Vad är induktans?

Vad är induktans?

Induktans uppstår när en förändring i strömförsörjningen utnyttjas för att förhindra signaler med högre frekvenskomponent från att passera, samtidigt som signaler med lägre frekvenskomponent tillåts passera. Därför kallas induktorer ibland "chocks", eftersom de effektivt kväver högre frekvenser. En vanlig tillämpning av en chock är i en radios förstärkarbiasningskrets där kollektorn på en transistor behöver förses med en likström utan att låta radiofrekvenssignalen (RF) leda tillbaka till likströmsförsörjningen.

Föreställ dig ett trådledning på 1 000 000 mil (cirka 1 600 000 kilometer) långt. Föreställ dig att vi gör denna tråd till en enorm slinga och sedan ansluter dess ändar till terminalerna på en batteri, som visas i figur 1, vilket drivs genom tråden.

Om vi använder en kort tråd för detta experiment skulle strömmen omedelbart börja flöda, och den skulle nå ett nivå begränsat endast av resistansen i tråden och resistansen i batteriet. Men eftersom vi har en extremt lång tråd krävs det viss tid för elektronerna att arbeta sig från den negativa batteriterminalen, runt slingan, och tillbaka till den positiva terminalen. Därför kommer det att ta lite tid för strömmen att bygga upp sig till sin maximala nivå.

Det magnetiska fältet producerat av slingan kommer att börja litet, under de första få ögonblicken när strömmen går i bara en del av slingan. Fältet kommer att byggas upp när elektronerna får runt hela slingan. När elektronerna når den positiva batteriterminalen så att en stabil ström går runt hela slingan, kommer mängden magnetiskt fält att nå sitt maximum och plana ut, som visas i figur 2. På det tiden kommer vi att ha en viss mängd energi lagrad i det magnetiska fältet. Mängden lagrad energi beror på slingans induktans, vilken beror på dess totala storlek. Vi symboliserar induktans, som en egenskap eller som en matematisk variabel, genom att skriva en kursiv versal bokstav L. Vår slinga utgör en induktor. För att förkorta "induktor" skriver vi en versal, icke-kursiv bokstav L.

Fig. 1. Vi kan använda en enorm, inbillad slinga av tråd för att illustrera principen om induktans

Naturligtvis kan vi inte göra en trådslinga med en omkrets på nästan 1 000 000 mil. Men vi kan vindla ganska långa längder av tråd till kompakta spolar. När vi gör det, ökar det magnetiska flux för en given längd av tråd jämfört med fluxen producerad av en enkel-slinga, vilket ökar induktansen. Om vi placerar en ferromagnetisk stång kallad en kärna inuti en spol av tråd, kan vi öka fluxdensiteten och höja induktansen ännu mer.

Vi kan uppnå värden av L många gånger större med en ferromagnetisk kärna än vi kan få med en liknande stor spol med luftkärna, en solid plastkärna eller en solid torr träkärna. (Plast och torrt trä har permeabilitetsvärden som skiljer sig lite från luft eller vakuum; ingenjörer använder ibland dessa material som spolkärnor eller "former" för att lägga till strukturell rigiditet till vindningarna utan att signifikant ändra induktansen.) Strömmen som en induktor kan hantera beror på tråddiameter. Men värdet av L beror också på antalet varv i spolen, diameter av spolen, och den övergripande formen av spolen.

Om vi håller alla andra faktorer konstanta, ökar induktansen hos en spiralformad spol direkt proportionellt till antalet varv av tråd. Induktansen ökar också direkt proportionellt till diametern av spolen. Om vi "sträcker ut" en spol med ett visst antal varv och en viss diameter medan vi håller alla andra parametrar konstanta, minskar dess induktans. Omvänt, om vi "trycker ihop" en förlängd spol medan vi håller alla andra faktorer konstanta, ökar induktansen.

Under normala omständigheter, förblir induktansen hos en spol (eller något annat slags enhet designad för att fungera som en induktor) konstant oberoende av styrkan på det signal vi tillämpar. I detta sammanhang, "onormala omständigheter" refererar till en tillämpad signal så stark att induktorstråden smälter, eller kärnmaterial värms upp för mycket. Gud teknisk mening kräver att sådana villkor aldrig ska uppstå i ett välutformat elektriskt eller elektroniskt system.

Fig. 2. Relativt magnetiskt flux i och runt en enorm slinga av tråd ansluten till en strömkälla, som en funktion av tid.

Ut