Катушка индуктивности для чего нужна. Катушка индуктивности: назначение, принцип работы и применение в электронике

Что такое катушка индуктивности и как она работает. Для чего нужны катушки индуктивности в электронных схемах. Какие бывают типы и конструкции катушек индуктивности. Как рассчитать параметры катушки индуктивности.

Что такое катушка индуктивности и как она работает

Катушка индуктивности — это пассивный электронный компонент, который способен накапливать энергию в магнитном поле. Она представляет собой проводник, намотанный в виде спирали на каркас.

Принцип работы катушки индуктивности основан на явлении электромагнитной индукции. При прохождении через катушку электрического тока вокруг нее возникает магнитное поле. При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Основные характеристики катушки индуктивности:

• Индуктивность (L) — измеряется в генри (Гн)
• Активное сопротивление обмотки (R)
• Добротность (Q) — отношение реактивного сопротивления к активному
• Собственная емкость
• Максимальный ток

Для чего нужны катушки индуктивности в электронных схемах

Катушки индуктивности выполняют в электронных устройствах следующие основные функции:

• Накопление энергии в магнитном поле
• Фильтрация сигналов и подавление помех
• Создание колебательных контуров
• Преобразование напряжения в импульсных источниках питания
• Ограничение пульсаций тока

Рассмотрим подробнее некоторые из этих применений катушек индуктивности.

Накопление энергии в магнитном поле

При прохождении тока через катушку вокруг нее создается магнитное поле, в котором накапливается энергия. Это свойство используется в импульсных преобразователях напряжения и других устройствах.

Фильтрация сигналов и подавление помех

Катушки индуктивности обладают частотно-зависимым сопротивлением — на низких частотах оно мало, а на высоких возрастает. Это позволяет использовать их для построения фильтров нижних частот и подавления высокочастотных помех.

Основные типы и конструкции катушек индуктивности

По конструкции катушки индуктивности можно разделить на следующие основные типы:

• Катушки с воздушным сердечником
• Катушки с ферромагнитным сердечником
• Тороидальные катушки
• Многослойные катушки
• Печатные катушки на плате

Выбор типа катушки зависит от требуемых параметров и условий применения.

Катушки с воздушным сердечником

Простейший тип — катушка намотана на диэлектрический каркас без магнитного сердечника. Преимущества — отсутствие потерь на перемагничивание, стабильность параметров. Недостаток — низкая индуктивность.

Катушки с ферромагнитным сердечником

Магнитный сердечник (феррит, альсифер и др.) позволяет значительно увеличить индуктивность катушки при тех же габаритах. Недостаток — возможно насыщение сердечника при больших токах.

Как рассчитать параметры катушки индуктивности

Для расчета индуктивности катушки используются различные формулы в зависимости от ее конструкции. Рассмотрим расчет однослойной цилиндрической катушки с воздушным сердечником.

Формула для расчета индуктивности однослойной катушки:

L = μ0 * N^2 * S / l

где:

• L — индуктивность, Гн
• μ0 — магнитная проницаемость вакуума (4π * 10^-7 Гн/м)
• N — число витков
• S — площадь поперечного сечения катушки, м^2
• l — длина намотки, м

При расчете необходимо учитывать, что реальная индуктивность катушки будет несколько отличаться от расчетной из-за краевых эффектов и паразитных параметров.

Применение катушек индуктивности в современной электронике

Несмотря на тенденцию к миниатюризации, катушки индуктивности по-прежнему широко применяются в современной электронике:

• Импульсные источники питания
• Радиочастотные схемы
• Фильтры электромагнитных помех
• Беспроводная передача энергии
• Датчики и измерительные приборы

Рассмотрим некоторые из этих применений подробнее.

Импульсные источники питания

В импульсных преобразователях напряжения катушка индуктивности играет ключевую роль, накапливая энергию в магнитном поле на такте накопления и отдавая ее в нагрузку на такте передачи энергии. Это позволяет эффективно преобразовывать напряжение.

Радиочастотные схемы

В радиоприемниках и передатчиках катушки индуктивности используются для построения колебательных контуров, согласования импедансов, фильтрации сигналов. От их качества во многом зависят характеристики радиоаппаратуры.

Особенности выбора и применения катушек индуктивности

При выборе катушки индуктивности для конкретного применения необходимо учитывать следующие факторы:

• Требуемое значение индуктивности
• Максимальный рабочий ток
• Частотный диапазон работы
• Допустимые габариты и масса
• Стабильность параметров в заданном диапазоне температур
• Стоимость

Важно также учитывать возможные паразитные параметры катушки — собственную емкость, активное сопротивление обмотки.

Выбор материала сердечника

Для работы на низких частотах (до сотен кГц) часто применяют сердечники из магнитомягких сплавов. На радиочастотах используют ферритовые сердечники. Для силовых применений подходят сердечники из распыленного железа.

В ответственных узлах иногда применяют катушки с воздушным сердечником, обладающие высокой стабильностью параметров.

Измерение параметров катушек индуктивности

Для измерения индуктивности и других параметров катушек применяют специальные приборы — измерители RLC. Они позволяют измерять индуктивность, активное сопротивление, добротность и другие характеристики.

Для точных измерений необходимо учитывать частоту измерительного сигнала, поскольку параметры катушки зависят от частоты.

Методы измерения индуктивности:

• Мостовой метод
• Резонансный метод
• Метод вольтметра-амперметра

Выбор метода зависит от требуемой точности и диапазона измеряемых значений.

Заключение

Катушки индуктивности остаются важным компонентом современной электроники, несмотря на тенденцию к миниатюризации. Их уникальные свойства позволяют решать широкий спектр задач — от фильтрации сигналов до накопления энергии в импульсных преобразователях.

Правильный выбор типа катушки и расчет ее параметров во многом определяют характеристики электронных устройств. Поэтому знание принципов работы и особенностей применения катушек индуктивности необходимо каждому разработчику электронной аппаратуры.

Катушка индуктивности. Зачем нужна и где применяется

Опубликовано: 23.12.2021

Катушка индуктивности (или дроссель) — это один из часто встречающихся компонентов электронных плат. 

По сути, это обычная медная катушка, которая намотана вокруг ферритового или железного сердечника. 

В некоторых случаях катушка индуктивности может представлять собой скрученную в спираль медную проволоку без какого-либо сердечника. 

Принцип работы дросселя довольно прост, но в то же время — очень интересен. 

Дело в том, что при прохождении электрического тока дроссель замедляет его течение. В результате вся энергия, которая должна была пройти через катушку концентрируется в одном месте, создавая магнитное поле. 

После того как магнитное поле вокруг дросселя сформировалось, электрический ток, продолжает течь дальше. 

Обратите внимание: при резком увеличении напряжения на входе в катушку сила тока в ней начинает возрастать, что приводит к увеличению магнитного поля.  

На выходе дросселя увеличение напряжения происходит с задержкой, так как энергия расходуется на создание магнитного поля. 

В том случае, если скачок напряжения был импульсный, то катушка индуктивности его полностью поглощает и на выходе остается ровное напряжение. Данное свойство дросселя довольно широко используется в сетевых фильтрах.

 

Также катушки индуктивности применяются в любых фильтрах питания. В данном случае дроссель подавляет высокочастотные скачки напряжения.

Из курса физики мы знаем, что под индуктивностью подразумевается величина магнитного поля к протекающей силе тока. Поэтому в радиоэлектронике дроссели и называют катушками индуктивности. 

Обратите внимание: показатель индуктивности напрямую будет зависеть от количества витков медной проволоки в катушке.

Причем при добавлении дополнительного элемента в виде ферритового или железного сердечника способствует увеличению индуктивности. 

