一、电感是什么？
电感（Inductor，符号 L）通常是把一根导线绕成线圈做成的器件。当电流流过线圈时，会在周围产生磁场，电感就是靠这个磁场来"存能量"的。
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中间可以有磁芯铁氧体、铁粉芯等，能把磁场"聚起来"，效率更高
飞轮类比：想象一个很重的飞轮，要让它转起来很费力，一旦转起来，它就会"惯性"地保持转速，不轻易停下。电感对电流也是这样：电流想要突然变大或变小，电感会用一个反向的电压来阻碍它。这就是电感最核心的性格——电流不能突变。
1.1 电感的"性格"：阻碍电流的变化
- 直流（DC）：电流稳定不变时，线圈本身只有导线电阻，几乎就是一根导线，电流可以顺利通过。
- 变化的电流（交流或突变）：电流一变化，电感就会"较劲"，产生一个阻碍变化的电压。变化越快，阻碍越大。
所以电感可以概括为：通直流、阻交流（阻变化）。它和电容正好相反，电容是"隔直通交"。
如何记住两者的区别：电容储存的是电荷（用电压来表达），电感储存的是磁能（用电流来表达）。电容的"惯性"是对电压，电感的"惯性"是对电流。
二、核心公式：V = L × di/dt
电感两端的电压，取决于电流变化的快慢：
V = L × (di / dt)
V 是电感两端电压（伏特 V），L 是电感量（亨利 H），di/dt 是电流随时间的变化率（安培每秒 A/s）
这个式子可以读成：电压 = 电感量 × 电流变化有多快。
- 电流变化越快（di/dt 大），电感两端的电压就越高。
- 电流不变化（di/dt = 0），电压为零，电感相当于一根导线。
- 电感量 L 越大，同样的电流变化率下，产生的电压也越大。
2.1 为什么说"电流不能突变"？
假设电流要在瞬间从 0 跳到 1 A，那 di/dt 就趋于无穷大，电感两端就需要无穷大的电压——这在现实中做不到。所以电感的电流只能逐渐变化，不能瞬间跳变。这一点是理解开关电源、继电器、LR 电路的关键。
2.2 单位：亨利 H 也很大
和电容类似，电感常用的单位是 H 的小数倍，同样是 1000 进位：
| 单位 | 写法 | 等于多少亨利 | 常见场合 |
|---|
| 亨利 | H | 1 H | 大型变压器、扼流圈 |
| 毫亨 | mH | 10⁻³ H | 电源滤波、共模电感 |
| 微亨 | μH | 10⁻⁶ H | 开关电源、功率电感，最常见 |
| 纳亨 | nH | 10⁻⁹ H | 射频电路、高频匹配 |
换算口诀：1 H = 1000 mH = 10⁶ μH = 10⁹ nH。例如 4.7 μH = 4700 nH = 0.0047 mH。
三、LR 电路：电流是怎么"慢慢"建立的？
把电感和电阻串联，接到一个直流电源上，就得到最简单的 LR 电路。开关刚闭合的那一刻，电感会"拖着"电流，让它不能立刻到达最大值。
类比：想象推一辆很重的小车，刚开始推很费劲，车慢慢起速；一旦速度稳定，推起来就轻松了。电感让电流"起步"很慢，就是因为它有这种惯性。
3.1 时间常数 τ = L / R
τ = L / R
τ 同样是时间常数（秒），L 是电感量（亨），R 是电路中的总电阻（欧姆）
注意：电感的时间常数是 L 除以 R，而电容的是 R 乘以 C。这是一个经常让人混淆的地方。
- 经过 1 个 τ，电流达到最终稳定值的约 63%。
- 经过 5 个 τ，电流基本稳定（约 99%）。
3.2 动手拨一拨：LR 电流上升曲线
选择不同的电感和电阻，观察电流的建立过程。纵轴是稳定电流的百分比，横轴是 τ 的个数。
小提示：电感越大、电阻越小，电流建立得就越慢。
四、电感储存的能量
电感之所以能"惯性"地阻碍电流，是因为它把能量存在了磁场里。储存的能量公式为：
E = ½ × L × I²
E 是能量（焦耳 J），L 是电感量（亨），I 是流过电感的电流（安培）
注意公式里是电流的平方。这意味着：电流翻一倍，存的能量就翻四倍。
4.1 例子：一颗 10 μH 的电感，通过 2 A 电流
E = ½ × 10 × 10⁻⁶ × 2² = ½ × 10 × 10⁻⁶ × 4 = 2 × 10⁻⁵ J（20 μJ）
