ตัวเหนี่ยวนำเบื้องต้น

ส่วนประกอบ Passive หนึ่งที่ยังคงปิดบังอยู่เสมอคือตัวเหนี่ยวนำ เหล่านี้เป็นขดลวดเช่นโครงสร้างที่คุณพบในวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังส่วนใหญ่และเป็นเพราะคุณสมบัติของหม้อแปลงของคุณทำงาน เหตุผลที่คนจำนวนมากไม่เข้าใจตัวเหนี่ยวนำคือพวกเขาไม่เพียง แต่เปลี่ยนสนามไฟฟ้า แต่ยังรวมถึงสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ด้วย ในบทช่วยสอนนี้ให้เราเข้าใจพื้นฐานของตัวเหนี่ยวนำและ demystify เพื่อที่เราจะได้รู้ว่าจะใช้เมื่อไรในการใช้งานของเรา

ตัวเหนี่ยวนำคืออะไร?

ตัวเหนี่ยวนำอาจจะง่ายที่สุดของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดที่สร้างขึ้นเหมือนตัวต้านทานซึ่งเป็นความยาวของลวดที่เรียบง่ายซึ่งขดตัวอยู่ อย่างไรก็ตามที่นี่การต่อต้านไม่ใช่คุณสมบัติที่เรากำลังมองหา มันเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเนื่องจากรูปร่างของลวด - ขดลวด - มันสร้างสนามแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไหลผ่าน สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำนี้ให้สายไฟนี้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเหนี่ยวนำ - ซึ่งทำให้ส่วนเหล่านี้มีชื่อ

ความแตกต่างระหว่างตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ

เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับตัวเก็บประจุในบทความก่อนหน้านี้แล้ว และตอนนี้คุณได้ทราบพื้นฐานของตัวเหนี่ยวนำแล้วคุณอาจได้รับคำถามว่า "อะไรคือความแตกต่างระหว่างตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ"

สิ่งแรกอันดับแรกทั้งสองเก็บพลังงานเมื่อศักย์ไฟฟ้าถูกนำมาใช้ข้ามมัน แต่ตัวเก็บประจุเก็บพลังงานในรูปของสนามไฟฟ้าและตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงานในรูปแบบของแม่เหล็กเฟลิด โอเค แต่มันมีผลกับประสิทธิภาพของมันอย่างไร

เราต้องขุดลึกลงไปเพื่อเข้าใจว่า แต่สำหรับตอนนี้คุณสามารถจำได้ว่าตัวเก็บประจุพยายามที่จะปรับระดับแรงดันไฟฟ้าในวงจรนั่นคือมันไม่ชอบการเปลี่ยนแปลงของศักยภาพในแต่ละองค์ประกอบและด้วยเหตุนี้มันจะประจุหรือ ปล่อยให้ระดับแรงดันขึ้น Inductor ในทางกลับกันไม่ชอบการเปลี่ยนแปลงของกระแสภายในวงจรดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของกระแสก็จะทำการประจุหรือคายประจุเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจร

นอกจากนี้โปรดจำไว้ว่าตัวเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนขั้วในขณะที่คายประจุดังนั้นศักยภาพในระหว่างการชาร์จจะตรงข้ามกับศักย์ระหว่างการชาร์จประจุ

สัญลักษณ์สำหรับตัวเหนี่ยวนำ

เช่นเดียวกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ สัญลักษณ์สำหรับตัวเหนี่ยวนำเป็นรูปสัญลักษณ์ที่ทำให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นว่ามันมีลักษณะอย่างไร:

เส้นที่อยู่ใกล้สัญลักษณ์แสดงถึงวัสดุหลัก - สิ่งที่เราจะพูดถึงในภายหลัง

การทำงานของ Inductor

ตัวเหนี่ยวนำดังที่กล่าวไว้แล้วเป็นเพียงขดลวด

ก่อนที่เราจะไปทำอย่างอื่นลองถามคำถามก่อนว่าทำไมม้วน

อย่างที่เราทราบแล้วตัวนำตัวนำใด ๆ ในปัจจุบันสร้างสนามแม่เหล็กตามแฟชั่นดังต่อไปนี้:

อย่างไรก็ตามหากคุณเสียบค่าของกระแสลงในสูตรคุณจะรู้ว่าสนามแม่เหล็กที่ผลิตนั้นมีขนาดเล็กมาก - เกือบเล็กน้อยยกเว้นว่ากระแสจะสูงมากเป็นไปไม่ได้ในลำดับเมกะแอมป์