 

 

Кстати, вопреки распространенному мнению, дроссель не проводит переменный ток. Дело в том, что при очень высокой индуктивности и «скоростной» частоте тока катушка индуктивности попросту не успевает насытить свое магнитное поле. 

 

 

В результате это приведет к тому, что дроссель будет тормозить прохождение переменного тока через себя. 

Эффект накопления магнитного поля катушкой индуктивности (дросселем) очень широко применяется в понижающих DC/DC преобразователях. Но поскольку дроссель не умеет хранить накопленное магнитное поле, то он отдает его в виде электрического заряда.

Работает это следующим образом: источник питания «генерирует» электрический ток, который делится на короткие импульсы транзистором. Причем импульсы настолько короткие, что дроссель не успевает насытить свое магнитное поле до максимума. 

После того, как дроссель «проглотил» импульс, электроцепь перестраивается и теперь уже сама катушка индуктивности выполняет функцию источника тока. 

Однако поскольку дроссель был намагничен частично, то на выходе из катушки индуктивности импульсный заряд имеет меньшее напряжение.

Таким образом, уменьшая или увеличивая время электрического импульса, поступающего на дроссель, можно регулировать выходное напряжение — например, с 12 V понизить его до 5 V. 

 

 

 

Как вам статья?

Павел

Бакалавр «210400 Радиотехника» – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Написать

Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы

Катушка индуктивности. Описание, характеристики, формула расчета

Катушка индуктивности является пассивным компонентом электронных схем, основное предназначение которой является сохранение энергии в виде магнитного поля. Свойство катушки индуктивности чем-то схоже с конденсатором, который хранит энергию в виде электрического поля.

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Подробнее

Индуктивность (измеряется в Генри) — это эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с током. Ток, протекающий через катушку индуктивности, создает магнитное поле, которое имеет связь с электродвижущей силой (ЭДС) оказывающее противодействие приложенному напряжению.

Возникающая противодействующая сила (ЭДС) противостоит изменению переменного напряжения и силе тока в катушке индуктивности. Это свойство индуктивной катушки называется индуктивным сопротивлением. Следует отметить, что индуктивное сопротивление находится в противофазе к емкостному реактивному сопротивлению конденсатора в цепи переменного тока. Путем увеличения числа витков можно повысить индуктивность самой катушки.

Накопленная энергия в индуктивности

Как известно магнитное поле обладает энергией. Аналогично тому, как в полностью заряженном конденсаторе существует запас электрической энергии, в индуктивной катушке, по обмотке которой течет ток, тоже существует запас — только уже магнитной энергии.

Энергия, запасенная в катушке индуктивности равна затраченной энергии необходимой для обеспечения протекания тока I в противодействии ЭДС. Величина запасенной энергии в индуктивности можно рассчитать по следующей формуле:

где L — индуктивность, I — ток, протекающий через катушку индуктивности.

Теоретика

Для начала давайте определим назначение этой детали, а также основные понятия и термины, связанные с ней.

Что такое катушка индуктивности

Разнообразие размеров катушек

Катушка индуктивности – это радиоэлемент, применяющийся в разных схемах для следующего:

• Сглаживание биений;
• Подавление помех;
• Ограничение переменного тока;
• Накопление энергии и прочее.

Представляет собой данный элемент спиральную, винтовую или винтоспиральную катушку, сделанную из изолированного проводника. Деталь обладает относительно малой емкостью и малым активным сопротивлением, при этом у него имеет высокая индуктивность, то есть способность возникновения ЭДС (электродвижущей силы) в проводнике, при протекании в цепи электрического тока.

Дроссели на печатной плате

• Катушка индуктивности, в зависимости от места и цели применения может иметь и другие названия. Например, если элемент используется для изоляции по высокой частоте в разных частях схемы, накоплении энергии магнитного поля сердечника, сглаживания пульсаций и подавления помех, катушку называют дросселем либо реактором (второе название употребляется редко).
• Если говорить про силовую электротехнику, то там устоялось название ректор – его применяют при необходимости ограничения тока, например, если произошло замыкание на ЛЭП.

Соленоид

• Бывают также и цилиндрические катушки индуктивности, называемые соленоидами. Длина такого цилиндра в несколько раз превышает его диаметр.

Интересно знать! Магнитное поле внутри соленоида однородно. Данное магнитное поле может выполнять механическую работу, втягивая ферритовый сердечник.

Обмотка с втягивающего реле на стартере

• Применяются катушки индуктивности и в электромагнитных реле, где их называют обмоткой реле.
• Устанавливаются подобные элементы и в индукционные нагреватели – тут их называют нагревательными индукторами.

Схема сверхпроводящего индуктивного накопителя

• Также можно услышать термины вроде индукционного накопителя или накопительного дросселя, если речь идет об устройствах импульсной стабилизации напряжения.

Конструкционные особенности

Строение катушки индуктивности

Конструкционно катушка индуктивности представляет собой намотанную по спирали или винтом изолированную одножильный или многожильный проводник (чаще, лакированная медная проволока), вокруг диэлектрического сердечника (каркаса). Форма сердечника может быть круглой, тороидальной, прямоугольной, квадратной. Материалы, применяемые для сердечника, имеют магнитную проницаемость выше, чем у воздуха, что дополнительно удерживает магнитное поле возле катушки, а значит, увеличивается и индуктивность.

Существуют и катушки, вовсе не имеющие сердечника, или же он является регулируемым, что позволяет менять индуктивность детали.

Тороидальная катушка

Намотка проводника может быть как однослойной, ее еще называют рядовой с шагом, или многослойной (применяются названия универсал, внавал, рядовая). Расстояние между витками называется шагом.

Интересно знать! Шаг намотки может быть прогрессивным, то есть его величина изменяется по длине катушки. Применяется такая намотка для снижения «паразитной» емкости.

Применение

Используются катушки в схемах обработки сигналов и аналоговых схемах. В сочетании с конденсаторами и прочими радиокомпонентами могут формировать участки схем, которые усиливают или отфильтровывают определенные сигналы.

Широко применяются дроссели в источниках питания, где они вместе с конденсаторами фильтра призваны устранить остаточные помехи и прочие колебания, возникающие на выходе.

Строение трансформатора

Если две катушки соединить одним магнитным полем, то получится трансформатор – устройство, способное передавать электричество от одной части цепи к другой, за счет электромагнитной индукции, попутно меняя величину напряжения.

Для справки! Трансформаторы способны функционировать только с переменным током.

Основные характеристики катушек индуктивности

Прежде чем разбираться с тем, как ведет себя ток, проходя в цепи через катушку индуктивности, давайте сначала узнаем главные характеристики этого элемента.

Определение индуктивности: формула

• Прежде всего, нас интересует индуктивность – значение, численно выражающаяся соотношением потока магнитного поля, которое создается протекающим током, к силе этого самого тока. Измеряется этот параметр в Генри (Гн).
• Если говорить более простым языком, то это явление можно описать так. При протекании тока через катушку индуктивности создается электромагнитное поле, которое напрямую связано с ЭДС, которая оказывает противодействие изменению переменного напряжения, то есть в цепи возникает ток, который течет в обратном направлении основному.
• Измерение силы тока на катушке индуктивности и переменного напряжения, противостоят данной силе, точнее наоборот. Это свойство элемента называется индуктивным сопротивлением, которое находится в противофазе реактивному емкостному сопротивлению конденсатора, включенному в цепь переменного тока.

Совет! Изменение величины индуктивности катушки происходит пропорционально изменению числа витков.

