Котушка індуктивності (дросель)

Визначення і теорія котушок індуктивності

Котушка індуктивності (дросель) - котушка з згорнутого ізольованого провідника, що володіє значною індуктивністю при відносно малої місткості та малому активному опорі, здатна накопичувати електромагнітну енергію у власному магнітному полі. Позначається - L. Зовнішній вигляд може бути різним, але якщо ви її мотає самостійно, то буде виглядати якось так:

Величина індуктивності вимірюється в Генрі [Гн].

1 Генрі - дуже велика величина, тому що застосовуються в техніці котушки індуктивності мають величини: мікрогенрі - 10 -6 (мкГн) і міллігенрі - 10 -3 (мГн).

Процеси, що відбуваються в котушці індуктивності (далі - індуктивності) на тимчасовому графіку при підключенні індуктивності до джерела прямокутного однополярного сигналу, показані на малюнку.

З малюнка збоку видно, реакція індуктивності на вплив електричного струму абсолютно протилежно реакції конденсатора (ємності). У момент подачі прямокутного імпульсу джерела струму (червоний), струм індуктивності (фіолетовий) спочатку дорівнює нулю і зі зміною часу збільшується по експоненті - індуктивність накопичує енергію, в початковий момент її внутрішній опір максимально. Напруга на висновках індуктивності (зелений) навпаки спочатку максимально, але потім у міру накопичення енергії зменшується по експоненті до нуля. При пропажі вхідного імпульсу, так як індуктивність - елемент інерційний, напруга на висновках індуктивності різко змінивши полярність спочатку максимально, а струм продовжує текти в тому ж напрямку, зменшуючись при цьому по експоненті - збережена в індуктивності енергія вичерпується. Напруга з негативною області так само по експоненті прагне до нуля. Швидкість зміни напруги і струму залежить від значення індуктивності. Чим більше індуктивність, тим повільніше вони змінюються (експонента більш витягнута за часом). Напруга і струм на навантажувальними резисторами поводяться однаково, і зображені на тимчасовому графіку помаранчевим кольором. Якщо порівняти з конденсатором - повна протилежність. Взаємозв'язок струму і напруги в індуктивності так само описується законом Ома, з урахуванням реактивного опору індуктивності.

Фактично, ми розглянули «чотириполюсника» складається з котушки індуктивності і резистора, який називають інтегрує ланцюжком.

Інтегруюча ланцюжок найчастіше застосовується для формування пилкоподібних імпульсів в будь-який радіо апаратури та тимчасової (наголос на "о") затримки прямокутних імпульсів. Щоб, Вам було зрозуміліше, інтегруюча ланцюжок і отримання пилообразного імпульсу зображені на наступному малюнку. Для отримання останнього, використовується найбільш прямолінійна ділянка інтегрованого імпульсу - його початок, і "обрізається" по часу або за амплітудою (порогу).

Для затримки імпульсів використовують граничний пристрій. Після досягнення амплітуди сигналу пройшов через інтегруючу ланцюжок певного значення (порогу), граничний пристрій пропускає вхідний сигнал на вихід. Після чого, сигнал підсилюється підсилювачем до необхідної величини. З метою зменшення розмірів (виключення громіздкість), схеми формування пилкоподібних імпульсів, і схеми затримки імпульсів ефективніше робити на інтегрує ланцюжку складається з резистора і конденсатора.

Крім функції перетворення прямокутних імпульсів, інтегруюча ланцюжок може застосовуватися в якості фільтра низьких частот (ФНЧ). Індуктивність - інертний елемент. Якщо до дроселя з великим значенням індуктивності докласти змінну напругу високої частоти, в силу своєї інертності, індуктивність буде не здатною пропустити через себе струм, адже індуктивності спочатку треба буде запастися енергією у власному осерді, а потім віддавати цю енергію. Властивість індуктивності чинити опір змінному електричному струму називають реактивним опором індуктивності. яке використовується при конструюванні частотних фільтрів і коливальних контурів. Реактивний опір індуктивності позначається X L або Z L і вимірюється в Омах. Реактивний опір індуктивності пов'язано з частотою струму виразом:

З формули видно, що реактивний опір індуктивності прямо пропорційно частоті. Іншими словами, чим вище частота, тим більше реактивний опір індуктивності.

Тепер уявіть, що інтегруюча ланцюг, це - описаний на сайті дільник напруги, де замість першого резистора виступає індуктивність. А ми з формули тепер знаємо, що індуктивність легко пропускає низькі частоти - його опір мінімально і погано пропускає високі частоти - його опір максимально. Не зраджуючи тексту повторюся: У радіоелектроніці, коли розраховують частотні фільтри, то вважають характеристикою фільтра - частоту зрізу, яка визначається як значення частоти сигналу, на якому амплітуда вихідного сигналу зменшується (загасає) до значення 0,7 від вхідного сигналу. Щоб було зрозуміліше, покажу це на малюнку.

Те, що зображено, називається амплітудно-частотної характеристикою. або скорочено - АЧХ. Для фільтра високих частот відповідає АЧХ фіолетового кольору, і частота зрізу дорівнює значенню f 2.

Знаючи, як розраховується дільник напруги і реактивний опір індуктивності на певній частоті, Ви елементарно можете розрахувати найпростіший г-подібний фільтр низької частоти на котушці індуктивності (дроселі) і резистори.

Якщо в інтегрує ланцюжку поміняти місцями індуктивність і резистор, то ми отримаємо - диференціюються ланцюжок. Всі процеси в диференціює ланцюжку відбуваються точно так же, як і в інтегрує. Терміни їх виконання, показані на першому малюнку абсолютно справедливі для диференціюються ланцюжка. Відмінність полягає в тому, що вихідним елементом є не резистор, а котушка індуктивності.

Як описувалося в статті про конденсатор: якщо дифференцирующая ланцюжок - це фільтр високих частот, то інтегруюча ланцюжок - це фільтр низьких частот (ФНЧ). І розраховується він так само, через дільник напруги. Для фільтра низьких частот відповідає АЧХ на малюнку - оранжевого кольору, і частота зрізу дорівнює значенню f 1.

Cледует додати, частотні фільтри, виконані на котушках індуктивності і резисторах, так само, як і на конденсаторах і резисторах мають пологу амплітудно-частотну характеристику. Іншими словами у таких фільтрів слабо виражений частотний зріз. Більш якісний зріз, мають фільтри складаються з конденсаторів і котушок індуктивності (дроселів), але про це в наступній статті.

Спосіб вимірювання індуктивностей

Напевно прочитавши цю статтю, грамотний Новомосковсктель подумає: "Хм, теорія це звичайно добре, але як виміряти руками значення індуктивності на практиці?". Одного разу цим повросом задався і я, і зібрав просту схему для перевірки индуктивностей.