互感的原理與計(jì)算

無(wú)論在何處，只要存在兩個(gè)電流回路，就會(huì)有互感。一個(gè)回路的電流產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，而該磁場(chǎng)會(huì)影響第二個(gè)回路。兩個(gè)回路相互作用，其相互作用的系數(shù)隨距離的增加快速地減小。兩個(gè)回路之間相互作用的系數(shù)稱(chēng)為它們的互感，單位是亨利（H），或伏-秒/安培。兩個(gè)電路之間的互感耦合相當(dāng)于一個(gè)連接在電路A和電路B之間的微小變壓器，如圖1.18所示。無(wú)論何處，對(duì)于兩個(gè)相鄰電流回路的相互作用，可以看成是一個(gè)變壓器的初級(jí)和次級(jí)，從面得到互感。

互感LM將一個(gè)噪聲電壓Y注入到電路B，按照下列規(guī)則，噪聲電壓Y與電路A中的電流變化速率成正比：Y=LM DIA/DT

回路A中電流的快速變化導(dǎo)致回路B上產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)大的電壓，高速設(shè)計(jì)中互感耦合的重要性由此面來(lái)。

對(duì)于實(shí)際的耦合噪聲電壓，式（Y=LM DIA/DT）只是一個(gè)簡(jiǎn)單的近似公式。完整的公式應(yīng)該采用初級(jí)和次級(jí)電路之間的電流差，以及初級(jí)和次級(jí)線(xiàn)圈對(duì)電路的負(fù)載效應(yīng)。關(guān)于式（Y=LM DIA/DT）的前提假設(shè)，與式的情況類(lèi)似，即：

1、LM上的感應(yīng)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原有信號(hào)的電壓。由此附加的LM不增加電路A的負(fù)載。在數(shù)字產(chǎn)品中，由感耦合產(chǎn)生的噪聲電壓總是比源信號(hào)小。

2、電路B中的耦合信號(hào)電流小于電路A中的電流?？梢院雎噪娐稡中小的耦合電流，并假設(shè)耦合變壓器的初級(jí)和次級(jí)的電流差正好等于IA。

3、假設(shè)與電路B的接地阻抗相比，次級(jí)的阻抗很小，只在電路B的電壓上加上耦合噪聲電壓，這個(gè)過(guò)程忽略了互感和次級(jí)電路之間的相互作用。

與互容類(lèi)似，數(shù)字電路中的互感，通常導(dǎo)致電路之間不必要的串?dāng)_。

圖1.19舉例說(shuō)明了互感耦合起作用的過(guò)程：

1、回路A中的任何電流都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)能量圖?；芈分械碾娏髟綇?qiáng)，存儲(chǔ)在回路A周?chē)鷨挝豢臻g中的電磁能越大。

2、我們可以通過(guò)回路B所包圍的總面積計(jì)算來(lái)自回路A的總磁場(chǎng)強(qiáng)度?；芈稡的面積上的總磁場(chǎng)強(qiáng)度，稱(chēng)為B的磁場(chǎng)通量，它最回路A和回路B的距離、其實(shí)際比例以及相對(duì)方向的一個(gè)函數(shù)，并且直接與A中的電流成正比，A中的電流越大，B的磁通量也越大。

3、回路A中電流的變化會(huì)相應(yīng)成比例地改變通過(guò)回路B的磁通量。

4、法拉第定律告訴我們，回路B中的感應(yīng)電壓與通過(guò)回路B的磁通量變化率成正比。

把1至4的概念結(jié)合起來(lái)，會(huì)發(fā)現(xiàn)回路B中的感應(yīng)電壓與回路A中的電流變化率成正比，該比例常數(shù)稱(chēng)為電路A和B之間的互感。

因?yàn)榇艌?chǎng)是個(gè)矢量，回路B翻轉(zhuǎn)將導(dǎo)致耦合磁通的極性發(fā)生反向。耦合的噪聲電壓極性也發(fā)生反向。回路A的翻轉(zhuǎn)將導(dǎo)致同樣的結(jié)果。如果使回路B與磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)方向平行，將導(dǎo)致通過(guò)回路B的總磁通量為零，且耦合噪聲也為零。與互容耦合不同，互感耦合有可能產(chǎn)生一個(gè)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)極性相反的串?dāng)_，它對(duì)環(huán)路的方向同樣非常敏感。