ดังนั้นเพื่อเพิ่มสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยความยาวของเส้นลวดที่เฉพาะเจาะจงเราจึงห่อมันให้เป็นรูปแบบของขดลวด สิ่งนี้จะเพิ่มสนามแม่เหล็กดังนี้:

รูปร่างนี้เรียกว่าโซลินอยด์

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับขั้วของตัวเหนี่ยวนำกระแสที่ไหลจะสร้างสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กนี้สร้างกระแสเหนี่ยวนำอีกครั้งในตัวเหนี่ยวนำของขั้วตรงข้ามตามกฎของพรซ์ กระแสน้ำจะไม่ยกเลิกซึ่งกันและกัน - แต่กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะพยายามต่อต้านกระแสไฟฟ้าที่เข้ามาเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเหนี่ยวนำ ผลลัพธ์โดยรวมของการต่อสู้นี้คือกระแสที่ผ่านตัวเหนี่ยวนำไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างรวดเร็ว - มันเป็นความชันเชิงเส้นเสมอ

การวัดตัวเหนี่ยวนำ

พฤติกรรมการทำงานของตัวเหนี่ยวนำทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจ - เราจะวัดพฤติกรรมของตัวเหนี่ยวนำได้อย่างไรในแง่ที่สามารถวัดได้ง่าย?

เราสามารถลองวัดตัวเหนี่ยวนำโดยสนามแม่เหล็กที่พวกมันสร้างขึ้น ทันทีที่เราทำเช่นนั้นเราพบปัญหา สนามแม่เหล็กที่สร้างโดยตัวเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับกระแสที่ไหลผ่านดังนั้นแม้แต่ตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กก็สามารถสร้างสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ได้

แต่เราสามารถใช้วิธีการเดียวกับที่เราใช้สำหรับตัวเก็บประจุและเราสามารถกำหนดตัวเหนี่ยวนำของวงจรเป็นการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสมีการเปลี่ยนแปลงในอัตราที่แน่นอน

ศาสตร์

V = L (dI / dt)

เมื่อ V คือแรงดันไฟฟ้า L คือการเหนี่ยวนำฉันคือกระแสและ t คือช่วงเวลา

การเหนี่ยวนำ 'L' ถูกวัดใน Henrys ตั้งชื่อตาม Joseph Henry นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันผู้ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

สูตรการคำนวณการเหนี่ยวนำของขดลวดนั้นได้รับจากสูตรนี้:

L = (µn2a) / l

เมื่อ L เป็นตัวเหนี่ยวนำใน Henrys µ คือค่าคงที่การซึมผ่านนั่นคือสัมประสิทธิ์ของสนามแม่เหล็กที่สามารถสร้างขึ้นในตัวกลางที่กำหนดได้ง่าย n คือจำนวนรอบการหมุน a คือพื้นที่ของขดลวดและ l คือความยาว ของขดลวด

อีกครั้งเฮนรี่เป็นหน่วยที่มีขนาดใหญ่มากดังนั้นตัวเหนี่ยวนำที่ใช้งานจริงจึงถูกวัดใน microHenrys, uH ซึ่งเป็นหนึ่งในล้านของเฮนรี่หรือหนึ่งในพันมิลลิเฮนรี mH ซึ่งเป็นหนึ่งในพันของเฮนรี่ บางครั้งคุณอาจพบว่าตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กมากวัดเป็น nanoHenrys ซึ่งเป็นหนึ่งในพันของ uH

ตัวเหนี่ยวนำชนิดต่าง ๆ

ตอนนี้ the ในสมการข้างต้นมีนัยที่น่าสนใจ แสดงให้เห็นว่าสามารถจัดการสนามแม่เหล็กภายในตัวเหนี่ยวนำได้ บางครั้งสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยโซลินอยด์ยังขาดคุณสมบัติบางครั้ง นั่นคือเหตุผลที่เกือบทุกกรณีคุณพบว่าตัวเหนี่ยวนำเกิดขึ้นรอบ ๆ วัสดุหลัก

แกนเป็นวัสดุที่สนับสนุนการสร้างสนามแม่เหล็ก พวกเขามักจะทำจากเหล็กและสารประกอบของมันเช่นเฟอร์ไรต์ (ซึ่งเป็นออกไซด์ของเหล็ก) คุณสามารถได้รับสนามแม่เหล็กที่มากขึ้นโดยใช้แกนมากกว่าที่ไม่มี

