Xem thêm CẢM ỨNG (tôi sẽ cập nhật phần này sau) nơi bạn sẽ tìm hiểu về mức năng lượng mà một cuộn cảm giữ được, được gọi là CẢM ỨNG. Và một số điều tuyệt vời mà cuộn cảm có thể làm khi đặt điện áp xoay chiều vào.
- Cuộn cảm có thể có 1 vòng dây.
- Hoặc nhiều vòng dây
- Nó có thể được quấn trên một khuôn nhựa (ống nhựa).
- Cũng có thể được quấn trên lõi kim loại hoặc không khí.
Cuộn cảm có thể có hầu hết mọi kích thước hoặc hình dạng và là thành phần phức tạp nhất trong thiết bị điện tử.
Ngay cả việc quấn dây hình xuyến cũng là một quá trình tuyệt vời. Đây là sơ đồ của máy quấn dây hình xuyến:
Lý thuyết về cuộn cảm phức tạp đến nỗi nó có thể lấp đầy một cuốn sách. Và lý thuyết rất phức tạp. Đó là lý do tại sao chúng tôi sẽ chỉ đề cập đến những điều cơ bản. Chúng ta sẽ không đi vào từ trường hoặc cực Bắc hoặc cực Nam hoặc quy tắc Tay trái hoặc Tay phải vì những điều này không liên quan đến chúng ta khi chúng ta nói về một cuộn dây trong mạch điện hoặc điện tử. Điều quan trọng nhất là MAGIC của cuộn cảm. Nó tạo ra một điện áp lớn có cực tính ngược lại khi hoạt động trong những điều kiện nhất định.
Có 3 ký hiệu chính cho một cuộn cảm:
Độ tự cảm được đo bằng Henries.
Một Henry là một đơn vị lớn.
Một cuộn cảm 1 Henry sẽ có đường kính vài cm, dài vài cm và có nhiều vòng dây trên lõi ferit.
Độ tự cảm bằng một Henry (hoặc bất kỳ giá trị nào của độ tự cảm) không cho bạn biết bất cứ điều gì về kích thước của thiết bị, khả năng dòng điện của nó (lượng dòng điện có thể chạy qua cuộn dây mà thiết bị không bị quá nóng) hoặc bất kỳ tính năng nào khác mà chúng tôi cần biết về nó. Đó là lý do tại sao bạn cần biết khía cạnh THỰC HÀNH của việc chọn cuộn cảm.
Trong điện tử, chúng ta thường sử dụng đơn vị nhỏ hơn: mH µH và nH (m = milli µ = micro n = nano)
Cuộn cảm gắn trên bề mặt được đo bằng nH – nanoHenries và “µH” – microHenries.
Xem bảng bên dưới để biết cách xác định cuộn cảm chip rất quan trọng. Đặc biệt lưu ý chữ “R” trong mã gồm 3 chữ số, đối với thiết bị 100nH hoặc 1.000nH. Đừng nhầm lẫn với điện trở chip vì hai thiết bị trông gần như giống hệt nhau và điện trở “1R0” là một ohm.
Dưới đây là một số cuộn cảm và giá trị của chúng:
471 = 470uH (47 và 1 số 0)
100 = 10uH (10 và không có số 0)
102 = 1.000uH = (10 và hai số 0) = 1mH
Dưới đây là một số cuộn cảm khác:
6 cuộn cảm ở trên cho bạn ý tưởng về số vòng dây cần thiết để tạo ra một giá trị điện cảm cụ thể. Đây chỉ là hướng dẫn vì bạn không được hiển thị kích thước của cuộn cảm hoặc vật liệu lõi. Trên thực tế, cùng một giá trị điện cảm có thể được tạo ra với nhiều vòng hơn hoặc ít vòng hơn trên vật liệu lõi khác và hình dạng lõi khác – chẳng hạn như suốt chỉ.
Ngoài ra, độ dày của dây có rất ít ảnh hưởng đến độ tự cảm và chỉ được sử dụng để cho dòng điện cao chạy qua.
Giá trị của một cuộn cảm không thể được xác định bằng hình thức của nó. Giá trị này phụ thuộc vào một số thứ bao gồm vật liệu lõi, số vòng quay và loại đường dẫn từ. Loại đường dẫn từ tốt nhất là một vòng khép kín như hình xuyến (bánh rán) được hiển thị trong các bức ảnh ở đầu bài viết hoặc loại đường dẫn từ khép kín khác như lõi nồi. Nếu đường từ có chứa khe hở không khí thì rất nhiều từ thông sẽ bị mất khi nó “đi qua khe hở không khí” và giá trị của độ tự cảm sẽ giảm. Đối với một cuộn cảm đơn giản, một thanh sẽ ổn.
Cuộn cảm có thể có đầu cuối dây dẫn (gọi là dây dẫn bay), đầu cuối dây để lắp xuyên lỗ hoặc như một “con chip” để gắn trên bề mặt trên bo mạch PCB.
Các cuộn cảm ở trên được xác định bằng microHenry (µH), nhưng giá trị được đánh dấu trên “cuộn cảm chip” gắn trên bề mặt có thể là nH – nanoHenries hoặc “µH” – microHenries và bạn cần tham khảo bảng trên để biết phạm vi giá trị đầy đủ vì các chữ cái N và R cũng được sử dụng để hỗ trợ phạm vi thập kỷ (từ 1nH đến 9,999nH).
Tên khác của cuộn cảm
Một cuộn cảm có thể được gọi là “cuộn dây”. Không có sự khác biệt cụ thể giữa “cuộn dây” và “cuộn cảm” và nó chủ yếu phụ thuộc vào vị trí và cách sử dụng nó. Một cuộn dây thường đề cập đến các vòng dây trên một lõi có lõi không khí. Khi lõi là kim loại (chẳng hạn như ferrite hoặc sắt mềm hoặc đơn giản là “sắt”), nó sẽ trở thành Cuộn cảm.
Thuật ngữ cuộn cảm được sử dụng khi cuộn cảm được thiết kế để ngăn tín hiệu truyền qua cuộn dây hoặc khi cuộn dây được thiết kế để giảm một dạng sóng cụ thể – chẳng hạn như gợn sóng. Mạch sau đây cho thấy một cuộn cảm đang hoạt động. Mạch được gọi là bộ lọc LC (hay chính xác hơn là bộ lọc pi). Dạng sóng bên trái của cuộn cảm (L) chứa gợn sóng như được biểu thị bằng sóng hình sin. Điện áp xuất hiện từ cuộn cảm có giá trị gợn sóng nhỏ hơn. Điều này một phần là do bộ lọc được cung cấp bởi C1 và C2 cũng như ảnh hưởng của cuộn cảm.
Điện áp đi vào cuộn cảm chủ yếu là DC và điện áp này đi qua cuộn dây mà không có bất kỳ sự thay đổi nào. Bất kỳ gợn sóng nào có trong DC đều tạo ra từ thông ngày càng tăng và điều này làm cắt các vòng dây để tạo ra điện áp ngược. Điều này có tác dụng chống lại gợn sóng và làm giảm nó một cách hiệu quả. Kết quả là giá trị gợn sóng phát ra từ cuộn cảm thấp hơn.
Có thể dùng điện trở thay cho cuộn cảm. Cuộn cảm có hai ưu điểm. Nó sẽ tạo ra gợn sóng đầu ra thấp hơn và điện áp nhỏ hơn sẽ bị “mất” trên cuộn cảm.
Cuộn cảm không phải là lựa chọn ưu tiên cho các thiết kế hiện đại vì bộ điều chỉnh điện áp như 7805 sẽ mang lại kết quả tương tự với chi phí thấp hơn và chiếm ít không gian bo mạch hơn.
Chúng tôi đã sử dụng cuộn cảm làm ví dụ để chỉ ra một trong những đặc điểm của nó. Nó đã không còn được ưa chuộng khi giới thiệu “bộ điều chỉnh 3 cực” (chúng ta đang nói về nguồn điện 50Hz).
Cuộn cảm cũng có thể được sử dụng để ngăn tín hiệu AC đi vào linh kiện. Nói cách khác, tín hiệu có thể được truyền đến một phần khác của mạch trong khi cuộn cảm cung cấp đường dẫn có điện trở thấp cho DC.
Trong mạch sau, tín hiệu phát ra từ bóng bán dẫn và bị “cuộn cảm” ngăn không cho truyền xuống đất. Cuộn cảm cung cấp một đường dẫn điện trở thấp cho độ lệch của bóng bán dẫn đồng thời ngăn tín hiệu truyền đến đường ray 0v.
