Induktor

Olika induktorer för elektroniska kretsar.

Induktor bestående av isolerad ledningstråd lindad runt en järnkärna

En induktor eller induktiv komponent är inom elektroniken en passiv komponent med induktans, som motverkar förändringar i den elektriska ström som passerar genom komponenten. När strömmen förändras uppstår en motriktad elektromotorisk kraft, en så kallad mot-emk. Induktorer lagrar energi i ett magnetfält och utförs vanligen som spolar av elektrisk ledare, ofta lindade kring en magnetisk kärna.

Induktorer används bland annat för att välja ut eller dämpa vissa frekvenser, lagra energi i switchade nätaggregat och motverka snabba förändringar i ström.

Funktionsprincip

En induktor bygger på självinduktion. När strömmen genom induktorn förändras förändras också det magnetfält, och därmed det magnetiska flöde, som strömmen ger upphov till. Enligt Faradays induktionslag induceras då en spänning som motverkar förändringen av strömmen.

För en ideal induktor är spänningen över komponenten proportionell mot hur snabbt strömmen förändras:

$v(t)=L{\frac {di(t)}{dt}}$

där L är induktansen. Med annan teckenkonvention skrivs den inducerade elektromotoriska kraften som

${\mathcal {E}}=-L{\frac {di}{dt}}$

där minustecknet uttrycker att den inducerade spänningen motverkar den förändring som orsakar den.

Energin i en induktor lagras i magnetfältet. För en ideal induktor är den lagrade energin

$E={\frac {1}{2}}Li^{2}$

där i är strömmen genom induktorn.

Vid växelström ökar en ideal induktors motverkan mot strömförändringar med frekvensen. Den induktiva reaktansen är

$X_{L}=2\pi fL$

där f är frekvensen. Ju högre frekvens eller induktans, desto större blir reaktansen.

Konstruktion

Induktorer tillverkas vanligen genom att en elektrisk ledare formas så att strömmen ger upphov till ett magnetfält. Många induktorer är trådlindade, där isolerad koppartråd lindas kring en kärna eller spolform. Andra vanliga konstruktioner är flerskiktsinduktorer, där ledande lager och ferrit staplas i en kompakt komponent, och tunnfilmsinduktorer, där ledarmönstret framställs med metoder som liknar halvledartillverkning.

En induktor kan vara luftlindad eller ha en magnetisk kärna. Kärnor av mjukmagnetiskt material, till exempel ferrit, järnpulver, andra metallpulver eller laminerat järn/stål, används för att öka induktansen och forma magnetflödet. Ferritkärnor har hög permeabilitet och hög elektrisk resistivitet, vilket kan ge låga virvelströmsförluster vid höga frekvenser, medan pressade pulver- eller kompositkärnor kan ge mjukare mättnadsförlopp och högre strömtålighet i vissa kraftinduktorer.

Induktorer kan också vara skärmade eller oskärmade. I en oskärmad induktor kan en del av magnetflödet gå utanför komponenten, medan en skärmad konstruktion är utformad för att hålla en större del av flödet i kärnan och därmed minska påverkan på närliggande komponenter. En toroid är ett exempel på en form där magnetflödet till stor del hålls inom kärnan.

Induktorer förekommer både som hålmonterade och ytmonterade komponenter. Små ytmonterade induktorer används ofta i kompakta elektronikkretsar, medan större trådlindade induktorer och kraftinduktorer dimensioneras för högre ström och lägre förluster.

Egenskaper

En ideal induktor har endast induktans. Verkliga induktorer avviker från den ideala modellen genom att de också har resistans i lindningen, parasitisk kapacitans mellan lindningsvarv och förluster i kärnmaterialet. Därför kan induktansvärdet i praktiken påverkas av bland annat frekvens, temperatur och ström.

En viktig egenskap är induktansvärdet, som normalt anges i henry eller i mindre enheter som millihenry (mH), mikrohenry (µH) och nanohenry (nH). Värdet anges med en tolerans och gäller vid de mätförhållanden som tillverkaren anger, till exempel en viss testfrekvens och temperatur.

Lindningens likströmsresistans, ofta angiven som DCR (direct current resistance), ger effektförlust och uppvärmning när ström går genom induktorn. Strömtålighet anges därför ofta som en märkström eller RMS-ström, som är kopplad till hur stor temperaturökning komponenten får vid en viss ström.

Om induktorn har magnetisk kärna kan kärnan mättas vid hög ström. Vid mättnad minskar kärnmaterialets förmåga att öka magnetflödet, vilket gör att induktansen sjunker. Datablad anger därför ofta en mättnadsström, det vill säga den ström där induktansen har fallit med en angiven andel.

Vid höga frekvenser blir parasitkapacitansen mellan lindningsvarven betydelsefull. Tillsammans med induktansen bildar den en resonanskrets, vilket ger induktorn en självresonansfrekvens (SRF). Under självresonansfrekvensen beter sig komponenten huvudsakligen induktivt; vid självresonansfrekvensen når impedansen ett maximum, och ovanför den kan komponenten i stället få kapacitiv karaktär. För filter och impedansanpassning väljs därför ofta en induktor med självresonansfrekvens klart över arbetsfrekvensen.

En annan parameter är Q-värdet eller kvalitetsfaktorn. För en enkel induktor beskriver Q-värdet förhållandet mellan induktiv reaktans och resistiva förluster vid en viss frekvens. Ett högt Q-värde innebär lägre relativa förluster och är särskilt viktigt i radiofrekvenskretsar och avstämda LC-kretsar.

Användning

Induktorer används i elektroniska kretsar där man vill utnyttja att komponenten motverkar snabba förändringar i strömmen. Vanliga användningsområden är filter, resonanskretsar, strömförsörjningar och avstörning.

I filter används induktorer tillsammans med resistorer och kondensatorer för att påverka hur signaler med olika frekvenser passerar genom en krets. Beroende på koppling kan induktorer ingå i lågpassfilter, högpassfilter, bandpassfilter och mer sammansatta LC-filter. I radio- och högfrekvenskretsar används induktorer även i avstämda kretsar och för impedansanpassning.

I switchade nätaggregat och DC-DC-omvandlare används induktorer för att lagra och överföra energi mellan olika delar av omvandlarens arbetscykel. Induktorns värde, likströmsresistans och strömtålighet påverkar bland annat rippelström, rippelspänning, temperaturökning och verkningsgrad.

Induktorer används också för att dämpa elektromagnetiska störningar. I sådana sammanhang kan de ingå i EMI-filter, till exempel tillsammans med kondensatorer i LC-filter, eller användas som drosslar för att ge hög impedans mot störningar vid vissa frekvenser.

En induktor som främst används för att dämpa växelströmskomponenter, störningar eller snabba strömändringar kallas ofta drossel. För drosseltillämpningar och andra högfrekventa användningar är självresonansfrekvensen viktig, eftersom induktorns impedans ökar med frekvensen upp till självresonansen men därefter inte längre beter sig som en ideal induktor.

Se även

• Induktans
• Magnetfält
• Solenoid
• Spole
• Elektromagnetisk svängningskrets

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Induktor.
  Bilder & media