第9节 电感换向电路(修订中)
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二极管 (opens new window)的一种流行用途是减轻感应“反冲”：当通过电感器的直流电流中断时产生的高压脉冲。
# 1. 无保护感应反冲
以下图中的这个简单电路为例，它没有针对感应反冲的保护。
感应反冲： (a) 开关打开。(b) 开关闭合，电流从电池流过具有极性匹配电池的线圈。磁场储存能量。(c) 开关打开，由于磁场坍塌，电流仍在线圈中流动。注意线圈上的极性变化。(d) 线圈电压与时间的关系。
当按钮开关启动时，电流通过电感器 (opens new window)，在其周围产生磁场。当开关关闭时，其触点打开，中断通过电感器的电流，并导致磁场迅速崩溃。因为线圈中感应的电压与磁通量随时间的_变化率_成正比（法拉第定律：e = NdΦ/dt），所以线圈周围的这种磁性快速崩溃会产生高压“尖峰”。
如果所讨论的电感器是电磁 (opens new window)线圈，例如螺线管或继电器（其构造是为了在通电时通过其磁场产生物理力），则感应“反冲”的效果根本没有用处。事实上，这对开关是非常不利的，因为它会导致触点过度电弧，大大降低其使用寿命。
# 2. 带保护的感应反冲
在减轻开关打开时产生的高压瞬变的实用方法中，没有比下图中所谓的_整流二极管_更简单的方法了。
带保护的感应反冲： (a) 开关打开。(b) 开关闭合，在磁场中储存能量。(c) 开关打开，电感反冲被二极管短路。
在该电路中，二极管与线圈并联，当直流电压通过开关施加到线圈时，二极管将反向偏置。因此，当线圈通电时，二极管不导通上图（b）中的电流。
然而，当开关打开时，线圈的电感会通过感应反向极性的电压 (opens new window)来响应电流的减少，以努力将电流保持在相同的幅度和相同的方向上。线圈两端电压极性的突然反转使二极管正向偏置，并且二极管为电感器的电流提供了电流路径，因此其存储的能量在上图中（c）中消散得很慢，而不是突然消散。
结果，由其坍缩磁场在线圈中感应的电压非常低：仅仅是二极管的正向电压降，而不是之前的数百伏。因此，在此放电期间，开关触点的电压降等于电池电压加上大约 0.7 伏（如果二极管是硅）。
# 3. 换向二极管
在电子术语中，_换向_是指电压极性或电流方向的反转。因此，换向二极管_的目的是在电压极性反转时起作用，例如，当电流中断时作用在电感线圈上。换向二极管的一个不太正式的术语是_缓冲，因为它“抑制”或“抑制”感应反冲。
换向二极管的缺点
这种方法的一个显著缺点是它赋予线圈放电的额外时间。因为感应电压被钳制在一个非常低的值，它的磁通量随时间的变化率是比较慢的。请记住，法拉第定律将磁通量变化率 (dΦ/dt) 描述为与感应的瞬时电压（e_或_v）成正比。如果瞬时电压被限制在某个低值，那么磁通量随时间的变化率同样会被限制在一个低（慢）值。
如果电磁线圈被换向二极管“冷落”，则与原始场景（无二极管）相比，磁场会以相对较慢的速度消散，在原始场景（无二极管）中，磁场在开关释放后几乎立即消失。所讨论的时间量很可能不到一秒，但它会比没有换向二极管的情况要慢得多。如果线圈用于驱动机电继电器，这可能是一个无法容忍的后果，因为继电器在线圈断电时将具有自然的“时间延迟”，即使是几分之一秒的不想要的延迟也可能在某些情况下造成严重破坏电路。
# 4. 使用换向二极管的理想操作
不幸的是，无法消除感应反冲的高压瞬变_并_保持线圈的快速退磁：不会违反法拉第定律。然而，如果缓慢退磁是不可接受的，则可以通过允许线圈的电压上升到更高的水平（但不会高到没有换向二极管的位置）来在瞬态电压和时间之间取得折衷。下图中的示意图显示了如何做到这一点。
(a) 带有串联电阻的整流二极管。(b) 电压波形。(c) 没有二极管的电平。(d) 带二极管的电平，无电阻。(e) 二极管和电阻的折衷水平。
与换向二极管串联放置的[电阻器](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating- 瞬态电压 (opens new window)限制在可接受的最大水平
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