Faktoren, die die Induktivität beeinflussen

Es gibt vier grundlegende Faktoren der Induktorkonstruktion, die die Menge der erzeugten Induktivität bestimmen. Diese Faktoren bestimmen alle die Induktivität, indem sie beeinflussen, wie viel Magnetfeldfluss sich bei einer bestimmten Magnetfeldstärke (Strom durch die Drahtspule des Induktors) entwickelt:

Anzahl der Wire Wraps oder „Windungen“ in der Spule

Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, führt eine größere Anzahl von Drahtwindungen in der Spule zu einer größeren Induktivität; weniger Drahtwindungen in der Spule führen zu einer geringeren Induktivität.

Erklärung: Mehr Drahtwindungen bedeuten, dass die Spule bei einem gegebenen Spulenstrom eine größere Magnetfeldstärke (gemessen in Amperewindungen!) erzeugt.

Spulenbereich

Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, führt eine größere Spulenfläche (gemessen in Längsrichtung durch die Spule am Querschnitt des Kerns gesehen) zu einer größeren Induktivität; weniger Spulenfläche führt zu weniger Induktivität.

Erklärung: Eine größere Spulenfläche stellt bei einer gegebenen Feldstärke (Amperewindungen) weniger Widerstand gegen die Bildung des magnetischen Feldflusses dar.

Spulenlänge

Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, ist die Induktivität umso geringer, je länger die Spule ist; je kürzer die Spulenlänge, desto größer die Induktivität.

Erklärung: Ein längerer Weg, den der Magnetfeldfluss nehmen muss, führt bei jeder gegebenen Feldstärke (Amperewindungen) zu einem stärkeren Widerstand gegen die Bildung dieses Flusses.

Kernmaterial

Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, ist die Induktivität umso größer, je größer die magnetische Permeabilität des Kerns ist, um den die Spule gewickelt ist; je geringer die Permeabilität des Kerns, desto geringer die Induktivität.

Erklärung: Ein Kernmaterial mit größerer magnetischer Permeabilität führt zu einem größeren magnetischen Feldfluss bei jeder gegebenen Feldstärke (Ampere-Windungen).

Eine Näherung der Induktivität für jede Drahtspule kann mit dieser Formel gefunden werden:

Es muss verstanden werden, dass diese Formel ungefähre . ergibt nur Figuren. Ein Grund dafür ist die Tatsache, dass sich die Permeabilität mit der Feldstärke ändert (denken Sie an die nichtlinearen „B-H“-Kurven für verschiedene Materialien). Wenn die Permeabilität (µ) in der Gleichung instabil ist, wird natürlich auch die Induktivität (L) bis zu einem gewissen Grad instabil sein, wenn sich der Strom durch die Spule in seiner Größe ändert.

Wenn die Hysterese des Kernmaterials groß ist, hat dies auch seltsame Auswirkungen auf die Induktivität der Spule. Induktor-Designer versuchen, diese Effekte zu minimieren, indem sie den Kern so konstruieren, dass seine Flussdichte niemals Sättigungsniveaus erreicht und so der Induktor in einem lineareren Teil der B/H-Kurve arbeitet.

Wenn ein Induktor so ausgelegt ist, dass einer dieser Faktoren nach Belieben variiert werden kann, wird seine Induktanz entsprechend variieren. Variable Induktoren werden normalerweise hergestellt, indem eine Möglichkeit geschaffen wird, die Anzahl der verwendeten Drahtwindungen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu variieren, oder indem das Kernmaterial (ein gleitender Kern, der in die Spule hinein und aus ihr heraus bewegt werden kann) variiert. Ein Beispiel für das frühere Design ist auf diesem Foto zu sehen:

Dieses Gerät verwendet Kupfergleitkontakte, um die Spule an verschiedenen Stellen entlang ihrer Länge anzuzapfen. Die gezeigte Einheit ist zufällig eine Luftspule, die in der frühen Radioarbeit verwendet wurde.

Auf dem nächsten Foto ist eine Festwertinduktivität zu sehen, eine weitere antike Air-Core-Einheit, die für Radios gebaut wurde. An der Unterseite sind die Anschlussklemmen zu sehen, sowie die wenigen Windungen des relativ dicken Drahtes:

Hier ist eine weitere Induktivität (mit größerem Induktivitätswert), die auch für Funkanwendungen gedacht ist. Seine Drahtspule ist für mehr Steifigkeit um ein weißes Keramikrohr gewickelt:

Induktivitäten können auch für Leiterplattenanwendungen sehr klein gemacht werden. Untersuchen Sie das folgende Foto genau und sehen Sie, ob Sie zwei Induktoren nahe beieinander erkennen können:

Die beiden Induktivitäten auf dieser Platine sind mit L₁ . bezeichnet und L₂ , und sie befinden sich rechts in der Mitte des Boards. Zwei Komponenten in der Nähe sind R₃ (ein Widerstand) und C (ein Kondensator). Diese Induktoren werden als „toroidal“ bezeichnet, weil ihre Drahtspulen um donutförmige („torus“) Kerne gewickelt sind.

Wie Widerstände und Kondensatoren können auch Induktivitäten als „Surface Mount Devices“ verpackt werden. Das folgende Foto zeigt, wie klein ein Induktor sein kann, wenn er so verpackt ist:

Auf dieser Platine ist rechts und in der Mitte ein Paar Induktoren zu sehen, die als kleine schwarze Chips mit der Nummer „100“ auf beiden aufgedruckt sind. Das Etikett des oberen Induktors ist auf der grünen Platine als L₅ . aufgedruckt . Natürlich haben diese Induktivitäten einen sehr kleinen Induktivitätswert, aber es zeigt, wie klein sie hergestellt werden können, um bestimmte Anforderungen an das Schaltungsdesign zu erfüllen.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Induktivitätsarbeitsblatt