Расчет энергии магнитного поля катушки

• Давно известно, что любое магнитное поле обладает некоторой энергией. Отсюда следует, что магнитное поле катушки тоже имеет определенный запас магнитной энергии. Величина этого запаса равна затраченной энергии на обеспечение протекания тока (I) в противодействие ЭДС. Расчеты производятся по приведенной выше формуле.

Гидротурбина

• Чтобы было еще понятнее давайте сравним катушку с гидротурбиной. Итак, водяной поток, который направлен через турбину, будет ощущать ее сопротивление, пока турбина до конца не раскрутится. Она имеет некоторую инерцию, а значит, будет вращаться синхронно с потоком воды, не оказывая ему практически никакого сопротивления.
• Если вы попробуете остановить поток воды или сменить его направление, то увидите, что турбина продолжит вращаться по инерции, заставляя двигаться воду в прежнем направлении. Чем выше инерция у турбины, тем сильнее она будет сопротивляться изменению направления потока воды.
• Ровно то же самое происходит в катушке индуктивности, когда переменный ток начинает течь в обратном направлении.

При последовательном соединении катушек их индуктивность складывается

• Влияние тока на индуктивность катушки выражается не только в виде основного эффекта взаимодействия. Часто наблюдаются паразитные эффекты, из-за которых сопротивление переменному току катушки индуктивности чисто реактивным назвать нельзя. Из-за этих эффектов в катушке возникают некоторые потери, оценивающиеся как сопротивление потерь. Данное значение составляет сумму потерь в сердечнике, проводе, экране и диэлектрике.
• Каждая из потерь вызвана разными причинами. В проводах их целых три: они обладают хоть и малым, но все же активным омическим сопротивлением; данное сопротивление растет с увеличением частоты, что обусловлено уменьшением амплитуды электромагнитных волн, по мере того как они проникают в глубину проводящей среды (это явление называется скин-эффектом) – другими словами, ток вытесняется на верхние слои провода, из-за чего изменяется площадь проводника, а значит, и его сопротивление; если провода свиты в спираль, возникает эффект близости, из-за которого тоже меняется активное сечение проводника, и общее сопротивление.

Дроссель сварочного аппарата

• Потери в диэлектрике могут возникать из-за межвиткового конденсатора, или по причине его электромагнитных свойств. Однако справедливости ради стоит отметить, что потери в этой части детали настолько малы, что ими часто пренебрегают при расчетах.
• Потери на сердечнике складываются из двух величин: потери на перемагничивание ферромагнетика (потери на гистерезис) и потери на вихревые токи. Переменное магнитное поле, возникающее от протекающего в проводнике тока, индуцирует вихревые ЭДС в соседних проводниках – сердечнике, проводах ближайших витков, и даже экране. Возникшие токи, имеющие название помимо вихревых, токи Фуко, также являются причиной потерь, из-за активного сопротивления провода.
• С потерями на сопротивление связана и другая характеристика, называемая добротностью. Ее величина – это соотношение реактивного и активного сопротивления катушки индуктивности.

Паразитная емкость катушки индуктивности

• Следующий параметр – это паразитная емкость. Явление состоит в том, что между витками катушки возникает некоторая нежелательная емкостная связь.
• ТКИ (температурный коэффициент индуктивности) – все мы знаем, что при нагревании вещества увеличиваются в размерах. Когда это происходит с катушкой, мы получаем нестабильность индуктивности, из-за изменения длины и диаметра проводника, длины и диаметра каркаса, а значит, изменения диаметра и шага витков. Помимо этого перемена температуры влияет на диэлектрическую проницаемость материала каркаса, что влечет изменение емкости катушки и влияет на проницаемость магнитным полем ферромагнетика сердечника.
• ТКД (температурный коэффициент дробности) – тут все понятно! Это изменение параметров добротности в зависимости от температуры.

Гидравлическая модель

Работу катушки индуктивности можно сравнить с работой гидротурбины в потоке воды. Поток воды, направленный сквозь еще не раскрученную турбину, будет ощущать сопротивление до того момента, пока турбина полностью не раскрутится.

Далее турбина, имеющая определенную степень инерции, вращаясь в равномерном потоке, практически не оказывая влияния на скорость течения воды. В случае же если данный поток резко остановить, то турбина по инерции все еще будет вращаться, создавая движение воды. И чем выше инерция данной турбины, тем больше она будет оказывать сопротивление изменению потока.

Также и индуктивная катушка сопротивляется изменению электрического тока протекающего через неё.

Маркировка

При рассмотрении катушек индуктивности оценивается цветовая и кодовая маркировка. Если смотреть на первые цифры, отображается показатель индуктивности. Далее учитывается параметр отклонения:

• Серебряный 0,01 мкГн, 10%.
• Золотой 0,1 мкГн, 5%.
• Черный 0,1мкГн, 20%.
• Коричневый 1,1 мкГн.
• Красный 2, 2 мкГн.
• Оранжевый 1 мкГн.
• Желтый 4 мкГн.
• Зеленый 5 мкГн.
• Голубой 6 мкГн.
• Фиолетовый 7мкГн.
• Серый 8 мкГн.
• Белый 9 мкГн.

Маркировка
В нестабильной цепи переменного электрического тока не обойтись без катушки индуктивности. Выше описаны основные типы изолированных проводников, продемонстрированы их параметры. Учитывается уровень частоты, а также свойства.

Индуктивность в электрических цепях

В то время как конденсатор оказывает сопротивление изменению переменного напряжения, индуктивность же сопротивляется переменному тока. Идеальная индуктивность не будет оказывать сопротивление постоянному току, однако, в реальности все индуктивные катушки сами по себе обладают определенным сопротивлением.

В целом, отношение между изменяющимися во времени напряжением V(t) проходящим через катушку с индуктивностью L и изменяющимся во времени током I(t), проходящим через нее можно представить в виде дифференциального уравнения следующего вида:

Когда переменный синусоидальной ток (АС) протекает через катушку индуктивности, возникает синусоидальное переменное напряжение (ЭДС). Амплитуда ЭДС зависит от амплитуды тока и частоте синусоиды, которую можно выразить следующим уравнением:

где ω является угловой частотой резонансной частоты F:

Причем, фаза тока отстает от напряжения на 90 градусов. В конденсаторе же все наоборот, там ток опережает напряжение на 90 градусов. Когда индуктивная катушка соединена с конденсатором (последовательно либо параллельно), то образуется LC цепь, работающая на определенной резонансной частоте.

Индуктивное сопротивление ХL определяется по формуле:

где ХL — индуктивное сопротивление, ω — угловая частота, F — частота в герцах, и L индуктивность в генри.

Индуктивное сопротивление — это положительная составляющая импеданса. Оно измеряется в омах. Импеданс катушки индуктивности (индуктивное сопротивление) вычисляется по формуле:

Для чего нужны и какие бывают

В зависимости от того, где применяется катушка индуктивности и её функциональных особенностей, она может называться по-разному: дроссели, соленоиды и прочее. Давайте рассмотрим, какие бывают катушки индуктивности и их сферу применения.

Дроссели. Обычно так называются устройства для ограничения тока, область применения:

• В пускорегулирующей аппаратуре для розжига и питания газоразрядных ламп.

• Для фильтрации помех. В блоках питания — фильтр электромагнитных помех со сдвоенным дросселем на входе компьютерного БП, изображен на фото ниже. Также используется в акустической аппаратуре и прочем.

• Для фильтрации определенных частот или полосы частот, например, в акустических системах (для разделения частот по соответствующим динамикам).
• Основа в импульсных преобразователях — накопитель энергии.

Токоограничивающие реакторы — используются для ограничения токов короткого замыкания на ЛЭП.

Примечание: у дросселей и реакторов должно быть низкое активное сопротивление для уменьшения их нагрева и потерь.

