Cuộn cảm vs tụ điện

Tôi là một người đam mê điện máy và máy tính cá nhân. Tôi chỉ tự hỏi tại sao một hỗn hợp của cuộn cảm và tụ điện được sử dụng trên bo mạch chủ? Tại sao không chỉ sử dụng tụ điện? Tôi nghĩ rằng các cuộn cảm lưu trữ điện tích nhưng nó sử dụng từ tính. Có gì đặc biệt khi lưu trữ nó như từ tính?

Để trả lời đúng, bạn nên biết các thuộc tính của tụ điện và cuộn cảm.

Cuộn cảm là một trong những thành phần chính được yêu cầu bởi bộ điều chỉnh chuyển mạch. Một tụ điện và một cuộn cảm giống nhau theo cách mà một tụ điện chống lại sự thay đổi của điện áp và một cuộn cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện. "Sức mạnh" của sức đề kháng của họ phụ thuộc vào giá trị của họ

Tụ điện được sử dụng rộng rãi để làm sạch đường dây cung cấp điện, tức là loại bỏ nhiễu hoặc gợn ở tần số (cao hơn). Cuộn cảm được sử dụng trong việc chuyển đổi nguồn cung cấp điện trong đó một dòng điện tương đối ổn định được truyền qua một cuộn cảm. Một bộ nguồn chuyển mạch hoạt động trong đó một công tắc được mở và đóng rất nhanh. Khi đóng công tắc, cuộn cảm bị 'tích điện'. Khi công tắc mở, năng lượng được rút từ cuộn cảm vào tải. Thông thường một nguồn cung cấp năng lượng như vậy đang được tách rời với một tụ điện để tạo ra một đường cung cấp điện ổn định.

Một cuộn cảm được yêu cầu để làm cho nguyên tắc này hoạt động. Nếu bạn biết một điện trở có điện trở bằng nhau cho tất cả các tần số tín hiệu, bạn nên xem một tụ điện như một điện trở sẽ vô hạn đối với DC (0Hz) và 0 đối với tần số cao. Một cuộn cảm sẽ ngược lại: điện trở của nó sẽ là 0 tại 0Hz và vô hạn ở tần số cao. Tuy nhiên, chúng tôi không gọi điện trở này (chỉ được sử dụng cho điện trở thuần!) Nhưng trở kháng.

Một bo mạch chủ PC hoặc card đồ họa về cơ bản không khác gì nhiều. Chúng có chip chính và định tuyến giữa chúng, và hầu hết các thành phần khác là nguồn điện hoặc một chút giao thoa giữa các chip hoặc đầu nối.

Tính chất điện cơ bản của tụ điện là điện áp trên tụ không thể thay đổi tức thời, trong khi tính chất cơ bản của cuộn cảm là dòng điện qua cuộn cảm không thể thay đổi tức thời. Tụ điện bảo toàn điện áp bằng cách lưu trữ năng lượng trong điện trường, trong khi cuộn cảm bảo toàn dòng điện bằng cách lưu trữ năng lượng trong từ trường.

Một kết quả của điều này là trong khi các tụ điện hoạt động tốt nhất ở tần số cao hơn, thì cuộn cảm dẫn tốt nhất ở tần số thấp hơn. Một kết quả khác là nếu bạn đặt một dòng điện xoay chiều qua một tụ điện, điện áp sẽ tụt lại phía sau dòng điện bởi một số góc pha phụ thuộc vào điện dung và tần số - tụ điện ngăn cản sự thay đổi điện áp. Trong khi đó, nếu bạn đặt một điện áp xoay chiều trên một cuộn cảm, dòng điện sẽ tụt lại phía sau điện áp bởi một góc pha phụ thuộc vào độ tự cảm và tần số - cuộn cảm ức chế sự thay đổi dòng điện.

Trong một số tình huống, cuộn cảm và tụ điện có thể thay thế cho nhau. Ở những người khác, họ không thể. Tất nhiên, họ không bao giờ trực tiếp thay thế. Điều này có nghĩa là một số mạch có thể được sửa đổi một chút để sử dụng một cuộn cảm thay vì tụ điện hoặc ngược lại để đạt được cùng một mục đích. Một số mạch không thể.

