Induktor (cievka) – definícia, princíp, typy a použitie v elektronike

Induktor: prehľad definície, princípu, typov a využitia v elektronike. Zistite, ako cievky ovplyvňujú obvody, výpočet indukčnosti a praktické aplikácie.

Autor: Leandro Alegsa

Induktor je pasívna súčiastka, ktorá v elektrických obvodoch uchováva energiu v podobe magnetického poľa vytváraného prúdom pretekajúcim cievkou. Základnú myšlienku popisuje aj pôvodný text: ide o cievku z vodivého materiálu (zvyčajne medeného drôtu), navinutú okolo jadra zo vzduchu alebo magneticky mäkšieho materiálu, čím sa zväčší indukčnosť.

Princíp činnosti

Induktor sa správa tak, že kladie odpor zmene elektrického prúdu – jeho napätie je úmerné rýchlosti zmeny prúdu podľa vzťahu v = L · (di/dt), kde L je indukčnosť v jednotkách Henry (H). Pri ustálenom jednosmernom prúde sa induktor správa ako vodič s určitou odporovou zložkou (DCR). Pri striedavom prúde sa prejavuje jeho reaktancia XL = 2πfL, ktorá rastie s frekvenciou f.

Fyzikálne parametre a základné vzťahy

  • Indukčnosť (L) – udáva schopnosť ukladať magnetickú energiu; bežné jednotky sú mikrohenry (µH) a millihenry (mH).
  • Energia uložená v induktore: E = 1/2 · L · I².
  • Vzorec pre solenoid (približne): L ≈ μ · (N² · A) / l, kde N je počet závitov, A je priečny prierez jadra, l je dĺžka magnetickej dráhy a μ je permeabilita jadra.
  • Samoodkmitová frekvencia (SRF) – frekvencia, pri ktorej sa induktor spolu s vlastnou parazitnou kapacitou dostane do rezonancie; nad SRF sa už chová kapacitne.

Typy a konštrukčné varianty

  • Podľa jadra: vzduchové (air-core), feritové, práškové železo, laminované jadro. Magnetickejší materiál (vyššia permeabilita) zväčšuje indukčnosť a znižuje rozmery pri rovnakej L.
  • Podľa tvaru: toroidné, valcové (solenoidy), púzdrové (bobbin), ferritové korálky (ferrite beads).
  • Podľa použitia: vysokofrekvenčné (RF) cievky, výkonové induktory pre DC–DC meniče, tlmivky (chokes) pre potlačenie rušenia.
  • Montážne prevedenia: radiálna/axiálna, SMD (povrchová montáž), miniatúrne vložené cievky na integrované obvody – pri ich výrobe sa často ako vodivý materiál používa aj hliník, ako uvádza pôvodný text.

Použitie v elektronike

  • Filtre (dolné, horné a pásmové) v napájacích aj signálových cestách.
  • Energetické uskladnenie v napájacích meničoch (SMPS) a v DC–DC konvertoroch.
  • Tlmenie rušenia a potlačenie EMI — cez tlmivky a ferritové korálky.
  • Ladiace obvody a rezonančné obvody spolu s kondenzátormi (LC obvody) v rádiových prijímačoch a vysielačoch.
  • Senzory (napr. snímače vzdialenosti alebo kovové sondy využívajúce zmeny indukčnosti pri priblížení kovového objektu).
  • Transformátory sú v princípe dva alebo viac navzájom viazaných induktorov (vzájomná indukčnosť).

Dôležité konštrukčné a praktické vlastnosti

  • DCR (Direct Current Resistance) – odpor vinutia ovplyvňuje straty a účinnosť, dôležitý pri výkonových aplikáciách.
  • Sýtenie jadra – pri veľkých prúdoch môže magnetický materiál dosiahnuť saturáciu a indukčnosť prudko klesne; udáva sa parameter max. pracovného prúdu (saturation current).
  • Straty – delia sa na stratí medené (I²R), stratí v jadre (hysteréza a vírové prúdy) a straty spôsobené stratou energie pri vysokých frekvenciách (skin effect, proximity effect).
  • Q-faktor – udáva pomer medzi reaktívnou energiou a stratami; dôležitý pre RF aplikácie.

Meračské a návrhové aspekty

  • Indukčnosť sa meria LCR metrom alebo impedančným analyzátorom.
  • Pri návrhu sa sleduje aj samoodkmitová frekvencia (SRF), DCR, prúd nasýtenia a tepelná odolnosť.
  • Pre zvýšenie indukčnosti sa zvyšuje počet závitov N, no L rastie približne s N², čo zvyšuje aj parazitné kapacity a straty.

