Induktivität gegen einen Kondensator

Ich bin ein angehender Elektriker und PC-Hardware-Enthusiast. Ich habe mich nur gefragt, warum eine Mischung aus Induktivitäten und Kondensatoren auf Motherboards verwendet wird. Warum nicht einfach Kondensator verwenden? Ich dachte, der Induktor speichert elektrische Ladung, nutzt aber Magnetismus. Was ist das Besondere daran, es als Magnetismus zu speichern?

Um dies richtig zu beantworten, sollten Sie die Eigenschaften eines Kondensators und einer Induktivität kennen.

Induktivitäten sind eine der Hauptkomponenten, die von einem Schaltregler benötigt werden. Ein Kondensator und eine Induktivität sind in der Weise ähnlich, dass ein Kondensator einer Änderung einer Spannung und eine Induktivität einer Änderung eines Stroms widersteht. Die "Stärke" ihres Widerstands hängt von ihrem Wert ab

Kondensatoren werden häufig verwendet, um eine Stromversorgungsleitung zu reinigen, dh Störungen oder Welligkeiten bei (höheren) Frequenzen zu beseitigen. Induktivitäten werden zum Schalten von Stromversorgungen verwendet, bei denen ein relativ konstanter Strom durch eine Induktivität fließt. Ein Schaltnetzteil funktioniert dadurch, dass ein Schalter sehr schnell geöffnet und geschlossen wird. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist der Induktor "geladen". Wenn der Schalter geöffnet ist, wird die Energie vom Induktor in die Last gezogen. Üblicherweise wird eine solche Stromversorgung mit einem Kondensator entkoppelt, um eine stabile Stromversorgungsleitung zu schaffen.

Ein Induktor ist erforderlich, damit dieses Prinzip funktioniert. Wenn Sie einen Widerstand kennen, der für alle Signalfrequenzen den gleichen Widerstandswert hat, sollten Sie einen Kondensator als Widerstand betrachten, der für Gleichstrom (0 Hz) unendlich und für hohe Frequenzen 0 ist. Ein Induktor ist das Gegenteil: Sein Widerstand beträgt 0 bei 0 Hz und unendlich bei hohen Frequenzen. Wir nennen diesen Widerstand jedoch nicht (das ist nur ein reiner Widerstand!), Sondern Impedanz.

Ein PC-Motherboard oder eine Grafikkarte ist im Grunde nicht viel anderes. Sie haben ihre Hauptchips und das Routing zwischen ihnen, und die meisten anderen Komponenten sind Stromversorgungen oder Schnittstellen zwischen Chips oder Steckverbindern.

Die grundlegende elektrische Eigenschaft eines Kondensators besteht darin, dass sich die Spannung an einem Kondensator nicht sofort ändern kann, wohingegen die grundlegende Eigenschaft der Induktivität darin besteht, dass sich der Strom durch einen Induktor nicht sofort ändern kann. Kondensatoren erhalten die Spannung, indem sie Energie in einem elektrischen Feld speichern, während Induktoren den Strom durch Speichern von Energie in einem Magnetfeld speichern.

Ein Ergebnis davon ist, dass Kondensatoren bei höheren Frequenzen am besten leiten, während Induktivitäten bei niedrigeren Frequenzen am besten leiten. Ein weiteres Ergebnis ist, dass beim Durchleiten eines Wechselstroms durch einen Kondensator die Spannung um einen von der Kapazität und der Frequenz abhängigen Phasenwinkel hinter dem Strom zurückbleibt - Kondensatoren verhindern Spannungsänderungen. Wenn Sie währenddessen eine Wechselspannung an eine Induktivität anlegen, bleibt der Strom um einen von der Induktivität und der Frequenz abhängigen Phasenwinkel hinter der Spannung zurück - Induktivitäten verhindern Stromänderungen.

In einigen Situationen können sich Induktivitäten und Kondensatoren gegenseitig ersetzen. In anderen können sie nicht. Natürlich ersetzen sie niemals direkt . Dies bedeutet, dass einige Schaltkreise leicht modifiziert werden können, sodass ein Induktor anstelle eines Kondensators verwendet wird oder umgekehrt, um den gleichen Zweck zu erreichen. Einige Schaltkreise können nicht.

