Johdanto induktoreihin

Yksi passiivinen komponentti, joka aina jää epäselväksi, on induktorit. Nämä ovat kelamaisia rakenteita, joita löytyy useimmista tehoelektroniikan piireistä, ja muuntajat toimivat ominaisuuksiensa takia. Syy siihen, miksi monet ihmiset eivät ymmärrä induktoreita, on, että ne eivät muuta vain sähkökenttää, vaan myös sen ympärillä olevaa magneettikenttää. Antakaamme tässä opetusohjelmassa ymmärtää induktorin perusteet ja demystifioida se niin, että tiedämme kuinka ja milloin sitä käytetään sovelluksissamme.

Mikä on induktori?

Induktori on ehkä yksinkertaisin kaikista elektronisista komponenteista, rakennettu paljon kuin vastus - yksinkertainen langan pituus, joka on kelattu. Tässä tapauksessa vastustus ei kuitenkaan ole omaisuutta, jota etsimme. Se tapahtuu johtimen - kelan - muodon takia. Se luo magneettikentän, kun virta kulkee sen läpi. Tämä indusoitu magneettikenttä antaa tälle johdolle vähän mielenkiintoisia sähköisiä ominaisuuksia, erityisesti induktanssia - mikä antaa näille osille nimen.

Ero induktorin ja kondensaattorin välillä

Olemme jo oppineet kondensaattorista edellisessä artikkelissa. Ja nyt kun tunnet induktorin perusteet, saatat saada kysymyksen: "Mitä eroa on induktorilla ja kondensaattorilla?"

Ensinnäkin molemmat varastoivat energiaa, kun sen yli kohdistetaan jännitepotentiaali, mutta kondensaattori varastoi energiaa sähkökentän muodossa ja induktori varastoi energiaa magneettisen felidin muodossa. Okei, mutta miten se vaikuttaa sen suorituskykyyn.

Tarvitsemme kaivoa paljon syvälle ymmärtääksemme tämän, mutta toistaiseksi voit vain muistaa, että kondensaattori yrittää tasata piirin jännitettä, ts. Se ei pidä potentiaalimuutoksista kunkin komponentin välillä ja siten se lataa tai purkaudu jännitteen tasaamiseksi. Induktoriksi toisaalta ei pidä virran muutosta piirissä, joten sen virran muutokset, joita se lataa tai purkaa, virran tasaamiseksi piirin läpi.

Muista myös, että induktori muuttaa napaisuuttaan purkautuessaan, joten potentiaali latauksen aikana on vastainen potentiaalin purkamisen aikana.

Induktorien symbolit

Kuten monet muutkin elektroniset komponentit, induktorin symboli on yksinkertaistettu piktogrammi siitä, miltä se todella näyttää:

Symbolin lähellä olevat viivat edustavat ydinmateriaalia - josta puhumme myöhemmin.

Induktorin toiminta

Kela, kuten jo mainittiin, on vain lankakela.

Ennen kuin tutkimme jotain muuta, esitetään kysymys, miksi käämi?

Kuten jo tiedämme, mikä tahansa virran kantava johdin muodostaa magneettikentän seuraavalla tavalla:

Jos kuitenkin kytket virran arvon kaavoihin, huomaat, että tuotettu magneettikenttä on pieni - melkein vähäinen, elleivät virrat ole mahdotonta suuria, megaampereissa.

Joten tietyn viiran pituuden aiheuttaman magneettikentän lisäämiseksi kääritään se kelan muotoon. Tämä lisää magneettikenttää, kuten näin:

Tätä muotoa kutsutaan myös solenoidiksi.

Kun jännite johdetaan induktorin napojen yli, virtaava virta luo magneettikentän. Tämä magneettikenttä luo taas induktoidun virran induktoriin, jolla on vastakkainen napaisuus, Lenzin lain mukaan. Virtaukset eivät poista toisiaan, vaan indusoitu virta yrittää aktiivisesti vastustaa tulevaa virtaa induktorin ylijännitteen takia. Tämän taistelun kokonaistulos on, että induktorin läpi kulkeva virta ei voi muuttua nopeasti - se on aina lineaarinen kaltevuus.

Induktorin mittaus

Induktorin toimintakäyttäytyminen herättää mielenkiintoisen kysymyksen - kuinka mitataan kvantitatiivisesti induktorin käyttäytyminen helposti mitattavissa olevin termein?

Voisimme kokeilla induktorien mittaamista niiden luomalla magneettikentällä. Heti kun teemme sen, törmäämme ongelmiin. Induktorin luoma magneettikenttä riippuu sen läpi kulkevasta virrasta, joten jopa pieni induktori voi luoda suuren magneettikentän.