Nếu cuộn cảm được thay thế bằng điện trở, một số tín hiệu sẽ bị mất trong điện trở (chúng ta gọi là “ngang qua điện trở”) và điện áp rơi trên điện trở sẽ cao hơn cuộn cảm.
Nếu một cuộn dây trên một cuộn dây hay “cựu” được thiết kế để kéo một thanh kim loại vào tâm cuộn dây khi có dòng điện chạy qua thì nó được gọi là Điện từ.
Nếu cuộn dây được quấn trên lõi kim loại và hút các vật kim loại (chẳng hạn như các tiếp điểm của rơle, nhặt kim loại phế liệu ở bãi phế liệu hoặc để làm chuông) thì nó được gọi là ĐIỆN TỬ .
Sơ đồ sau đây mô tả hoạt động của nam châm điện trong chuông:
CÁCH HOẠT ĐỘNG CỦA CHUÔNG
Khi các tiếp điểm đóng, dòng điện chạy qua hai cuộn dây (cái này được gọi là nam châm điện móng ngựa) và tạo ra từ thông kéo cánh tay (gọi là clapper) về phía nam châm điện.
Điều này làm cho búa đập vào chuông đồng thời các tiếp điểm được mở ra.
Điều này làm cho dòng điện ngừng chạy và từ thông dừng lại (sụp đổ).
Cánh tay được đưa trở lại (thông qua một đoạn dây lò xo nhỏ ở điểm xoay)
đến vị trí mà các tiếp điểm được đóng lại và dòng điện lại chạy để lặp lại hành động.
Có một điều quan trọng bạn cần biết khi nhìn thấy một cuộn cảm trong mạch điện – thậm chí là một cuộn cảm một vòng!
Khi nó hoạt động (khi đặt điện áp tăng), nó tạo ra một điện áp ngược hướng với điện áp đặt vào (thực ra là do dòng điện tăng) và kích thước của điện áp này khiến cuộn cảm làm được những điều đáng kinh ngạc.
Điện áp này được gọi là điện áp ngược hoặc EMF ngược. Kích thước của nó phụ thuộc vào cách sản xuất cuộn cảm và giá trị của nó tính bằng Henries (hoặc millihenries, microhenries hoặc nanohenries) cũng như cách nó được kích hoạt trong mạch điện.
Khi sử dụng cuộn cảm trong mạch điện tử, tỷ số giữa điện áp ngược và điện áp đặt vào được gọi là hệ số Q..” Điện áp này cũng có thể được phát hiện dưới dạng “tia lửa” giữa các điểm tiếp xúc của chuông ở trên và nó có thể được cảm nhận như một “cú bật ngược” giữa các ngón tay của bạn khi bạn tháo cuộn cảm ra khỏi điện áp nguồn. Có thể sử dụng điện áp này để tạo ra điện áp rất cao và đôi khi được gọi là điện áp “FLY BACK”.
Điện áp này không được mong muốn trong một số mạch điện và phải bị triệt tiêu. Điện áp do cuộn dây của rơle tạo ra (khi nó bị ngắt điện) có thể làm hỏng bóng bán dẫn điều khiển và phải được “loại bỏ” bằng cách đặt một diode phân cực ngược qua cuộn dây như trong sơ đồ bên dưới:
Vì vậy, chúng tôi đã có nó.
Trong nhiều trường hợp, cuộn cảm sẽ tạo ra “điện áp ngược” cao khi nó không được kích hoạt. Kích thước của điện áp này phụ thuộc vào cách sản xuất cuộn cảm và nhiều thứ khác.
Bạn không thể tính ra độ lớn của điện áp từ bất kỳ công thức nào, vì vậy thử nghiệm là cách duy nhất. Cuối cùng chúng ta có thể đặt toán học sang một bên và lấy mỏ hàn ra.
Về cơ bản có hai cách để sử dụng cuộn cảm.
- Đưa nam châm qua một đầu và phát hiện (đọc) điện áp. Điện áp chỉ được tạo ra khi nam châm chuyển động. Đây là cơ sở của một MÁY PHÁT ĐIỆN.
- Đặt điện áp vào cuộn dây. Điện áp này có thể là điện áp ổn định (gọi là DC) hoặc điện áp thay đổi (gọi là AC). Kết quả khác nhau sẽ được tạo ra trong từng trường hợp. Đây là cơ sở của một ĐỘNG CƠ.
Nếu điện áp ổn định (DC), cuộn dây sẽ tạo ra từ thông ỔN ĐỊNH và tạo ra MỘT NAM CHÂM ĐIỆN.
Chúng ta vẽ thông lượng này dưới dạng các đường đồng tâm xung quanh mỗi dây dẫn. Chúng đi qua tâm của cuộn dây và xuất hiện ở một đầu. Các đường dây nổi lên được cho là tạo ra cực BẮC của nam châm điện. “Từ tính” (các đường sức từ) mạnh nhất ở trung tâm mỗi vòng của cuộn dây và nếu cuộn dây có không khí ở trung tâm thì chỉ có một số lượng nhỏ đường sức có thể xuất hiện trước khi không khí BÃO HÒA. Nếu một kim loại như sắt (gọi là sắt mềm) hoặc ferrite (về cơ bản là giống nhau – với ferrite thích hợp cho cuộn cảm tần số cao) được đặt ở trung tâm, các đường sức từ có thể trở nên tập trung hơn (1.000 – 2.500 lần hoặc hơn) trước khi lõi bão hòa.
Nếu điện áp điều khiển là AC (chẳng hạn như sóng hình sin), một nam châm điện sẽ được tạo ra nhưng từ tính của nam châm điện sẽ tăng và giảm khi điện áp thay đổi.
Hàng trăm kết quả khác nhau có thể được tạo ra từ các ví dụ trên, bằng cách tạo ra cuộn cảm có số vòng khác nhau, hình dạng khác nhau, vật liệu lõi khác nhau, tốc độ chuyển động của nam châm khác nhau và tần số khác nhau đối với điện áp xoay chiều.
Trong cuộc thảo luận này, chúng ta sẽ giữ mọi thứ đơn giản bằng cách nói thế này:
Bạn có thể tạo ra hầu hết mọi loại cuộn cảm bằng thử nghiệm. Bạn không cần phải biết bất kỳ công thức hay lý thuyết nào. Nó có thể được tạo ra bằng cách “thử và sai” đơn giản. Tôi thừa nhận rằng một công thức sẽ giúp bạn bắt đầu nhưng nó sẽ không cho bạn biết loại hoặc kích thước của loại trước đây sẽ sử dụng hoặc độ dày của dây. Cách tiếp cận tốt nhất là sao chép nội dung nào đó tương tự với loại bạn cần và sửa đổi nó bằng cách thêm hoặc bớt các linh kiện khác. Bằng cách này, bạn sẽ có thể “đạt cực đại” cuộn cảm và chắc chắn rằng bạn đã sử dụng số vòng quay tối ưu.
Đây có vẻ là một cách đơn giản để tạo ra một cuộn cảm, tuy nhiên nó thành công. Bạn hoàn thành và nó đã hoạt động!
Bây giờ chúng ta đã đơn giản hóa cách tiếp cận, hãy bắt đầu với LÝ THUYẾT:
Cuộn cảm đơn giản nhất là một vòng dây cứng có không khí ở giữa (lõi không khí).
Nếu đặt một vật kim loại vào giữa vòng quay thì độ tự cảm tăng lên.
Nếu thêm các vòng quay nữa thì độ tự cảm sẽ tăng lên.
Nếu đường kính của vòng dây tăng thì độ tự cảm GIẢM.
Nếu các vòng dây bị giãn ra thì độ tự cảm của cuộn dây GIẢM.
Cuộn cảm song song và nối tiếp
Tôi chưa bao giờ phải đặt các cuộn cảm song song hoặc nối tiếp trong thiết kế cuối cùng, nhưng trong quá trình thử nghiệm, thật hữu ích khi biết điều gì đang xảy ra. Về cơ bản, chúng hoạt động giống như ĐIỆN TRỞ. Nối tiếp, độ tự cảm tăng và song song đó độ tự cảm tổng thể của mạch giảm.
Tổng độ tự cảm là: 10 + 20 + 50 = 80µH
Tổng độ tự cảm là: 10µH
Lưu ý : Sọc vàng ở vị trí thứ 2 hoặc thứ 3 tượng trưng cho dấu thập phân. Khi sử dụng dấu thập phân, không có số nhân.
