Индукторы - для чего они используются? [закрыто]

Когда на самом деле используются индукторы? Я читал, что элементы, как правило, довольно сложно внедрить в схемы, учитывая их физические характеристики. Я также читал, что если индукторы размещаются в цепях, существует метод имплементации, который фактически размещает их плоско и оборачивает вокруг себя на плоскости, но это, очевидно, не очень распространено.

Я видел, что катушки индуктивности использовались немного в нескольких беспроводных приложениях, но не намного больше. Я знаю, что катушки индуктивности могут быть использованы в фильтрах, но так же и конденсаторы, которые гораздо более точны и легко доступны.

Короче говоря, то , что индукторы действительно используются для ?

Хороший вопрос .. одно общее использование в фильтре. Конденсатор легко передает высокочастотный сигнал, но противостоит низкочастотному. В то время как катушка индуктивности делает обратное: она легко пропускает низкочастотную и препятствует высокой частоте. Фактически, внутри большинства корпусов динамиков вы найдете индуктор, используемый на низкочастотном громкоговорителе для передачи низкочастотной энергии на низкочастотный громкоговоритель, в то время как конденсатор используется с высокочастотным динамиком для передачи высокочастотной энергии на высокочастотный динамик.

Причина использования индуктора в том, что он не «потребляет» и не «тратит» высокочастотную энергию, он просто блокирует ее прохождение, так что энергия может затем пройти через конденсатор в твитер, вместо этого.

Как правило, поведение индуктора является двойственным по отношению к конденсатору, 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 вставить резистор, а затем конденсатор на землю. Высокочастотная энергия будет «замыкаться» через конденсатор и падать большую часть напряжения на резисторе (который превращает высокочастотный сигнал в тепло), оставляя очень небольшую амплитуду на конденсаторе. Это прекрасно работает, если вам нужна только информация, поэтому можно тратить энергию высокой частоты ... но в случае с динамиками потребовалось много работы, чтобы получить эту высокую энергию в корпус динамика, поэтому вам нужен способ фильтрации не теряя энергии!

Это приводит к принципиальной разнице между резисторами и конденсаторами и катушками индуктивности. Резисторы превращают напряжение на них, умноженное на ток, в них в тепло. Но конденсаторы и катушки индуктивности нет! Идеальные версии не преобразуют электрическую энергию в тепло. Хотя реальные превращают некоторый процент напряжения на них, умноженный на ток, проходящий через них, в тепло - этот процент изменяется в зависимости от частоты напряжения / тока.

Другое распространенное использование индукторов - генераторы. Представьте себе, что индуктор и конденсатор соединены вместе на обоих концах - есть некоторая частота, на которой оба сопротивляются одинаковой величине! Это называется резонансной частотой комбинации. Оказывается, как только вы начинаете, напряжение на конденсаторе заставляет ток течь в индуктивности до тех пор, пока напряжение не достигнет нуля - но теперь индуктор хочет, чтобы этот ток продолжал течь, что он и делает, и заканчивает тем, что заряжает конденсатор , но до противоположного напряжения, которое было раньше. Когда ток достигает нуля, конденсатор снова начинает усиливать ток, и он накапливается ... но в противоположном направлении, как и раньше ... и повторяется то же самое ...

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

Третье общее использование - это устройство накопления энергии, особенно при переключении источников питания. В этом случае функция источника постоянного тока заключается в подаче постоянного тока. Он также имеет функцию переключения между источником входного напряжения и источником выходного напряжения. Таким образом, тот факт, что он блокирует высокую частоту, может выглядеть следующим образом: когда напряжение на нем внезапно изменяется, ток через него не ... скорее, ток только начинает становиться другим. Итак, если вы очень быстро измените напряжение на очень высокое, затем на ноль, затем на очень высокое, затем на ноль, ток начнет расти, а затем начнет падать, но пока вы оставляете одно из двух напряжений только на очень короткое время ток не сильно изменится, в любом направлении. Если вы оставите его высоким в тот же период, что и низкий, тогда ток будет усредняться и оставаться стабильным. Если этот ток соответствует току, снимаемому с источника питания, то выходное напряжение источника питания останется постоянным. Теперь представьте, что высокое напряжение остается немного длиннее земли - ток будет медленно увеличиваться в течение многих повторений ... и наоборот. Если нагрузка продолжает получать тот же ток, то выходное напряжение источника питания будет медленно расти, так как дополнительный ток заряжает конденсатор между выходом и землей. Таким образом, импульсный источник питания использует индуктор для преобразования большого входного напряжения в меньшее выходное напряжение. Существует схема, которая обнаруживает выходное напряжение, сравнивает его с требуемым напряжением и регулирует, сколько времени дается индуктору высокое входное напряжение относительно земли,

