【科普文】寄生電感怎么來的？

最近在整理電感的內容，忽然就有個問題不明白了：寄生電感怎么來的呢？一段直直的導線怎么也會存在電感，不是只有線圈才能成為電感嗎？

想到以前看的書，這個寄生電感的存在大家都默認是有的，貌似也沒有人懷疑這個東西是真的存在嗎（還是只有我沒懷疑）？說到芯片，就是引腳寄生電感，走線長點，就是引線電感這些東西，說到傳輸線，也說有寄生電感。那么它們到底是怎么來的呢？

為了搞清這個問題，我查了一些資料，結合自己的思考，把我的想法分享給大家。

電感的定義

首先，要解決上面的問題，咱們必須得認真對待下電感的定義是什么這個問題了，這里要區別下我們用的電感這一元器件，我們想說的是電感的廣義定義，不僅僅是刻意做出的器件，還包括無意中形成的電感。

上網查了一下，很多地方定義都不盡相同，先來看看百科的定義。

百度百科定義：電感是閉合回路的一種屬性，是一個物理量。當電流通過線圈后，在線圈中形成磁場感應，感應磁場又會產生感應電動勢來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關系稱為電的感抗，也就是電感。

有個關鍵詞，就是“閉合回路”，我們見過的電路，基本都是閉合的，不論是直接通過導線直連閉合，還是通過電容耦合過去形成通路。

然而，這個定義不能讓我們理解一些問題。比如，我們經常說的引線電感，過孔電感等等。一段引線和過孔等，它們只是構成回路的一部分，然后我們卻能通過公式計算出來它們的電感值，說明引線和過孔的電感是固定的，它與回路的其它部分沒有關系。我們如何理解這種回路的局部電感呢？

局部電感、導線的電感

電流流過導線，會在導線的周圍產生磁場。當導線電流變化時，這個磁場也會變化，變化的磁場會產生電場，這個電場將阻礙電流的變化，而阻礙電流變化的這種能力，就可以理解為電感，因為導線是回路的一部分，所以這部分電感稱之為局部電感。

實際上前面所說的回路的總體電感，應是整個回路所有導線相加所得的結果。

上圖來源于《信號完整性與電源完整性分析-第二版》。

本來寫到這里，也差不多能扯明白寄生電感，直導線電感怎么來的。不過，我相信，你現在覺得上面這些都是理所當然的，過個兩天，又一切歸于0。這幾句話更像是結論，并不知道是怎么來的，頭腦里面也不好建立一個圖像場景。

為了更為清晰的理解，于是我又多想了，而且產生了新的問題：貌似我記得麥克斯韋方程組說了，變化的磁場產生的電場是環形電場的，怎么到這了變成了沿著導線了方向了呢？麥克斯韋那是不可能錯的了，上圖的作者都出書了，也不至于出錯吧。

為了搞清楚，我又只能去翻翻麥克斯韋方程組了，這個方程組說實話，看了好多遍，看了忘，忘了看，不過好在，多看幾次，在似懂非懂的道路上，向懂的方向不斷進步。

這里主要用到麥克斯韋方程組里面，磁生電的那一個公式，方程式子我就不列了（原因你懂的）。意思就是，任意取一個曲面，如果里面通過的磁感線數量發生變化，那么會在這個曲面感生出電場。示意圖如下（圖片來源于：長尾科技）：

知道了這些，那么上面那個問題（產生的電場是環形電場的，怎么到這了變成了沿著導線了方向了呢）就容易明白了，理解過程如下圖。

我們在通電導線上面和下面對稱選兩個面，假如電流在曲面1產生的磁場向上，那么在曲面2產生的磁場方向就是向下的，兩者是相反的。如果電流減小，那么磁場B會減小，產生的環形電場如黃色線圈，兩個曲面的磁場方向不同，所以產生的環形電場是一個順時針，一個逆時針。兩個環形電場在導線上的疊加，電場方向就是沿導線向右的，也說明了此時是阻止電流變小的。

總得來說，一段導線上如果有電流變化，那么會自己產生感應電動勢阻止電流的變化，這不就是電感么。

總結

通過以上的內容，個人認為，我們常說的寄生電感，導線電感，等等，其實都是導線自己的變化電流產生變化磁場，而變化磁場又產生反向電場來阻止電流變化，這就是電感的屬性。

麥克斯韋建立了電磁場理論，將電學、磁學、光學統一起來，理解起來是比較困難的，我大學學習的時候感覺就是天書。不過隨著工作多年，真正想搞清楚一些問題的時候，最終都會去翻一翻，理論與實際結合，感覺真的是不一樣，誰用誰知道啊。

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