Индукторы - для чего они используются? [закрыто]

Хороший вопрос .. одно из распространенных применений - в фильтре. Конденсатор легко пропускает высокочастотный сигнал, но сопротивляется низкочастотным. В то время как индуктор наоборот: он легко пропускает низкие частоты и препятствует высоким частотам. На самом деле, внутри большинства корпусов динамиков вы найдете индуктор, используемый на низкочастотном динамике для передачи низкочастотной энергии на низкочастотный динамик, в то время как конденсатор используется с твитером для передачи высокочастотной энергии на твитер.

Причина использования катушки индуктивности заключается в том, что она не «потребляет» и не «тратит впустую» высокочастотную энергию, а просто блокирует ее прохождение, так что вместо этого энергия может проходить через конденсатор в твитер.

В общем, поведение катушки индуктивности двойственно поведению конденсатора, поэтому большинство функций, для которых требуется одна, могут быть реализованы с использованием другой, но в другом расположении. Но это не всегда так. Например, если вы хотите получать только низкочастотную энергию, вы можете поставить резистор, а затем конденсатор на землю. Высокочастотная энергия будет «закорочена» через конденсатор и снизит большую часть напряжения на резисторе (что превращает высокочастотный сигнал в тепло), оставив очень небольшую амплитуду на конденсаторе. Это прекрасно работает, если вам нужна только информация, поэтому можно тратить высокочастотную энергию впустую... но в случае с динамиками потребовалось много работы, чтобы передать эту высокую энергию в коробку динамика, поэтому вам нужен способ фильтрации без потери энергии!

Это приводит к принципиальной разнице между резисторами, конденсаторами и катушками индуктивности. Резисторы превращают напряжение на них, умноженное на ток через них, в тепло. А вот конденсаторы и катушки индуктивности - нет! Идеальные версии не преобразуют электрическую энергию в тепло. Хотя настоящие превращают некоторый процент напряжения на них, умноженного на ток через них, в тепло, этот процент зависит от частоты напряжения/тока.

Еще одно распространенное использование катушек индуктивности - в генераторах. Представьте себе катушку индуктивности и конденсатор, соединенные вместе на обоих концах - есть некоторая частота, при которой оба сопротивления оказывают одинаковое сопротивление! Это называется резонансной частотой комбинации. Оказывается, как только вы его запустите, напряжение конденсатора заставляет ток течь в индукторе, пока напряжение не достигнет нуля, но теперь индуктор хочет, чтобы этот ток продолжал течь, поэтому он делает это и в конечном итоге заряжает конденсатор. , но к противоположному напряжению, которое было раньше. Когда ток достигает нуля, конденсатор снова начинает нагнетать ток, и он нарастает... но в противоположном направлении, как раньше... и то же самое повторяется...

Если бы катушка индуктивности и конденсатор были идеальными, то это продолжалось бы вечно... но они оба теряют немного энергии, превращаясь в тепло... так что напряжения и токи уменьшаются при каждом повторении... все, что нужно для создания осциллятор, то это способ восполнить потерянную энергию после каждого цикла.

Третье распространенное использование - это устройство накопления энергии, особенно в импульсных источниках питания. В этом случае функция источника питания постоянного тока заключается в подаче постоянного тока. Он также имеет функцию переключения между источником входного напряжения и источником выходного напряжения. Таким образом, то, что он блокирует высокую частоту, можно рассматривать так: когда напряжение на нем резко меняется, ток через него не меняется.. скорее, ток только начинает меняться. Итак, если вы очень быстро измените напряжение на очень высокое, затем на нулевое, затем на очень высокое, затем на ноль, ток начнет расти, затем начнет снижаться, но до тех пор, пока вы оставляете одно из двух напряжений только очень короткое время ток практически не изменится в любом направлении. Если вы оставите его высоким в тот же период, когда вы оставите его низким, тогда ток усреднится и останется стабильным. Если этот ток соответствует току, отбираемому от источника питания, то выходное напряжение источника питания останется постоянным. Теперь представьте, что высокое напряжение остается немного дольше, чем земля - ​​ток будет увеличиваться медленно, в течение многих повторений... и наоборот. Если нагрузка продолжает потреблять один и тот же ток, то выходное напряжение источника питания будет медленно расти, поскольку дополнительный ток заряжает конденсатор между выходом и землей. Именно так импульсный источник питания использует катушку индуктивности для преобразования большого входного напряжения в меньшее выходное напряжение. Существует схема, которая определяет выходное напряжение и сравнивает его с требуемым напряжением, а также регулирует время, в течение которого катушке индуктивности подается высокое входное напряжение по сравнению с землей.

