Bendrojo režimo induktorius

Induktyvumas yra svarbi elektros grandinių sąvoka, apibūdinanti, kaip grandinės elementas gali kaupti energiją magnetiniame lauke. Induktyvumas paprastai žymimas simboliu "L" ir apibrėžiamas kaip grandinės elemento įtampos ir srovės per jį kitimo greičio santykis. Matematiškai tai galima išreikšti kaip L=V / (dI/dt), kur L yra induktyvumas, V yra įtampa, o dI/dt yra srovės kitimo greitis laikui bėgant. Induktyvumas susidaro sąveikaujant elektros srovei ir magnetiniam laukui. Kai srovė teka per laidą ar ritę, aplink ją susidaro magnetinis laukas. Tada šis magnetinis laukas indukuoja įtampą bet kurioje netoliese esančioje laidžioje medžiagoje, pavyzdžiui, kitame laide ar ritėje.

Induktoriaus nuolatinės srovės varža matuoja, kiek jis prieštarauja nuolatinės srovės srautui per jį. Jis matuojamas omais ir priklauso nuo laido ilgio ir skerspjūvio ploto. Kai nuolatinė srovė teka per induktorių, jis sukuria magnetinį lauką, kuris kaupia energiją. Ši energija išsiskiria išjungus srovę, sukuriant induktyvumą, kuris filtruoja ir kaupia energiją. Svarbu sumažinti nuolatinės srovės varžą, nes tai daro įtaką nuolatinės srovės grandinių induktorių efektyvumui ir veikimui. Nuolatinės srovės varžai apskaičiuoti naudojamas Ohmo įstatymas, kurį gali paveikti temperatūra, vielos medžiaga ir danga. Renkantis induktorius, aukšto našumo programoms, kurioms reikalingas didesnis efektyvumas, pageidautina naudoti mažesnę nuolatinės srovės varžą.

Q faktorius arba kokybės faktorius yra matas, kaip efektyviai induktorius gali kaupti ir išleisti energiją. Jis apskaičiuojamas kaip energijos, sukauptos induktoryje, ir energijos, prarastos kaip šiluma, santykis per kiekvieną virpesių ciklą. Matematiškai Q koeficientas išreiškiamas kaip Q=2πfL / R, kur f yra induktoriaus rezonansinis dažnis, L yra induktyvumas, o R yra induktoriaus varža.
Didesnis Q koeficientas reiškia, kad induktorius efektyviau kaupia energiją, o mažesnis Q koeficientas reiškia, kad induktorius lengviau praranda energiją. Projektuojant ir parenkant induktorius, Q faktorius yra svarbus parametras, ypač tais atvejais, kai reikia didelio efektyvumo ir mažo galios nuostolių. Pavyzdžiui, aukšto Q induktoriai naudojami RF grandinėse, kad sureguliuotų grandines prie tam tikrų dažnių su minimaliais galios nuostoliais.
Induktoriaus Q koeficientą įtakoja įvairūs veiksniai, tokie kaip vielos medžiaga, vielos skersmuo, šerdies medžiaga ir šerdies forma. Naudojant didelio laidumo laidą, sumažinus vielos skersmenį ir pasirinkus aukštos kokybės šerdies medžiagas, galima pagerinti induktoriaus Q koeficientą. Be to, induktoriaus rezonansinis dažnis turi įtakos jo Q faktoriui, kuris yra didžiausias esant rezonansiniam dažniui. Todėl norint pasiekti norimą efektyvumo lygį konkrečioje programoje, labai svarbu pasirinkti tinkamą rezonansinį dažnį.

