Uvod v induktorje

Ena pasivna komponenta, ki vedno ostane nejasna, so induktorji. To so strukture, podobne tuljavam, ki jih najdete v večini električnih vezij in zaradi svojih lastnosti delujejo vaši transformatorji. Razlog, zakaj mnogi ljudje ne razumejo Induktorjev, je v tem, da ne spreminjajo samo električnega polja, ampak tudi magnetno polje okoli njega. V tej vadnici pojasnimo osnove Induktorja in ga demistificiramo, tako da bomo vedeli, kako in kdaj ga uporabiti v naših aplikacijah.

Kaj je induktor?

Induktor je morda najpreprostejši od vseh elektronskih komponent, zgrajen tako kot upor - preprosta dolžina žice, ki je navita. Vendar tukaj odpor ni lastnost, ki jo iščemo. Nekaj se zgodi, ker oblika žice - tuljava - ustvari magnetno polje, ko skozi tok prehaja tok. To inducirano magnetno polje daje temu koščku žice nekatere zanimive električne lastnosti, predvsem induktivnost - kar daje tem delom ime.

Razlika med induktorjem in kondenzatorjem

O kondenzatorju smo že izvedeli v prejšnjem članku. In zdaj, ko poznate osnove induktorja, se vam lahko pojavi vprašanje: "Kakšna je razlika med induktorjem in kondenzatorjem?"

Prvič, obe hranijo energijo, ko se napetostni potencial uporablja preko nje, kondenzator pa hrani energijo v obliki električnega polja in induktor shranjuje energijo v obliki magnetnega felida. V redu, ampak kako to vpliva na njegovo uspešnost.

Za razumevanje tega potrebujemo kopanje, vendar se za zdaj lahko samo spomnite, da kondenzator poskuša izravnati napetost v tokokrogu, torej ni všeč spremembi potenciala v vsaki komponenti in zato se bo napolnil oz. izpust za izravnavo napetosti. Induktor na drugi strani ne mara spremembe toka v tokokrogu, zato tok spremeni, ki ga napolni ali izprazni, da izenači tok skozi vezje.

Ne pozabite tudi, da Induktor med praznjenjem spreminja polariteto, tako da bo potencial med polnjenjem nasproten potencialu med praznjenjem.

Simboli za induktorje

Tako kot mnoge druge elektronske komponente je tudi simbol za induktor poenostavljen piktogram tega, kar dejansko izgleda:

Črte v bližini simbola predstavljajo osnovni material - nekaj, o čemer bomo razpravljali pozneje.

Delovanje induktorja

Induktor, kot je bilo že omenjeno, je le tuljava žice.

Preden se lotimo česar koli drugega, si zastavimo vprašanje, zakaj tuljava?

Kot že vemo, vsak nosilec toka ustvari magnetno polje na naslednji način:

Če pa v formule vključite vrednost toka, potem boste ugotovili, da je proizvedeno magnetno polje majhno - skoraj zanemarljivo, razen če so tokovi nemogoče visoki, v vrstnem redu mega-amperov.

Torej, da povečamo magnetno polje, ustvarjeno z določeno dolžino žice, ga ovijemo v obliko tuljave. To poveča magnetno polje, tako:

Ta oblika se imenuje tudi solenoid.

Ko napetost deluje na sponke induktorja, tok, ki teče, ustvari magnetno polje. To magnetno polje znova ustvari induciran tok v induktorju nasprotne polarnosti, po Lenzovem zakonu. Tokovi se med seboj ne prekličejo - prej inducirani tok poskuša nasprotovati vhodnemu toku zaradi napetosti na induktorju. Skupni rezultat te bitke je, da se tok skozi induktor ne more hitro spreminjati - vedno je linearni naklon.

Merjenje induktorja

Delovno vedenje induktorja postavlja zanimivo vprašanje - kako kvantitativno merimo obnašanje induktorja v smislu, ki ga je enostavno izmeriti?

Lahko bi preizkusili merjenje induktorjev z magnetnim poljem, ki ga ustvarjajo. Takoj, ko to storimo, naletimo na težave. Magnetno polje, ki ga ustvari induktor, je odvisno od toka, ki poteka skozi njega, zato lahko celo majhen induktor ustvari veliko magnetno polje.

