インダクタとコンデンサ

私は研修生の電気技師であり、PCハードウェア愛好家です。マザーボードでインダクタとコンデンサの混合物が使用されているのはなぜだろうと思っていましたか？なぜコンデンサを使用しないのですか？インダクタは電荷を蓄えると思っていましたが、磁気を使用しています。それを磁気として保存することの特別なところは何ですか？

これに適切に答えるためには、コンデンサとインダクタの特性を知る必要があります。

インダクタは、スイッチングレギュレータに必要な主要コンポーネントの1つです。コンデンサとインダクタは、コンデンサが電圧の変化に抵抗し、インダクタが電流の変化に抵抗する方法が似ています。彼らの抵抗の「強さ」はその価値に依存する

コンデンサは、電源ラインのクリーンアップ、つまり（より高い）周波数でのノイズやリップルの除去に広く使用されています。インダクタは、比較的一定の電流がインダクタに流れるスイッチング電源で使用されます。スイッチング電源は、スイッチが非常に迅速に開閉されるという点で機能します。スイッチが閉じられると、インダクタは「充電」されます。スイッチが開いているとき、エネルギーはインダクタから負荷に引き込まれます。通常、このような電源は、安定した電源ラインを作成するために、コンデンサで切り離されています。

この原理を機能させるにはインダクタが必要です。信号のすべての周波数に対して等しい抵抗を持つ抵抗器を知っている場合、コンデンサはDC（0Hz）に対しては無限大、高周波に対しては0の抵抗器と見なす必要があります。インダクタは反対になります。抵抗は0Hzで0になり、高周波では無限になります。ただし、この抵抗は純粋な抵抗にのみ使用されます！）と呼ばれますが、インピーダンスと呼ばれます。

PCのマザーボードまたはグラフィックカードは、基本的にこれ以上のものではありません。メインチップとそれらの間のルーティングがあり、他のほとんどのコンポーネントは電源またはチップまたはコネクタ間のインターフェイスです。

コンデンサの基本的な電気的特性は、コンデンサの両端の電圧が瞬時に変化できないことです。一方、インダクタンスの基本的な特性は、インダクタを流れる電流が瞬時に変化できないことです。コンデンサは電界にエネルギーを保存することで電圧を保持しますが、インダクタは磁場にエネルギーを保存することで電流を保存します。

この結果の1つは、コンデンサーが高い周波数で最もよく伝導する一方で、インダクターが低い周波数で最もよく伝導することです。もう1つの結果は、コンデンサにAC電流を流すと、静電容量と周波数に依存する位相角だけ電圧が電流より遅れることです。コンデンサは電圧の変化を抑制します。一方、インダクタにAC電圧を印加すると、インダクタンスと周波数に依存する位相角だけ電流が電圧より遅れます。インダクタは電流の変化を抑制します。

状況によっては、インダクタとコンデンサが互いに代用できる場合があります。他では、できません。もちろん、彼らは決して直接代用。つまり、同じ目的を達成するために、コンデンサの代わりにインダクタを使用したり、コンデンサを使用したりするために、一部の回路をわずかに変更できるということです。一部の回路ではできません。

インダクタは電荷を蓄積しません磁場にをではなく、エネルギーを蓄積します。磁場が崩壊すると、インダクタは自発的に電圧を生成します。電圧は通常、以前にインダクタに印加された電圧よりもはるかに高くなります。コンデンサは、印加された電圧よりも大きな電圧を示すことはありません。そのため、たとえば、ガソリンエンジンの点火コイルを作成するためにコンデンサを使用することはできません。

直列のコンデンサは、いくつかの点で並列のインダクタに似ています。どちらの方法でも、同じ周波数応答のフィルターを作成できます。ただし、これらの回路の負荷効果は同じではありません。直列のコンデンサはDCをブロックするため、DCソースから見ると、無限インピーダンスのように見えます。つまり、可能な限り軽い負荷です。並列のインダクタは正反対、つまり短絡です。この2つは、負荷デバイスの観点からはよく似ていますが、ハイパスフィルター処理された信号が表示され、DCがありません。ただし、DCは同じ方法で削除されません。開いた負荷で信号をブロックすることは、信号をグランドに短絡することと同じではありません。

同様に、直列のインダクタは並列のコンデンサに似ていますが、再び、負荷効果は同じではありません。コンデンサを使用して、これらの信号をリターンにシャントすることにより、AC、または特定の周波数を超えるACが回路に入るのを防ぐことができます。RFノイズがデバイスに入るのをブロックするときのように、それは受け入れられる場合があります。場合によっては、ACをグランドにシャントすると、その信号源に許容できない負荷が発生する場合があります。インダクタは、ACに対して高インピーダンスを生成することによりACをブロックできます。

したがって、直列コンデンサを並列インダクタに、またはその逆に潜在的に置き換えることができる回路でも、負荷の違いを考慮すると、どちらかを選択する必要があります。

これはかなり長い間私を困惑させていた質問です。インダクタなしで「降圧」コンバータのシミュレーションを行ったので、今は何が間違っているのかがわかりました:-)。

基本的に、インダクタをスキップすると動作します。しかし、効率はリニアレギュレータのようになります。電圧降下は、12v電源から出力コンデンサへの寄生抵抗の降下によるものです。

インダクタはここでは抵抗器のように機能しますが、エネルギーを浪費せず、むしろゆっくりとコンデンサに送り込みます。

インダクタは、電気ノイズをフィルタリングするためにインラインに配置されます。キャップは並列に配置され、ノイズをグランドにシャントします。どちらも電圧と電流の間で位相シフトを引き起こす可能性がありますが、反対方向に生じるため、効果は相殺されます。

私が知っているように、インダクタとコンデンサは、次の場合に周波数共振を得るために組み合わされます $X_C =X_L$、インダクタとコンデンサもフィルタとして使用できます $X_L= 2{\pi}fL$、 $X_{C}=\frac{1}{2{\pi}f C}$ 、バンドストップまたはバンドパスの場合 $V=0.707V_{max}$

答えの核心はジム・Cによって与えられました。ほとんどの教訓的な材料は、並列のインダクタと等価の直列のコンデンサを示し、逆もまた同様です。それぞれが位相を反対方向にシフトするため、それは完全に真実ではありません。したがって、シフトが必要ない場合は、インダクタとコンデンサを組み合わせる必要があります。状況によっては、シフトは一方向にのみ許容されるため、それに応じてコンデンサまたはインダクタを使用できます。ここに主題の完全な説明があります。