20 μJ 看起来很少，但开关电源正是靠这种一次次"存了又放"的小能量，在几十万次每秒的开关动作中，把电压转换到需要的数值。
五、常见电感类型
按照磁芯和用途，电感大致可以分成下面几类：
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空心电感
线圈中间没有磁芯，线性好、不容易饱和，但电感量小，多用于射频电路。
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铁氧体磁芯电感
磁芯是铁氧体，体积小、电感量大，用于开关电源、滤波，应用最广。
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功率电感（屏蔽式）
外壳做成封闭的磁屏蔽，电流大、磁场不外泄，是开关电源（DC-DC）里的主力。
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共模电感
两组线圈绕在同一个磁芯上，方向相反。能抑制两根线上"同方向"的干扰，常用于 USB、电源入口的 EMI 滤波。
🫘
磁珠（Ferrite Bead）
外形像电感，但主要是"吸收"高频噪声，把它变成热量。常用于电源线上隔离噪声，别和普通电感混为一谈。
磁珠 vs 电感：电感主要是"储能、阻碍变化"，磁珠更像一个在高频下会"耗能"的小电阻。选型时要看它的阻抗曲线，而不是只看电感量。
六、选电感要看的关键参数
| 参数 | 含义 | 新手要注意的地方 |
|---|
| 电感量 L |
电感的基本能力，单位 μH、mH 等 |
一般标称误差为 ±20%，有些精密电感为 ±5% |
| 额定电流 Irms |
允许长期流过的电流，主要受温升限制 |
超过后电感会发热，寿命缩短 |
| 饱和电流 Isat |
电流超过这个值后，磁芯开始饱和，电感量会明显下降 |
饱和后电感几乎失去"惯性"，开关电源可能失控、电流飙升。这是最容易被忽视的参数！ |
| 直流电阻 DCR |
线圈导线本身的电阻 |
DCR 越小，发热越少、效率越高 |
| 自谐振频率 SRF |
电感和其内部寄生电容产生谐振的频率 |
超过这个频率后，电感会"变成"电容性的，不再像电感。工作频率要远低于 SRF。 |
选型口诀：先看电感量，再看额定电流和饱和电流（饱和电流要明显高于工作峰值电流），最后看 DCR 和 封装尺寸。
七、读懂电感上的标注
贴片功率电感的标注，和电阻、电容很像，也常用三位或带 R 的数字码，但单位是 μH。
| 丝印 | 读法 | 结果 |
|---|
| 4R7 | R 是小数点 | 4.7 μH |
| 100 | 10 × 10⁰ | 10 μH |
| 220 | 22 × 10⁰ | 22 μH |
| 101 | 10 × 10¹ | 100 μH |
| 221 | 22 × 10¹ | 220 μH |
注意：不同厂家的标注规则有差异，有的直接印 "4.7" 或 "10U"（U 也表示 μH）。务必对照规格书确认，不要死记。
7.1 动手试一试：输入丝印看电感量
八、交流下的电感：感抗
电感对交流的阻碍，称为感抗，符号 XL，单位是欧姆：
XL = 2π × f × L
f 是频率（Hz），L 是电感量（H）
和电容的容抗正好相反：
- 频率越高，感抗越大：高频交流被电感挡住。
- 电感越大，感抗越大：电感越大，越难让交流通过。
| 电容 C | 电感 L |
|---|
| 容抗 Xc = 1/(2πfC)，频率越高越小 | 感抗 XL = 2πfL，频率越高越大 |
| 隔直通交（直流不通，高频容易通） | 通直阻交（直流容易通，高频难通） |
| 储存电荷（电压不能突变） | 储存磁能（电流不能突变） |
8.1 例子：同一个 10 μH 电感，在不同频率下的感抗
| 频率 f | 计算 | 感抗 XL |
|---|
| 50 Hz | 2π × 50 × 10 μH | 约 3.14 mΩ（几乎就是导线） |
| 100 kHz | 2π × 10⁵ × 10 μH | 约 6.28 Ω |