1. แอร์ CORE INDUCTORS:

เช่นเดียวกับชื่อที่แสดงตัวเหนี่ยวนำชนิดนี้ไม่มีแกน - วัสดุหลักคืออากาศ! เนื่องจากอากาศมีการซึมผ่านค่อนข้างต่ำตัวเหนี่ยวนำของแกนอากาศหลักจึงค่อนข้างต่ำ - ไม่ค่อยสูงกว่า 5uH เนื่องจากมีการเหนี่ยวนำต่ำอัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสจึงค่อนข้างเร็วสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และทำให้สามารถจัดการกับความถี่สูงได้ ส่วนใหญ่จะใช้ในวงจร RF

2. ตัวเหนี่ยวนำเหล็กหลัก

เหล็กอาจเป็นวัสดุแม่เหล็กที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับตัวเหนี่ยวนำ สิ่งเหล่านี้อยู่ในรูปของตัวนำกระแสไฟฟ้าแกนเหล็ก พวกเขามักจะใช้สำหรับการกรองเส้นความถี่ต่ำเนื่องจากพวกเขาสามารถค่อนข้างอ้วนและมีการเหนี่ยวนำมาก พวกเขายังใช้ในอุปกรณ์เครื่องเสียง

3. FERRITE CORE INDUCTORS

เฟอร์ไรต์เป็นเพียงผงเหล็กออกไซด์ ผงนี้ผสมกับอีพอกซีเรซินและสร้างเป็นแกนรอบ ๆ ซึ่งสายไฟสามารถพันกันได้ แกนเฟอร์ไรต์เป็นที่รู้จักได้ง่ายที่สุดเนื่องจากมีสีเทาดำ - ดำ พวกเขายังเปราะบางและแตกง่าย เป็นตัวเหนี่ยวนำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากการซึมผ่านสามารถควบคุมได้อย่างละเอียดโดยควบคุมอัตราส่วนของเฟอร์ไรต์ต่ออีพอกซีในส่วนผสม

ตัวนำกระแสไฟฟ้าในซีรี่ส์และขนาน

ตัวเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานจะทำงานในลักษณะตรงกันข้ามกับตัวเก็บประจุ

ตัวอย่างเช่นในการคำนวณตัวเหนี่ยวนำของกลุ่มตัวเหนี่ยวนำในอนุกรมคุณสามารถสรุปค่าของตัวเหนี่ยวนำแต่ละตัวได้

L = L1 + L2 + … + Ln

เมื่อ L คือตัวเหนี่ยวนำทั้งหมดและ L1, L2 … Ln เป็นตัวเหนี่ยวนำส่วนบุคคล

สมมติว่าคุณมีตัวเหนี่ยวนำสองตัวหนึ่งตัววัด 10uH และอีก 15uH จากนั้นโดยใส่พวกเขาในซีรีส์คุณจะได้รับตัวเหนี่ยวนำรวม 25uH

ตัวเหนี่ยวนำแบบขนานจะทำงานในลักษณะเดียวกับตัวต้านทานแบบขนานตัวเหนี่ยวนำจะได้รับโดย:

1 / L = 1 / L1 + 1 / L2 + … + 1 / Ln

เมื่อ L คือตัวเหนี่ยวนำทั้งหมดและ L1, L2 … Ln เป็นตัวเหนี่ยวนำส่วนบุคคล

ด้วยวิธีนี้ถ้าคุณเชื่อมต่อตัวเหนี่ยวนำ 10uH สองตัวพร้อมกันคุณจะได้ตัวเหนี่ยวนำ 5uH

สูตรตัวเหนี่ยวนำที่มีประโยชน์

1. พลังงานที่เก็บไว้โดยตัวบ่งชี้:

ตัวเหนี่ยวนำสามารถเก็บพลังงานได้เหมือนกับตัวเก็บประจุ แต่พลังงานจะหายไปทันทีที่คุณปลดการเชื่อมต่อพลังงานและสนามแม่เหล็กจะยุบตัว กล่าวอีกนัยหนึ่งตัวเหนี่ยวนำที่ไม่ใช้กำลังไม่สามารถรักษาสนามแม่เหล็กไว้ได้