Это единственные три общих применения ... но некоторые экзотические схемы используют передаточную функцию индуктора странным образом (например, в старых радарах как часть "рулевой" схемы, чтобы блокировать выходящую энергию от выдувания чувствительного приемника ). Смотрите также «гиратор», который может сделать конденсатор похожим на цепь как индуктор (и наоборот)!

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

Энергия, запасенная в индукторе, выходит в том же направлении, в котором она поступила.

Это позволяет создавать резонансные LC-контуры, в которых между конденсатором и индуктором циркулирует энкодер на определенной частоте: это традиционная основа радиоприемной схемы.

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

Вы также можете создавать преобразователи «повышающий» и «понижающий» преобразование напряжения почти без потерь, посылая импульсы тока в индуктор, эффективно фильтруя его в конкретное целевое значение постоянного тока.

И давайте также рассмотрим те устройства, которые используют индуктор (катушка провода) для функционирования. Я уверен, что вы, наверное, видели эти вещи раньше.

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

Всего несколько примеров.

Рассмотрим этот упрощенный регулятор переключения:

Прямоугольная волна, применяемая к MOSFET Q1, нарезает Vin на прямоугольную волну и применяет ее к фильтру L1-C1. (D1 ограничивает напряжение индуктора во время отключения Q1, предотвращая чрезмерное отрицательное переключение узла переключения по отношению к выходу.) Среднее значение этой прямоугольной волны будет энергией, подаваемой на нагрузку, но большинство нагрузок не как пульсирующий DC с острыми краями. Индуктор замедляет скорость нарастания тока до гораздо более низкого значения и накапливает энергию, так что, когда переключатель выключен, он подает энергию на конденсатор и нагрузку. Конденсатор постоянно видит контролируемый зарядный ток независимо от состояния Q1, что делает выход близким к постоянному току (очень маленький треугольный сигнал переменного тока, движущийся по сигналу постоянного тока).

Именно эта комбинация фильтрации тока (обеспечивается индуктором) и фильтрации напряжения (обеспечивается конденсатором) превращает прямоугольную волну в приемлемый выход постоянного тока. Без индуктора, контролирующего скорость заряда и разряда C1, выходной сигнал не будет отличаться от прямоугольного входа регулятора, при этом большой ток будет подаваться, когда конденсатор внезапно заряжается к Vin, когда Q1 включен, и быстрый разряд, когда Q1 выключен, поскольку нет источника тока, помогающего поддерживать напряжение на С1.

Каждый раз, когда вы хотите соединить два узла с разным напряжением, вам нужно как-то ограничить ток, иначе вы получите огромные пики. Индукторы ограничивают протекание тока, не сжигая (большую часть) его в виде тепла, как резистор. По сути, вместо получения короткого огромного импульса тока вы получаете такой же средний ток, рассеянный в течение более длительного времени. Это снижает среднеквадратичное значение всей передачи энергии, уменьшая тепловые потери и шум электромагнитных и радиочастотных помех.

Общие применения для этого являются источники питания , в том числе преобразователей DC / DC , преобразователей AC / DC , преобразователей AC / AC и преобразователей DC / AC . По сути, в любое время, когда вы хотите преобразовать одно напряжение в другое, вы рискуете получить большие пики тока при установлении соединения. Индукторы ограничивают поток тока, устраняя эти пики.

Дроссели также полезны для фильтров непредсказуемых сигналов, чтобы предотвратить непредвиденные пики тока, влияющие на оборудование. Этот вид индуктора также доступен во многих размерах, в зависимости от ваших потребностей.

Индукторы в простых терминах используются для

1. Индуцированная ЭДС (для генераторов, обратной подачи, трансформаторов).
2. Магнетизм

Вся цель - индуктивность, то есть магнетизм, и поэтому ядро ​​меняется. Вы должны смотреть на это с точки зрения физики, ответ смотрит прямо на вас. Электроника - это всего лишь прикладная сторона.