הבנת משרן וזה עובד

המשרן הוא אחד המרכיבים הפסיביים העיקריים באלקטרוניקה. הרכיבים הפסיביים הבסיסיים באלקטרוניקה הם נגדים, קבלים ומשרנים. משרנים קשורים קשר הדוק לקבלים שכן שניהם משתמשים בשדה חשמלי לאחסון אנרגיה ושניהם הם שני רכיבים פסיביים סופניים. אך לקבלים ומשרנים יש מאפייני בנייה, מגבלות ושימוש שונים.

המשרן הוא רכיב דו-מסופי המאגר אנרגיה בשדות המגנטיים שלו. זה מכונה גם סליל או חנק. הוא חוסם כל שינוי בזרם הזורם דרכו.

המשרן מאופיין בערך ההשראות שהוא יחס המתח (EMF) ושינוי הזרם בתוך הסליל. יחידת ההשראות היא הנרי. אם הזרם הנוכחי דרך משרן ישתנה בקצב של אמפר אחד לשנייה ויוצר 1V של EMF בתוך הסליל, אזי ערך ההשראות יהיה 1 הנרי.

באלקטרוניקה משמש המשרן בעל הערך של הנרי לעיתים רחוקות מכיוון שהוא ערך גבוה מאוד מבחינת היישום. בדרך כלל משתמשים בערכים נמוכים בהרבה כמו מילי הנרי, מיקרו הנרי או ננו הנרי ברוב היישומים.

סֵמֶל	ערך	הקשר עם הנרי
mH	מילי הנרי	1/1000
אה	מיקרו הנרי	1/1000000
nH	ננו הנרי	1/1000000000

סמל משרן מוצג מתחת image-

הסמל הוא ייצוג של חוטים מפותלים כלומר חוטים בנויים להפוך לסליל.

בניית משרן

משרנים נוצרים באמצעות חוטי נחושת מבודדים אשר נוצרו עוד יותר כסליל. הסליל יכול להיות שונה בצורות ובגדלים וגם יכול להיות עטוף בסוג חומרים אחר.

ההשראות של משרן תלויות מאוד במספר גורמים, כגון מספר סיבובי חוט, המרווח בין הסיבובים, לא שכבות סיבובים, סוג חומרי הליבה, החדירות המגנטית שלו, גודלו, צורתו וכו '.

יש הבדל עצום בין המשרן האידיאלי למשרנים האמיתיים בפועל המשמשים במעגלים אלקטרוניים. למשרן אמיתי יש לא רק השראות, אלא יש לו גם קיבול והתנגדות. הסלילים העטופים מקרוב מייצרים כמות מדידה של קיבול תועה בין סיבובי סליל. קיבול נוסף זה, כמו גם התנגדות חוטים, משנים את ההתנהגויות בתדירות גבוהה של משרן.

משרנים משמשים כמעט בכל מוצר אלקטרוני, כמה יישומי DIY של משרן הם:

• גלאי מתכות
• גלאי מתכות של ארדואינו
• משדר FM
• מתנדים

כיצד עובד משרן?

לפני שנדון בהמשך, חשוב להבין את ההבדל בין שתי טרמינולוגיות, שדה מגנטי ושטף מגנטי.

במהלך הזרימה הנוכחית דרך המוליך נוצר שדה מגנטי. שני הדברים הללו פרופורציונליים באופן ליניארי. לכן, אם הזרם גדל, כך גם השדה המגנטי יגדל. שדה מגנטי זה נמדד ביחידת SI, טסלה (T). עכשיו, מה זה שטף מגנטי ? ובכן, המדידה או הכמות של השדה המגנטי עוברים באזור מסוים. לשטף מגנטי יש גם יחידה בתקן SI, היא וובר.

אז נכון לעכשיו, יש שדה מגנטי על פני המשרנים, המיוצר על ידי הזרם הזורם דרכו.

כדי להבין יותר, נדרשת הבנה של חוק ההשראות של פאראדיי. על פי חוק ההשראות של פאראדיי, ה- EMF שנוצר הוא פרופורציונאלי לקצב השינוי של השטף המגנטי.