Giá trị điện cảm tính bằng microHenries.
 |
||
|---|---|---|
| Độ tự cảm (L): | ||
| Đường kính trong của cuộn dây (d): | ||
| Chiều dài cuộn dây ( l ): | ||
| Kích thước dây: | AWG | |
| Số lượt (N): | ||
| Lượt mỗi lớp: | ||
| Số lớp: | ||
| Chu vi cuộn dây (D): | ||
| Đường kính dây: | ||
| Chiều dài dây: | ||
| Điện trở DC (R): | Ôm | |
Khi một cuộn dây được quấn trên lõi kim loại (ferite hoặc sắt) thì độ tự cảm tăng lên rất nhiều. Độ tự cảm thu được sẽ phụ thuộc vào tiết diện của lõi, chiều dài của đường từ và loại vật liệu cũng như một số yếu tố khác.
Cách để sử dụng cuộn cảm
Có hai cách để dẫn động một cuộn cảm
- Nó có thể được điều khiển bằng SÓNG SIN.
- Nó có thể được điều khiển bằng XUNG Trong sơ đồ bên dưới, cuộn cảm được điều khiển bởi một sóng hình sin từ bóng bán dẫn điều khiển:
Đây hoàn toàn là một mạch thử nghiệm vì cuộn cảm không thực hiện bất kỳ “tính năng” nào. Điện áp trên cuộn cảm chỉ đơn giản là sự tái tạo sóng hình sin do bóng bán dẫn tạo ra. Nó không tạo ra điện áp “FLY BACK” mà chúng tôi đã đề cập ở trên.
Lý do như sau: Từ thông tăng giảm TỐC ĐỘ trong chu kỳ và mặc dù từ thông này cắt các vòng dây nhưng nó không tạo ra điện áp cao hơn điện áp đặt vào.
Nếu một cuộn dây khác (gọi là Cuộn THỨ CẤP) được đặt lên trên cuộn dây hiện có, nó sẽ tạo ra một sóng hình sin lớn hơn hoặc nhỏ hơn, tùy theo số vòng dây trên cuộn dây thứ cấp. Cuộn cảm trở thành MÁY BIẾN ÁP và điều này đã được đề cập trong một bài viết khác.
Một ví dụ điển hình về bộ phận trông giống như cuộn cảm nhưng thực chất là máy biến áp, đó là “máy biến áp kích hoạt”. Nó có cuộn dây sơ cấp khoảng 30 đến 100 ohm và cuộn thứ cấp gồm 1.000 vòng trở lên.
Nó có ba đầu dây và điều này có thể gây nhầm lẫn. Cuộn dây khởi động và cuộn thứ cấp được kết nối bên trong và điều này biến nó thành một loại máy biến áp được gọi là ‘BỘ BIẾN ÁP TỰ ĐỘNG .” Điều đó có nghĩa là cuộn sơ cấp và thứ cấp được kết nối và do đó nó không cung cấp cách điện giữa các cuộn dây – một trong những lý do quan trọng nhất tại sao một máy biến áp được sử dụng để cấp nguồn cho một thiết bị điện tử – khi được kết nối với “nguồn điện lưới”.
Sơ đồ dưới đây thể hiện một máy biến áp kích hoạt:
Nếu một cuộn cảm được dẫn động bởi một xung, điện áp đặt vào sẽ bị tắt tại một thời điểm nào đó trong chu kỳ và điều này làm cho dòng điện dẫn động dừng lại.
Trong sơ đồ bên dưới, cuộn cảm được điều khiển bằng xung:
Từ thông xuất hiện tại thời điểm bóng bán dẫn tắt sẽ sụp đổ ngay lập tức và tạo ra một điện áp trong cuộn dây có cực tính ngược với điện áp điều khiển. Nếu có nhiều từ thông (được lưu trữ trong lõi sắt hoặc lõi ferit) thì điện áp sinh ra sẽ rất cao.
Chúng tôi không nhận được một cái gì đó mà không có gì. Trong trường hợp đầu tiên, việc nhân điện áp và dòng điện cung cấp sẽ tạo ra một giá trị năng lượng dự trữ nhất định. Năng lượng dự trữ này được chuyển đổi từ điện áp thấp/dòng điện cao sang điện áp cao/dòng điện thấp.
Hiệu ứng này có thể được sử dụng để tạo ra điện áp cao từ nguồn điện áp thấp. Nó thường được gọi là hiệu ứng “fly back”. Đầu ra của cuộn cảm là các xung điện áp rất cao. Chúng được truyền qua một diode và được lưu trữ trong một tụ điện. Diode ngăn điện áp trên tụ quay trở lại cuộn dây của cuộn cảm và xả tụ điện.
BẠN THIẾT KẾ MỘT CUỘN CẢM NHƯ THẾ NÀO?
Về cơ bản bạn không thể.
Trong hầu hết các trường hợp, bạn không biết cuộn cảm sẽ xuất hiện như thế nào đối với một ứng dụng cụ thể, kích thước của nó hoặc số vòng dây cần thiết.
Bạn cần xem một ví dụ.
Tháo rời một mẫu, đếm số vòng và đo đường kính của dây.
Lưu ý cẩn thận bất kỳ đặc điểm nào như độ dày và loại vật liệu cách nhiệt cũng như cách quấn cuộn cảm.
Cuộn lộn xộn hoặc cuộn lớp không làm thay đổi độ tự cảm nhưng nếu cần tạo ra điện áp “fly back” cực cao thì điện áp giữa hai vòng bất kỳ không được cao hơn 80v.
Điều này có nghĩa là các vòng xoắn phải được quấn thành từng lớp có khả năng cách nhiệt rất tốt giữa các lớp. Nếu cuộn cảm được sử dụng trong trường hợp tần số cao thì vật liệu lõi phải là ferrite tần số cao như F24. Nếu bạn có ý định sao chép một cuộn cảm, tốt nhất nên có hai mẫu. Một mẫu được tháo dỡ và mẫu còn lại được sử dụng làm tài liệu tham khảo để so sánh với nguyên mẫu của bạn.
Có bao nhiêu loại cuộn cảm
Giả sử bạn đã được xem một mạch yêu cầu cuộn cảm 10nH.
Có thể sử dụng loại cuộn cảm 10nH nào không?
Có bao nhiêu loại cuộn cảm 10nH khác nhau?
Làm thế nào để bạn biết nên sử dụng loại nào?
Câu trả lời cho điều này rất phức tạp. Có nhiều cuộn cảm 10nH khác nhau và hầu hết các sơ đồ mạch không cung cấp đủ thông tin để bạn có được (hoặc chế tạo) đúng loại.
Giá trị “10nH” giống như nói điện trở là “1k”. Nó không cho bạn biết tất cả các tính năng bạn cần biết như công suất hoặc dung sai.
Tương tự với cuộn cảm 10nH. Giá trị này không cho bạn biết gì về kích thước vật lý của nó, kích thước của cuộn dây, v.v.
Một cuộn cảm 10nH có thể được tạo ra bằng cách cuộn dây dày hoặc dây mỏng vào lõi vật liệu từ tính. Cuộn cảm sử dụng dây dày sẽ lớn hơn và điện trở của cuộn dây sẽ nhỏ hơn.
Hai cuộn cảm 10nH sẽ hoạt động hoàn toàn khác nhau khi được kết nối với một số mạch điện.
Mạch sau đây cho thấy cách sử dụng điển hình của cuộn cảm.
Nó được kết nối qua một màng áp điện.
Từ trường suy giảm của cuộn cảm tạo ra một điện áp rất cao và điện áp này được truyền đến màng áp điện để tạo ra một đầu ra có tải rất lớn.
Đối với nguồn điện 12v, điện áp này có thể lên tới 120v.
Nếu cuộn cảm có điện trở thấp, bạn sẽ phải điều khiển bóng bán dẫn rất mạnh trong một phần của mỗi chu kỳ để tạo ra dòng điện chạy trong cuộn cảm.
Nếu điện trở (gọi là điện trở DC) của cuộn cảm cao thì bóng bán dẫn sẽ không cần phải điều khiển mạnh và do đó mạch sẽ hoạt động hiệu quả hơn.
Tình huống tương tự cũng xảy ra với mạch tạo điện áp cao, sử dụng cuộn cảm, như thể hiện trong sơ đồ bên dưới.
Nếu cuộn cảm có điện trở cao, đầu ra từ mạch sẽ rất cao và bóng bán dẫn sẽ không cần phải điều khiển quá mạnh. Nói cách khác hiệu suất của mạch sẽ cao.
“Q-FACTOR”
“ Q-factor ” hay Quality-factor đề cập đến điện áp được tạo ra bởi một mạch dao động được tạo thành từ một cuộn dây và tụ điện. Trong mạch bên dưới, cuộn dây và tụ điện được mắc song song và đây được gọi là mạch LC (mạch LC song song). Khi mạch này được thêm vào máy phát FM, nó sẽ được đặt tên là “ TANK CIRCUIT“.
