在电势差作用下流动——形成了电流，其流动速度远比无电势差时的乱序自由运动快，在电阻或导体内碰撞产生的热量也就更多。 正电荷从电势高的一端进入电阻，负电荷从电势低的一端进入电阻，二者在电阻内部进行中和作用。中和作用使得正电荷数量在电阻内部呈现从高电势端到低电势端的梯度分布，负电荷数量在电阻内部呈现从低电势端到高电势端的梯度分布，从而在电阻两端产生了电势差，这就是电阻的电压降。同样电流下，电阻对中和作用的阻力越大，其两端电压降也越大。 因此，用R=V/I来衡量线性电阻（电压降与通过的电流成正比）的阻力大小。 对交流信号则表达为：R=v(t)/i(t)。 注意，也有非线性电阻的概念，其非线性有电压影响型、电流影响型等。 电阻器由电阻体、骨架和引出端三部分构成（实芯电阻器的电阻体与骨架合二为一），而决定阻值的只是电阻体。对于截面均匀的电阻体，电阻值为
纯电感电路中电压与电流的关系解析 电感简介：电感（电感线圈）是用绝缘导线绕制而成的电磁感应元件，也是电子电路中常用的元器件之一。电感是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁心、铁心上绕制成的一组串联的同轴线匝，它在电路中用字母L表示，主要作用是对交流信号进行隔离、滤波或与电容器、电阻器等组成谐振电路。 电感器结构1、骨架骨架泛指绕制线圈的支架。一些体积较大的固定式电感器或可调式电感器（如振荡线圈、阻流圈等），大多数是将漆包线（或纱包线）环绕在骨架上，再将磁心或铜心、铁心等装入骨架的内腔，以提高其电感量。骨架通常是采用塑料、胶木、陶瓷制成，根据实际需要可以制成不同的形状。小型电感器（例如色码电感器）一般不使用骨架，而是直接将漆包线绕在磁心上。空心电感器（也称脱胎线圈或空心线圈，多用于高频电路中）不用磁心、骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上绕好后再脱去模具，并将线圈各圈之间拉开一定距离。 2、绕组绕组是指具有规定功能的一组线圈，它是电感器的基本组成部分。绕组有单层和多层之分。单层绕组又有密绕（绕制时导线一圈挨一圈）和间绕（绕制时每圈导线之间均隔一定的距离）两种形式；多层绕组有分层平绕、乱绕、蜂房式绕法等多种。 3、磁心与磁棒磁心与磁棒一般采用镍锌铁氧体（NX系列）或锰锌铁氧体（MX系列）等材料，它有工字形、柱形、帽形、E形、罐形等多种形状。 4、铁心铁心材料主要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为E型。 5、屏蔽罩为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作，就为其增加了金属屏幕罩（例如半导体收音机的振荡线圈等）。采用屏蔽罩的电感器，会增加线圈的损耗，使Q值降低。 6、封装材料有些电感器（如色码电感器、色环电感器等）绕制好后，用封装材料将线圈和磁心等密封起来。封装材料采用塑料或环氧树脂等。 纯电感电路中电压与电流间的数量关系由于电阻很小的线圈组成的交流电路，可以近似地看成是一个纯电感电路。
第七章 动态电路中电压电流的约束关系 当一个实际电路的几何尺寸远远小于工作信号的波长时，我们称它为集总参数电路。集总参数电路中的电压电流受到两类约束，一类约束是拓扑约束，另一类是元件特性的约束。 描述电路中电压电流约束关系的数学方程称为电路方程。 由独立电源和电阻元件构成的电阻电路，其电路方程是一组代数方程。由独立电源和电阻元件以及动态元件构成的动态电路，其电路方程是一组微分方程。 本章首先回顾集总参数电路的基本定律和几种常用的电阻元件的电压电流关系。然后介绍两种储能元件—电容元件和电感元件。最后介绍电路微分方程的建立和开关电路中初始条件的确定。 §7-1 集总参数电路中电压电流的约束关系一、基尔霍夫定律 基尔霍夫定律描述集总参数电路中各电流之间以及各电压之间的约束关系。 基尔霍夫电流定律(KCL)：在任一时刻，流出集总参数电路中任一结 点或封闭面的全部支路电流的代数和等于零。其数学表达式为： 基尔霍夫电压定律(KVL)：在任一时刻，集总参数电路中任一回路或 闭合路径的全部支路电压的代数和等于零。其数学表达式为 基尔霍夫定律给集总参数电路中的电压或电流施加了一种线性约束。它反映电路中各元件的连接关系，与元件的特性和参数无关。它适用于任何集总参数电路，也就是说它既适用于由独立电源和电阻元件构成的电阻电路，也适用于由独立电源和电阻元件以及动态元件构成的动态电路。 二、电阻元件的电压电流关系 我们将实际电路抽象为电路模型来进行研究，集总参数电路的电路模型是由一些理想的电路元件连接而成。现代电路理论规定了几种电路元件 ) 17(01 -=∑=n k k i ∑=-=n k k u 1 ) 27(0