Это единственные три распространенных применения... но в некоторых экзотических схемах передаточная функция катушки индуктивности используется странным образом (например, в старых радарах как часть «управляющей» схемы, чтобы блокировать исходящую энергию от разрушения чувствительного приемника). ). См. также «гиратор», который может заставить конденсатор выглядеть в цепи как индуктор (и наоборот)!

Энергия, накопленная в конденсаторе, выходит снова в направлении, противоположном тому, откуда она поступила.

Энергия, запасенная в катушке индуктивности, выходит в том же направлении, в каком и входила.

Это позволяет создавать резонансные LC-цепи, в которых энергия циркулирует между конденсатором и катушкой индуктивности на определенной частоте: это традиционная основа схемы радиоприемника.

LC-фильтры могут терять меньше энергии из-за сигнала, который они пропускают, чем RC-фильтры.

Вы также можете создавать «повышающие» и «понижающие» преобразователи напряжения практически без потерь, отправляя импульсы тока в катушку индуктивности, эффективно фильтруя их до определенного целевого значения постоянного тока.

И давайте также рассмотрим те устройства, в которых для работы используется индуктор (катушка провода). Я уверен, что вы должны были видеть эти вещи раньше.

Реле, соленоиды, динамики (включая наушники), микрофоны с подвижной катушкой, трансформаторы, электромагниты, двигатели и др.

Всего несколько примеров.

Рассмотрим этот упрощенный импульсный регулятор:

Прямоугольная волна, подаваемая на MOSFET Q1, превращает Vin в прямоугольную волну и подает ее на фильтр L1-C1. (D1 ограничивает напряжение катушки индуктивности в течение времени выключения Q1, предотвращая чрезмерное отрицательное значение выходного сигнала узла переключения.) Среднее значение этой прямоугольной волны будет энергией, подаваемой на нагрузку, но большинство нагрузок не как пульсирующий постоянный ток с острыми краями. Индуктор замедляет скорость нарастания тока до гораздо более низкого значения и накапливает энергию, так что, когда переключатель выключен, он передает энергию конденсатору и нагрузке. Конденсатор все время видит контролируемый зарядный ток, независимо от состояния Q1, что делает выход близким к постоянному току (очень маленький треугольный сигнал переменного тока, наложенный на сигнал постоянного тока).

Именно эта комбинация фильтрации тока (обеспечиваемой катушкой индуктивности) и фильтрации напряжения (обеспечиваемой конденсатором) превращает прямоугольную волну в приемлемый выходной сигнал постоянного тока. Без катушки индуктивности, управляющей скоростью заряда и разряда C1, выходной сигнал не отличался бы от прямоугольного сигнала на входе регулятора, при этом потреблялся бы большой ток, поскольку конденсатор резко заряжался до Vin, когда Q1 был включен, и быстро разряжался, когда Q1 выключен, так как нет источника тока, поддерживающего напряжение на C1.

Каждый раз, когда вы хотите соединить два узла с разным напряжением, вам нужно как-то ограничить ток, иначе вы получите огромные всплески. Катушки индуктивности ограничивают ток, не сжигая (большую часть) его в виде тепла, как резистор. По сути, вместо того, чтобы получать короткий мощный импульс тока, вы получаете такой же средний ток, распределенный в течение более длительного времени. Это снижает среднеквадратичное значение всей передачи мощности, уменьшая тепловые потери и шум электромагнитных и радиопомех.

Распространенными приложениями для этого являются источники питания , включая преобразователи постоянного тока в постоянный, преобразователи переменного тока в постоянный , преобразователи переменного тока в переменный и преобразователи постоянного тока в переменный . По сути, каждый раз, когда вы хотите преобразовать одно напряжение в другое, вы рискуете получить большие скачки тока при подключении. Катушки индуктивности ограничивают протекание тока, устраняя эти всплески.

Дроссели также полезны для фильтрации непредсказуемых сигналов, чтобы предотвратить влияние непредвиденных всплесков тока на оборудование. Этот тип индуктора также легко доступен во многих размерах, в зависимости от ваших потребностей.

Катушки индуктивности простыми словами используются для

1. ЭДС индукции (для генераторов, обратных питаний, трансформаторов).
2. Магнетизм

Вся цель - индуктивность, т.е. магнетизм, и поэтому сердечник меняется. Вы должны смотреть на это с точки зрения физики, ответ смотрит прямо на вас. Электроника — это всего лишь его прикладная сторона.