Hai thành phần chúng ta đang thảo luận là cuộn dây và tụ điện. Transistor chỉ đơn thuần là thành phần điều khiển và không liên quan gì đến tính năng tạo ra điện áp cao.
Chúng tôi đã giải thích cách một cuộn cảm tạo ra điện áp cao khi từ thông giảm và đây là lý do tại sao mạch LC sẽ tạo ra điện áp cao hơn nguồn cung cấp.
Tỷ lệ giữa điện áp tạo ra và điện áp cung cấp cho hệ số Q. Giá trị này có thể thấp tới 1 hoặc 2 đối với mạch được thiết kế kém, lên tới 100 hoặc hơn. Chất lượng phụ thuộc vào lượng từ thông được tạo ra và mức độ cắt vòng của cuộn dây hiệu quả như thế nào.
Khi tần số của mạch tăng lên, hiệu quả của ferrite làm vật liệu lõi sẽ giảm đi. Tần số tối đa của ferrite là khoảng 100 MHz – 200 MHz. Ở tần số này sự khác biệt giữa không khí và ferit là rất nhỏ. Vì lý do này, cuộn dây lõi khí thường được sử dụng.
Đây chỉ là một vài ứng dụng của cuộn cảm.
Mục đích chính của bài viết này là giúp bạn nhận thức được sự cần thiết phải kiểm tra điện trở của cuộn cảm để xem phiên bản có điện trở cao hay điện trở thấp sẽ cải thiện đầu ra của mạch.
Và hãy nhớ BÍ MẬT…
Cuộn cảm tạo ra ĐIỆN ÁP NGƯỢC khi nguồn điện bị TẮT:
Khi một tụ điện được thêm vào mạch, năng lượng sẽ truyền từ cuộn cảm đến tụ điện và quay trở lại cuộn cảm, khi nguồn điện bị ngắt, để tạo ra “hiệu ứng dao động”.
Kết quả cuối cùng là một đầu ra hình sin.
Hình ảnh động bên dưới cho thấy năng lượng chảy giữa các linh kiện với vôn kế “đọc ở giữa” phát hiện điện áp:
Thuật ngữ: Một cuộn dây có thể được sử dụng như một ” thiết bị nhặt ” để phát hiện các vật thể từ tính hoặc kim loại. Nó có thể được gọi là NAM CHÂM ĐIỆN, đầu dò cảm ứng, đầu dò từ, cuộn dây, pick-up, cuộn cảm, cuộn dây từ, cuộn dây pickup, vòng cảm ứng, cảm biến cảm ứng, cảm biến từ, máy dò kim loại, máy so sánh, máy dò vàng, máy dò vết nứt – để phát hiện các vết nứt trong các mối hàn, v.v., đầu – như trong máy ghi âm. Nó có thể có lõi làm bằng sắt hoặc ferit và được gọi là nam châm điện. Nó có thể có lõi sắt chuyển động và được gọi là CẢM BIẾN. Một cuộn cảm có thể được sử dụng để làm phẳng gợn sóng trong nguồn cung cấp hoặc nó có thể được sử dụng để tạo ra điện áp cao hơn nguồn cung cấp và nó có thể được quấn trên các “cực” để tạo ra động cơ. Nó có thể có cuộn dây liền kề và trở thành máy biến áp, bộ cách ly hoặc thiết bị tăng áp. Nó có thể là một máy biến dòng hoặc thậm chí là một động cơ tuyến tính. Và có thể còn hàng tá nữa…
Cuộn cảm như một “PICK-UP.”
Bây giờ chúng ta đến với một tính năng quan trọng của cuộn dây khi nó được sử dụng làm CẢM BIẾN.
Khi một nam châm đi qua một cuộn dây (điều này bao gồm hành động di chuyển về phía trước hoặc ra xa khỏi cuộn dây), một điện áp được tạo ra lần lượt dưới dạng sóng hình sin.
Chúng tôi sử dụng thuật ngữ “sóng hình sin” để biểu thị hình dạng gần đúng của dạng sóng nhằm phân biệt nó với các hình dạng khác như “sóng vuông”, “tam giác” hoặc “ziczac”. Sóng hình sin là dạng sóng liên tục với sự tăng giảm dần dần như trong ví dụ sau:
Dạng sóng tương tự được tạo ra nếu nam châm đi qua đầu cuộn dây, vào và ra khỏi đầu cuộn dây hoặc nếu nam châm đi qua tâm.
Nếu nam châm được di chuyển nhanh, biên độ của dạng sóng TĂNG (và sẽ có nhiều “đường lên xuống” hơn trong cùng khoảng thời gian trên sơ đồ trên).
Biên độ cũng được xác định bởi cường độ của nam châm.
Có ba điểm quan trọng cần lưu ý.
Đầu tiên là điện áp do cuộn dây tạo ra khi nó đi qua đầu cuộn dây.
Khi nam châm đặt đối diện trực tiếp với đầu cuộn dây thì độ biến thiên của từ thông bằng 0 và do đó điện áp do cuộn dây tạo ra bằng 0.
Điểm thứ hai là sự thay đổi điện áp do cuộn dây tạo ra. Điện áp đầu ra thay đổi từ dương sang âm trong một khoảng lệch rất nhỏ khi nam châm di chuyển từ hướng thuận sang hướng ngược lại như được nhìn thấy ở đầu cuộn dây.
Điểm thứ ba là cuộn dây tạo ra điện áp bằng 0 khi nam châm không chuyển động.
Nếu nam châm di chuyển với tốc độ nhanh hơn, điện áp do cuộn dây tạo ra sẽ lớn hơn như hình ảnh động bên dưới:
Nếu hai hoặc nhiều cuộn dây được đặt gần nhau với một hoặc nhiều cuộn dây tạo ra từ trường thì khi một nam châm hoặc vật kim loại đi qua từ trường, dạng sóng do cuộn dây cảm biến tạo ra sẽ bị thay đổi. Kích thước và hình dạng có thể rất nhỏ nhưng các giai đoạn khuếch đại có thể tạo ra thông tin đáng kinh ngạc.
Đây là nguyên lý hoạt động của máy dò kim loại (máy dò vàng) hay máy dò tiền xu trong máy bán hàng tự động.
Dạng sóng thu được có thể phân biệt giữa đồng xu và “sên”, lon nhôm, “vòng kéo” hoặc cục vàng. Loại máy dò này nằm ngoài cuộc thảo luận này. Chúng ta sẽ chỉ thảo luận về cách phát hiện tần số của xung và biên độ của điện áp từ một cuộn dây.
Để quá trình thu điện cảm ứng thành công, nam châm đi qua đầu cuộn dây phải mạnh và truyền gần đến cuối cuộn dây.
Đầu ra của một cuộn dây thường sẽ nhỏ hơn 700mV và phải được ghép nối AC với một bóng bán dẫn để điện áp do cuộn dây tạo ra sẽ thay đổi độ lệch của bóng bán dẫn như trong sơ đồ bên dưới:
Trong sơ đồ bên dưới, nam châm đi qua cuộn dây và khi nó rút ra khỏi cuộn dây, điện áp do cuộn dây tạo ra sẽ TẮT bóng bán dẫn và điện áp trên bộ thu tăng lên.
Cuộn dây có thể được kết nối với bố trí hai bóng bán dẫn để tạo ra đầu ra sóng vuông, phù hợp với các mạch yêu cầu tín hiệu không nhiễu:
Một mạch rất đơn giản sử dụng cuộn dây được thể hiện trong sơ đồ bên dưới. Đó là MÁY DÒ KIM LOẠI của chúng tôi.
Nó sử dụng cuộn dây 16 vòng (đường kính khoảng 6″) để phát hiện các vật kim loại như tiền xu, v.v. Mạch dao động ở tần số khoảng 140kHz và tần số tạo ra được thu bởi đài AM để tạo ra một điểm yên tĩnh trên mặt số. kim loại được đặt gần cuộn dây, tần số của mạch bị thay đổi và tần số này được radio thu được dưới dạng âm tần số thấp. Mạch cực kỳ nhạy và có thể nghe rõ sự thay đổi tần số chỉ vài hertz.
Sự quay của cuộn cảm
Động cơ là một ví dụ về cuộn cảm quay. Hầu hết các động cơ nhỏ đều là loại 3 cực (số cực tối thiểu để tự khởi động) và nếu sử dụng động cơ làm máy phát điện thì công suất ra sẽ tương ứng với tốc độ quay.
Đối với động cơ 3 cực, ba dạng sóng được tạo ra cho mỗi vòng quay và sơ đồ sau đây cho thấy loại dạng sóng được tạo ra:
Nếu động cơ tăng tốc độ RPM, dạng sóng sẽ thay đổi:
Mạch phát hiện có thể được sử dụng để đếm xung và xác định RPM.
