Kurs elektroniki – #5 – cewki, dławiki

Kurs elektroniki – #5 – cewki, dławiki

Kolejna część przystępnie omawia cewki oraz ich zastosowania w elektronice cyfrowej. Projekty takie często pozbawione są cewek i dławików. Niemniej jednak, warto poznać te podzespoły.

W układach analogowych, w szczególności tych pracujących na wielkich częstotliwościach, można znaleźć znacznie więcej tych elementów.

W przypadku cewek i dławików zaobserwowanie ich działania jest trudne. Jeśli będziesz zajmował się elektroniką cyfrową, to z elementami tymi spotkasz się głównie "w okolicy" mikrokontrolerów, ale nie będziesz zwracał na nie zbytnio uwagi. W samym Arduino UNO znajduje się dławik, a pewnie mało kto wie, że on tam jest i co dokładnie robi.

Kurs podstaw Arduino – #0 – spis treści, wstęp
Kurs podstaw Arduino – #0 – spis treści, wstęp

Jak najłatwiej rozpocząć przygodę z elektroniką, robotyką i budową programowalnych… Czytaj dalej »

Odcinek kursu elektroniki na temat cewek i dławików warto jednak wnikliwie przeczytać. Dzięki wiedzy zawartej w artykule poznasz kolejny, zupełnie inny element elektroniczny. Nie będziesz miał też problemów z pomiarem bardzo małych oporów.

Co więcej, cewki odgrywają bardzo ważną rolę w wielu układach elektronicznych, ponieważ jeżeli przez cewkę przepuścimy prąd, a potem nagle go odłączymy, to wygeneruje ona na swoich zaciskach napięcie. Pozwala to na stworzenie naprawdę interesujących układów, jak np. impulsowe przetwornice DC/DC, które potrafią zwiększyć napięcie (do czego wrócimy w dalszej części kursu)!

Podstawowe informacje o cewkach

Niektórzy elektronicy mówią, że z kondensatorem jest jak z cewką, tylko na odwrót. Właściwie jest to prawdą, bo kondensatory i cewki wykazują całkowicie odmienne zachowania, jednak oba elementy używane są do filtrowania napięcia.

Przykładowy dławik oraz dwa
(używane zamiennie) symbole

Jak już pewnie wiesz, z poprzedniej części kursu, kondensatory podłączane są do układu równolegle. Podczas pracy urządzenia ładują się ze źródła zasilania i stanowią takie pomocnicze "akumulatorki", które niwelują zakłócenia. Pewnie pamiętasz przykład z diodą i dużym kondensatorem?

W przypadku cewek jest inaczej. Po pierwsze, włączamy je do układu szeregowo. Dzięki właściwościom, o których przeczytasz dalej, stanowią one doskonałą filtrację dla zmiennych zakłóceń, a bez problemu “przepuszczają” stałe napięcie.

Na dole: dławik dużej mocy, na górze: mała cewka w obudowie przypominającej rezystor

W pierwszej części kursu zależność prądu, oporu oraz napięcia została przedstawiona w formie analogii "wodnej", gdzie rezystor był regulowanym zaworem w tamie. Kondensator w takim układzie można by było przedstawić jako zbiornik magazynujący zapas wody, z którego uzupełniane są chwilowe braki. Natomiast dławik można by przedstawić jako rozpędzoną turbinę, która po odcięciu pompy, kręcąc się niczym koło zamachowe, nadal powoduje jej przepływ do urządzenia docelowego.

Cewka vs. dławik

Cewki występują w różnych obudowach. W technice cyfrowej najczęściej spotykać będziesz małe dławiki, które swoim wyglądem przypominają rezystory. Dławiki tego typu odróżnia od oporników głównie jasnozielony kolor.

Mały, popularny dławik osiowy

Pojęcia "cewka" i "dławik" są stosowane zamiennie. Cewka określa w ogólności element indukcyjny, a dławik to cewka użyta do filtracji zakłóceń, ale należy być przygotowanym na spotykanie tych określeń używanych zamiennie.

Budowa cewki jest prosta. Składa się ona z odcinka drutu nawiniętego spiralnie. Niekiedy, wewnątrz tej spirali, może znajdować się:

  • rdzeń z materiału magnetycznego,
  • powietrze, jeżeli drut jest na tyle sztywny, aby spirala się nie rozwinęła,
  • karkas z papieru lub tworzywa sztucznego (to też jest cewka powietrzna, ponieważ te materiały są magnetycznie obojętne).