Namesto tega bi lahko uporabili enak pristop, ki smo ga uporabili za kondenzatorje, in lahko določimo induktivnost vezja kot spremembo napetosti, ki jo induciramo, ko se tok spreminja z določeno hitrostjo.

Matematično oz.

V = L (dI / dt)

Kjer je V napetost, L je induktivnost, I je tok in t je časovno obdobje.

Induktivnost, L, se meri v Henrysu, poimenovanem po ameriškem znanstveniku Joseph Henry, ki je odkril elektromagnetno indukcijo.

Formula za izračun induktivnosti tuljave žice je podana s to formulo:

L = (µn2a) / l

Kjer je L induktivnost v Henrysu, je µ konstanta prepustnosti, tj. Koeficient, kako enostavno je mogoče ustvariti magnetno polje v določenem mediju, n je število obratov, a je območje tuljave in l je dolžina tuljave.

Ponovno je Henry zelo velika enota, zato se praktično induktorji merijo v mikroHenry, uH, ki je milijon Henryja, ali milliHenrys, mH, kar je tisoč Henryjevih. Občasno boste morda celo našli zelo majhne induktivnosti, izmerjene v nanoHenrys, ki so v tisoči uH.

Različne vrste induktorjev

Zdaj ima µ v zgornji enačbi nekaj zanimivih posledic. Predlaga, da se z magnetnim poljem znotraj induktorja lahko manipulira. Kot že omenjeno, včasih tudi magnetno polje, ki ga ustvari elektromagnet, ne izpolnjuje zahtev. Zato skoraj v vseh primerih najdete induktorje, oblikovane okoli jedra materiala.

Jedra so materiali, ki podpirajo ustvarjanje magnetnega polja. Na splošno so narejeni iz železa in njegovih spojin, kot je ferit (ki je železov oksid). S pomočjo jedra lahko dobite večje magnetno polje kot brez njega.

1. IZDELAVCI ZRAČNEGA ZRAKA:

Kot že ime pove, tudi ta vrsta induktorja nima jedra - osnovni material je zrak! Ker ima zrak razmeroma nizko prepustnost, je induktivnost induktorjev zračnega jedra precej nizka - redko nad 5uH. Ker imajo nizko induktivnost, je hitrost dviga toka za hitro napetost uporabne napetosti, zaradi česar lahko delujejo na visokih frekvencah. Večinoma se uporabljajo v RF vezjih.

2. ŽELEZNI ŽELEZNIKI

Železo je morda najbolj prepoznaven magnetni material, zaradi česar je idealna izbira za induktorje. Te so v obliki induktorjev z železnimi jedri. Običajno jih uporabljamo za nizkofrekvenčno filtriranje linij, saj so lahko precej beli in imajo velike induktivnosti. Uporabljajo se tudi v zvočni opremi.

3. NEPREMIČNINSKI IZDELKI

Ferit je le prah železovih oksidov. Ta prašek se pomeša z epoksi smolo in oblikuje v jedra, okoli katerih se lahko navijejo žice. Feritna jedrna induktorja so zaradi svoje dolgočasne sivo-črne barve zlahka prepoznavna. Prav tako so zelo krhki in se zlahka zlomijo. So najpogosteje uporabljene vrste induktorjev, saj je prepustnost mogoče fino nadzorovati z nadzorom razmerja ferita in epoksi v mešanici.

Induktorji v seriji in vzporedno

Indikatorji, povezani v serijo in vzporedno, se ponašajo ravno obratno kot kondenzatorji.

Na primer, za izračun induktivnosti skupine induktorjev v seriji lahko preprosto povzamete vrednosti posameznih induktivitet.

L = L1 + L2 +… + Ln

Kjer je L skupna induktivnost in L1, L2… Ln, so posamezne induktivnosti.

Recimo, da imate dve induktorji, eno meri 10uH in drugo 15uH, nato pa, če jih postavite v serijo, dobite skupno induktivnost 25uH.