Контурные катушки индуктивности. Используются в паре с конденсатором в колебательном контуре. Резонансная частота подбирается под частоту приема или передачи в радиосвязи. У них должна быть высокая добротность.

Вариометры. Как было сказано — это настраиваемые или переменные катушки индуктивности. Чаще всего используются в тех же колебательных контурах для точной настройки частоты резонанса.

Соленоид — так называется катушка, длина которой значительно больше диаметра. Таким образом внутри соленоида образуется равномерное магнитное поле. Чаще всего соленоиды используются для совершения механической работы — поступательного движения. Такие изделия называют еще электромагнитами.

Рассмотрим, где используются соленоиды.

Это может быть активатор замка в автомобиле, шток которого втягивается после подачи на соленоид напряжения, и звонок, и различные исполнительные электромеханические устройства типа клапанов, грузоподъёмные магниты на металлургических производствах.

В реле, контакторах и пускателях соленоид также выполняет функцию электромагнита для привода силовых контактов. Но в этом случае его чаще называют просто катушка или обмотка реле (пускателя, контактора соответственно), как выглядит, на примере малогабаритного реле вы видите ниже.

Рамочные и кольцевые антенны. Их назначение — передача радиосигнала. Используются в иммобилайзерах автомобилей, металлодетекторах и для беспроводной связи.

Индукционные нагреватели, тогда она называется индуктором, вместо сердечника помещают нагреваемое тело (обычно металл).

Схемы соединения катушек индуктивностей

Параллельное соединение индуктивностей

Напряжение на каждой из катушек индуктивностей, соединенных параллельно, одинаково. Эквивалентную (общую) индуктивность параллельно соединенных катушек можно определить по формуле:

Последовательное соединение индуктивностей

Ток, протекающий через катушки индуктивности соединенных последовательно, одинаков, но напряжение на каждой катушке индуктивности отличается. Сумма разностей потенциалов (напряжений) равна общему напряжению. Общая индуктивность последовательно соединенных катушек можно высчитать по формуле:

Эти уравнения справедливы при условии, что магнитное поле каждой из катушек не оказывает влияние на соседние катушки.

Описание устройства

Катушка индуктивности бывает винтовой, спиральной или винтоспиральной, имеющей свернутый изолированный проводник, который обладает значительным показателем индукции при малой емкости с активным сопротивлением. Как следствие, ток протекает через источник тока со значительной инерционностью.

Обратите внимание! Применяется, чтобы подавлять помехи, сглаживать биения, накапливать энергию, ограничивать переменный ток или резонансный/частотно-избирательный контур цепи.

Стоит указать, что ее применение разнообразно. Называется она дросселем, вариометром, соленоидом и токоограничивающим реактором. При этом основные технические характеристики варьируются. Могут отличаться силой тока, сопротивлением потерь, добротностью, емкостью и температурным добротным коэффициентом.

Добротность катушки индуктивности

На практике катушка индуктивности имеет последовательное сопротивление, созданное медной обмоткой самой катушки. Это последовательное сопротивление преобразует протекающий через катушку электрический ток в тепло, что приводит к потере качества индукции, то есть добротности. Добротность является отношением индуктивности к сопротивлению.

Добротность катушки индуктивности может быть найдена через следующую формулу:

где R является собственным сопротивлением обмотки.

Основные технические параметры

Катушки индуктивности имеют следующие характеристики:

• добротность отклонения;
• эффективность;
• начальная индуктивность;
• температура;
• стабильность;
• предельная емкость;
• номинальная индуктивность.

Стабильность демонстрирует свойства устройства при изменении условий использования. Температура фиксируется вследствие различных причин. Многое зависит от размера каркаса. Когда температура уменьшается, индуктивность также снижается. Современные параметры — это цикличность, которая является отношением температуры к линейному расширению. Учитывается изменение в керамической основе плюс показатель плотности.

Вам это будет интересно Как работает УЗО и что это такое

Температура отслеживается на горячей намотке. В этом плане хорошо себя показали многослойные дроссели с сердечником, которые сделаны из карбонильного железа. Ёмкость отображает количество витков катушки, берется в расчет количество секций и контуров. Высокочастотные модели считаются более емкостными и стабильными.

Емкостные катушки

Номинальная индуктивность — это параметр, который учитывает изменение размеров волны. Измерение происходит в микрогенрах. Если смотреть на формулу, учитывается количество витков, длина намотки, плюс диаметр катушки.

Катушка индуктивности. Формула индуктивности

Базовая формула индуктивности катушки:

• L = индуктивность в генри
• μ 0 = проницаемость свободного пространства = 4π × 10 -7 Гн / м
• μ г = относительная проницаемость материала сердечника
• N = число витков
• A = Площадь поперечного сечения катушки в квадратных метрах (м 2 )
• l = длина катушки в метрах (м)

Индуктивность прямого проводника:

• L = индуктивность в нГн
• l = длина проводника
• d = диаметр проводника в тех же единицах, что и l

Индуктивность катушки с воздушным сердечником:

• L = индуктивность в мкГн
• r = внешний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков

Индуктивность многослойной катушки с воздушным сердечником:

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• l = длина катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

Индуктивность плоской катушки:

• L = индуктивность в мкГн
• r = средний радиус катушки
• N = число витков
• d = глубина катушки

ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Накопленная энергия в индуктивности Гидравлическая модель Индуктивность в электрических цепях Схемы соединения катушек индуктивностей Параллельное соединение индуктивностей Последовательное соединение индуктивностей Добротность катушки индуктивности Катушка индуктивности. Формула индуктивности Базовая формула индуктивности катушки Индуктивность прямого проводника Индуктивность катушки с воздушным сердечником Индуктивность многослойной катушки с воздушным сердечником Индуктивность плоской катушки Конструкция катушки индуктивности Применение катушек индуктивности Расчет катушек индуктивности Метод определения собственной ем­кости катушек Расчет и изготовление плоских катушек индуктивности Расчет однослойной катушки

Катушка индуктивности

— является пассивным компонентом электронных схем, основное предназначение которой является сохранение энергии в виде магнитного поля. Свойство катушки индуктивности чем-то схоже с конденсатором, который хранит энергию в виде электрического поля.

Индуктивность (измеряется в Генри) — это эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с током. Ток, протекающий через катушку индуктивности, создает магнитное поле, которое имеет связь с электродвижущей силой (ЭДС) оказывающее противодействие приложенному напряжению.

Возникающая противодействующая сила (ЭДС) противостоит изменению переменного напряжения и силе тока в катушке индуктивности. Это свойство индуктивной катушки называется индуктивным сопротивлением. Следует отметить, что индуктивное сопротивление находится в противофазе к емкостному реактивному сопротивлению конденсатора в цепи переменного тока. Путем увеличения числа витков можно повысить индуктивность самой катушки.

Конструкция катушки индуктивности

Катушка индуктивности представляет собой обмотку из проводящего материала, как правило, медной проволоки, намотанной вокруг либо железосодержащего сердечника, либо вообще без сердечника.

Применение в качестве сердечника материалов с высокой магнитной проницаемостью, более высокой чем воздух, способствует удержанию магнитного поля вблизи катушки, тем самым увеличивая ее индуктивность. Индуктивные катушки бывают разных форм и размеров.

Большинство изготавливаются путем намотки эмалированного медного провода поверх ферритового сердечника.

Некоторые индуктивные катушки имеют регулируемый сердечник, при помощи которого обеспечивается изменение индуктивности.

Миниатюрные катушки могут быть вытравлены непосредственно на печатной плате в виде спирали. Индуктивности с малым значением могут быть расположены в микросхемах с использованием тех же технологических процессов, которые используются при создании транзисторов.

