Τι είναι ένα κύκλωμα πηνίου;

Οι επαγωγείς είναι παθητικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα που συνήθως κατασκευάζονται από πηνία σύρματος. Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα πηνίο σύρματος, ή επαγωγέα, προκαλεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από το πηνίο, το οποίο αποθηκεύει ενέργεια. Αυτή η ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας ονομάζεται επαγωγή, και μετριέται σε henries. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι κυκλωμάτων επαγωγών και το καθένα συμπεριφέρεται με μοναδικό τρόπο που το καθιστά χρήσιμο σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Το μαγνητικό πεδίο γύρω από έναν επαγωγέα αποθηκεύει ενέργεια. Όταν αφαιρεθεί το ρεύμα, η ενέργεια επαναρροφάται από τον επαγωγέα που παράγει ένα στιγμιαίο ρεύμα στην αντίθετη κατεύθυνση από το αρχικό ρεύμα. Αυτό το ρεύμα αντιδρά με άλλα εξαρτήματα στο κύκλωμα του επαγωγέα. Τα εξαρτήματα του κυκλώματος πηνίου περιλαμβάνουν επαγωγείς (L), αντιστάσεις (R) και πυκνωτές (C). Ένα κύκλωμα επαγωγέα RL, για παράδειγμα, έχει ένα πηνίο και μια αντίσταση.

Η κατανόηση των κυκλωμάτων επαγωγών απαιτεί την κατανόηση ότι οι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρικού φορτίου που τοποθετείται στις πλάκες τους. Η ικανότητα ενός πυκνωτή να αποθηκεύει ενέργεια ονομάζεται χωρητικότητα και μετριέται σε farads. Σε ένα κύκλωμα επαγωγής, ένας πυκνωτής και ένας επαγωγέας αποθηκεύουν και εκφορτώνουν ενέργεια σε αντίθεση. Καθώς δημιουργείται το μαγνητικό πεδίο γύρω από έναν επαγωγέα, το φορτίο του πυκνωτή μειώνεται. Το αντίστροφο ισχύει επίσης – καθώς ο πυκνωτής φορτίζεται, το μαγνητικό πεδίο του επαγωγέα μειώνεται.

Ένα κύκλωμα παράλληλης αντίστασης-επαγωγέα είναι ένα κύκλωμα απομόνωσης για τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται ως ενισχυτές. Σε υψηλές συχνότητες, η έξοδος του ενισχυτή τρανζίστορ αρχίζει να ταλαντώνεται καθώς ο πυκνωτής εξόδου αποθηκεύει και απελευθερώνει ενέργεια. Ένα παράλληλο κύκλωμα αντίστασης-επαγωγέα συνδεδεμένο κατά μήκος της εξόδου του ενισχυτή εμποδίζει την ταλάντωση και την παραμόρφωση της εξόδου του σήματος ή την καταστροφή εξαρτημάτων. Αυτό το επιτυγχάνει απορροφώντας ενέργεια καθώς εκφορτίζεται ο πυκνωτής και εκφορτίζοντας την ενέργεια καθώς φορτίζεται ο πυκνωτής, διατηρώντας αποτελεσματικά το τρανζίστορ απομονωμένο από το ρεύμα του πυκνωτή μετατόπισης.

Το κύκλωμα επαγωγέα φίλτρου RL τοποθετεί έναν επαγωγέα και μια αντίσταση σε σειρά — το ρεύμα ρέει μέσω του ενός και μετά του άλλου. Αυτό το έκκεντρο κυκλώματος ονομάζεται επίσης φίλτρο χαμηλής διέλευσης ή υψηλής διέλευσης, ανάλογα με το πώς λαμβάνεται η έξοδος από αυτό. Η εφαρμογή υψηλοπερατού φίλτρου χρησιμοποιεί τα καλώδια του επαγωγέα ως έξοδο, τα οποία επιτρέπουν τη διέλευση υψηλών συχνοτήτων αλλά όχι χαμηλών συχνοτήτων. Η λήψη της εξόδου κατά μήκος της αντίστασης χρησιμοποιεί το κύκλωμα ως χαμηλοπερατό φίλτρο, το οποίο διέρχεται χαμηλές συχνότητες και μπλοκάρει τις υψηλές συχνότητες.

Η τοποθέτηση ενός επαγωγέα παράλληλα ή σε σειρά με έναν πυκνωτή δημιουργεί ένα κύκλωμα συντονισμού ή ένα κύκλωμα συντονισμένου επαγωγέα. Τα δύο εξαρτήματα αποθηκεύουν και απελευθερώνουν ενέργεια σε αντίθεση — καθώς το ένα συστατικό φορτίζει, το άλλο εκφορτίζεται. Το κύκλωμα επαγωγέα LC είναι ένα επιλεκτικό φίλτρο και η συχνότητα συντονισμού —η συχνότητα στην οποία φορτίζονται και εκφορτίζονται εξίσου και τα δύο εξαρτήματα — του κυκλώματος επιλέγει τη συγκεκριμένη συχνότητα σήματος που επιτρέπει να περάσει. Αυτή η αρχή ήταν η βάση για τα πρώτα κρυστάλλινα ραδιόφωνα που βασίζονταν σε ένα πηνίο από σύρμα και στην χωρητικότητα του καλωδίου της κεραίας στον αέρα για να συντονιστούν σε διαφορετικούς ραδιοφωνικούς σταθμούς.
Ένα απλό κύκλωμα πηνίου RLC τοποθετεί τα τρία εξαρτήματα σε σειρά μεταξύ τους. Αυτό το κύκλωμα λειτουργεί σαν ένα κύκλωμα σειράς LC καθώς έχει συχνότητα συντονισμού. Σε αντίθεση με το κύκλωμα LC, ωστόσο, το κύκλωμα RLC σειράς χάνει γρήγορα την ταλάντωση του ρεύματος μεταξύ του πυκνωτή και του επαγωγέα επειδή η αντίσταση «αντίσταται» στη ροή του ρεύματος. Άλλα κυκλώματα πηνίου RLC τοποθετούν τα εξαρτήματα σε διαφορετικούς συνδυασμούς παράλληλων και σειριακών κυκλωμάτων.