Vzporedno se induktorji obnašajo enako kot uporovni upori, induktivnost pa je dana:

1 / L = 1 / L1 + 1 / L2 +… + 1 / Ln

Kjer je L skupna induktivnost in L1, L2… Ln, so posamezne induktivnosti.

Na ta način, če vzporedno priključite dva 10uH induktorja, boste na koncu dobili induktivnost 5uH.

Koristne formule induktorja

1. ENERGIJO, KI JIH SEDAJO VODNIKI:

Induktorji lahko shranjujejo energijo podobno kot kondenzatorji, vendar energije izgine v trenutku, ko izklopite napajanje in se magnetno polje zruši. Z drugimi besedami, induktor brez napajanja ne more vzdrževati magnetnega polja.

E = ½ * L * I2

Kjer je E energija v Joulesu, je L induktivnost v Henriesu, jaz pa tok v amperih.

Če imate induktor 20uH s tokom 5A toka, ki teče skozi njega, bo shranjena energija 0,00025J. Tudi v tem vidiku imajo induktorji, tako kot kondenzatorji, zelo malo energije.

2. STOPNJA TEKOČEGA RIZA

O tej formuli smo že razpravljali, vendar si jo je vredno podrobneje ogledati.

V / L = dI / dt

Kjer je V napetost, uporabljena čez induktor, L je induktivnost, I je tok in t je čas.

To pravi, da se pri napetosti induktorja konstantna napetost dviga v linearnem naklonu. To je lahko koristno pri ustvarjanju trenutnih ramp, tako kot kondenzator ustvari napetostne rampe pri konstantnem toku.

3. IMPEDANCE

Induktorji imajo impedanco, ki je povezana s frekvenco po formuli:

XL = 2π * f * L

Kjer je XL induktivna impedanca, je f frekvenca v Hertzu in L je induktivnost v Henrysu.

Obnašanje induktorja v tokokrogih

Presenetljivo je, da so induktorji v enosmernih tokokrogih precej neuporabni, saj teče konstanten tok in induktor deluje kot malo žice.

Največ uporabe najdejo v izmeničnih tokokrogih. Tako kot zgoraj omenjeno imajo impedanco, zaradi česar je koristno omejiti tok v izmeničnem tokokrogu, kot so predstikalne naprave s fluorescenčnimi sijalkami.

Uporabljajo se lahko tudi za filtriranje signalov.

V prvem primeru induktor omogoča, da ves enosmerni tok teče skozi njega do tal, s čimer prepreči, da bi vse nizke frekvence dosegle izhod. Na višjih frekvencah se impedanca induktorja stalno povečuje, tako da signal lahko prehaja na izhod, zato se imenuje visokofrekvenčni filter.

V drugem primeru induktor omogoča prehod enosmernih in nizkih frekvenc, vendar blokira vse visoke frekvence z izhoda, zato se imenuje nizkoprepustni filter.

Induktorji v resničnem življenju

Ker so izdelani iz bakrene žice in ferita, so ponavadi dragi in večino uporabe najdejo v radijskih sprejemnikih, napajalnikih in telekomunikacijski opremi.

V napajalnikih se uporablja lastnost induktorja, ki preprečuje nenadne spremembe toka. Skupaj s kondenzatorjem preprečuje nenadne spremembe izhodne napetosti in toka napajanja.

RF vezja uporabljajo zanimivo vezje LC, imenovano tank. Kondenzator se napolni in izprazni v induktor, ki poveča svoje magnetno polje. Ko se magnetno polje zruši, nastane napetost in napolni kondenzator. To ustvarja periodična nihanja, ki jih lahko uporabimo za ustvarjanje visokih frekvenc.

Frekvenco je mogoče izračunati po formuli:

Kjer je f frekvenca v Hertzu, je L induktivnost v Henrysu in C je kondenzator v Faradsu.

Zaključek

In to je vse praktično znanje, ki ga boste potrebovali za delo z induktorji. So lastno preproste naprave in niso tako razširjene kot sorodniki kondenzatorjev in uporov, vendar so še vedno zelo uporabni.

Za več informacij nas kontaktirajte na sales@xfullstar.com