VL = N (dΦ / dt)

כאשר N הוא מספר הסיבובים ו- Φ הוא כמות השטף.

בניית משרן

ניתן להדגים בניית משרנים כללית וסטנדרטית אחת כחוט נחושת העטוף היטב על פני חומר ליבה. בתמונה למטה, חוט נחושת עטוף מקרוב על פני חומר ליבה, מה שהופך אותו למשרן פסיבי דו-מסופי.

כאשר הזרם יזרום דרך החוט, השדה האלקטרומגנטי יתפתח על פני המוליך והכוח האלקטרו-מנועי או EMF ייצור בהתאם לקצב השינוי של השטף המגנטי. לכן, הצמדת השטף תהיה Nɸ.

ההשראות של סליל סליל פצע בחומר ליבה אמורה להיות

µN ² A / L

כאשר N הוא מספר הסיבובים

A הוא שטח החתך של חומר הליבה

L הוא אורך הסליל

µ היא החדירות של חומר הליבה שהוא קבוע.

הנוסחה של EMF האחורי שנוצר היא

Vemf (L) = -L (di / dt)

במעגל, אם מפעילים מקור מתח על המשרן באמצעות מתג. מתג זה יכול להיות כל דבר כמו טרנזיסטורים, MOSFET או כל סוג של מתג אופייני שיספק את מקור המתח למשרן.

ישנן שתי מצבי מעגל.

כאשר המתג פתוח, לא תתרחש זרימת זרם במשרן וכן קצב השינוי הנוכחי הוא אפס. אז גם EMF הוא אפס.

כאשר המתג סגור הזרם ממקור המתח למשרן מתחיל לעלות עד שזרם הזרם מגיע לערך מצב יציב מרבי. בזמן זה זרימת הזרם דרך המשרן עולה וקצב השינוי הנוכחי תלוי בערך ההשראות. על פי חוק פאראדיי, המשרן מייצר חזרה EMF שנשאר עד שה- DC מגיע למצב יציב. במצב יציב אין שינוי זרם בסליל והזרם פשוט עובר דרך הסליל.

במהלך תקופה זו, משרן אידיאלי ישמש כקצר חשמלי מכיוון שאין לו התנגדות, אך במצב מעשי, הזרם הנוכחי דרך הסליל ולסליל יש התנגדות כמו גם את הקיבול.

במצב השני, כאשר המתג נסגר שוב, זרם המשרן יורד במהירות ושוב ישנו זרם מה שמוביל עוד יותר לייצור EMF.

זרם ומתח במשרן

הגרף שלעיל מציג את מצב המתג, זרם המשרן ומתח המושרה בקבוע הזמן.

ניתן לחשב כוח באמצעות המשרן באמצעות חוק הכוח של אוהם כאשר P = מתח x זרם. לכן, במקרה כזה, המתח הוא –L (di / dt) והזרם הוא i. אז ניתן לחשב את הכוח במשרן באמצעות נוסחה זו

P _L = L (di / dt) i

אבל במהלך המצב היציב המשרן האמיתי פשוט מתנהג כמו נגד. אז ניתן לחשב את הכוח כ-

P = V ² R

אפשר גם לחשב את האנרגיה המאוחסנת במשרן. משרן אוגר אנרגיה באמצעות השדה המגנטי. ניתן לחשב את האנרגיה המאוחסנת במשרן באמצעות נוסחה זו -

W (t) = Li ² (t) / 2

ישנם סוגים שונים של משרנים זמינים מבחינת בנייתם ​​וגודלם. משרנים חכמים לבנייה יכולים להיווצר בליבת אוויר, ליבת פריטה, ליבת ברזל וכו '. בצורה חכמה ישנם סוגים שונים של משרנים זמינים, כמו סוג ליבת התוף, סוג חנק, שנאי וכו'

יישומים של משרנים

משרנים משמשים באזור רחב של יישום.

1. ביישום הקשור ל- RF.
2. SMPS ואספקת חשמל.
3. בשנאי.
4. מגן נחשולים להגבלת זרם הזרימה.
5. בתוך הממסרים המכניים וכו '.