Bằng cách đặt các cánh quạt trên trục của động cơ, bạn có thể đo tốc độ gió và đầu ra của hệ thống sưởi và làm mát, v.v. Đầu ra từ động cơ có thể được hiệu chỉnh bằng cách đặt quạt bên ngoài cửa sổ của ô tô đang di chuyển với vận tốc đã biết.
Cuộn cảm NHƯ MỘT BỘ LỌC – còn được gọi là CHOKE Khi một cuộn cảm được đặt trong mạch điện và làm giảm độ nhiễu, giống như trong mạch bên dưới, nó còn được gọi là CHOKE. Đây là thuật ngữ cũ và được gọi là biệt ngữ. (Biệt ngữ là những từ hoặc câu chỉ những người làm việc trong lĩnh vực, “lĩnh vực” hoặc công việc cụ thể mới hiểu được.)
Chúng tôi đã đề cập đến tính năng này ở đầu bài viết này nhưng vì nó rất quan trọng nên chúng tôi sẽ đề cập đến nó lại. Lần này chúng ta sẽ đề cập đến một số tính năng của cuộn dây và một trong những “đặc tính ma thuật” ẩn giấu của nó. Đặc tính kỳ diệu này là khả năng của một cuộn dây (cuộn cảm) tạo ra ĐIỆN ÁP NGƯỢC hoặc ĐIỆN ÁP NGƯỢC chống lại việc tăng hoặc giảm điện áp.
Đây là cách cuộn cảm làm phẳng (giảm) độ gợn sóng của điện áp phát ra từ bộ chỉnh lưu. Tất cả bắt đầu khi điện áp tăng (hoặc giảm) biên độ. Bất kỳ điện áp tăng nào cũng cho phép dòng điện tăng dần chạy qua và dòng điện này làm tăng từ thông do cuộn dây tạo ra và từ thông này cắt tất cả các vòng quay khác của cuộn dây để tạo ra “điện áp ngược”. Đây là tình huống với cuộn cảm “L” trong mạch bên dưới:
Khi có dòng điện chạy qua, dạng sóng điện áp sau cuộn cảm sẽ nhỏ hơn dạng sóng đi vào cuộn cảm. Kích thước của dạng sóng từ cầu sẽ phụ thuộc vào độ gợn sóng từ máy biến áp. Sơ đồ trên cho thấy dạng sóng trước và sau cuộn cảm nhưng đây chỉ là biểu diễn. Nó không phải là một dấu hiệu thực sự về kích thước của dạng sóng.
Một nguồn điện có chứa chất điện phân được gọi là chất điện phân lọc và sơ đồ bên dưới cho thấy một bộ được đặt trước cuộn cảm và một bộ đặt sau cuộn cảm.
Cuộc thảo luận này rất phức tạp vì chúng ta liên tục thảo luận về dạng sóng điện áp rồi đến dạng sóng dòng điện. Nhưng đây là cách nó phải như vậy.
Một điều khó hiểu khác là thuật ngữ “DC”. Khi chúng tôi nói “DC”, chúng tôi muốn nói đến điện áp hoặc dòng điện ổn định hoặc không thay đổi. Mặc dù ý nghĩa thực sự của DC là “Dòng điện một chiều”, chúng tôi vẫn gọi điện áp không đổi là “DC”. Một lần nữa, đây là biệt ngữ và đó là lý do tại sao bạn cần hiểu nghĩa của các từ.
Dạng sóng điện áp đi vào cuộn cảm thực sự sẽ giống như 10v DC với độ gợn sóng khoảng 300mV và 9,5v với độ gợn 50mV rời khỏi cuộn cảm.
Điều này được thể hiện trên sơ đồ dưới đây:
Kích thước của dạng sóng “đầu ra” (từ cuộn cảm) sẽ phụ thuộc vào độ tự cảm của L và giá trị của tải. Nếu tải là bộ khuếch đại, dòng điện sẽ luôn thay đổi tùy theo mức độ âm nhạc hoặc giọng nói. Nếu tải là thuần trở thì chúng ta gọi tải là “tải ổn định”. Bằng cách này, chúng tôi có nghĩa là dòng điện là ổn định.
Ngay cả khi bạn đang cung cấp một tải ổn định chẳng hạn như tải thuần trở, dạng sóng (gợn sóng) đi vào cuộn cảm sẽ tạo ra “điện áp ngược” trong cuộn cảm, điều này sẽ làm giảm các đỉnh và ngăn mức thấp hơn nữa. Điều này là do dạng sóng đầu vào có “thành phần gợn sóng”. Nếu điện áp đầu vào là “DC thuần” thì sẽ không cần đến cuộn cảm. Đây chỉ là một ví dụ về hoạt động của cuộn cảm. Sẽ có sự sụt giảm điện áp trên chỉ báo do điện trở của cuộn dây. Điều này có thể được chứng minh bằng cách kết nối cuộn cảm với pin (chẳng hạn như ắc quy ô tô) và đo điện áp rơi trên nó đối với bất kỳ tải nhất định nào.
Bây giờ chúng ta quay lại ví dụ của mình: Độ gợn đầu ra không đổi. Khi dòng điện tăng lên, gợn sóng đầu ra sẽ tăng lên. Điều này là do một số yếu tố.
Máy biến áp sẽ không thể cung cấp dòng điện cao hơn và điện áp đầu ra của nó sẽ giảm. Các chất điện phân sẽ cung cấp ít khả năng lọc hơn ở dòng điện cao hơn (xem mạch bên dưới) và cuộn cảm sẽ trở nên “bão hòa từ tính” và không tạo ra cùng một bộ lọc. Tất cả những đặc điểm này sẽ kết hợp để tạo ra điện áp gợn sóng khác nhau ở đầu ra.
Có một yếu tố khác cần xem xét.
Đơn giản là bạn không thể chọn một cuộn cảm chỉ bằng điện cảm. Ví dụ: bạn không thể chỉ nói “sử dụng cuộn cảm 10.000uH”. Không phải tất cả cuộn cảm 10.000uH đều giống nhau. Dưới đây là ví dụ về 3 cuộn cảm 10.000uH khác nhau.
Nhưng trước khi làm điều này, hãy nhớ điều này:
Mười nghìn microhenries bằng 10 millihenries .
1.000nH = 1 µH, 1.000 µH = 1mH, 1.000mH = 1Henry
Các bức ảnh sau đây cho thấy các loại cuộn cảm khác nhau. Tất cả đều có cùng độ tự cảm (10.000uH) nhưng chúng sẽ tạo ra đầu ra khác nhau vì chúng có điện trở cuộn dây khác nhau. Cuộn cảm thứ hai có vẻ lộn ngược nhưng hai đầu được hàn vào PCB. Nó là một chân gắn trên PCB.
Dòng điện tối đa 3A
Dòng điện tối đa 2mA
Dòng điện tối đa 20mA
Các bức ảnh trên không hiển thị kích thước thực của các linh kiện nhưng bạn có thể thấy mỗi thành phần đều có mức dòng điện tối đa khác nhau.
Dòng điện tối đa là yếu tố chi phối.
Đó là lý do tại sao cuộn cảm 10mH có thể có nhiều kích cỡ khác nhau. Cuộn cảm trong nguồn điện Một cuộn cảm có thể được sử dụng trong nguồn điện để giảm gợn sóng. Trong hầu hết các bộ nguồn, việc này được thực hiện bằng tụ điện, tuy nhiên chúng tôi sẽ giải thích cách hoạt động của cuộn cảm. Cuộn cảm chỉ hoạt động ở phần dao động của điện áp. Nếu điện áp tăng, từ thông sẽ tăng và hiện tượng này gọi là từ thông dãn nở. Thông lượng này cắt tất cả các vòng dây của cuộn dây và tạo ra một điện áp ở các vòng dây ngược với điện áp vào. Do đó điện áp tăng không đi vào cuộn cảm. Đây là cách cuộn cảm làm giảm gợn sóng ở đầu ra. Trong mạch sau, đầu ra có độ gợn giảm khi có cuộn cảm:
Sơ đồ sau đây cho thấy một cuộn cảm có mạch từ kín. “Mạch từ” được thể hiện qua các mũi tên. Và một cuộn cảm có LÕI KHÔNG KHÍ.
Một mạch từ “mở” được hiển thị ở trên thông qua cuộn cảm được mã hóa màu. “Mạch từ” là lõi nhưng từ thông không tạo thành một vòng liên tục. Loại mạch từ này rất kém hiệu quả và có tổn thất cao. Nhưng hoàn toàn có thể chấp nhận được nếu từ thông được giữ ở mức thấp khi lõi không bão hòa.