Обозначение катушек с отводами и начала обмотки

В радио и электротехнической аппаратуре, например, в приемниках или импульсных преобразователях напряжения, иногда используют не всю индуктивность катушки, а только некоторую ее часть. Для таких случаев катушки изготавливают с отводом или отводами.

При разработке некоторых конструкций иногда необходимо строго соблюсти начало и конец обмотки катушки или трансформатора. Чтобы указать, какой из концов обмотки является началом, а какой – концом, у вывода начала обмотки ставят жирную точку.

Для подстройки катушек на частотах свыше 15…20 МГц часто применяют магнитопроводы из немагнитных материалов (меди, алюминия и т.п.). Возникающие в таком магнитопроводе под действием магнитного поля катушки вихревые токи создают свое поле, противодействующее основному, в результате чего индуктивность катушки уменьшается.

Немагнитный магнитопровод-подстроечник обозначают так же, как и ферритовый, но рядом указывают химический символ металла, из которого он изготовлен. На рисунке изображен подстроечник, изготовленный из меди.

Вот и все, что хотел рассказать о катушках индуктивности. Удачи!

Литература: 1. В. А. Волгов «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры». 2. В. В. Фролов «Язык радиосхем». 3. М. А. Сгут «Условные обозначения и радиосхемы».

Что такое индуктор? — ElectronicsHacks

Поздравляем, вы сделали первый шаг к улучшению вашего рабочего процесса! Катушка индуктивности является ключевым компонентом многих электронных устройств, и понимание того, как они работают, может помочь вам получить максимальную отдачу от ваших гаджетов. В этом сообщении блога мы демистифицируем индукторы и объясним, как они могут помочь вам оптимизировать рабочий процесс. Продолжайте читать, чтобы узнать больше!

Для чего используется индуктор?

Катушка индуктивности в основном используется в электронных схемах для фильтрации, настройки и хранения электроэнергии. Помогает ограничить ток, создавая магнитное поле, когда через него проходит ток. Отфильтровывание нежелательных частот сигналов или подавление переходных процессов являются одними из основных применений катушки индуктивности в цепях. В радиосхемах катушки индуктивности обычно используются в качестве настраиваемых цепей для выбора определенных частот из широкого диапазона входных частот. Катушки индуктивности также можно использовать в регуляторах напряжения и импульсных источниках питания для накопления энергии в периоды отсутствия входного сигнала.

Наконец, из-за того, что индуктор сопротивляется изменениям тока, его иногда используют в автоматических пускателях двигателей в качестве предохранительного устройства для защиты от коротких замыканий и других перегрузок. Индукторы также используются в физических вычислительных приложениях, таких как робототехника и автоматизированные системы управления. В этих приложениях индуктор действует как чувствительный элемент, который может обнаруживать изменения тока или магнитных полей. [1]

Как работает дроссель?

При воздействии переменного тока индуктор действует как источник магнитной энергии, который может накапливать энергию в виде поля. Используя силу магнетизма, мы можем использовать магнитную энергию для поддержания постоянного уровня напряжения, построения зарядных цепей и блокировки любых посторонних сигналов.

Когда ток проходит через катушки индуктора, вокруг него создается магнитное поле. Пока ток остается постоянным, это магнитное поле будет оставаться стабильным. Однако, если ток, протекающий через катушки, начинает изменяться (увеличивается или уменьшается), индуктор будет противодействовать этому изменению, создавая противодействующая электродвижущая сила (ЭДС). Этот эффект работает так же, как и любой другой элемент цепи: например, если вы увеличите ток, проходящий через катушку индуктивности, она создаст противоЭДС, пропорциональную скорости изменения.

Это противодействие изменениям тока называется индуктивностью, и именно это делает катушку индуктивности такой полезной в электрических цепях. Создавая эту противоЭДС, катушка индуктивности может служить фильтром или регулятором переменного тока. Кроме того, когда ток, поступающий в катушки, резко уменьшается (из-за внезапного падения напряжения), магнитное поле, накопленное катушкой индуктивности, разрушается и высвобождает свою энергию обратно в цепь, тем самым обеспечивая механизм зарядки, который помогает удерживать другие компоненты. питание. [2]

Какие методы используются для крепления катушек индуктивности на печатных платах?

Катушки индуктивности можно прикрепить к печатным платам несколькими способами. Катушки индуктивности со сквозным отверстием обычно впаиваются в плату, а катушки индуктивности для поверхностного монтажа размещаются на поверхности платы и припаиваются с помощью процесса, называемого пайкой оплавлением. В этом процессе паяльная паста наносится как на компонент, так и на контактные площадки на печатной плате. Затем компонент помещается на плату и нагревается в течение определенного времени, в результате чего паяльная паста плавится и прочно фиксируется на месте. Этот метод обычно используется с более мелкими компонентами, поскольку он не требует ручной пайки.

Другим вариантом является размещение катушки индуктивности на печатной плате с помощью проводов или штифтов, которые удерживают компонент на месте во время пайки. Важно следить за тем, чтобы индуктор не двигался во время пайки, так как это может привести к ненадежному соединению.

Катушки индуктивности являются важным компонентом современной электроники и должны быть надежно прикреплены к печатным платам для оптимальной работы. Понимание того, как крепятся индукторы, помогает обеспечить правильную и безопасную работу устройств. При наличии надлежащих инструментов и знаний установка катушки индуктивности на печатную плату представляет собой простой процесс, требующий минимальных усилий. [3]

В каких приложениях используются катушки индуктивности?

Катушки индуктивности используются в самых разных областях, от простых цепей до сложных механизмов. Общие примеры включают блоки питания, процессоры сигналов и контроллеры двигателей. В приложениях электропитания катушки индуктивности помогают эффективно регулировать поток электрического тока. Катушки индуктивности также можно использовать для фильтрации нежелательных частот в системах обработки сигналов, таких как радиоприемники и аудиоусилители.

Наконец, они также используются в контроллерах двигателей для уменьшения гармонических искажений и повышения эффективности. Управляя потоком тока, катушки индуктивности позволяют машинам работать более эффективно и дольше, благодаря меньшему износу компонентов. Поскольку технология продолжает развиваться, использование катушек индуктивности в различных отраслях, вероятно, возрастет в ближайшие годы.

Что такое дроссель?

Дроссель — это тип катушки индуктивности, специально предназначенный для блокирования высокочастотных сигналов и пропускания низкочастотных сигналов. Дроссели обычно используются в источниках питания и радиосхемах, где они обеспечивают дополнительную фильтрацию для уменьшения нежелательных шумов в сигнале.

Величина, на которую дроссель снижает высокочастотные сигналы, зависит от его размера и конструкции, но в целом он может быть эффективным способом улучшения качества сигнала. Недостатком является то, что дроссели также могут снижать общую мощность сигнала, а также оказывать небольшое сопротивление протеканию тока. Чтобы получить максимальную выгоду от их использования, дроссели должны быть тщательно согласованы с другими компонентами в цепи.

Дроссельные катушки состоят из катушки проволоки, намотанной на ферромагнитный сердечник, что помогает усилить индуктивные свойства катушки и повысить ее эффективность. В высокочастотных цепях дроссели часто изготавливают с ферритовыми сердечниками, а не с железными, поскольку их более высокая магнитная проницаемость минимизирует потери. Использование феррита также уменьшает размеры; однако компромисс заключается в том, что он ограничивает максимальный ток, который может выдержать дроссель.

