Схемотехника · урок 6 из 18
Катушка, трансформатор, резонанс
Индуктивность «не любит» изменений тока: отсюда трансформаторы, колебательные контуры и опасные выбросы напряжения.
Катушка индуктивности — провод, свитый в спираль, часто на сердечнике. Её свойство зеркально конденсатору: U = L · dI/dt — ток через катушку не может измениться скачком. Индуктивность L — в генри (Гн), мГн, мкГн. Сопротивление катушки переменному току растёт с частотой: XL = 2πfL.
Трансформатор
Две обмотки на одном сердечнике. Напряжения относятся как числа витков: U₂ = U₁ · N₂ / N₁, а токи — наоборот. Мощность (почти) сохраняется. Трансформатор работает только на переменном токе и заодно гальванически развязывает: вторичная обмотка не соединена с сетью — поэтому её можно безопасно трогать.
Резонанс
Катушка и конденсатор вместе образуют колебательный контур. На частоте, где их сопротивления равны, f₀ = 1 / (2π√(LC)), наступает резонанс: так радиоприёмник выбирает одну станцию из сотен.
Выброс при отключении
Катушка реле или мотора при резком разрыве тока «пытается» его сохранить и выдаёт выброс в сотни вольт — он убивает транзисторы. Лечится одним диодом, включённым параллельно катушке «против» питания:
Опыт на макетной плате
Нужно: реле на 5 или 12 В, батарея, светодиод с резистором 1 кОм, диод 1N4007.
- Подайте питание на обмотку реле — услышите щелчок контактов.
- Подключите светодиод с резистором параллельно обмотке «наоборот» (анод к минусу) и разорвите цепь: светодиод вспыхнет — это и есть выброс.
- Поставьте диод 1N4007 параллельно обмотке (полоской к плюсу) — вспышка пропадёт.
Проверьте себя
1. Обмотки 1000 и 100 витков, на первичной 220 В. Вторичная?
220·100/1000.
2. Почему трансформатор не работает от батарейки?
Наводит напряжение только изменение магнитного поля.
3. Как сопротивление катушки зависит от частоты?
X_L = 2πfL.
4. Зачем диод параллельно обмотке реле?
Диод замыкает ток катушки, и выброса нет.
По книге: П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники» (М.: БИНОМ, 2014), гл. 1, с. 35–36, 46–50, 61–66. Текст урока — пересказ, схемы перерисованы.