Bezpečnosť a tipy pre návrh

  • Pri vysokých prúdoch a vysokých energiách treba brať do úvahy ukladanie energie — pri prerušení prúdu môže induktor vygenerovať vysoké napätie (potrebné potlačiť diodami, tlmičmi alebo RC obvodmi).
  • V napájacích meničoch je dôležitý výber jadra s nízkymi stratami pri pracovnej frekvencii.
  • Pri RF aplikáciách uprednostniť cievky s vysokým Q a minimalizovanou parazitnou kapacitou.

Záverom: induktor je univerzálna súčiastka využívajúca magnetické vlastnosti na riadenie prúdu a energiu v obvodoch. Používa sa od jednoduchých filtrov až po komplexné napájacie systémy a ich správny návrh závisí na pochopení parametrov ako L, DCR, SRF či prúd nasýtenia. Pôvodné tvrdenia o použití vodivého materiálu (med, prípadne hliník pri IC) a o vplyve jadra na indukčnosť zostávajú správne; pri návrhu však treba zohľadniť aj ďalšie parametre opísané vyššie.

rôzne induktoryZoom
rôzne induktory

Ako fungujú induktory

Zatiaľ čo kondenzátor nemá rád zmeny napätia, induktor nemá rád zmeny prúdu.

Vo všeobecnosti je vzťah medzi časovo premenným napätím v(t) na induktore s indukčnosťou L a časovo premenným prúdom i(t), ktorý ním prechádza, opísaný diferenciálnou rovnicou:

v ( t ) = L d i d t . {\displaystyle v(t)=L{\frac {di}{dt}}. } {\displaystyle v(t)=L{\frac {di}{dt}}.}

Ako sa používajú induktory

Induktory sa často používajú v analógových obvodoch. Dva alebo viac induktorov, ktoré majú spojený magnetický tok, tvoria transformátor. Transformátory sa používajú v každej elektrickej sieti na celom svete.

Induktory sa používajú aj v elektrických prenosových systémoch, kde sa používajú na zníženie napätia, ktoré elektrické zariadenie vydáva, alebo na zníženie poruchového prúdu. Keďže induktory sú ťažšie ako iné elektrické komponenty, ľudia ich v elektrických zariadeniach používajú menej často.

Induktory so železným jadrom sa používajú v audio zariadeniach, v klimatizácii, v invertorových systémoch, v rýchlej doprave a v priemyselných napájacích zdrojoch.

Elektrotechnici radi redukujú schémy elektrických obvodov, bez ohľadu na to, ako sú komplikované, na ekvivalentný obvod pozostávajúci zo siete len štyroch rôznych typov súčiastok. Tieto štyri základné súčiastky sú empétrojky, rezistory, kondenzátory a induktory. Induktor sa v schémach obvodov zvyčajne znázorňuje malým solenoidom. V praxi sa induktory zvyčajne skladajú z krátkych solenoidov so vzduchovým jadrom navinutých zo smaltovaného medeného drôtu.

Súvisiace stránky

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to induktor?


Odpoveď: Induktor je elektrické zariadenie, ktoré sa používa v elektrických obvodoch kvôli magnetickému náboju.

Otázka: Z čoho sa zvyčajne vyrába induktor?


Odpoveď: Induktor je zvyčajne vyrobený z cievky vodivého materiálu, napríklad z medeného drôtu.

Otázka: Z čoho je vyrobené jadro induktora?


Odpoveď: Jadro induktora môže byť vyrobené zo vzduchu alebo z magnetického kovu.

Otázka: Ako môže magnetickejší materiál ako jadro ovplyvniť magnetické pole okolo induktora?


Odpoveď: Ak ako jadro použijete magnetickejší materiál, môžete dosiahnuť, aby sa magnetické pole okolo induktora posúvalo smerom k induktoru, čím sa dosiahne lepšia indukčnosť.

Otázka: Môžu sa malé induktory umiestniť na integrované obvody?


Odpoveď: Áno, malé induktory sa dajú umiestniť na integrované obvody rovnakými spôsobmi, aké sa používajú na výrobu tranzistorov.

Otázka: Čo sa zvyčajne používa ako vodivý materiál pre malé induktory na integrovaných obvodoch?


Odpoveď: Ako vodivý materiál sa v tomto prípade zvyčajne používa hliník.

Otázka: Aká je hlavná funkcia induktora v elektrickom obvode?


Odpoveď: Hlavnou funkciou induktora v elektrickom obvode je uchovávať energiu v magnetickom poli.


Prehľadať
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3