Дроссельные катушки широко используются в электронных схемах, поскольку они обеспечивают более эффективную конструкцию по сравнению с более простыми конденсаторами. Без них многие современные сложные электронные устройства не работали бы должным образом. Так что независимо от того, являетесь ли вы любителем электроники или профессиональным техником, стоит понять, как работают катушки индуктивности и дроссели, чтобы получить максимальную отдачу от ваших электронных устройств. [4]

Как повысить эффективность фильтрации в цепи?

Эффективность фильтрации в цепи можно улучшить с помощью катушек индуктивности. Катушки индуктивности — это пассивные электрические компоненты с двумя контактами, которые накапливают энергию в виде магнитного поля. Они преобразуют переменный электрический ток в изменяющееся магнитное поле, а затем снова в переменный электрический ток. Этот процесс известен как «индукция», отсюда и название «индуктор».

При использовании в цепях катушки индуктивности действуют как фильтры для снижения шума, сглаживания пульсаций тока и блокировки прохождения через них определенных частот.

Увеличивая количество витков на сердечнике катушки индуктивности или добавляя в цепь дополнительные конденсаторы и резисторы, можно дополнительно улучшить эффективность фильтрации в вашей цепи. Кроме того, выбор сердечников большего размера для катушек индуктивности поможет снизить потери в сердечнике и повысить эффективность катушек индуктивности.

Наконец, важно помнить, что катушки индуктивности не являются идеальными фильтрами, поэтому важно следить за своей схемой на предмет возможных искажений или проблем с перегрузкой. Выполнение этих простых шагов может помочь вам получить наилучшие характеристики фильтрации от ваших цепей.

Как катушки индуктивности используются в силовых преобразователях?

Катушки индуктивности используются в силовых преобразователях для хранения и передачи электроэнергии. Катушки индуктивности создают магнитное поле, в котором накапливается энергия, которую позже можно возвращать в цепь по мере необходимости. Это обеспечивает бесперебойную и эффективную подачу электроэнергии, что делает его идеальным компонентом для использования в силовых кабелях, электродвигателях и других промышленных устройствах.

Внедряя методы адаптивного управления, которые помогают оптимизировать его работу, катушки индуктивности также можно настроить для регулирования выходного тока или напряжения системы. Это делает их идеальными для использования в приложениях с высокой мощностью, таких как импульсные источники питания, системы светодиодного освещения и многое другое.

Помимо практического применения, катушки индуктивности также играют важную роль в некоторых радиочастотных (РЧ) цепях, обеспечивая индуктивность для согласования импедансов. Это позволяет лучше контролировать уровень сигнала передачи и помогает уменьшить помехи от других сигналов. [5]

Как катушки индуктивности используются в настроенных цепях?

Катушки индуктивности являются важными компонентами цепей, требующих настройки резонансной частоты. Настроенные схемы спроектированы таким образом, чтобы пропускать только сигналы определенной частоты, блокируя все остальные частоты.

Наиболее часто используемой настраиваемой схемой является фильтр LC (индуктор-конденсатор), используемый во многих электронных устройствах, таких как радиоприемники и телевизоры. Катушка индуктивности соединена последовательно с конденсатором, что приводит к LC-резонансу, который позволяет передавать только сигналы в заданном диапазоне частот.

Этот же принцип можно использовать в фильтрах нижних частот, верхних частот и режекторных фильтрах, где для настройки частоты среза каждого соответствующего типа фильтра используется индуктор. Катушки индуктивности также играют важную роль в генераторах, где они помогают генерировать, поддерживать и формировать выходной сигнал. Генераторы используются в различных устройствах, от систем беспроводной связи до музыкальных инструментов.

Как пользоваться токоизмерительными клещами?

Типы катушек индуктивности

Катушки индуктивности обычно классифицируют по их структуре и форме. Общие типы катушек индуктивности включают воздушные сердечники, ферритовые сердечники, сердечники из порошкового железа, тороидальные/кольцевые/цилиндрические катушки, а также экранированные и неэкранированные разновидности.

Катушки индуктивности с воздушным сердечником не содержат металлических сердечников и состоят из катушки, намотанной на изоляционный материал, такой как пластик или вощеная бумага. Эти типы катушек индуктивности имеют высокое сопротивление постоянному току, но низкое сопротивление переменному току, что делает их пригодными для использования на радиочастотах.

Катушки индуктивности с ферритовым сердечником изготовлены из спеченных магнитов различной формы, включая стержни и кольца. Катушки индуктивности с ферритовым сердечником обеспечивают хорошие электрические характеристики как на низких, так и на высоких частотах.

Катушки индуктивности с сердечником из порошкового железа состоят из сердечников из порошкового металла и намотанной на них катушки. Эти типы катушек индуктивности обеспечивают хорошие характеристики на низких частотах, но могут иметь потери на высоких частотах.

Тороидальные/кольцевые/цилиндрические катушки индуктивности состоят из катушек, намотанных на металлические кольца или цилиндры в форме бублика, трубки или коробки. Форма улучшает магнитную эффективность для частот до нескольких сотен килогерц, что делает эти типы подходящими для приложений с более высокими частотами.

Экранированные и неэкранированные варианты относятся к их конструкции: экранированные катушки индуктивности имеют дополнительный металлический слой, помогающий уменьшить шум от внешних полей, в то время как неэкранированные версии не имеют этого механизма защиты. Экранированные катушки индуктивности обычно рекомендуются для приложений, чувствительных к шуму. [6]

Индуктивность катушки

Индуктивность катушки определяется количеством витков, магнитной проницаемостью материала сердечника и его размером. Индуктивность измеряется в генри (Гн). Один виток провода без материала жилы имеет нулевую индуктивность. Когда два или более витка намотаны вместе на материале сердечника, обладающем некоторой магнитной проницаемостью, индуктивность генерируется по мере прохождения тока через каждый последующий виток.

Индуктивность увеличивается с увеличением числа витков и увеличением проницаемости материала сердечника. Уменьшение диаметра при сохранении постоянной длины также увеличит индуктивность, поскольку это уменьшает поток рассеяния из-за меньшей площади поперечного сечения. И наоборот, увеличение площади приведет к уменьшению потока в цепи, что приведет к уменьшению индуктивности.

Отношение между индуктивностью и длиной может быть выражено как: L/l = a, где a скорость изменения индуктивности на единицу длины. Это известно как коэффициент связи (K) или коэффициент собственной индуктивности. Другими словами, K представляет, сколько потоков связывает каждый виток относительно его соседей. Чем выше это значение, тем больше связей потока на каждом витке и, следовательно, больше общая индуктивность.

Другим важным фактором, влияющим на характеристики индуктора, является его добротность или добротность, которая определяется как соотношение между рассеиваемой мощностью (тепло) и реактивной мощностью (аккумулирование магнитной энергии). Более высокие коэффициенты добротности указывают на меньшие потери из-за магнитного сопротивления и вихревых токов.

Катушки индуктивности используются в различных устройствах, от источников питания, преобразователей постоянного тока, фильтров и генераторов до антенн и систем громкоговорителей. Их можно найти во всем, от бытовой техники до сложного коммуникационного оборудования. Их способность накапливать энергию делает их идеальными для обеспечения стабильных источников напряжения и тока для критических цепей. При правильном проектировании катушки индуктивности могут обеспечивать надежную работу в течение многих лет, не требуя обслуживания или замены.

Конденсатор и индуктор

Конденсаторы и индукторы представляют собой электрические компоненты, используемые для накопления энергии и регулирования тока в цепях. Хотя они оба имеют схожие цели, между ними есть некоторые ключевые различия, которые делают их уникальными для разных приложений.

