Inductores: ¿para qué se usan? [cerrado]

¿Cuándo se usan realmente los inductores? He leído que los elementos suelen ser bastante difíciles de implementar en los circuitos debido a sus características físicas. También leí que si los inductores se colocan en circuitos, hay un método de implementación que los coloca planos y se enrolla alrededor de sí mismo en un plano, pero aparentemente no es muy común.

He visto inductores usados ​​un poco en algunas aplicaciones inalámbricas, pero no mucho más. Sé que se pueden usar inductores en los filtros, pero también se pueden usar condensadores que son mucho más precisos y fácilmente disponibles.

En resumen, lo que se inductores utilizan realmente para ?

Buena pregunta ... un uso común está en un filtro. Un condensador pasa una señal de alta frecuencia fácilmente, pero resiste las de baja frecuencia. Mientras que un inductor hace lo contrario: pasa fácilmente a baja frecuencia e impide la alta frecuencia. De hecho, dentro de la mayoría de las cajas de altavoces encontrará un inductor utilizado en el woofer para pasar la energía de baja frecuencia al woofer, mientras que un condensador se usa con el tweeter para pasar la energía de alta frecuencia al tweeter.

La razón para usar un inductor allí es que no "consume" o "desperdicia" la energía de alta frecuencia, simplemente bloquea su paso, de modo que la energía puede pasar a través del condensador, al tweeter.

En general, el comportamiento de un inductor es dual al de un condensador, por lo que la mayoría de las funciones que requieren una pueden implementarse utilizando la otra, pero en una disposición diferente. Pero eso no siempre es cierto. Por ejemplo, si solo desea recibir energía de baja frecuencia, puede colocar una resistencia, seguida de un condensador a tierra. La energía de alta frecuencia se "acortará" a través del condensador y dejará caer la mayor parte del voltaje a través de la resistencia (que convierte la señal de alta frecuencia en calor), dejando muy poca amplitud a través del condensador. Eso funciona bien si solo desea la información, por lo que está bien desperdiciar la energía de alta frecuencia ... pero en el caso de los altavoces, se necesitó mucho trabajo para obtener esa alta energía en la caja del altavoz, por lo que necesita una forma de filtrar sin perder la energía!

Eso trae una diferencia fundamental entre resistencias versus condensadores e inductores. Las resistencias convierten el voltaje a través de ellos multiplicado por la corriente que los atraviesa en calor. ¡Pero los condensadores e inductores no! Las versiones ideales no convierten ninguna de la energía eléctrica en calor. Aunque los reales convierten cierto porcentaje del voltaje a través de ellos por la corriente a través de ellos en calor, ese porcentaje varía con la frecuencia del voltaje / corriente.

Otro uso común de los inductores es en los osciladores. Imagine un inductor y un condensador conectados entre sí en ambos extremos. ¡Hay cierta frecuencia en la que ambos resisten exactamente la misma cantidad! Eso se llama la frecuencia resonante de la combinación. Resulta que una vez que lo inicias, el voltaje del condensador obliga a la corriente a fluir en el inductor, hasta que el voltaje llega a cero, pero ahora el inductor quiere que esa corriente siga fluyendo, así que lo hace, y termina cargando el condensador , pero al voltaje opuesto que tenía antes. Cuando la corriente llega a cero, el capacitor comienza a forzar la corriente nuevamente, y se acumula ... pero en la dirección opuesta como antes ... y lo mismo se repite ...

Si el inductor y el condensador fueran perfectos, esto continuaría para siempre ... pero ambos pierden un poco de energía, se convierten en calor ... por lo que los voltajes y las corrientes son menores en cada repetición ... todo lo que se necesita para hacer un oscilador, entonces es una forma de reponer la energía perdida después de cada ciclo.

El tercer uso común es como dispositivo de almacenamiento de energía, especialmente en el cambio de fuentes de alimentación. En ese caso, la función de una fuente de alimentación de CC es suministrar corriente continua. También tiene la función de ir entre una fuente de voltaje de entrada y el voltaje de salida es el suministro. Entonces, el hecho de que bloquea la alta frecuencia puede verse como: cuando el voltaje a través de él cambia repentinamente, la corriente a través de él no ... más bien, la corriente solo comienza a ser diferente. Entonces, si cambia rápidamente el voltaje a muy alto, luego cero, luego muy alto, luego cero, la corriente comenzará a subir, luego comenzará a bajar, pero siempre que deje uno de los dos voltajes por un tiempo muy alto poco tiempo, la corriente no cambiará mucho, en ninguna dirección. Si lo deja alto el mismo período que lo deja bajo, entonces la corriente promediará y se mantendrá estable. Si esa corriente coincide con la corriente que se extrae de la fuente de alimentación, entonces el voltaje de salida de la fuente se mantendrá constante. Ahora, imagine dejar el alto voltaje encendido un poco más que la tierra: la corriente aumentará lentamente, en el transcurso de muchas repeticiones ... y viceversa. Si la carga sigue tomando la misma corriente, entonces el voltaje de salida del suministro aumentará lentamente, ya que la corriente adicional carga el condensador entre la salida y la tierra. Así es como una fuente de conmutación utiliza un inductor para cambiar el voltaje de entrada grande en un voltaje de salida más pequeño. Hay un circuito que detecta el voltaje de salida, y lo compara con el voltaje deseado, y ajusta la cantidad de tiempo que el inductor recibe el alto voltaje de entrada frente a tierra,

