電路理論/互感

磁場

電感器以磁場形式儲存能量。電感器的磁場實際上延伸到電感器之外，並且可以受到附近另一個電感器的影響（或影響）。上圖顯示了圍繞電感器的磁場（紅線）。

互感

如果我們無意或有意地將兩個電感器靠近放置，我們實際上可以將電壓和電流從一個電感器轉移到另一個電感器。這種特性稱為 **互感**。利用互感來改變電壓或電流輸出的器件稱為 **變壓器**。

產生磁場的電感器稱為 *初級線圈*，拾取磁場的電感器稱為 *次級線圈*。變壓器被設計為透過將兩個線圈纏繞在同一個 *核心* 上來獲得最大的互感。（在電感計算中，我們需要知道哪些材料形成了磁通量的路徑。 *空心* 線圈的電感很低；鐵芯或其他磁性材料芯是磁通量的更好“導體”。）

次級中出現的電壓是由共享磁場的 *變化* 引起的，每次透過初級電流發生變化時。因此，變壓器在交流電上工作，因為電壓和電流不斷變化。

理想變壓器

現代電感器

當 N₁ 匝線圈導通電流時。線上圈上存在磁場 B。B 的變化會在 N₁ 和 N₂ 匝線圈上產生感應電壓，如圖所示

-ξ_p = $N_{p}{\frac {dB}{dt}}$

-ξ_s = $N_{s}{\frac {dB}{dt}}$

-ξ₂ 與 -ξ₁ 的比值

-ξ_p / -ξ_s = ${\frac {N_{p}}{N_{s}}}$

如果 N_p 匝線圈的輸入電壓為 -ξ_p，則輸出電壓為

${\frac {V_{s}}{V_{p}}}$ = -ξ_s / -ξ_p = ${\frac {N_{s}}{N_{p}}}$

$V_{s}=V_{p}{\frac {N_{s}}{N_{p}}}$

因此，這個器件能夠透過改變線圈的匝數比來提高、降低和傳導電壓

因此，輸出電壓可以

• 透過增加 N_s 匝線圈的匝數大於 N_p 來提高或升壓
• 透過減少 N_s 匝線圈的匝數小於 N_p 來降低或降壓
• 透過將 N_s 匝線圈的匝數設定為等於 N_p 來緩衝

下圖顯示了電感器和變壓器構造的幾個例子。右上角是一個環形鐵芯型別（環形是甜甜圈形狀的數學術語）。這種形狀非常有效地包含了磁通量，因此更少的功率（或訊號）會損失到鐵芯的加熱中。

升壓和降壓

術語“升壓”和“降壓”用於比較次級（輸出）電壓與提供給初級的電壓。

許多變壓器專門設計為僅作為升壓或降壓變壓器工作。雖然理想變壓器可以簡單地“翻轉”，但我們發現許多實際變壓器是在某些電壓和電流範圍內設計以最佳效能的。

例如，電力變壓器可用於將家用交流電（約 120 伏）降壓至 24 伏，用於家用供暖控制等。在本例中，輸出電流高於初級電流，因此變壓器在其次級繞組中採用更粗的線規。

在處理非常高電壓的變壓器中，要特別注意絕緣。處理數千伏的繞組必須抵抗電弧和其他在家中看不到的問題。

最後，電子裝置中的一些變壓器是為名為“阻抗匹配”的任務而設計的，而不是為特定的輸入/輸出電壓而設計的。此功能在涵蓋音訊和無線電主題的文獻中進行了說明。

進一步閱讀

• 電子學/變壓器

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