Sen sijaan voisimme käyttää samaa lähestymistapaa, jota käytimme kondensaattoreihin, ja voimme määritellä piirin induktanssin jännitteen muutoksena, joka indusoituu, kun virta muuttuu tietyllä nopeudella.

matemaattisesti

V = L (dI / dt)

Missä V on jännite, L on induktanssi, I on virta ja t on ajanjakso.

Induktiivisuus, 'L', mitataan Henrysissä, joka on nimetty sähkömagneettisen induktion löytäneen amerikkalaisen tutkijan Joseph Henry mukaan.

Kaapeli lankakelan induktanssin laskemiseksi annetaan tällä kaavalla:

L = (µn2a) / l

Missä L on induktanssi Henrysissä, µ on läpäisevyysvakio, ts. Kerroin, kuinka helposti magneettikenttä voidaan luoda tietylle väliaineelle, n on kierrosten lukumäärä, a on kelan pinta-ala ja l on pituus kelan.

Jälleen, Henry on erittäin suuri yksikkö, joten käytännöllisesti katsoen induktorit mitataan microHenrys, uH, joka on miljoonasosa Henrystä, tai milliHenrys, mH, joka on tuhannesosa Henrystä. Toisinaan saatat löytää jopa nanoHenryissä mitattuja erittäin pieniä induktansseja, jotka ovat tuhannesosaa uH: sta.

Erityyppiset induktorit

Nyt µ: lla yllä olevassa yhtälössä on mielenkiintoisia vaikutuksia. Se ehdottaa, että induktorin sisällä olevaa magneettikenttää voidaan käsitellä. Kuten edellä mainittiin, joskus jopa solenoidin luoma magneettikenttä jää joskus vaatimuksiin. Siksi melkein kaikissa tapauksissa löydät induktorit, jotka on muodostettu ydinmateriaalin ympärille.

Ytimet ovat materiaaleja, jotka tukevat magneettikentän luomista. Ne ovat yleensä rautaa ja sen yhdisteitä, kuten ferriittiä (joka on raudan oksidi). Voit saada suuremman magneettikentän käyttämällä ydintä kuin ilman.

1. ILMAJÄRJESTELMÄT

Kuten nimestä voi päätellä, tällaisella induktorilla ei ole ydintä - ydinmateriaali on ilmaa! Koska ilmalla on suhteellisen alhainen läpäisevyys, ilmaytimen induktanssi on melko alhainen - harvoin yli 5uH. Koska niillä on alhainen induktanssi, virran nousunopeus on melko nopea sovelletulle jännitteelle ja se tekee niistä kykeneviä käsittelemään korkeita taajuuksia. Niitä käytetään enimmäkseen RF-piireissä.

2. RAUDAN YDINJOHTAJAT

Rauta on ehkä tunnetuin magneettinen materiaali, mikä tekee siitä ihanteellisen valinnan induktoreille. Ne ovat rautaydin-induktorien muodossa. Niitä käytetään yleensä matalan taajuuden linjasuodatukseen, koska ne voivat olla melko lihavia ja niillä on suuret induktanssit. Niitä käytetään myös audiolaitteissa.

3. VERKOSATTOMAT YDINJÄRJESTELMÄT

Ferriitti on vain jauhe rautaoksideja. Tämä jauhe sekoitetaan epoksihartsin kanssa ja muovataan ytimien muodostamiseksi, joiden ympärille langat voidaan kääriä. Ferriittisydämen induktorit ovat helposti tunnistettavissa tylsän harmaasävyisen värinsä takia. Ne ovat myös erittäin hauraita ja murtuvat helposti. Ne ovat yleisimmin käytettyjä induktorityyppejä, koska läpäisevyyttä voidaan hienosäätää säätelemällä ferriitin ja epoksin suhdetta seoksessa.

Induktorit sarjassa ja rinnakkain

Sarjaan ja rinnan kytketyt induktorit käyttäytyvät aivan päinvastoin kuin kondensaattorit.

Esimerkiksi laskeaksesi sarjan induktoriryhmän induktanssin voit yksinkertaisesti summata yksittäisten induktanssien arvot.

L = L1 + L2 +… + Ln

Missä L on kokonaisinduktanssi ja L1, L2… Ln ovat yksittäisiä induktansseja.

Oletetaan, että sinulla on kaksi induktoria, toinen mittaa 10uH ja toinen 15uH, niin saat sarjaan kokonaisinduktanssin 25uH.