Основное различие между конденсатором и катушкой индуктивности заключается в том, что конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле, а катушки индуктивности накапливают энергию в магнитном поле. Когда на конденсатор подается напряжение, заряд быстро накапливается на его пластинах из-за электростатического притяжения, создавая электрическое поле между пластинами. Это электрическое поле накапливает энергию, которая может высвобождаться при снятии напряжения с конденсатора или его уменьшении. С другой стороны, когда на катушку индуктивности подается напряжение, через нее начинает течь ток. Создает магнитное поле, которое накапливает энергию в катушках. Эта накопленная энергия может быть высвобождена при уменьшении или удалении тока.

Конденсаторы часто используются для фильтрации высоких частот в цепях переменного тока, а катушки индуктивности чаще используются для фильтрации низких частот. Конденсаторы также имеют более высокое реактивное сопротивление, чем катушки индуктивности, на высоких частотах, что делает их идеальными для блокировки сигналов с высокочастотными компонентами. Оба компонента также могут быть объединены последовательно или параллельно для увеличения их общей емкости или индуктивности соответственно. Кроме того, оба компонента используются в различных типах источников питания и схемах обработки сигналов.

В целом, конденсаторы и катушки индуктивности являются важными электрическими компонентами, обладающими уникальными свойствами, которые делают их подходящими для различных приложений. Их можно использовать в комбинации или по отдельности, в зависимости от требований схемы.

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется индуктор?

Катушка индуктивности — это пассивный электронный компонент, сохраняющий энергию в виде магнитного поля. В основном он используется для увеличения или уменьшения тока в электрической цепи, в зависимости от конкретного приложения. Катушки индуктивности обычно используются в источниках питания, фильтрах и осцилляторах, но их также можно найти в различных других приложениях, таких как системы радиочастотной идентификации (RFID). Кроме того, они играют важную роль в создании импеданса для высокочастотных сигналов, создавая электромагнитное поле, противодействующее изменениям электрического тока. Кроме того, катушки индуктивности можно использовать для создания временных задержек в цепях, ограничивая скорость, с которой электричество может проходить через них. Их часто комбинируют с конденсаторами или резисторами для создания настроенных цепей, которые пропускают определенные частоты электрического тока, блокируя другие.

Какие существуют типы катушек индуктивности?

Индукторы бывают разных форм и размеров, и их можно разделить на две большие категории: ферромагнитный сердечник и воздушный сердечник. В индукторах с ферромагнитным сердечником используются магнитные материалы, такие как железо, никель или феррит, для накопления энергии и обеспечения более эффективного способа прохождения электричества через них по сравнению с индукторами с воздушным сердечником. Катушки индуктивности с воздушным сердечником основаны на расположении витков проволоки, которые создают вокруг себя электромагнитное поле, накапливающее электрическую энергию. Они проще и дешевле, чем катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, но требуют больших габаритов из-за меньшей эффективности. Кроме того, существуют другие типы катушек индуктивности, такие как катушки индуктивности, тороидальные и экранированные катушки индуктивности.

Каковы преимущества использования катушки индуктивности?

Основное преимущество использования катушки индуктивности заключается в том, что она может помочь увеличить или уменьшить ток в цепи в зависимости от конкретного применения. Другие преимущества включают в себя: обеспечение импеданса для высокочастотных сигналов, создание временных задержек в цепях, снижение шумового загрязнения и помощь в поддержании постоянного электрического тока для обеспечения оптимальной работы других компонентов в цепи. Кроме того, они относительно дешевы по сравнению с другими электронными компонентами и не требуют внешних источников питания. Это делает их идеальными для приложений, где важными факторами являются стоимость и простота.

В чем разница между катушкой индуктивности и конденсатором?

Катушка индуктивности представляет собой электрический компонент, накапливающий энергию в магнитном поле, возникающем при прохождении через него тока, в то время как конденсатор накапливает энергию в электрическом поле, создаваемом двумя проводящими пластинами, разделенными изоляционным материалом. Катушки индуктивности способны реагировать на изменения электрического тока и создавать падение напряжения на своих клеммах, тем самым замедляя скорость изменения тока. С другой стороны, конденсаторы препятствуют любым изменениям напряжения и могут использоваться для блокировки постоянного тока, пропуская при этом переменный ток.

Пример катушки индуктивности?

Типичным примером катушки индуктивности является катушка проволоки, намотанная на железный сердечник. Этот тип компонента может использоваться в источниках питания, радиосхемах и двигателях, чтобы стать частью электрической цепи. Другие примеры включают дроссели и трансформаторы, в которых используется несколько катушек провода для регулирования уровней тока или передачи энергии от одной цепи к другой.

Для чего используются катушки индуктивности?

Катушки индуктивности используются для различных целей, таких как фильтрация высокочастотных сигналов, регулирование напряжения в источниках питания и создание цепей генератора для радиоприемников. Они также обычно используются для связи между каскадами в аудиоусилителях. Кроме того, их можно использовать вместе с конденсаторами для создания настроенных цепей, управляющих частотными характеристиками.

Почему в переменном токе используется индуктор?

Катушки индуктивности используются в цепях переменного тока, потому что они препятствуют изменению тока, создавая падение напряжения, что позволяет им действовать как фильтры, которые блокируют высокочастотные сигналы, пропуская более низкие частоты. Это основа индуктивного реактивного сопротивления, которое является важной концепцией для понимания поведения переменного тока. Когда сигнал переменного тока проходит через индуктор, он создает обратную ЭДС, которая противодействует его потоку и ограничивает частотный диапазон сигнала.

Зачем в схемах катушки индуктивности?

Катушки индуктивности являются ключевым компонентом многих электрических цепей. Они используются для контроля скорости изменения тока, накопления энергии, фильтрации сигналов нежелательной частоты и создания схем настроенного генератора. Без этих компонентов наша жизнь была бы совсем другой, поскольку многие современные технологии полагаются на катушки индуктивности. В целом катушки индуктивности являются важным элементом схемотехники и обеспечивают многочисленные преимущества для управления сигналами переменного тока и регулирования уровней тока. Они могут иметь различные формы и размеры, что делает их пригодными для различных применений.

Полезное видео: Что такое индуктор?

Заключение

Катушка индуктивности является важным электрическим компонентом, который служит множеству практических целей. Он накапливает энергию в своем магнитном поле и обеспечивает путь для прохождения тока в электрической цепи. Хотя его можно найти во многих различных формах и размерах, все индукторы имеют одинаковую базовую структуру, состоящую из материала сердечника, вокруг которого намотан провод. Путем тщательного отбора можно выбрать индуктор, отвечающий требованиям любого электронного устройства или приложения. Это делает индуктор одним из самых универсальных доступных компонентов. Благодаря простому дизайну это небольшое, но мощное устройство стало неотъемлемой частью современной электроники и технологий.

Каталожные номера

1. https://www.coilcraft.com/en-us/edu/series/what-is-an-inductor/
2. https://www.power-and-beyond.com/ понимание роли катушек индуктивности в силовой электронике a-dc947f2aa88d7ac3009791f798478d1c/
3. https://resources.altium.com/p/methods-protect-your-circuit
4. https://product.tdk .com/en/techlibrary/applicationnote/howto_power-inductors.html
5. https://www.monolithicpower.com/understanding-power-inductor-parameters
6. https://www.linquip.com/blog/useful-guide-to-different-types-of-inductors/

Насколько прочен припой?

Что такое индуктор (катушка)? | Tech

Выпуск: 10.11.2021, И.Р.

Катушки индуктивности называются пассивными компонентами, такими же, как резисторы (R) и конденсаторы (C), и являются электронными компоненты, обозначенные буквой «L». Он имеет функцию поддержания постоянного тока. Способность индуктора выражается «индуктивностью». Единицей является Генри (H).

