Indutor vs um capacitor

Sou eletricista trainee e entusiasta de hardware de PC. Eu só estava me perguntando por que uma mistura de indutores e capacitores são usados ​​nas placas-mãe? Por que não usar apenas capacitor? Eu pensei que o indutor armazena carga elétrica, mas usa magnetismo. O que há de tão especial em armazená-lo como magnetismo?

Para responder a isso corretamente, você deve conhecer as propriedades de um capacitor e um indutor.

Os indutores são um dos principais componentes exigidos por um regulador de comutação. Um capacitor e um indutor são semelhantes na maneira como um capacitor resiste a uma mudança de tensão e um indutor resiste a uma mudança de corrente. A "força" de sua resistência depende de seu valor

Os capacitores são amplamente utilizados para limpar uma linha de fonte de alimentação, ou seja, remover ruídos ou ondulações nas frequências (mais altas). Os indutores são usados ​​na comutação de fontes de alimentação, onde uma corrente relativamente constante é passada através de um indutor. Uma fonte de alimentação comutada funciona em que um comutador é aberto e fechado muito rapidamente. Quando o interruptor está fechado, o indutor é 'carregado'. Quando o interruptor está aberto, a energia é retirada do indutor para a carga. Normalmente, essa fonte de alimentação está sendo dissociada com um capacitor para criar uma linha de fonte de alimentação estável.

É necessário um indutor para fazer esse princípio funcionar. Se você conhece um resistor que tem uma resistência igual para todas as frequências de sinal, deve ver um capacitor como um resistor que será infinito para DC (0Hz) e 0 para altas frequências. Um indutor será o oposto: sua resistência será 0 a 0Hz e infinita em altas frequências. No entanto, não chamamos essa resistência (usada apenas para um resistor puro!), Mas impedância.

Uma placa-mãe ou placa gráfica para PC basicamente não é muito mais que isso. Eles têm seus chips principais e o roteamento entre eles, e a maioria dos outros componentes é fonte de alimentação ou um pouco de interface entre chips ou conectores.

A propriedade elétrica básica de um capacitor é que a tensão através de um capacitor não pode mudar instantaneamente, enquanto a propriedade básica da indutância é que a corrente através de um indutor não pode mudar instantaneamente. Os capacitores preservam a tensão armazenando energia em um campo elétrico, enquanto os indutores preservam a corrente armazenando energia em um campo magnético.

Um resultado disso é que, embora os capacitores conduzam melhor em frequências mais altas, os indutores conduzem melhor em frequências mais baixas. Outro resultado é que, se você colocar uma corrente CA através de um capacitor, a tensão ficará atrás da corrente em algum ângulo de fase que depende da capacitância e da freqüência - os capacitores inibem as mudanças de tensão. Enquanto isso, se você colocar uma tensão CA em um indutor, a corrente ficará atrás da tensão em um ângulo de fase que depende da indutância e dos indutores de freqüência inibem as alterações na corrente.

Em algumas situações, indutores e capacitores podem substituir um ao outro. Em outros, eles não podem. Claro, eles nunca substituem diretamente . O que isto significa é que alguns circuitos podem ser levemente modificados para que um indutor seja usado em vez de um capacitor ou vice-versa para atingir o mesmo objetivo. Alguns circuitos não podem.

Um indutor não armazena uma carga em seu campo magnético, mas sim energia. Quando o campo magnético é permitido entrar em colapso, o indutor gera espontaneamente uma tensão. A voltagem é geralmente muito maior do que qualquer voltagem anteriormente aplicada ao indutor. Um capacitor nunca exibirá uma tensão maior do que a aplicada. Por exemplo, um capacitor não pode ser usado para construir uma bobina de ignição para um motor a gasolina.

Um capacitor em série é semelhante a um indutor em paralelo, em alguns aspectos. Ambas as abordagens podem criar um filtro com a mesma resposta de frequência. No entanto, os efeitos de carregamento desses circuitos não são os mesmos. Um capacitor em série bloqueia CC e, portanto, para uma fonte CC, parece uma impedância infinita: a carga mais leve possível. Um indutor em paralelo é exatamente o oposto: um curto-circuito. Os dois são parecidos da perspectiva do dispositivo de carregamento: ele vê um sinal que foi filtrado com alta frequência e está livre de corrente contínua. Mas o CD não é removido da mesma maneira. Bloquear um sinal com uma carga aberta não é o mesmo que causar um curto-circuito no sinal para o terra.

Da mesma forma, um indutor em série é semelhante a um capacitor em paralelo, mas, novamente, o efeito de carregamento não é o mesmo. Podemos usar um capacitor para impedir que a CA, ou CA acima de certas frequências, entre em um circuito, desviando esses sinais para o retorno. Às vezes isso é aceitável, como ao impedir que o ruído de RF entre no dispositivo. Em alguns outros casos, o desvio da CA para o terra pode criar uma carga inaceitável na fonte desse sinal. Um indutor pode bloquear a corrente alternada criando uma alta impedância contra ela.

Portanto, mesmo em circuitos nos quais podemos potencialmente substituir indutores paralelos por capacitores em série e vice-versa, a consideração das diferenças de carga pode exigir que escolhamos um ou outro.

Esta é a pergunta que me intrigou por um bom tempo também, eu até fiz uma simulação do conversor "abaixador" sem o indutor, então agora eu descobri o que está errado :-).

Basicamente, se você pular o indutor, ele funcionará. Mas a eficiência seria como no regulador linear - a queda de tensão seria devida apenas à queda nos resistores parasitas da fonte de 12V para o capacitor de saída.

O indutor funciona como um resistor aqui, mas não gasta energia, bombeia-o lentamente para o capacitor.

Os indutores são colocados em linha para filtrar o ruído elétrico. As tampas são colocadas em paralelo para desviar o ruído do solo. Ambos podem causar uma mudança de fase entre tensão e corrente, mas o fazem em direções opostas, para que o efeito seja cancelado.

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

O núcleo da resposta foi dado por Jim C. A maioria dos materiais didáticos mostra um capacitor em série equivalente a um indutor em paralelo e vice-versa. Isso não é completamente verdade, porque cada um mudará a fase para uma direção oposta. Portanto, se você não deseja a troca, deve combinar o indutor e o capacitor. Em algumas circunstâncias, o deslocamento é aceitável em apenas uma direção, para que você possa usar o capacitor ou o indutor de acordo com isso. Aqui está uma explicação completa do assunto.