Индуктор против конденсатора

Я стажер-электрик и компьютерный энтузиаст. Мне просто интересно, почему смесь индукторов и конденсаторов используется на материнских платах? Почему бы просто не использовать конденсатор? Я думал, что индуктор хранит электрический заряд, но он использует магнетизм. Что такого особенного в том, чтобы хранить его как магнетизм?

Чтобы ответить на этот вопрос правильно, вы должны знать свойства конденсатора и индуктора.

Индукторы являются одним из основных компонентов, необходимых для импульсного регулятора. Конденсатор и катушка индуктивности похожи в том, как конденсатор сопротивляется изменению напряжения, а катушка индуктивности сопротивляется изменению тока. «Сила» их сопротивления зависит от их стоимости

Конденсаторы широко используются для очистки линии электропитания, то есть для устранения шума или пульсации на (более высоких) частотах. Индукторы используются для переключения источников питания, где относительно постоянный ток пропускается через индуктор. Импульсный источник питания работает в том, что переключатель открывается и закрывается очень быстро. Когда переключатель замкнут, индуктор «заряжен». Когда переключатель разомкнут, энергия поступает из индуктора в нагрузку. Обычно такой источник питания отсоединяется от конденсатора для создания стабильной линии питания.

Индуктор требуется, чтобы этот принцип работал. Если вы знаете резистор, который имеет одинаковое сопротивление для всех частот сигнала, вы должны рассматривать конденсатор как резистор, который будет бесконечным для постоянного тока (0 Гц) и 0 для высоких частот. Индуктор будет противоположным: его сопротивление будет 0 при 0 Гц и бесконечным на высоких частотах. Однако мы называем это сопротивление (которое используется только для чистого резистора!), А сопротивление.

Материнская плата ПК или видеокарта, по сути, не более того. У них есть свои основные микросхемы и маршрутизация между ними, и большинство других компонентов являются источником питания или небольшим интерфейсом между микросхемами или разъемами.

Основное электрическое свойство конденсатора заключается в том, что напряжение на конденсаторе не может изменяться мгновенно, тогда как основное свойство индуктивности заключается в том, что ток через индуктор не может изменяться мгновенно. Конденсаторы сохраняют напряжение путем накопления энергии в электрическом поле, тогда как индукторы сохраняют ток путем накопления энергии в магнитном поле.

Одним из результатов этого является то, что в то время как конденсаторы работают лучше на более высоких частотах, индукторы работают лучше на более низких частотах. Другой результат заключается в том, что если вы пропустите переменный ток через конденсатор, напряжение будет отставать от тока на некоторый фазовый угол, который зависит от емкости, а частота - конденсаторы препятствуют изменению напряжения. Между тем, если вы поместите переменное напряжение на индуктор, ток будет отставать от напряжения на фазовый угол, который зависит от индуктивности и частоты - индукторы препятствуют изменениям тока.

В некоторых ситуациях катушки индуктивности и конденсаторы могут заменять друг друга. В других они не могут. Конечно, они никогда не заменяют напрямую . Это означает, что некоторые схемы могут быть слегка изменены, так что вместо конденсатора используется индуктор, или наоборот, для достижения той же цели. Некоторые схемы не могут.

Индуктор хранит не заряд в своем магнитном поле, а энергию. Когда магнитное поле может разрушаться, индуктор самопроизвольно генерирует напряжение. Напряжение обычно намного выше, чем любое напряжение, которое ранее подавалось на индуктор. Конденсатор никогда не будет показывать напряжение, которое больше, чем то, что было приложено к нему. Так, например, конденсатор нельзя использовать для создания катушки зажигания для бензинового двигателя.

Последовательный конденсатор в некотором смысле похож на параллельный индуктор. Оба подхода могут создать фильтр с одинаковой частотной характеристикой. Однако эффекты загрузки этих цепей не одинаковы. Конденсатор последовательно блокирует постоянный ток, и поэтому для источника постоянного тока он выглядит как бесконечный импеданс: максимально возможная нагрузка. Параллельный индуктор - это полная противоположность: короткое замыкание. Эти два устройства выглядят одинаково только с точки зрения нагрузочного устройства: оно видит сигнал, прошедший фильтрацию верхних частот и не имеющий постоянного тока. Но DC не удаляется таким же образом. Блокировка сигнала с открытой нагрузкой - это не то же самое, что замыкание сигнала на землю.

Аналогично, последовательно соединенные катушки индуктивности аналогичны параллельно подключенным конденсаторам, но, опять же, эффект нагрузки не одинаков. Мы можем использовать конденсатор, чтобы предотвратить попадание переменного тока или переменного тока выше определенных частот в цепь путем шунтирования этих сигналов на возврат. Иногда это приемлемо, например, при блокировке РЧ-шума от входа в устройство. В некоторых других случаях шунтирование переменного тока на землю может создать неприемлемую нагрузку на источник этого сигнала. Индуктор может блокировать переменный ток, создавая высокий импеданс против него.

Таким образом, даже в цепях, где мы можем потенциально заменить параллельные индукторы последовательными конденсаторами и наоборот, учет различий в нагрузке может потребовать от нас выбора одного или другого.

Этот вопрос меня тоже озадачил довольно давно, я даже делал симуляцию «понижающего» преобразователя без индуктора, так что теперь я понял, что не так :-).

В принципе, если вы пропустите индуктор, он будет работать. Но эффективность будет такой же, как в линейном регуляторе - падение напряжения будет происходить только из-за падения паразитных резисторов с 12 В на выходной конденсатор.

Индуктор здесь работает как резистор, но он не тратит энергию, он довольно медленно накачивает ее в конденсатор.

Индукторы установлены для фильтрации электрических помех. Колпачки расположены параллельно, чтобы шунтировать шум на землю. Оба могут вызвать сдвиг фазы между напряжением и током, но они делают это в противоположных направлениях, так что эффект компенсируется.

Как я знаю, индуктор и конденсатор объединены, чтобы получить частотный резонанс при $X_C =X_L$, Индуктор и конденсатор также могут быть использованы в качестве фильтра $X_L= 2{\pi}fL$, $X_{C}=\frac{1}{2{\pi}f C}$ , с Band Stop или Band Pass, когда $V=0.707V_{max}$

Суть ответа была дана Джимом С. Большинство дидактических материалов показывают конденсатор последовательно, эквивалентный индуктору параллельно, и наоборот. Это не совсем верно, потому что каждый из них сместит фазу в противоположном направлении. Так что, если вы не хотите сдвиг, вы должны объединить индуктор и конденсатор. В некоторых случаях смещение допустимо только в одном направлении, поэтому вы можете использовать конденсатор или катушку индуктивности в соответствии с этим. Вот полное объяснение предмета.