什么时候真正使用电感器?我已经读过,考虑到它们的物理特性,这些元素通常很难在电路中实现。我还读到,如果将电感器放置在电路中,则有一种实施方法实际上可以将它们平放并在平面上围绕自身缠绕,但这显然不是很常见。
我已经看到在一些无线应用中使用了一点电感器,但没有太多。我知道电感器可用于滤波器,但更精确且易于获得的电容器也可以。
简而言之,电感器的真正用途是什么?
什么时候真正使用电感器?我已经读过,考虑到它们的物理特性,这些元素通常很难在电路中实现。我还读到,如果将电感器放置在电路中,则有一种实施方法实际上可以将它们平放并在平面上围绕自身缠绕,但这显然不是很常见。
我已经看到在一些无线应用中使用了一点电感器,但没有太多。我知道电感器可用于滤波器,但更精确且易于获得的电容器也可以。
简而言之,电感器的真正用途是什么?
好问题.. 一个常见的用途是在过滤器中。电容器很容易通过高频信号,但会抵抗低频信号。而电感器则相反:它容易通过低频,并阻碍高频。事实上,在大多数扬声器外壳内,您会发现低音扬声器上使用的电感器将低频能量传递给低音扬声器,而高音扬声器则使用电容器将高频能量传递给高音扬声器。
在那里使用电感器的原因是它不会“消耗”或“浪费”高频能量,它只是阻止它通过,这样能量就可以通过电容器传递到高音扬声器。
一般来说,电感器的行为与电容器的行为是双重的,因此大多数需要一个的功能可以通过使用另一个来实现,但采用不同的布置。但这并不总是正确的。例如,如果你只想接收低频能量,你可以先接一个电阻,再接一个电容接地。高频能量将通过电容器“短路”,并降低电阻器两端的大部分电压(将高频信号转化为热量),电容器两端的幅度很小。如果您只想要信息,那效果很好,所以浪费高频能量是可以的。但是对于扬声器,将高能量输入扬声器箱需要做很多工作,所以您需要一种过滤方法不失能量!
这带来了电阻器与电容器和电感器之间的根本区别。电阻器将它们两端的电压乘以通过它们的电流变成热量。但是电容和电感不行!理想的版本不会将任何电能转化为热能。尽管真实的将它们之间的一定百分比的电压乘以通过它们的电流变成热量 - 该百分比随电压/电流的频率而变化。
电感器的另一个常见用途是在振荡器中。想象一个电感器和一个电容器在两端连接在一起——在某个频率下,两者的电阻完全相同!这称为组合的共振频率。事实证明,一旦你启动它,电容器的电压就会迫使电流流入电感器,直到电压达到零——但现在电感器希望电流继续流动,它确实如此,并最终为电容器充电,但与之前的电压相反。当电流达到零时,电容器再次开始强制电流,它会增加..但方向与以前相反..同样的事情重复..
如果电感器和电容器是完美的,那么这将永远持续下去..但是它们都损失了一点能量,变成了热量..所以每次重复时的电压和电流都会减少..振荡器,然后是一种在每个周期后补充损失能量的方法。
第三种常见用途是作为能量存储设备,特别是在开关电源中。在这种情况下,直流电源的功能是提供连续电流。它还具有在输入电压源和输出电压之间切换的功能。因此,它阻止高频的事实可以看作是:当它两端的电压突然改变时,通过它的电流不会……相反,电流只是开始变得不同。因此,如果您很快将电压更改为非常高,然后是零,然后是非常高,然后是零,电流将开始上升,然后开始下降,但只要您只将两个电压中的任何一个保持很长时间短时间内,电流在任何一个方向上都不会发生太大变化。如果你在保持低位的同时保持高位,然后电流将平均并保持稳定。如果该电流与从电源中取出的电流相匹配,则电源的输出电压将保持恒定。现在,想象一下将高压置于比地长一点的时间——在多次重复的过程中,电流会缓慢增加……反之亦然。如果负载保持相同的电流,则电源的输出电压将缓慢上升,因为额外的电流会为输出和地之间的电容器充电。这就是开关电源使用电感器将大输入电压变为较小输出电压的方式。有一个电路可以检测输出电压,并与所需电压进行比较,并调整电感器在高输入电压对地电压下的时间,
这些是仅有的三种常见用途。但一些奇特的电路以奇怪的方式使用电感器的传递函数(例如,在旧雷达中,作为“转向”电路的一部分,以阻止传出的能量炸毁敏感的接收器)。另请参阅“回转器”,它可以使电容器看起来像电感器(反之亦然)!
储存在电容器中的能量再次以与其输入相反的方向输出。
存储在电感器中的能量的输出方向与输入的方向相同。
这使您可以构建谐振 LC 电路,其中能量在电容器和电感器之间以特定频率循环:这是无线电接收器电路的传统基础。
与 RC 滤波器相比,LC 滤波器通过的信号损失的能量更少。
您还可以通过将电流脉冲发送到电感器来构建近乎无损的电源电压转换“升压”和“降压”转换器,从而有效地将其过滤成特定的目标直流值。
并且让我们还考虑那些使用电感器(线圈)起作用的设备。我敢肯定你以前一定见过这些东西。
继电器、螺线管、扬声器(包括耳机)、动圈麦克风、变压器、电磁铁、电机等。
只是几个例子。
考虑这个简化的开关稳压器:
施加到 MOSFET Q1 的方波将 Vin 斩波成方波并将其施加到 L1-C1 滤波器。(D1 在 Q1 的关断期间钳位电感电压,防止开关节点相对于输出变得过负。)该方波的平均值将是提供给负载的能量,但大多数负载不会像带有锋利边缘的脉动直流电。电感器将电流的上升速度减慢到一个低得多的值,并存储能量,以便当开关关闭时,它为电容器和负载提供能量。无论 Q1 的状态如何,电容器始终看到一个受控的充电电流,使输出非常接近 DC(一个非常小的三角形 AC 信号骑在 DC 信号上)。
正是这种电流滤波(由电感器提供)加上电压滤波(由电容器提供)的组合将方波变成了合理的直流输出。如果没有电感器控制 C1 的充电和放电速率,输出将与稳压器的方波输入没有什么不同,当 Q1 导通时电容器突然充电到 Vin 时会产生大电流,而 Q1 时会快速放电关闭,因为没有电流源帮助维持 C1 两端的电压。