Thiết kế cuộn cảm như một bộ lọc
Thiết kế một cuộn cảm cho ứng dụng trên là một bài toán rất phức tạp. Chúng ta không biết độ gợn trên đầu vào của cuộn cảm hoặc bất kỳ giá trị điện áp nào vì một máy biến áp nhỏ như trong sơ đồ có hệ số điều chỉnh rất kém và đầu ra có thể cao hơn tới 60% so với đầu ra đã nêu để điện áp giảm xuống mức yêu cầu trên dòng điện đầu ra đầy đủ.
Điều tốt nhất là có nhiều loại cuộn cảm và thử nó.
Nếu bạn đang quấn cuộn cảm của riêng mình, tốt nhất bạn nên thêm nhiều vòng vào lõi và loại bỏ dần chúng nếu cần.
Không có gì có thể đánh bại được “ứng dụng thực tế” vì có quá nhiều biến số để có thể thiết kế thứ gì đó từ biểu đồ.
Nếu bạn không biết bắt đầu từ đâu, hãy nhìn vào nguồn điện. Hãy nhớ tần số của nguồn điện này là 50Hz hoặc 60Hz. Nó không phải là một thiết kế 40kHz. Độ tự cảm sẽ cao hơn nhiều so với mạch 40kHz.
Cách tiếp cận tương tự được khuyến nghị cho bất kỳ loại cuộn cảm nào.
Một cuộn cảm rất khó thiết kế.
Các dự án không phải lúc nào cũng tiêu thụ dòng điện không đổi và hiện tượng gợn sóng ở phía chưa được lọc của nguồn điện cần được xem trên mạch thực tế.
Thay vì sử dụng các công thức toán học phức tạp để tính giá trị của điện cảm, cách dễ nhất là thử các giá trị khác nhau.
Cuộn cảm trong mạch DC phải có lõi không khí. Đó là lý do tại sao nó được gọi là CHOKE. Điều này nhằm phân biệt nó với dây dẫn.
Trong mạch DC (mạch có gợn sóng), điện áp sẽ luôn xuất hiện và dòng điện sẽ luôn chạy. Điều này có nghĩa là cuộn cảm sẽ luôn tạo ra từ thông và từ thông này sẽ bão hòa lõi từ. Điều này có nghĩa là một cuộn cảm thông thường sẽ vô giá trị. Nhưng nếu một tấm hoặc bìa cứng được lắp giữa phần trên và phần dưới của lõi từ trước khi nhúng vào hợp chất bịt kín để ngăn dây và các bộ phận khác rung khi sử dụng bộ phận đó thì bìa cứng sẽ tạo ra KHOẢNG CÁCH KHÍ.
Khi bạn lắp linh kiện vào mạch điện, nó sẽ tạo ra từ thông và toàn bộ từ thông này sẽ bị mất trong khe hở không khí. Khe hở không khí thực sự phải có chiều rộng phù hợp nhưng 0,1mm sẽ là một khởi đầu tốt.
Điều này có nghĩa là dòng điện chạy qua thiết bị sẽ tạo ra từ thông và tất cả sẽ bị mất trong khe hở không khí và khi có dòng điện bổ sung chạy qua (do điện áp đầu vào tăng) thì từ thông bổ sung sẽ được đưa đến mạch từ.
Khi điện áp đầu vào giảm, từ thông sẽ suy giảm và truyền vào tất cả các vòng dây và tạo ra một điện áp sẽ cộng vào điện áp thấp hơn và điện áp đầu ra sẽ tăng lên một chút.
Cuộn cảm ngăn điện áp tăng và ngăn điện áp rơi. Có những giới hạn cho điều này và nếu bạn muốn thứ gì đó giảm độ gợn 1V ở 1A, cuộn cảm sẽ có trọng lượng khoảng 100gr và khá đắt.
Điều này có thể được thực hiện bằng các tụ điện nhỏ hơn và rẻ hơn nhiều.
Cuộn cảm ban đầu được sử dụng vì chúng là một phần của cuộn dây trường loa và kích thước cũng như trọng lượng không thành vấn đề.
Nhưng công nghệ ngày nay với nguồn điện ở chế độ chuyển đổi và thu nhỏ có nghĩa là hoạt động ở tần số cao, kích thước cũng như trọng lượng và chi phí đều hướng tới việc sử dụng tụ điện.
Dây dẫn điện
Kích thước của dây (độ dày) là một yếu tố quan trọng khi thiết kế một cuộn cảm. Tốt nhất nên sử dụng dây dày nhất cho ứng dụng.
TẠI SAO?
Dây dày nhất tạo ra kết quả tốt nhất. Nhưng việc tìm ra độ dày (thước đo) tốt nhất là một vấn đề phức tạp. Hãy giải thích: Trong một số trường hợp, kích thước dây rất dễ tính toán. Đối với máy biến áp, kích thước của máy biến áp (cuộn nhựa để quấn dây) và diện tích (không gian dành cho cuộn dây) đã được biết trước. Bạn cũng sẽ biết số vòng dây cần thiết cho mỗi volt và do đó sẽ biết được tổng số vòng dây. Kích thước (thước đo) của dây có thể được tìm thấy từ một datasheet. Nhưng nam châm điện (hoặc điện từ) thì khác. Về cơ bản, đây là linh kiện DC, mặc dù nó sẽ hoạt động trên AC (ví dụ 50Hz hoặc 60Hz). Các thiết bị này được thiết kế để tạo ra từ thông (để kéo phần ứng hoặc lõi hoặc thu thập kim loại phế liệu) và từ thông được tạo ra bằng cách nhân số vòng với dòng điện chạy qua cuộn dây. Điều này được gọi là AMP-TURNS. Về mặt lý thuyết, cùng một dòng điện có thể được tạo ra bởi một vòng dây 100amp hoặc 100 vòng dây và một amp hoặc 500 vòng dây và 200mA. Nhưng dòng điện sẽ phụ thuộc vào tiết diện của dây (vì dây mỏng có điện trở cao hơn – và điều này sẽ hạn chế lượng dòng điện chạy qua).
Vì vậy, thông lượng tối đa sẽ phụ thuộc vào việc chọn kích thước dây. Tính xem có thể lắp bao nhiêu vòng vào cuộn trước và do đó có thể xác định được tổng chiều dài của dây. Điều này sẽ cho bạn điện trở của cuộn dây và do đó là dòng điện (dùng bảng để tìm điện trở và định luật Ohm để tìm dòng điện). Nhân số vòng với dòng điện. Chọn một thước dây khác và cuối cùng bạn sẽ nhận được một bảng giá trị. Từ bảng này bạn sẽ thấy giá trị tối đa.
Nếu bạn đang thiết kế một cuộn cảm cho điện áp xoay chiều hoặc bất kỳ điện áp dao động hoặc thay đổi nào, bạn sẽ sử dụng cuộn dây: “thuộc tính ma thuật“. Đây là thực tế là từ thông dãn nở hoặc co lại từ mỗi vòng sẽ cắt tất cả các vòng còn lại của cuộn dây để tạo ra điện áp theo hướng ngược lại. Đây được gọi là ĐỘ TỰ CẢM cảm của cuộn dây và nó có nghĩa là cuộn dây không chỉ tạo ra từ thông như mô tả trong nam châm điện hoặc điện từ ở trên mà còn có tác dụng hạn chế hoặc giảm dòng điện bạn có thể cung cấp cho cuộn dây. Điều này là do cuộn dây, điện từ hoặc cuộn cảm luôn giới hạn hoặc giảm dòng điện tại thời điểm bạn đặt điện áp vào.
Nếu bạn thường xuyên sử dụng tính năng này bằng cách cung cấp điện áp tăng và giảm, cuộn dây sẽ hoạt động hoàn toàn khác với một cuộn dây điện từ (có nguồn DC được kết nối với nó trong một thời gian dài).
Điều này có nghĩa là bạn phải xử lý cuộn dây hoàn toàn khác với cuộn dây điện từ.
Nó sẽ cho kết quả hoàn toàn khác, tuy nhiên tốt nhất nên sử dụng tiết diện dày nhất hiện có.
Tại sao lại là dây dày?
Dây dày cho phép nhiều từ thông đi qua các vòng dây liền kề của cuộn dây và do đó tạo ra điện áp ngược cao hơn. Ngoài ra, cuộn dây sẽ có điện trở thấp hơn và điều này sẽ cho phép dòng điện cao hơn chạy qua và do đó tạo ra nhiều dòng điện hơn.