Катушка индуктивности имеет ту же структуру, что и катушка, но большинство катушек индуктивности, называемых катушками индуктивности, имеют одну обмотку (1 виток). Одни намотаны только жилами, а другие имеют сердечник внутри намотанных проводников. Действие индуктора пропорционально квадрату числа витков или радиуса и обратно пропорционально длине.

Основные принципы индукторов

Прежде всего, давайте кратко объясним принцип работы катушек индуктивности. При протекании электрического тока по проводнику вокруг него создается магнитная сила в направлении правой резьбы. Когда ток течет через индуктор с проводниками, намотанными вокруг него в одном направлении, магнитное поле, создаваемое вокруг провода, связывается вместе и становится электромагнитом (рис. 1). И наоборот, также возможно генерировать электрический ток из магнитной силы.

Рисунок (1)Рисунок (2)Рисунок (3)

Принцип индукторов

Когда магнит перемещается ближе или дальше от индуктора, который стал электромагнитом, магнитное поле индуктора изменяется.

Это вызывает протекание электрического тока, чтобы создать «силу, препятствующую изменению», которая пытается поддерживать направление и импульс магнитного поля. Это называется «электромагнитная индукция».

Как показано на принципиальной схеме, при протекании постоянного тока через индуктор (рис. 2) в начале протекания тока создается электродвижущая сила в направлении, мешающем току. Это свойство называется эффектом самоиндукции. Однако позже, когда постоянный ток достигает определенного значения, магнитный поток перестает изменяться, и электродвижущая сила больше не генерируется, поэтому току больше не препятствуют.

Электродвижущая сила, создаваемая в индукторе, пропорциональна скорости изменения тока (ΔI /Δt) .

V＝L・ΔI／Δt

V: Электродвижущая сила (В)
L: Индуктивность (Гн)

ΔI /Δt: Скорость изменения тока (А/с)

С другой стороны, при подаче переменного тока (рис. 3) напряжение становится больше, когда ток увеличивается от 0 потому что скорость изменения тока самая большая. По мере замедления скорости увеличения тока напряжение уменьшается, и в точке, где ток достигает своего максимума, напряжение становится равным нулю.

Когда ток начинает падать от своего максимального значения, начинает генерироваться отрицательное напряжение, и напряжение находится в самой низкой точке, когда ток достигает нуля. Глядя на формы сигналов напряжения и тока здесь, мы видим, что электродвижущая сила генерируется с фазой, которая на 1/4 медленнее.

Таким образом, переменный ток труднее передать, чем постоянный. Кроме того, если частота переменного тока превышает определенное значение, ток будет постоянно блокироваться электродвижущей силой, и ток не будет течь. Следовательно, чем выше частота переменного напряжения, тем труднее течь току.

Подводя итоги

• При протекании тока создается магнитная сила.
• При изменении магнитного поля протекает ток
• Легко пропускает постоянный ток и трудно пропускает переменный ток.

Благодаря этим свойствам катушки индуктивности используются в различных областях.

1. Приложения для силовых цепей

Как упоминалось выше, катушки индуктивности могут легко пропускать постоянный ток (DC), но у них есть свойство, затрудняющее прохождение переменного тока (AC). Кроме того, при прохождении переменного тока индукторы обладают свойством подавлять его волны и преобразовывать их в более плавный ток. По этой причине катушки индуктивности используются в цепях питания электронных схем, работающих от постоянного тока.

Обычные источники питания представляют собой цепи переменного тока, поэтому для работы электронных схем необходимо пройти через сглаживающую цепь для регулировки тока. В этих сглаживающих схемах используются катушки индуктивности. Катушки индуктивности также полезны для устранения шума из-за их способности удерживать высокочастотный переменный ток. Катушки индуктивности, используемые в цепях электропитания, в основном называются силовыми индукторами или дроссельными катушками.

2. Приложения для высокочастотных цепей

Основной механизм и концепция катушек индуктивности для высокочастотных цепей такие же, как и для цепей электропитания. Однако высокочастотные цепи, которые часто используются для связи, такие как беспроводная локальная сеть, находятся в диапазоне высоких частот от нескольких десятков МГц до нескольких ГГц, поэтому в таких цепях нельзя использовать обычные катушки индуктивности. Поэтому используются катушки индуктивности с более высокими характеристиками (добротность: добротность), чем обычные катушки индуктивности.

Катушка индуктивности в идеале должна иметь только функцию индуктивности, но в действительности она имеет внутреннюю и оконечную сопротивление, а также имеет распределительную емкость и другие характеристики, благодаря которым катушки действуют как электроды конденсатора.

Конденсаторы противоположны индукторам тем, что они обладают свойством пропускать переменный ток без пропуска постоянного тока. Поэтому при низкой частоте преобладают характеристики катушки индуктивности. Тем не менее, когда частота превышает определенный уровень, функция конденсатора преобладает над функцией индуктора, и его уже нельзя использовать в качестве индуктора.

Частота, при которой происходит это обращение, называется собственной резонансной частотой. При протекании тока с частотой, близкой к частоте собственного резонанса, свойства катушки индуктивности и свойства конденсатора компенсируют друг друга. В результате импеданс (сопротивление в цепях переменного тока) катушки индуктивности уменьшается, и может протекать больший ток. Используя это свойство, катушки индуктивности для высокочастотных цепей используются с целью извлечения сигналов с определенными частотами.

3. Применение силового трансформатора

Катушки индуктивности

также используются в трансформаторах, установленных на опорах электропередач и т.п. В трансформаторных приложениях их чаще называют не катушками индуктивности, а катушками. Когда к индуктору прикладывается переменное напряжение, ток, протекающий через него, изменяется, что вызывает изменение магнитной силы, и эта магнитная сила воздействует на окружающие индукторы, создавая напряжение. Такого рода действие называется «взаимная индукция».

В трансформаторе на изменение магнитной силы, создаваемой током, протекающим через катушку с большим числом витков, влияет соседняя катушка с меньшим числом витков, тем самым создавая большее напряжение и повышая напряжение.

В дополнение к преобразованию напряжения для силовых цепей существуют другие типы катушек индуктивности, используемые в радио и беспроводных цепях, такие как «IFT», которые извлекают сигналы промежуточной частоты, и «аудиопреобразователи», которые преобразуют сигналы звуковой частоты.

Далее рассмотрим основные классификации катушек индуктивности и их характеристики. Существует множество способов классификации их, но здесь мы сначала классифицируем их по структуре обмотки.

1. Проволочный индуктор

Катушка индуктивности с проволочной обмоткой — это катушка индуктивности, наиболее близкая по форме к катушке, с проводником, намотанным в виде спирали, как описано в первом разделе. Некоторые индукторы полые, в то время как другие имеют проводники, намотанные на сердечник (например, шпульки, используемые в швейных машинах). Существуют различные размеры и формы в зависимости от области применения и значения индуктивности.

Они подходят для цепей, в которых должен протекать большой ток или где требуется высокое значение индуктивности.

2. Многослойные катушки индуктивности

Многослойные катушки индуктивности изготавливаются из чередующихся слоев феррита или керамики и катушек. Рисунок катушки создается не намоткой проводников, а трафаретной печатью проводников поверх феррита или другого материала. Слои и слои этого используются, чтобы дать ему свойства катушки. С другой стороны, из-за своей структуры он также имеет внутри конденсаторный компонент.

Катушки индуктивности имеют разные названия в зависимости от их использования

Катушки индуктивности используются в различных сферах нашей повседневной жизни. В зависимости от применения их называют катушками, дросселями, реакторами, соленоидами, сетевыми фильтрами и т. д., как и в случае с трансформаторами. Ниже приведен список типичных имен.