Что такое индуктивность?

Что такое индуктивность?

Индуктивность возникает, когда изменение потока тока используется для предотвращения прохождения сигналов с более высокой частотной составляющей, в то время как сигналы с более низкой частотной составляющей могут проходить. Вот почему индукторы иногда называют "дросселями", так как они эффективно подавляют высокие частоты. Общим применением дросселя является схема смещения радиоусилителя, где коллектору транзистора необходимо подать постоянное напряжение без того, чтобы радиочастотный (RF) сигнал проводился обратно в источник постоянного тока.

Представьте себе провод длиной 1 000 000 миль (примерно 1 600 000 километров). Представьте, что мы делаем из этого провода огромную петлю и затем соединяем его концы с клеммами батареи, как показано на рисунке 1, пропуская ток через провод.

Если бы мы использовали короткий провод для этого эксперимента, ток начал бы течь немедленно, и он достиг бы уровня, ограниченного только сопротивлением в проводе и сопротивлением батареи. Но поскольку у нас очень длинный провод, электронам потребуется некоторое время, чтобы пройти от отрицательной клеммы батареи, вокруг петли, и вернуться к положительной клемме. Поэтому потребуется некоторое время, чтобы ток достиг своего максимального уровня.

Магнитное поле, создаваемое петлей, будет начинаться с малого, в первые моменты, когда ток течет только по части петли. Поле будет возрастать по мере того, как электроны обходят петлю. Когда электроны достигнут положительной клеммы батареи, и установится стабильный ток, окружающий всю петлю, величина магнитного поля достигнет максимума и стабилизируется, как показано на рисунке 2. В этот момент в магнитном поле будет сохранена определенная энергия. Количество сохраненной энергии будет зависеть от индуктивности петли, которая зависит от ее общего размера. Мы обозначаем индуктивность, как свойство или математическую переменную, записывая прописную букву L курсивом. Наша петля представляет собой индуктор. Чтобы сократить "индуктор", мы пишем прописную, не курсивную букву L.

Рис. 1. Мы можем использовать огромную, воображаемую петлю провода, чтобы проиллюстрировать принцип индуктивности

Очевидно, мы не можем сделать проволочную петлю с окружностью, близкой к 1 000 000 миль. Но мы можем намотать довольно длинные участки провода в компактные катушки. Когда мы это делаем, магнитный поток для данного участка провода увеличивается по сравнению с потоком, создаваемым одноповоротной петлей, что увеличивает индуктивность. Если мы поместим ферромагнитный стержень, называемый сердечником, внутрь катушки провода, мы можем увеличить плотность потока и повысить индуктивность еще больше.

Мы можем достичь значений L, во много раз больших, с ферромагнитным сердечником, чем с катушкой аналогичного размера, имеющей воздушный сердечник, сплошной пластиковый сердечник или сплошной сухой деревянный сердечник. (Пластик и сухое дерево имеют значения проницаемости, которые мало отличаются от воздуха или вакуума; инженеры иногда используют эти материалы в качестве сердечников или "форм" катушек, чтобы добавить жесткость обмоткам, не значительно изменяя индуктивность.) Ток, который может выдержать индуктор, зависит от диаметра провода. Но значение L также зависит от числа витков в катушке, диаметра катушки и общей формы катушки.

Если мы будем держать все остальные факторы постоянными, индуктивность спиральной катушки увеличивается прямо пропорционально числу витков провода. Индуктивность также увеличивается прямо пропорционально диаметру катушки. Если мы "растянем" катушку с определенным числом витков и определенным диаметром, при этом все другие параметры останутся неизменными, ее индуктивность уменьшится. Наоборот, если мы "сожмем" удлиненную катушку, при этом все другие факторы останутся неизменными, индуктивность увеличится.

В нормальных условиях индуктивность катушки (или любого другого устройства, предназначенного для функционирования в качестве индуктора) остается постоянной, независимо от силы сигнала, который мы применяем. В данном контексте "аномальные условия" относятся к применяемому сигналу, настолько сильному, что провод индуктора плавится, или материал сердечника нагревается чрезмерно. Хороший инженерный подход требует, чтобы такие условия никогда не возникали в хорошо спроектированной электрической или электронной системе.

Рис. 2. Относительный магнитный поток внутри и вокруг огромной петли провода, соединенной с источником тока, в зависимости от времени.

Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы их делиться, если есть нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.