| 1 MHz | 2π × 10⁶ × 10 μH | 约 62.8 Ω（已经很"挡"了） |
8.2 动手算一算
九、LC 滤波：电感和电容配合的"筛子"
把一颗电感和一颗电容组合起来，就能做成一个低通滤波器：低频信号顺利通过，高频信号被挡住或引到地上。
类比：电感是"挡高频的闸门"，电容是"把高频引到地的水沟"。两者配合，就像一个筛子，粗的东西（直流和低频）留下，细的东西（高频噪声）被筛掉。
9.1 截止频率
fc = 1 / (2π × √(L × C))
fc 是截止频率，高于它的信号会被明显衰减
9.2 动手算一算
实用感受：10 μH 配 10 μF，截止频率约 15.9 kHz：低于它的信号基本都能通过，高于它的信号会被衰减。把上面的电感或电容换小，截止频率就会升高，这正是调节滤波器的方法。
十、电感的典型应用
10.1 开关电源：电感是"能量搬运工"
降压（Buck）和升压（Boost）这类开关电源，核心就是电感。简单地说：
- 开关导通时，电源给电感充电，电感把能量存进磁场里，电流逐渐上升。
- 开关关断时，电感的电流不能突变，它会通过续流路径把能量释放给负载，电流逐渐下降。
- 开关以几十万次每秒的速度重复，输出电压就能稳定在需要的数值。
类比：电感像一个"小水库"：水龙头（开关）时开时关，水库（电感）把水流平滑地送到用户那边，用户感觉到的是稳定的水流。
10.2 继电器线圈：必须加续流二极管
继电器的线圈本质上也是一颗电感。给它断电的瞬间，电流想要突然变为零，di/dt 非常大，根据 V = L × di/dt，线圈两端会产生很高的反向电压，可以达到几十甚至上百伏，足以击穿单片机的 IO 口或三极管。
标准做法：在继电器线圈两端反向并联一颗续流二极管（比如 1N4148 或 1N4007）。断电时，线圈电流通过二极管形成回路慢慢衰减，电压就被限制在安全范围内。这是硬件设计里非常经典的一条规则，我们第3课讲二极管时会深入讲。
10.3 其他常见场合
- 电机、电磁阀：同样是感性负载，断开时都需要续流保护。
- 电源入口的 EMI 滤波：用共模电感、磁珠，抑制电子设备对外的干扰。
- 射频电路：用空心电感或小电感做匹配、选频。
十一、串并联与注意事项
11.1 串并联规则：和电阻一样
| 连接方式 | 公式 | 例子（两颗 10 μH） |
|---|
| 串联 | L = L1 + L2 | 10 + 10 = 20 μH |
| 并联 | 1/L = 1/L1 + 1/L2 | 1/L = 1/10 + 1/10，得 5 μH |
注意：上面的公式假设两颗电感之间没有磁耦合（互相不影响）。实际上如果两颗电感靠得很近，磁场会互相影响，结果会偏离计算值。所以电感摆放要尽量远离，或者正交摆放。
11.2 使用电感要注意的五件事
- 别让电流超过饱和电流：饱和后电感量骤降，电流会急剧上升，可能烧毁开关管。
- 感性负载必须续流：继电器、电机、电磁阀断电时，一定要加续流二极管。
- 注意磁场干扰：功率电感的磁场会干扰旁边的敏感电路（如模拟信号、晶振），布局时要保持距离。
- 别超过 SRF 使用：超过自谐振频率，它就不再是电感了。
- 焊接要稳：功率电感体积大、电流大，焊盘要足够宽，焊点要饱满，否则发热会导致虚焊。
十三、本节小结
- 电感是"惯性线圈"，核心性格是电流不能突变，电压 V = L × di/dt。
- 电感通直流、阻交流（阻变化），与电容的"隔直通交"正好相反。
- LR 电路时间常数 τ = L / R，经过 5τ 电流基本稳定。
- 储存的能量 E = ½LI²，电流的影响是平方级的。
- 选型看电感量、额定电流、饱和电流、DCR、SRF，饱和电流最容易被忽视。
- 感抗 XL = 2πfL，频率越高越"挡"；与电容组合可做 LC 滤波，截止频率 fc = 1/(2π√LC)。
- 开关电源靠电感搬运能量；继电器等感性负载必须加续流二极管。
下一课：第2课 · 阻抗，再学习第3课 · 二极管与整流。
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