Rinnakkaiset induktorit käyttäytyvät samalla tavalla kuin rinnakkaiset vastukset, induktanssi saadaan:

1 / L = 1 / L1 + 1 / L2 +… + 1 / Ln

Missä L on kokonaisinduktanssi ja L1, L2… Ln ovat yksittäisiä induktansseja.

Tällä tavalla, jos liität kaksi 10uH: n induktoria samanaikaisesti, saat induktanssin 5uH.

Hyödyllisiä induktorikaavoja

1. INDEKTORIEN SÄILYTÄT ENERGIA:

Induktorit voivat varastoida energiaa paljon kuin kondensaattoreita, mutta energia on poissa siitä hetkestä, kun katkaiset virran ja magneettikenttä romahtaa. Toisin sanoen virrattomat induktorit eivät pysty ylläpitämään magneettikenttään.

E = ½ * L * I2

Missä E on energia Jouleissa, L on induktanssi Henriesissä ja I on virta ampeereina.

Jos sinulla on 20uH: n induktori, jonka läpi virtaa 5A-virta, varastoidun energian arvo on 0,00025J. Myös tässä suhteessa induktorit, kuten kondensaattorit, pitävät hyvin vähän energiaa.

2. NYKYISEN NOPEUDEN NOPEUS

Tästä kaavasta on jo keskusteltu, mutta se on syytä tarkastella tarkemmin.

V / L = dI / dt

Missä V on induktorin yli kohdistettu jännite, L on induktanssi, I on virta ja t on aika.

Tämä toteaa, että kun induktorin yli kohdistetaan vakiojännite, virta nousee lineaarisessa kaltevuudessa. Tämä voi olla hyödyllinen luotaessa virtaramppeja, aivan kuten kondensaattori loi jänniteramppeja vakiovirralla.

3. TÄRKEYS

Induktorien impedanssi on suhteutettu taajuuteen kaavalla:

XL = 2π * f * L

Missä XL on induktiivinen impedanssi, f on taajuus hertseinä ja L on induktanssi Henrysissä.

Induktorin käyttäytyminen piireissä

Yllättäen induktorit ovat melko hyödytöntä tasavirtapiireissä, koska virta virtaa jatkuvasti ja induktori toimii kuin pieni johdin.

He löytävät suurimman osan käytöstään vaihtovirtapiireissä. Kuten edellä mainittiin, niillä on impedanssi, mikä tekee niistä hyödyllisiä rajoittamaan virtaa vaihtovirtapiirissä, kuten loistelamppujen liitäntälaitteita.

Niitä voidaan käyttää myös signaalien suodattamiseen.

Ensimmäisessä tapauksessa induktori sallii kaiken tasavirtavirtauksen virtata sen läpi maahan, estäen kaikkia matalia taajuuksia pääsemästä lähtöön. Korkeammilla taajuuksilla induktorin impedanssi kasvaa tasaisesti, joten signaali voi kulkea lähdön läpi, joten sitä kutsutaan ylipäästösuodattimeksi.

Toisessa tapauksessa induktori sallii DC: n ja matalataajuuksien läpikäynnin, mutta estää kaikki korkeat taajuudet lähdöstä ja siten sitä kutsutaan alipäästösuotimeksi.

Induktorit tosielämässä

Koska induktorit ovat kuparilankaa ja ferriittia, ne ovat yleensä kalliita ja löytävät suurimman osan käytöstään radioissa, virtalähteissä ja telelaitteissa.

Teholähteissä käytetään kelan ominaisuutta estää äkilliset virran muutokset. Kondensaattorin kanssa se estää virtalähteen lähtöjännitteen ja virran äkillisiä muutoksia.

RF-piirit käyttävät mielenkiintoista LC-piiriä, jota kutsutaan säiliöksi. Kondensaattori ladataan ja purkautuu induktoriin, joka rakentaa sen magneettikentän. Kun magneettikenttä romahtaa, syntyy jännite, joka lataa kondensaattorin. Tämä luo ajoittaisia värähtelyjä, joita voidaan käyttää korkeiden taajuuksien tuottamiseen.

Taajuus voidaan laskea kaavalla:

Missä f on taajuus hertseinä, L on induktanssi Henrysissä ja C on kapasitanssi faradeissa.

johtopäätös

Ja se on kaikki käytännöllinen tieto, jota tarvitset työskentelemään induktorien kanssa. Ne ovat luontaisesti yksinkertaisia laitteita eivätkä ole yhtä yleisiä kuin niiden kondensaattori- ja vastus sukulaiset, mutta ovat silti erittäin hyödyllisiä.

Lisätietoja ota meihin yhteyttä osoitteessa sales@xfullstar.com