Cuộn cảm trong “Fly back”
Chúng tôi đã đề cập ở trên, một trong những “đặc tính kỳ diệu” của cuộn cảm là khả năng tạo ra “điện áp ngược”. Có một phần mở rộng thậm chí còn kỳ diệu hơn cho điều này. Nếu đặt một điện áp vào cuộn cảm rồi ngắt nó, điện áp ngược sẽ RẤT CAO. Nó có thể cao hơn 100 lần (hoặc hơn) so với điện áp đặt vào. Đây là nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ô tô. Nhà phân phối kết nối cuộn dây đánh lửa với ắc quy của ô tô thông qua các điểm và sau đó các điểm sẽ mở ra. Từ tính co lại trong cuộn dây đánh lửa được truyền từ đầu cuộn dây đến nắp rôto của bộ phân phối và đây là bộ phận quay của bộ phân phối. Nó gửi 20kV đến bugi thích hợp.
Vì vậy, đặc tính co lại của cuộn cảm đã được biết đến từ lâu và nó cũng đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong điện tử.
Các ứng dụng như hàng rào điện, máy phát điện cao thế, mạch EHT trong TV, nguồn điện chuyển đổi chế độ.
Điện áp ngược này cũng được tạo ra bởi rơle, động cơ, chốt cửa và bất cứ nơi nào cuộn dây được cấp điện.
Trong hầu hết các trường hợp, điện áp này cao hơn điện áp hoạt động của các linh kiện trong mạch và phải được ngăn chặn để không làm hỏng chúng.
Trong trường hợp của rơle, back-emf, (đây là tên gọi của điện áp ngược) bị tắt (giảm) bởi diode. Điện áp ngược có cực tính ngược lại với nguồn cung cấp và điện áp này được đặt trực tiếp trên diode và nó tạo thành một đường điện trở rất thấp để hấp thụ năng lượng.
Một cách khác để ngăn chặn điện áp cao làm hỏng mạch điện là cung cấp vật liệu cách nhiệt và che chắn điện áp cao. Ngoài các tụ điện ngăn chặn đột biến trên các con chip, không có cách nào khác để ngăn chặn điện áp cao làm hỏng mạch điện.
Cuộn cảm, từ trường và “cảm kháng”
Khi nói về giá trị của cuộn cảm, chúng ta nói: TRỞ KHÁNG của cuộn cảm là gì? Nói cách khác, chúng ta đang hỏi: Tác dụng của cuộn cảm lên mạch điện là gì? Nói cách khác, nếu thay cuộn cảm bằng một điện trở thì giá trị của điện trở đó là bao nhiêu? Câu trả lời là CẢM KHÁNG của nó và được ký hiệu bằng chữ “X” và được đo bằng ohm, giống như điện trở. Khi một cuộn cảm được đặt trong mạch chứa dạng sóng, cuộn cảm sẽ tạo ra điện áp ngược và điện áp này tăng khi tần số tăng. Điều này có nghĩa là cuộn cảm có hiệu ứng thay đổi tùy theo tần số và những thay đổi về CẢM KHÁNG của nó. Bạn không thể đo giá trị bằng đồng hồ vạn năng. Bạn phải giải quyết nó bằng cách lấy các giá trị khác, chẳng hạn như đo tần số và trở kháng của cuộn dây. Sử dụng công thức:
XL = 2πfL
chúng ta có thể tìm được cảm kháng ở bất kỳ tần số cụ thể nào.
Cuộn cảm trong nguồn Switching
Bộ cấp nguồn ở chế độ chuyển mạch có ở khắp mọi nơi trong thiết bị điện tử. Kể từ khi bóng bán dẫn điện áp cao ra đời, loại vật tư này hiện được tìm thấy trong các “bộ cắm” (tắm tường) và tất cả các loại bộ sạc điện thoại. Nhưng câu hỏi là: Làm thế nào để bạn tính ra giá trị của cuộn cảm. Đầu tiên bạn muốn cuộn cảm càng nhỏ càng tốt và càng rẻ càng tốt. Đầu tiên bạn phải biết dòng điện chạy qua mạch. Điều này sẽ cho tiết diện của dây. Tiếp theo, bạn phải biết các xung vào cuộn cảm sẽ gấp 2 lần dòng điện trung bình chạy qua mạch trở lên. Điều này là do cuộn cảm sẽ truyền dòng điện gấp đôi trong một nửa thời gian vì 50% thời gian còn lại nó sẽ truyền dòng điện đến phần đầu ra của mạch. Bây giờ, phần tiếp theo là kỹ thuật. Phải mất một khoảng thời gian rất ngắn để tạo xung cho cuộn cảm và tạo ra từ trường cực đại. Nếu bạn đập nó lâu hơn thời gian này, năng lượng sẽ bị lãng phí do từ thông dư thừa sẽ không được chuyển thành năng lượng khi bạn ngừng xung. Chúng tôi đã chọn một loại điện cảm có độ tự cảm rất thấp để giữ kích thước rất nhỏ và sẽ chỉ mất vài micro giây để cung cấp năng lượng hoàn toàn cho nó. Điều này có nghĩa là mạch phải hoạt động ở tần số rất cao để giữ “thời gian sạc” dưới thời gian cần thiết để cấp điện hoàn toàn cho cuộn cảm. Nếu bạn cung cấp năng lượng cho một cuộn cảm trong thời gian nó tạo ra từ thông, nó sẽ xuất hiện dưới dạng điện trở rất cao – có thể gấp 10 hoặc 20 lần điện trở thực của cuộn dây. “Cuộn dây” có thể có điện trở thấp tới 0,1 ohm hoặc có thể là 1 ohm nhưng nó sẽ xuất hiện dưới dạng điện trở có thể là 10 ohm. Nhưng khi cuộn cảm cuối cùng tạo ra từ thông tối đa (đây là khi mạch từ bão hòa), mạch sẽ coi cuộn cảm là 0,1 ohm và nó có thể dễ dàng làm nổ bóng bán dẫn dẫn động. Đó là lý do tại sao bạn phải căn thời gian chính xác. [Khi bạn đang “sạc” một cuộn cảm – nói cách khác, khi bạn đang cung cấp năng lượng cho một cuộn cảm và tăng từ trường, dòng điện qua mỗi vòng quay được gọi là TỪ THÔNG MỞ RỘNG và nó đang cắt tất cả các vòng còn lại và tạo ra một điện áp cực nhỏ trong mỗi lượt ngược lại với điện áp bạn đang cung cấp và điều này có nghĩa là bạn có thể cung cấp 10v và điện áp ngược là 9v. Điều này có nghĩa là bạn chỉ cung cấp 1v và do đó chỉ 1/10 dòng điện được phép đi qua cuộn cảm. Đó là lý do tại sao cuộn cảm dường như có điện trở gấp mười lần.
Đó là cách chúng tôi có được tần số hoạt động 40kHz hoặc 400kHz và thậm chí 3 MHz. Tất cả đều có khoảng thời gian ngăn chặn sự bão hòa. “ON-TIME” ít hơn một chút so với thời gian cần thiết để bão hòa cuộn cảm.
Cuộn cảm thực sự được sử dụng ở chế độ FLY-BACK trong nhiều mạch trong đó mạch bị tắt rất nhanh và từ thông do cuộn cảm tạo ra sụp đổ rất nhanh và truyền đến mạch thu.
Cuộn cảm thực sự tạo ra một điện áp rất cao ở dòng điện thấp nhưng phép thuật từ tính sẽ chuyển đổi điện áp rất cao này thành điện áp được xác định bởi mạch nhận (mạch nhận giới hạn điện áp ở một giá trị xác định trước) và dòng điện sẽ tăng lên một giá trị sao cho năng lượng đầu vào sẽ được chuyển đến đầu ra (tổn thất ít đi vài phần trăm). Bạn chỉ cần nhân điện áp, dòng điện và thời gian để có được năng lượng đầu vào và đây sẽ là năng lượng đầu ra. Nó ở dạng BẬT khoảng 50% và TẮT 50%.
Hiện tượng FLY-BACK này chỉ được tạo ra nếu nguồn cung cấp cho cuộn cảm bị tắt rất nhanh (ngay lập tức). Nếu tắt nguồn từ từ, cuộn cảm sẽ xuất ra một điện áp ngược nhưng giá trị của nó sẽ bị chi phối bởi thiết bị hạ điện áp (chẳng hạn như Transistor điều khiển và hiện tượng flyback điện áp cao sẽ không được tạo ra. từ trường sẽ chỉ “ngả” vào các vòng quay và được xác định bởi bóng bán dẫn điều khiển vì bóng bán dẫn vẫn ảnh hưởng đến dòng điện chạy trong mạch. Vậy làm thế nào để bạn chọn một cuộn cảm
Nhìn vào các mạch khác và xem những gì giá trị mà họ đã sử dụng.
