Обучающие статьи по электронике
Круговые катушки индуктивности являются, наверное, самыми распространёнными. В тоже время из-за разнообразия их форм существует некоторая трудность в расчёте индуктивности. Катушку прямоугольного сечения можно представить в виде соленоида с ненулевой толщиной обмотки, либо в виде плоской катушки с ненулевой длиной, поэтому рассчитать необходимую катушку можно либо как соленоид, либо как плоскую катушку, а затем внести поправку.
Непосредственный способ вычисления индуктивности практически не применяется. На практике используются выражения для индуктивности, выведенные с некоторыми допущениями, погрешности вычисления индуктивности по этим выражениями составляет порядка нескольких процентов.
Самые простые по конструкции являются индуктивные элементы без сердечников, поэтому рассмотрим их в первую очередь. Простейшим из таких элементов является прямой провод.
Так как проводник состоит из заряженных частиц – электронов и протонов, то они также движутся вместе с проводником. Как известно на движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца, которая перпендикулярна к направлению движения частицы и к вектору магнитной индукции В, то есть электроны начинают двигаться вдоль проводника приводя к возникновению электрического тока в нём.
Магнитной цепью называется, соединение магнетиков, по которым замыкается магнитный поток. То есть сердечник, на который намотан любой дроссель, трансформатор, катушка индуктивности и т.д. является магнитной цепью. Более того если веществом такого сердечника является воздух (то есть катушки индуктивности не имеющие каркаса), то и он является магнитной цепью. Очень часто магнитную цепь называют магнитопроводом, что по сути так и есть, сердечник проводит магнитное поле, также как и проводник проводит электрический ток. Более того на магнитные цепи распространяются законы электрического тока: закон Ома, правила Кирхгофа и так далее.
В зависимости от магнитных свойств, то есть способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля, все вещества делятся на несколько классов. Которые характеризуются разной величиной относительной магнитной проницаемости и магнитной восприимчивости. Большинство веществ являются диамагнетиками и парамагнетиками , несколько реже встречаются ферромагнетики. Кроме данных классов магнетиков существует ещё несколько классов магнетиков: антиферромагнетики, ферримагнетики и другие, однако их свойства проявляются только при определённых условиях.
Индукция прямого провода имеет небольшое значение и уменьшается при удалении от проводника, поэтому в практических устройствах практически не применяется. Наиболее широко используются магнитные поля созданные проводом, намотанным на какой либо каркас. Поэтому такие поля называются магнитными полями кругового тока. Простейшим таким магнитным поле обладает электрический ток, протекающий по проводнику, который имеет форму окружности радиуса R.
Вокруг проводника, по которому протекает электрический ток, возникает магнитное поле, силовые линии которого имеют вид окружностей, расположенных перпендикулярно проводнику. Причем направление магнитных силовых линий проводника с током определяется, так называемым «правилом буравчика», то есть направление магнитных силовых линий, вокруг проводника с током совпадает с направлением вращения рукоятки буравчика, если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока в проводе.
Если к заряженному телу, вокруг которого существует электрическое поле поднести проводник, то на поднесенном проводнике начнут индуцироваться заряды, в результате чего потенциал заряженного проводника будет уменьшаться, а, следовательно, электроемкость возрастать. Поэтому конденсаторы делают в виде двух близкорасположенных проводников, называемых обкладками конденсатора.
Расчёт электрических цепей путём непосредственного применения законов Кирхгофа приводит к неоправданно большим расчётам, так как приходится решать систему уравнений состоящей из суммарного количества узлов и независимых контуров во всей электрической цепи. Более широко используется метод контурных токов, позволяющий значительно сократить количество уравнений.
В основе анализа и проектирования электронных схем вместе с законом Ома лежат также законы баланса токов, называемым первым законом Кирхгофа, и баланса на участках цепи, называемым вторым законом Кирхгофа. Для правильного понимания данных законов рассмотрим способы соединения между собой приемников энергии и основные взаимоотношения между токами, напряжениями и сопротивлениями при этом.