Savaiminio rezonanso dažnis yra dažnis, kuriuo induktorius turi didžiausią reaktyvumą ir mažiausią varžą, veikdamas kaip rezonansinė grandinė. Esant tokiam dažniui, induktoriaus reaktyvumas panaikina jo varžą, todėl susidaro grynai varžinė varža. Savaiminio rezonanso dažnį lemia ritės induktyvumas, talpa tarp ritės posūkių ir paskirstyta talpa tarp ritės ir kitų laidžių elementų grandinėje. Jį galima apskaičiuoti naudojant formulę f=1 / (2π √LC), kur L yra ritės induktyvumas, C yra bendra talpa, o f yra savaiminio rezonanso dažnis.
Induktorių reaktyvumas didėja dažniuose, viršijančiais savaiminio rezonanso dažnį, ir mažėja dažniais, esančiais žemiau jo. Savaiminio rezonanso dažnis yra kritinis parametras renkantis ir projektuojant induktorius aukšto dažnio reikmėms, nes naudojant induktorių, viršijantį jo savaiminio rezonanso dažnį, gali sumažėti efektyvumas, per daug išsisklaidyti šiluma ir netgi sugadinti induktorių.
Savaiminio rezonanso dažnis gali būti perkeltas keičiant ritės arba grandinės, prie kurios ji prijungta, fizines savybes. Tai galima padaryti reguliuojant ritės apsisukimų skaičių, keičiant jos fizinį dydį ar formą arba keičiant grandinės talpą. Suprasti savaiminio rezonanso dažnį ir kaip jį reguliuoti yra labai svarbu projektuojant ir parenkant aukšto dažnio grandinių induktorius.

Induktoriaus soties srovė yra kritinis veiksnys nustatant didžiausią srovę, kurią induktyvumas gali valdyti, kol jo induktyvumas pradeda mažėti dėl šerdies medžiagos magnetinio prisotinimo. Kai šerdies medžiaga prisisotina, magnetinio lauko stipris šerdyje pasiekia maksimalų lygį, todėl ritės induktyvumas sumažėja. Keletas veiksnių, tokių kaip šerdies medžiaga, šerdies geometrija, laido dydis ir ritės apsisukimų skaičius, lemia induktoriaus soties srovę.
Paprastai induktoriai su didesnėmis šerdimis ir daugiau vielos posūkių gali atlaikyti didesnę srovę, kol nepasiekia magnetinio prisotinimo. Projektuojant grandinę, kuriai reikia didelių srovių, labai svarbu pasirinkti induktorių su atitinkama soties srove. Induktoriaus gamintojai pateikia duomenų lapą, kuriame yra induktoriaus soties srovė, kurią galima apskaičiuoti arba įvertinti pagal šerdies medžiagą ir geometriją. Svarbu pasirinkti induktorių, kurio soties srovė yra didesnė už didžiausią tikėtiną srovę, kad būtų išvengta prisotinimo sukelto veikimo pablogėjimo.

Induktoriaus temperatūros koeficientas yra procentas, rodantis, kaip ritės induktyvumas keičiasi temperatūros atžvilgiu. Paprastai jis išreiškiamas milijoninėmis dalimis vienam Celsijaus laipsniui (ppm/laipsniui) ir jį galima rasti induktoriaus duomenų lape. Temperatūros koeficientas yra esminis veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti renkantis induktorių tais atvejais, kai temperatūros svyravimai yra dideli. Temperatūros koeficientą įtakoja ritės ir šerdies medžiagos savybės. Didėjant temperatūrai, ritės ir šerdies medžiagos atsparumas taip pat didėja, todėl sumažėja induktyvumas. Temperatūros koeficientas gali būti teigiamas arba neigiamas, priklausomai nuo konkrečios induktoriaus konstrukcijos ir naudojamų medžiagų.
Temperatūros koeficientas yra ypač svarbus tais atvejais, kai reikalingas didelio tikslumo matavimas arba reguliavimas, pavyzdžiui, induktoriaus pagrindu pagaminti filtrai, naudojami aukšto dažnio įrenginiuose, pavyzdžiui, radijo ir telekomunikacijų srityse. Stabilus induktyvumas plačiame temperatūrų diapazone yra būtinas norint išvengti iškraipymų ir kitų problemų.