Altifigence Academy

10 / 32 · 概念

電感將電流變化與電壓連結

計算 RL 時間常數,並理解電流連續性。

電流攜帶儲存狀態

理想電感的電壓為 v=L di/dtv=L\,di/dt,能量為 E=Li2/2E=Li^2/2。沒有電壓脈衝,它的電流無法瞬間跳變。穩定直流下,理想電感電壓為零,等同短路。實際線圈仍有電阻,且磁芯行為隨電流改變,因此「直流時短路」不代表任何電流下都是無損導線。

10 mH 兩端施加固定 1 V,電流變化率為 100 A/s。由零開始,若電壓保持固定,1 ms 內電流增加 100 mA。100 mA 時儲存能量為 0.01×0.12/2=500.01\times0.1^2/2=50 μJ。持續斜坡最終會碰到電源或元件限制;理想公式本身並未提供安全最大電流。

加入電阻

將 3.3 V 階躍接至串聯的 330 Ω 電阻與 10 mH 電感。最終電流為 10 mA,時間常數為 τ=L/R=30.303\tau=L/R=30.303 μs。由零開始,i(t)=10 mA(1−e−t/τ)i(t)=10\text{ mA}(1-e^{-t/\tau})。一個時間常數後,電流為 6.3212 mA。電感起初承受完整電源電壓;電流穩定時,電感電壓趨近零。

與電容比較:有限電源切換時,電容電壓與電感電流是保持連續的量。追蹤正確的儲存狀態,可避免初始條件問題中的常見錯誤。

開路會改變模型

帶電流的電感突然斷開時,會產生電壓,讓電流透過任何寄生或保護路徑繼續。續流二極體是常見的刻意路徑,但其電壓、能量與衰減行為仍需電路計算。不要認為開關一開,儲存電流就立即為零。

模擬 RL 轉換時,納入串聯電阻與具物理意義的電流回流路徑。說明 R 是否包含線圈電阻。由標稱值預測的 30.303 μs,只有在實際總串聯電阻與電感符合假設時才有用。

自己試試看

20 mH 電感的總串聯電阻為 100 Ω,以 5 V 驅動。求 τ 與最終電流。

查看解說

τ = L/R = 200 μs。最終電流為 5/100 = 50 mA。由零電流開始,t = τ 時,電流約為 31.606 mA。

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