Esos son los únicos tres usos comunes ... pero algunos circuitos exóticos usan la función de transferencia de un inductor de maneras extrañas (por ejemplo, en radares más antiguos como parte de un circuito de "dirección" para bloquear la energía saliente que sople el receptor sensible). ) ¡Vea también "girador", que puede hacer que un condensador se vea en el circuito como un inductor (y viceversa)!

La energía almacenada en un condensador vuelve a salir en la dirección opuesta a la que entró.

La energía almacenada en un inductor sale en el mismo dirección que la que entró.

Esto le permite construir circuitos LC resonantes donde la energía circula entre un capacitor y un inductor a una frecuencia particular: esta es la base tradicional de un circuito receptor de radio.

filtros LC pueden perder menos energía de la señal pasan de filtros RC.

También puede construir convertidores de "aumento" y "reducción" de la tensión de alimentación casi sin pérdidas enviando pulsos de corriente a un inductor, filtrándolo efectivamente en un valor de CC objetivo particular.

Y consideremos también aquellos dispositivos que usan un inductor (una bobina de alambre) para funcionar. Estoy seguro de que debes haber visto estas cosas antes.

Relés, solenoides, altavoces (incluidos auriculares), micrófonos de bobina móvil, transformadores, electroimanes, motores y otros.

Solo algunos ejemplos.

Considere este regulador de conmutación simplificado:

La onda cuadrada aplicada a MOSFET Q1 corta Vin en una onda cuadrada y la aplica al filtro L1-C1. (D1 sujeta el voltaje del inductor durante el tiempo de desconexión de Q1, evitando que el nodo de conmutación se vuelva excesivamente negativo con respecto a la salida). El promedio de esta onda cuadrada será la energía proporcionada a la carga, pero la mayoría de las cargas no como pulsante DC con bordes afilados. El inductor reduce la velocidad de aumento de la corriente a un valor mucho más bajo y almacena energía para que cuando el interruptor esté apagado, genere energía al condensador y a la carga. El condensador ve una corriente de carga controlada en todo momento, independientemente del estado de Q1, lo que hace que la salida sea una aproximación cercana a la CC (una señal de CA triangular muy pequeña que viaja en una señal de CC).

Es esta combinación de filtrado de corriente (proporcionado por el inductor) más filtrado de voltaje (proporcionado por el condensador) lo que convierte la onda cuadrada en una salida de CC razonable. Sin el inductor que controla la velocidad de carga y descarga de C1, la salida no sería diferente a la entrada de onda cuadrada del regulador, con una fuerte corriente que se extrae cuando el capacitor se carga abruptamente a Vin cuando Q1 está encendido, y una descarga rápida cuando Q1 está apagado ya que no hay una fuente de corriente que ayude a mantener el voltaje en C1.

Cada vez que desee conectar dos nodos de diferentes voltajes, deberá limitar la corriente de alguna manera, de lo contrario obtendrá picos enormes. Los inductores limitan el flujo de corriente sin quemar (la mayor parte) como calor, como lo haría una resistencia. Esencialmente, en lugar de obtener un breve pulso enorme de corriente, obtienes la misma corriente promedio extendida durante un tiempo más largo. Esto reduce el RMS de toda la transferencia de energía, reduciendo las pérdidas de calor y el ruido EMI / RFI.

Las aplicaciones más comunes de esto son las fuentes de alimentación , incluyendo convertidores DC / DC , convertidores AC / DC , convertidores AC / AC , y convertidores DC / AC . Básicamente, cada vez que desee convertir de un voltaje a otro, corre el riesgo de tener grandes picos de corriente cuando se realiza la conexión. Los inductores limitan el flujo de corriente, eliminando estos picos.

Los choques también son útiles para los filtros de señales impredecibles, para evitar que los picos de corriente imprevistos afecten al equipo. Este tipo de inductor también está disponible en muchos tamaños, según sus necesidades.

Inductores en términos simples se utilizan para

1. EMF inducida (para generadores, alimentadores inversos, transformadores).
2. Magnetismo

Todo el propósito es la inductancia, es decir, el magnetismo y, por lo tanto, el núcleo varía. Tienes que mirar esto desde una perspectiva física, contestar directamente a ti. La electrónica es simplemente el lado de la aplicación.