Індуктор проти конденсатора

Я стажер-електрик та ентузіаст ПК. Мені було просто цікаво, чому суміш індукторів та конденсаторів використовується на материнських платах? Чому б просто не використовувати конденсатор? Я думав, що індуктор зберігає електричний заряд, але він використовує магнетизм. Що такого особливого в його зберіганні, як магнетизм?

Щоб правильно відповісти на це, слід знати властивості конденсатора та індуктора.

Індуктори є одним з основних компонентів, необхідних регулятору комутації. Конденсатор та індуктор подібні тим, що конденсатор чинить опір зміні напруги, а індуктор чинить опір зміні струму. "Сила" їх опору залежить від їхньої вартості

Конденсатори широко використовуються для очищення лінії електроживлення, тобто для видалення шуму або пульсації на (більш високих) частотах. Індуктори використовуються для комутації джерел живлення, коли відносно постійний струм пропускається через індуктор. Блок живлення комутації працює так, що перемикач відкривається та закривається дуже швидко. Коли вимикач закритий, індуктор "заряджається". Коли перемикач відкритий, енергія відводиться від індуктора до навантаження. Зазвичай таке джерело живлення відключається конденсатором для створення стабільної лінії електроживлення.

Для роботи цього принципу потрібен індуктор. Якщо ви знаєте резистор, який має однаковий опір для всіх частот сигналу, вам слід розглянути конденсатор як резистор, який буде нескінченним для постійного струму (0 Гц) і 0 для високих частот. Індуктор буде навпаки: його опір буде 0 на 0Гц, а нескінченний на високих частотах. Однак ми не називаємо цей опір (використовується тільки для чистого резистора!), А імпедансом.

Материнська плата ПК чи відеокарта - це не багато іншого. У них є основні мікросхеми та маршрутизація між ними, а більшість інших компонентів - це джерело живлення або трохи взаємозв'язок між мікросхемами або роз'ємами.

Основна електрична властивість конденсатора полягає в тому, що напруга на конденсаторі не може змінюватися миттєво, тоді як основна властивість індуктивності полягає в тому, що струм через індуктор не може змінюватися миттєво. Конденсатори зберігають напругу, зберігаючи енергію в електричному полі, тоді як індуктори зберігають струм, зберігаючи енергію в магнітному полі.

Одним з результатів цього є те, що хоча конденсатори працюють найкраще на більш високих частотах, індуктори найкраще працюють на нижчих частотах. Інший результат полягає в тому, що якщо провести струм змінного струму через конденсатор, напруга буде відставати від струму на деякий фазовий кут, який залежить від ємності та частоти - конденсатори гальмують зміни напруги. Тим часом, якщо ви поставите напругу змінного струму через індуктор, струм буде відставати від напруги на фазовий кут, який залежить від індуктивності та частоти - індуктори гальмують зміни струму.

У деяких ситуаціях індуктори та конденсатори можуть замінювати один одного. В інших вони не можуть. Звичайно, вони ніколи безпосередньо не підміняють. Це означає, що деякі схеми можуть бути трохи змінені, щоб замість конденсатора використовувався індуктор або навпаки для досягнення тієї ж мети. Деякі схеми не можуть.

Індуктор не зберігає заряд у своєму магнітному полі, а швидше енергію. Коли магнітне поле дозволить руйнуватися, індуктор спонтанно генерує напругу. Напруга, як правило, набагато вище, ніж будь-яка напруга, яке раніше було подано на індуктор. Конденсатор ніколи не буде виявляти напругу, яка більша за те, що було застосовано до нього. Так, наприклад, конденсатор не може бути використаний для створення котушки запалювання для бензинового двигуна.

Конденсатор послідовно, певним чином, схожий на індуктор паралельно. Обидва підходи можуть зробити фільтр з однаковою частотною характеристикою. Однак ефекти навантаження цих мікросхем неоднакові. Конденсатор послідовно блокує постійний струм, і так до джерела постійного струму, це схоже на нескінченний опір: найлегше можливе навантаження. Паралельно індуктор - прямо протилежне: коротке замикання. Ці два схожі лише з точки зору навантажувального пристрою: він бачить сигнал, який фільтрувався з високою прохідністю і не містить постійного струму. Але постійний струм не знімається таким же чином. Блокування сигналу з відкритим навантаженням не те саме, що коротке замикання сигналу на землю.

Так само індуктор послідовно схожий на конденсатор паралельно, але знову ж таки, ефект навантаження неоднаковий. Ми можемо використовувати конденсатор, щоб запобігти входу ланцюга змінного струму або змінного струму вище певних частот шляхом шунтування цих сигналів до повернення. Іноді це прийнятно, як, наприклад, при блокуванні радіочастотного шуму від входу в пристрій. В деяких інших випадках маневровий зміна струму на землю може створити неприйнятне навантаження на джерело цього сигналу. Індуктор може блокувати змінного струму, створюючи проти нього високий опір.

Тож навіть у схемах, де ми можемо замінити паралельні індуктори для рядкових конденсаторів, і навпаки, врахування різниці в навантаженні може вимагати від нас вибору того чи іншого.

Це питання мене також спантеличувало досить довго, я навіть робив симуляцію "спадного" перетворювача без індуктора, тому тепер я зрозумів, що не так :-).

В основному, якщо пропустити індуктор, він буде працювати. Але ефективність була б як у лінійного регулятора - падіння напруги було б лише за рахунок падіння паразитичних резисторів від живлення 12В до вихідного конденсатора.

Індуктор працює як резистор, але він не витрачає енергії, він досить повільно перекачує його в конденсатор.

Індуктори поставлені в ряд для фільтра електричного шуму. Ковпачки розміщуються паралельно, коли шумовий шум перекладається на землю. Обидва можуть спричинити зсув фази між напругою та струмом, але вони роблять це в протилежних напрямках, тому ефект скасовується.

$X_C =X_L$$X_L= 2{\pi}fL$$X_{C}=\frac{1}{2{\pi}f C}$$V=0.707V_{max}$

Основу відповіді дав Джим С. Більшість дидактичних матеріалів показують конденсатор послідовно, еквівалентний індуктору паралельно, і навпаки. Це не зовсім вірно, тому що кожен змістить фазу в протилежний бік. Тому якщо ви не хочете зміни, вам слід поєднати індуктор і конденсатор. У деяких мікросхемах зсув є прийнятним лише в одному напрямку, тому можна використовувати конденсатор або індуктор відповідно до цього. Ось повне пояснення теми.