Введение в электронику

На рис. 16-2 показано фазовое соотношение между током и приложенным напряжением. Заметим, что в чисто индуктивной цепи ток отстает от приложенного напряжения на 90 градусов.

Рис. 16-2. В индуктивной цепи переменного тока ток отстает по фазе от приложенного напряжения.

Противодействие, которое оказывает катушка индуктивности току в цепи переменного тока, называется индуктивным сопротивлением. Индуктивное сопротивление измеряется в омах. Величина индуктивного сопротивления зависит от индуктивности и частоты приложенного напряжения. Чем больше индуктивность, тем больше создаваемое ею магнитное поле и тем больше противодействие току.

Аналогично, чем выше частота, тем больше противодействие току.

Индуктивное сопротивление обозначается символом X_L.

Индуктивное сопротивление определяется формулой:

Х_L = 2πfL

где π = 3,14, f — частота в герцах, L — индуктивность в генри.

_{ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 60 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 60 Гц; L = 0,15 Гн}

_{ХL =?} 

_{Решение:}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(60)(0,15)}

_{ХL = 56,52 Ом.}

_{ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,15 генри на частоте 400 герц?}

_Дано: 

_{π = 3,14; f = 400 Гц; L = 0,15 Гн}

_ХL =? 

_{Решение:}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(400)(0,15)}

_{ХL = 376,80 Ом.}

Заметим, что индуктивное сопротивление увеличивается при увеличении частоты.

Закон Ома применяется к индуктивному сопротивлению в цепях переменного тока точно так же, как он применяется к резисторам. Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока прямо пропорционально приложенному напряжению и обратно пропорционально току. Это соотношение выражается следующей формулой:

I = E/X_L

_{ПРИМЕР: Какой ток течет через катушку индуктивности 250 миллигенри, когда к ней приложено напряжение 12 вольт с частотой 60 герц?}

_Дано:

_{π = 3,14; f = 60 Гц; L = 0,25 Гн; E = 12 B}

_{I =?; ХL =?}

_{Решение:}

_{Сначала найдем индуктивное сопротивление (XL)}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(60)(0,25)}

_{ХL = 94,20 Ом}

_{Используя XL, найдем ток (I).}

_{I = E/ХL = 12/94,2}

_{I = 0,127 А или 127 мА.}

_{ПРИМЕР: Какое напряжение нужно приложить для того, чтобы через дроссель индуктивностью 15 миллигенри шел ток 10 миллиампер при частоте 400 герц?}

_Дано:

_{π = 3,14; f = 400 Гц; L = 0,015 Гн; I = 0,01 A}

_{E =?; ХL =?}

_{Решение:}

_{Сначала найдем индуктивное сопротивление (XL)}

_{ХL = 2πfL}

_{ХL = (2)(3,14)(400)(0,015)}

_{ХL = 37,68 Ом}

_{Используя XL, найдем напряжение (Е).}

_{I = E/ХL} 

_{0,01 = E/37,68} 

 _{E = 0,38 B} 

_{ПРИМЕР: Чему равно индуктивное сопротивление катушки, по которой течет ток 120 миллиампер при приложенном напряжении 120 вольт?}

_Дано:

_{I = 0,12 A; E = 120 В}

_ХL =?

_{Решение:}

_{I = E/ХL} 

_{0,12 = 120/ХL} 

 _{ХL = 1000 Ом} 

Импедансом цепи, содержащей индуктивность и сопротивление, называется общее противодействие току, оказываемое и индуктивностью, и резистором. Вследствие наличия сдвига фаз, обусловленного наличием индуктивности, индуктивное сопротивление и сопротивление резистора нельзя просто сложить. Импеданс является векторной суммой индуктивного сопротивления и сопротивления резистора в цепи. Импеданс измеряется в омах и обозначается буквой Z. Импеданс можно определить с помощью закона Ома следующим образом:

I = E/Z

Наиболее распространенная индуктивная цепь состоит из резистора и катушки индуктивности, соединенных последовательно. Такая цепь называется RL цепью. Импеданс последовательной RL цепи равен корню квадратному из суммы квадратов индуктивного сопротивления и сопротивления резистора:

_{ПРИМЕР: Чему равен импеданс цепи, состоящей из дросселя индуктивностью 100 миллигенри и соединенного последовательно резистора 470 ом, при приложенном к ним напряжении 12 вольт с частотой 60 герц?}

_Дано:

_{π = 3,14; f = 60 Гц; L = 100 мГн = 0,1 Гн; R = 400 Ом}

_{ХL =?; Z =?}

_{Решение:}

_{Сначала найдем индуктивное сопротивление (XL):}

_{XL = 2πfL}

_{XL = (2)(3,14)(60)(0,1)}

_{XL = 37,68 Ома.}

_{Используя XL, найдем импеданс (Z):}

_{Z = √(R² + XL²)}

_{Z = √[(470)² +(37,68)²]}

_{Z = 471,51 Ом.}

Когда катушки индуктивности соединены последова тельно, их общее индуктивное сопротивление равно сумме индуктивных сопротивлений отдельных катушек:

X_LT = X_L1 + X_L2 + X_L3 +… + X_Ln

Когда катушки индуктивности соединены параллельно, обратная величина их общего индуктивного сопротивления равна сумме обратных величин индуктивных сопротивлений отдельных катушек:

1/X_LT = 1/X_L1 + 1/X_L2 + 1/X_L3 +… + 1/X_Ln

16-1. Вопросы

Индуктивные цепи широко используются в электронике. Катушки индуктивности дополняют конденсаторы в цепях фильтрации и фазового сдвига. Поскольку катушки индуктивности больше, тяжелее и дороже, чем конденсаторы, они применяются реже. Однако преимущество катушек индуктивности в том, что они обеспечивают реактивное сопротивление и пропускают постоянный ток. Конденсаторы могут обеспечивать реактивное сопротивление, но при этом они блокируют прохождение постоянного тока.