让线圈起来反抗

电容器会吸收一定的直流电流，直到充满电为止；此后，它就会阻断直流电流的流通。还有另外一种现象我至今都没有提及过，它跟电容的情况正好相反，这就是所谓的自感，它存在于任何类型的线圈中。开始时它阻碍直流电流（对直流电流起反对作用），随后它的反对作用逐渐消失。以下是一些定义。

电阻

电流和电压降之间的关系。

电容

开始时允许电流通过，最后阻断其通过。这种行为就是所谓的容抗。

自感

开始时阻断电流，然后又允许电流通过。这也常被称作感抗。事实上，你也许会发现“电抗”这个术语也被用来表示同一个意思，但由于自感是正确的术语，所以我就用它了。

在这个实验中，你将看到自感的作用。

你需要用到以下这些东西。

□ LED，低电流的那种，数量：2个。

□ 连接线卷，26 号线规的，100 ft，数量：1 卷。

□ 电阻器，220Ω，功耗0.25W或更高，数量：1个。

□ 电容器，电解型的，2000µF或者更大，数量：1个。

□ 单刀单掷触动开关，数量：1个。

步骤

请看图5-33的电路原理图。初看一眼，你也许会觉得它没有什么特别意义。除了其中的波纹符号表示一个线圈之外，看不出其他新意。十分显然的是，电压将通过220Ω的电阻器，然后再通过线圈，而两个LED则可以忽略，因为和这两个LED相比，线圈显然具有小得多的电阻（不管这两个LED方向如何）。

图5-33 在这个自感的演示电路中，D₁和D₂是发光二极管。当开关闭合时，D₁会短暂地发光，这是因为线圈在开始时会阻碍电流的流通。当开关断开时，D₂会闪光，这是因为线圈感应的磁场在衰减的过程中，会（在线圈中感应出电压而往D₂）释放出另外一个短暂的脉冲电流

一切真会像以上分析的这样吗？让我们来找出答案！线圈可以用一卷100 ft 长的26 号线规（或更小）的连接线，当然，如果你有实验25中所述的那种漆包线，效果会更好。同样你需要把线卷的两端都引出，如果内部的一端不能引出，就需要重绕线圈，让这一端伸出来。

既然已经有了一个线圈，你就可以将其连接到面包板上了，如图5-34所示，图中的绿色圆圈是触动开关，两个圆形的红色物体是LED。请确保使用低电流的LED（否则你也许看不到任何结果），并确保其中的一个为负端朝上、正端朝下，另一个则为正端朝上、负端朝下。此外，如果可能，220 Ω 电阻器的功耗定额应该选为0.25 W 或者更大（具体请见下面的警告）。

图5-34 图5-33 所示电路原理图的面包板版本给出了一个快速搭建该电路的方法。绿色的按钮是触动开关。两个红色LED在安装时应该保证一个的正端对着另一个的负端

发烫的电阻器

当220 Ω的电阻器上有电流通过时，该电流的大小约为50 mA。在12 V时，其产生的功率大约是0.6 W。如果使用的是0.125 W的电阻器，它就过载了，会变得很烫，也许会烧断。如果使用0.25 W的电阻器，它仍然会变得很烫，不过只要你按下开关的时间不超过1 s到2 s，它就不太可能烧断。

不要在没接线圈的情况下运行这个电路，那样的话，通过LED的电流就将超过50 mA。

当你按下按钮时，一个LED将短暂地闪光。当你释放按钮时，另一个LED应该闪光。

到底是怎么回事呢？线圈拥有自感，这就是说它会阻碍电流的任何忽然变化。开始时它抵抗电流，在刚按下开关的短暂时间里，它阻断了大部分的电流。因此电流会寻找其他的路径，因而通过D₁，即电路原理图中左侧的LED（D₂不会有反应，因为它只能通过相反方向的电流）。

与此同时，电压克服线圈的自感。当自感消失时，线圈的电阻不会超过10 Ω——这样一来，大部分的电流就通过线圈了，而LED 通过的电流变得如此之小，因而熄灭了。

当你断开电源时，线圈再次起阻碍作用。它反抗任何的忽然改变。在供电断开以后，线圈会顽固地将电流维持一会儿，因为随着磁场的衰减，它会转变成电场。这个剩余的电流将通过D₂（即右侧的LED）逐渐耗尽。

换句话说，线圈在其磁场中储存了一些能量。这类似于电容器在其两个金属极板间储存能量，差别仅仅在于：线圈阻断初始的电流，然后再允许电流逐渐建立起来，而电容器则吸收初始的电流，最后再阻断电流。

你用的线圈的匝数越多，线圈的自感就越大，LED的闪光就越亮。

为了检验你对电气基础知识的了解情况，让我们对这个实验做最后一点改动。拿掉220 Ω 的电阻器，代之以一个1 kΩ 的电阻器（以保护你的LED免受续流的损害）。拿掉线圈，代之以一个极大的电容器——理想的容值大约为4 700 µF（小心接对电容器的极性）。现在按下按钮你会看到什么呢？请注意，为了看到结果，你必须按下按钮并保持好几秒。而当你释放按钮时，会看到什么呢？请记住：电容的行为跟自感的行为相反！

理论知识

交流电的概念

这里有一个简单的假想实验。假定你搭起一个555定时器电路，发出一串脉冲，通过一个线圈。这就是交流电的一种最原始的形式。

我们可以想到线圈的自感会干扰这一串脉冲，干扰的程度取决于每个脉冲的长度以及线圈电感的大小。如果脉冲太短，那么线圈的自感将倾向于阻断它们。也许我们可以将脉冲的长度设定得恰到好处，使它们与线圈的时间常数同步。用这种方法，我们也可以“调节”线圈，来让某个频率通过。

如果我们用一个电容器来替换线圈会发生什么情况呢？如果脉冲长度比电容器的时间常数长很多的话，那么电容器将倾向于阻断这些脉冲，因为这时电容器将有充足的时间充满电。相反，如果脉冲短一些，那么电容器将按照脉冲的节律进行充放电，看起来就好像它允许脉冲通过一样。

本书没有更多的篇幅来对交流电做更深入的介绍。交流是一个巨大而复杂的领域，交流电的行为古怪而奇妙，描述交流电的数学有相当的难度，要涉及微分方程和虚数。不过，我们还是可以很容易地给大家展示扬声器和线圈对音频（交流）的滤波效应。