E = ½ * L * I2

โดยที่ E เป็นพลังงานในจูลส์ L เป็นตัวเหนี่ยวนำในเฮนรีและฉันเป็นแอมป์ในปัจจุบัน

หากคุณมีตัวเหนี่ยวนำขนาด 20uH โดยที่มีกระแส 5A ไหลผ่านแล้วพลังงานที่เก็บไว้จะเป็น 0.00025J ในตัวเหนี่ยวนำด้านนี้เช่นตัวเก็บประจุถือพลังงานน้อยมาก

2. อัตราการเพิ่มขึ้นในปัจจุบัน

สูตรนี้มีการพูดคุยกันแล้ว แต่มันก็คุ้มค่าที่จะดูอย่างใกล้ชิด

V / L = dI / dt

โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับตัวเหนี่ยวนำ L คือการเหนี่ยวนำฉันคือกระแสและ t คือเวลา

สิ่งนี้กล่าวว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าคงที่ถูกนำไปใช้กับตัวเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นในความชันเชิงเส้น สิ่งนี้มีประโยชน์ในการสร้างทางลาดปัจจุบันเช่นเดียวกับตัวเก็บประจุที่สร้างทางลาดแรงดันไฟฟ้าที่กระแสคงที่

3. ความต้านทาน

ตัวเหนี่ยวนำมีความต้านทานที่เกี่ยวข้องกับความถี่โดยสูตร:

XL = 2π * f * L

โดยที่ XL เป็นอิมพีแดนซ์เหนี่ยวนำ f คือความถี่ในเฮิรตซ์และ L คือการเหนี่ยวนำใน Henrys

พฤติกรรมตัวเหนี่ยวนำในวงจร

น่าแปลกที่ตัวเหนี่ยวนำไม่มีประโยชน์ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลคงที่และตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่เหมือนสายลวดเล็กน้อย

พวกเขาพบว่าส่วนใหญ่ใช้ในวงจร AC พวกเขามีอิมพีแดนซ์ซึ่งทำให้มีประโยชน์ในการ จำกัด กระแสในวงจร AC เช่นบัลลาสต์หลอดไฟ

พวกเขายังสามารถใช้ในการกรองสัญญาณ

ในกรณีแรกตัวเหนี่ยวนำอนุญาตให้กระแส DC ทั้งหมดไหลผ่านลงสู่พื้นดินป้องกันไม่ให้ความถี่ต่ำทั้งหมดถึงขาออก ที่ความถี่สูงกว่าความต้านทานของตัวเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องดังนั้นสัญญาณสามารถผ่านไปยังเอาท์พุทจึงเรียกว่าตัวกรองผ่านสูง

ในกรณีที่สองตัวเหนี่ยวนำอนุญาตให้ DC และความถี่ต่ำผ่าน แต่บล็อกความถี่สูงทั้งหมดจากเอาท์พุทจึงเรียกว่าตัวกรองความถี่ต่ำ

ตัวเหนี่ยวนำในชีวิตจริง

ตัวเหนี่ยวนำเนื่องจากทำจากลวดทองแดงและเฟอร์ไรต์มักจะมีราคาแพงและพบว่าส่วนใหญ่ใช้ในวิทยุอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์โทรคมนาคม

ในแหล่งจ่ายไฟจะใช้คุณสมบัติของตัวเหนี่ยวนำเพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของกระแสไฟฟ้า พร้อมกับตัวเก็บประจุมันทำหน้าที่ป้องกันการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟออก

วงจร RF ใช้ประโยชน์จากวงจร LC ที่น่าสนใจที่เรียกว่าถัง ตัวเก็บประจุจะถูกประจุและปล่อยลงในตัวเหนี่ยวนำซึ่งจะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้น เมื่อสนามแม่เหล็กยุบตัวแรงดันไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นและประจุตัวเก็บประจุ สิ่งนี้สร้างการแกว่งเป็นระยะซึ่งสามารถใช้ในการสร้างความถี่สูง

ความถี่สามารถคำนวณได้จากสูตร:

โดยที่ f คือความถี่ในเฮิรตซ์ L คือการเหนี่ยวนำใน Henrys และ C คือความจุใน Farads

ข้อสรุป

และนั่นคือความรู้เชิงปฏิบัติที่คุณจะต้องใช้ในการทำงานกับตัวเหนี่ยวนำ พวกมันเป็นอุปกรณ์ที่ง่ายและไม่ได้แพร่หลายเหมือนกับตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน แต่ก็ยังมีประโยชน์มาก

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดติดต่อเราที่ sales@xfullstar.com