Ngoài ra, hãy mua một bộ cuộn cảm và thử từng cái. Sử dụng pin yếu để điều khiển mạch và kiểm tra đầu ra. Bạn sẽ thấy hiệu suất tăng dần và sau đó giảm hiệu suất. Chọn hiệu suất cao nhất và điều khiển mạch có nguồn điện tốt hơn.
Bạn không cần bất kỳ phép toán, phép tính hay kỹ năng nào. Chỉ cần thử nghiệm. Đó là cách các mạch này được phát triển ngay từ đầu.
THÍ NGHIỆM. BÍ MẬT
Cách hoạt động của cuộn cảm
Mạch sau sử dụng một cuộn cảm để tách 3.6v qua đèn LED 1 watt từ nguồn điện 15v. Mạch này giải thích bí mật:
Điện trở của cuộn cảm nhỏ hơn một ohm và nó thấy khoảng 14v ở dây bên trái và 3,6v ở dây bên phải. Vì thế… làm thế nào nó hoạt động? Làm thế nào nó cho phép có 14v ở một bên và 3,6v ở phía bên kia. Điện trở 1R giữa cuộn cảm và đèn LED chỉ có khoảng 0,3v trên nó. Rõ ràng điện trở của cuộn cảm không tạo ra 14 – 3,6 = 10,4V trên các dây dẫn.
Chắc hẳn nó có liên quan gì đó đến các vòng dây trên lõi ferit.
Ở đầu bên phải của cuộn cảm là tụ 100uF. Tụ điện này có tác dụng ngăn chặn điện áp tăng hoặc giảm. Nó giữ cho điện áp cố định và ổn định.
Khi bóng bán dẫn BC327 BẬT, nó sẽ gửi một xung dòng điện đến dây dẫn bên trái của cuộn cảm. Dòng điện này đi vào cuộn cảm và tạo ra từ thông cắt tất cả các vòng dây và tạo ra điện áp theo hướng ngược lại.
Điện áp này gần bằng giá trị của điện áp đi vào cuộn dây và kết quả là có rất ít dòng điện chạy qua cuộn cảm.
Dòng điện này chính xác là lượng chính xác để chiếu sáng hoàn toàn đèn LED.
Cuộn cảm chỉ có thể ngăn dòng điện quá lớn TRONG MỘT THỜI GIAN RẤT NGẮN.
Đó là lý do tại sao bộ dao động có TẦN SỐ rất CAO.
Đó chính là bí mật đằng sau hoạt động của cuộn cảm.
Nó tạo ra một điện áp trên nó làm hạn chế dòng điện chạy qua các vòng dây.
Tất nhiên, cuộn cảm phải được chọn để có số vòng dây, kích thước dây và kích thước ferrite chính xác.
KẾT LUẬN
Cuộc thảo luận này chỉ đề cập đến một phần bí ẩn của cuộn cảm. Có nhiều cách đặc biệt để quấn cuộn cảm cho mạch điện áp cao. Có những cách đặc biệt để giảm độ tự cảm và có những lõi đặc biệt để tăng độ tự cảm.
Có nhiều cách để chạm vào một cuộn cảm để có được tất cả các loại kết quả như dòng điện cao, trở kháng cao, trở kháng thấp và kết hợp trở kháng. Bạn có thể thêm cuộn dây thứ hai, thứ ba và thứ tư để cách ly, phối hợp trở kháng, điện áp cao hoặc dòng điện cao. Cuộn cảm có thể được làm dài, ngắn, mập hoặc bất kỳ hình dạng nào để phù hợp với mạch điện.
Đó là lý do tại sao có rất nhiều hình dạng, kích cỡ và kiểu dáng pin-out.
Để hiểu “Cuộn cảm”, bạn cần tạo một mạch đơn giản để bạn có thể điều chỉnh và thay đổi các tính chất vật lý của cuộn cảm.
Mạch sau đây là một ví dụ hoàn hảo để thử nghiệm. Nó sử dụng một pin 1,5v duy nhất để chiếu sáng đèn LED màu trắng. Chúng tôi biết một đèn LED màu trắng cần ít nhất 3,2v để nó chiếu sáng, do đó, mạch điện sẽ tăng 1,5v lên điện áp cao hơn một cách “kỳ diệu”.
Cuộn dây (thứ cấp) thực chất là một máy biến áp và nó hoạt động ở CHẾ ĐỘ FLYBACK.
Nó không có lõi (chỉ có không khí) và bạn có thể tách các vòng quay và xem nó có tác dụng gì đối với hoạt động.
BIKE FLASHER – Thật tuyệt vời!
Đèn nháy xe đạp này sử dụng một bóng bán dẫn để nháy hai đèn LED trắng từ một ô duy nhất. Và nó không có lõi cho máy biến áp – chỉ có không khí!
Tất cả các mạch Joule Thief mà bạn đã thấy đều sử dụng lõi ferit hoặc lõi hình xuyến (bánh rán) và các vòng được quấn trên vật liệu ferit. Nhưng mạch này chứng tỏ từ thông suy giảm tạo ra điện áp tăng lên, ngay cả khi lõi là không khí. Thực tế là thế này: Khi một bộ từ trường sụp đổ nhanh chóng, nó sẽ tạo ra một điện áp cao hơn theo hướng ngược lại và trong trường hợp này từ trường xung quanh cuộn dây đủ để tạo ra năng lượng mà chúng ta cần.
Wind 30 bật bút hoặc tuốc nơ vít có đường kính 10 mm (1/2″), sau đó bật 30 chiếc khác lên trên. Xây mạch đầu tiên và nối dây. Bạn có thể sử dụng 1 hoặc hai đèn LED. Nếu mạch không hoạt động, hãy đổi dây đi đến chân B. Bây giờ thêm tụ 10uF và điện trở 100k (bỏ 1k5).Mạch lúc này sẽ nhấp nháy.Bạn phải sử dụng 2 đèn LED cho mạch nhấp nháy.
Cuộn dây 30 vòng + 30 vòng ban đầu có ở bên phải. Mạch mất 20mA để chiếu sáng hai đèn LED.
Bí quyết để lấy được năng lượng tối đa từ cuộn dây (để làm đèn LED nhấp nháy) là lượng không khí tối đa ở giữa cuộn dây. Không khí không thể truyền từ thông cao nên chúng tôi cung cấp một diện tích lớn (thể tích) từ thông thấp để cung cấp năng lượng. Cuộn dây lớn hơn (20 mm) giảm dòng điện từ 20mA xuống 11mA cho cùng độ sáng. Điều này có thể được cải thiện hơn nữa nhưng cuộn dây quá lớn. Hai cuộn dây 30 vòng phải được giữ cùng nhau vì từ thông từ cuộn dây chính phải cắt cuộn dây phản hồi để BẬT bóng bán dẫn.
Khi bóng bán dẫn bắt đầu bật qua 100k, nó tạo ra từ thông trong cuộn dây chính làm cắt cuộn dây phản hồi và một điện áp dương xuất hiện ở đầu nối với B và điện áp âm xuất hiện ở đầu nối với 100k và 10uF. Điều này BẬT bóng bán dẫn nhiều hơn và nó tiếp tục BẬT cho đến khi BẬT hoàn toàn. Tại thời điểm này từ thông không giãn nở và điện áp không xuất hiện trong cuộn dây phản hồi.
Trong thời gian này, 10uF đã được sạc và điện áp trên cực âm đã giảm xuống mức điện áp thấp hơn trước. Điều này sẽ tắt bóng bán dẫn một cách hiệu quả và dòng điện trong cuộn dây chính đột ngột dừng lại. Từ thông suy giảm và tạo ra điện áp ngược chiều cao hơn nguồn cung cấp và đây là lý do tại sao hai đèn LED sáng lên. Điều này cũng đặt một điện áp qua cuộn dây phản hồi để giữ cho bóng bán dẫn TẮT. Khi từ thông bị suy giảm, điện áp trên cực âm của 10uF thấp đến mức bóng bán dẫn không bật. 100k xả 10uF và điện áp trên B tăng lên để bắt đầu chu kỳ tiếp theo.
Bạn có thể thấy các điện trở 100k và 1k5 và tất cả các bộ phận khác được xếp thành hình “tổ chim” để dễ dàng thử nghiệm.
Lưu ý : Thay đổi các vòng dây thành 40t cho cuộn dây chính và 30t cho dây phản hồi (giữ các vòng dây quấn chặt với nhau bằng dây quấn quanh chúng) làm giảm dòng điện xuống 8-9mA.