Ein Induktor speichert keine Ladung in seinem Magnetfeld, sondern Energie. Wenn das Magnetfeld zusammenbrechen darf, erzeugt der Induktor spontan eine Spannung. Die Spannung ist normalerweise viel höher als jede Spannung, die zuvor an die Induktivität angelegt wurde. Ein Kondensator weist niemals eine Spannung auf, die größer ist als die an ihn angelegte Spannung. So kann beispielsweise ein Kondensator nicht zum Bau einer Zündspule für einen Benzinmotor verwendet werden.

Ein in Reihe geschalteter Kondensator ähnelt in gewisser Weise einem parallel geschalteten Induktor. Beide Ansätze können einen Filter mit dem gleichen Frequenzgang erzeugen. Die Belastungseffekte dieser Schaltungen sind jedoch nicht gleich. Ein in Reihe geschalteter Kondensator sperrt Gleichstrom, und so sieht er für eine Gleichstromquelle wie eine unendliche Impedanz aus: die leichteste mögliche Last. Eine parallel geschaltete Induktivität ist genau das Gegenteil: ein Kurzschluss. Die beiden sehen sich nur aus Sicht des Ladegeräts ähnlich: Es sieht ein Signal, das hochpassgefiltert und gleichstromfrei ist. Der DC wird jedoch nicht auf die gleiche Weise entfernt. Das Blockieren eines Signals bei offener Last ist nicht dasselbe wie das Kurzschließen eines Signals nach Masse.

Ebenso ähnelt eine in Reihe geschaltete Induktivität einem parallel geschalteten Kondensator, aber auch hier ist der Belastungseffekt nicht derselbe. Wir können einen Kondensator verwenden, um zu verhindern, dass Wechselstrom oder Wechselstrom oberhalb bestimmter Frequenzen in einen Stromkreis gelangt, indem wir diese Signale auf die Rückleitung umleiten. Dies ist manchmal akzeptabel, wenn beispielsweise das Eindringen von HF-Rauschen in ein Gerät verhindert wird. In einigen anderen Fällen kann das Rangieren von Wechselstrom nach Masse eine inakzeptable Belastung für die Quelle dieses Signals verursachen. Ein Induktor kann Wechselstrom blockieren, indem er eine hohe Impedanz erzeugt.

Selbst in Schaltkreisen, in denen wir möglicherweise Reihenkondensatoren durch parallele Induktivitäten ersetzen können und umgekehrt, müssen wir möglicherweise den einen oder anderen wählen, um die unterschiedlichen Belastungen zu berücksichtigen.

Diese Frage hat mich auch eine ganze Weile verwirrt. Ich habe sogar den "Step-Down" -Konverter ohne Induktor simuliert, also habe ich jetzt herausgefunden, was los ist :-).

Grundsätzlich funktioniert es, wenn Sie die Induktivität überspringen. Der Wirkungsgrad wäre jedoch wie bei einem Linearregler - der Spannungsabfall würde nur durch den Abfall der parasitären Widerstände von der 12-V-Versorgung zum Ausgangskondensator verursacht.

Die Induktivität wirkt hier wie ein Widerstand, verschwendet aber keine Energie, sondern pumpt sie eher langsam in den Kondensator.

Induktivitäten werden inline geschaltet, um elektrische Störungen zu filtern. Die Kappen sind parallel angeordnet, um das Rauschen zur Erde abzuleiten. Beide können eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom verursachen, jedoch in entgegengesetzte Richtungen, sodass der Effekt aufgehoben wird.

$X_C =X_L$$X_L= 2{\pi}fL$$X_{C}=\frac{1}{2{\pi}f C}$$V=0.707V_{max}$

Den Kern der Antwort lieferte Jim C. Die meisten didaktischen Materialien zeigen einen Kondensator in Reihe, der einem Induktor parallel entspricht, und umgekehrt. Das ist nicht ganz richtig, denn jeder verschiebt die Phase in eine entgegengesetzte Richtung. Wenn Sie die Verschiebung nicht möchten, sollten Sie die Induktivität und den Kondensator kombinieren. Unter bestimmten Umständen ist die Verschiebung nur in eine Richtung zulässig, sodass Sie den Kondensator oder die Induktivität entsprechend verwenden können. Hier finden Sie eine vollständige Erläuterung des Themas.