Một cuộn cảm không lưu trữ điện tích trong từ trường của nó, mà là năng lượng. Khi từ trường được phép sụp đổ, cuộn cảm sẽ tự phát một điện áp. Điện áp thường cao hơn nhiều so với bất kỳ điện áp nào trước đây được áp dụng cho cuộn cảm. Một tụ điện sẽ không bao giờ thể hiện một điện áp lớn hơn điện áp được sử dụng cho nó. Vì vậy, ví dụ, một tụ điện không thể được sử dụng để xây dựng một cuộn dây đánh lửa cho động cơ xăng.

Một tụ điện nối tiếp tương tự như một cuộn cảm song song, theo một số cách. Cả hai phương pháp đều có thể tạo ra một bộ lọc có cùng đáp ứng tần số. Tuy nhiên, hiệu ứng tải của các mạch này không giống nhau. Một tụ điện nối tiếp chặn DC, và đối với nguồn DC, nó trông giống như một trở kháng vô hạn: tải nhẹ nhất có thể. Một cuộn cảm song song là hoàn toàn ngược lại: ngắn mạch. Cả hai chỉ trông giống nhau từ phối cảnh của thiết bị tải: nó nhìn thấy một tín hiệu đã được lọc qua cao và không có DC. Nhưng DC không bị loại bỏ theo cùng một cách. Chặn tín hiệu với tải mở không giống như chặn ngắn mạch tín hiệu xuống đất.

Tương tự như vậy, một cuộn cảm nối tiếp tương tự như một tụ điện song song, nhưng một lần nữa, hiệu ứng tải không giống nhau. Chúng ta có thể sử dụng một tụ điện để ngăn AC hoặc AC trên các tần số nhất định, đi vào mạch, bằng cách chuyển các tín hiệu đó trở lại. Đôi khi, điều đó có thể chấp nhận được, như khi chặn tiếng ồn RF xâm nhập vào thiết bị. Trong một số trường hợp khác, việc tắt AC xuống đất có thể tạo ra tải không chấp nhận được đối với nguồn tín hiệu đó. Một cuộn cảm có thể chặn AC bằng cách tạo ra trở kháng cao chống lại nó.

Vì vậy, ngay cả trong các mạch nơi chúng ta có thể có khả năng thay thế cuộn cảm song song cho tụ điện nối tiếp và ngược lại, việc xem xét sự khác biệt tải có thể yêu cầu chúng ta chọn cái này hay cái khác.

Đây là câu hỏi khiến tôi khá bối rối, tôi thậm chí còn thực hiện mô phỏng bộ chuyển đổi "bước xuống" mà không có cuộn cảm nên bây giờ tôi đã tìm ra cái gì sai :-).

Về cơ bản, nếu bạn bỏ qua cuộn cảm, nó sẽ hoạt động. Nhưng hiệu quả sẽ giống như trong bộ điều chỉnh tuyến tính - giảm điện áp sẽ chỉ do giảm điện trở ký sinh từ nguồn cung cấp 12 V đến tụ điện đầu ra.

Cuộn cảm hoạt động giống như một điện trở ở đây, nhưng nó không lãng phí bất kỳ năng lượng nào, nó từ từ bơm nó vào tụ điện.

Cuộn cảm được đặt nội tuyến để lọc nhiễu điện. Mũ được đặt song song với tiếng ồn shunt xuống đất. Cả hai đều có thể gây ra sự dịch pha giữa điện áp và dòng điện, nhưng chúng làm như vậy theo hướng ngược lại để hiệu ứng hủy bỏ.

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

Cốt lõi của câu trả lời được đưa ra bởi Jim C. Hầu hết các vật liệu mô phạm cho thấy một tụ điện nối tiếp tương đương với một cuộn cảm song song và ngược lại. Điều đó không hoàn toàn đúng, bởi vì mỗi người sẽ chuyển pha sang hướng ngược lại. Vì vậy, nếu bạn không muốn thay đổi, bạn nên kết hợp cuộn cảm và tụ điện. Trong một số trường hợp, sự thay đổi chỉ được chấp nhận theo một hướng, vì vậy bạn có thể sử dụng tụ điện hoặc cuộn cảm theo đó. Đây là một lời giải thích đầy đủ về chủ đề này.