Parametry cewek

Cewki charakteryzują się indukcyjnością, wyrażaną w henrach [H]. W sprzedaży dostępne są cewki o indukcyjnościach rzędu nanohenrów [nH], mikrohenrów [μH] i milihenrów [mH]. Dzięki indukcyjności możemy określić zdolność obwodu do wytwarzania strumienia pola magnetycznego, powstającego w wyniku przepływu przez obwód prądu elektrycznego.

Zestaw elementów do kursu

 999+ pozytywnych opinii  Gwarancja pomocy  Wysyłka w 24h

Chcesz zrozumieć elektronikę? Zamów zestaw elementów do wykonania wszystkich ćwiczeń z kursu i przejdź do praktyki!

Zamów w Botland.com.pl »

Taniej w pakiecie: Mistrz ElektronikiMistrz Majsterkowania

Rezystancja dławików - pomiar małego oporu

Dławiki, w przeciwieństwie do kondensatorów, włącza się szeregowo z zasilanym urządzeniem. Dzieje się tak, ponieważ dla prądu stałego cewka stanowi bardzo mały opór, a dla zmiennego znacznie większy. O tym, jaka jest rezystancja dławików dołączonych do naszego zestawu, możesz przekonać się, wykonując następujące doświadczenie:

  • ustaw multimetr na pomiar rezystancji i wybierz najmniejszy możliwy zakres,
  • zewrzyj końcówki i zanotuj wynik,
  • zmierz rezystancję dławika (tak samo jak robiliśmy to z rezystorem), również zanotuj wynik,
  • rezystancja dławika to różnica między tymi wynikami.

Przykład ilustrują poniższe grafiki (dla testu możesz wybrać dowolny z dławików):

Wynik: 16,1Ω – 0,3Ω = 15,8Ω

Po co takie zabiegi? Przewody łączące multimetr z cewką mają swoją rezystancję. Jest ona niewielka i widoczna tylko na najmniejszym zakresie pomiarowym miernika. Niemniej jednak, jeśli chcemy poznać rezystancję jakiegoś obiektu, o którym wiemy, że jego rezystancja jest niewielka to wpływ przewodów zawyżyłby znacznie wynik pomiaru.

Stanie się tak, gdyż przewody te włączone są szeregowo z badanym obiektem. Aby się tego pozbyć, można wykonać dwa pomiary, jak w tym przykładzie. Opisuje to wzór:

rezystancja_dlawika

Sprawdź jaki opór wskaże pomiar na drugim dławiku (o innej indukcyjności). Jaką zależność można zaobserwować? Spostrzeżeniami podziel się w komentarzach!

Prąd maksymalny cewki

Kupując dławiki, spotkasz się z informacją o ich prądzie maksymalnym. Uzwojenia tych elementów mają pewną rezystancję, przepływ prądu powoduje więc odkładanie się na nich napięcia (patrz: prawo Ohma). Z kolei, iloczyn tego napięcia i prądu określa wydzielaną moc.

Gdyby ta moc była zbyt duża, wówczas uzwojenie uległoby przegrzaniu i przepaleniu, element ten przestawałby więc spełniać swoje zadanie. Szukając dławików pamiętaj o tym, aby prąd przez nie płynący był mniejszy od maksymalnie dopuszczalnego.

Czym jest moc? Jak dobrać odpowiednie elementy?
Czym jest moc? Jak dobrać odpowiednie elementy?

Każdy kojarzy takie pojęcie jak moc. Informacje na jej temat… Czytaj dalej »

Dławiki o większej indukcyjności są nawijane cieńszym drutem niż te, których indukcyjność jest mniejsza. Robi się tak, ponieważ większa indukcyjność wymaga większej liczby zwojów, a rozmiary karkasu są ograniczone. Zatem prąd maksymalny jest tym mniejszy, im większa jest indukcyjność.

Najmniejszym prądem maksymalnym cechują się takie dławiki, jak ten dołączony do zestawu. Mogą one wytrzymać prąd rzędu kilkudziesięciu miliamperów. Dławiki na większe prądy mają zdecydowanie większe gabaryty.

Pomarańczowe elementy przystosowane do współpracy z wyższym prądem

Filtracja zasilania za pomocą cewki

Na początku wspomniano, że dławiki są używane do filtracji zasilania. Oto, jak taki układ wygląda na przykładzie popularnego Arduino UNO. Nie musisz teraz rozumieć tego schematu. Skupmy się na pinach (nóżkach układu) opisanych jako AVCC i GND.

Filtrowanie zasilania Arduino UNO

Rozdzielenie zasilania części analogowej (nóżka AVCC) i cyfrowej (VCC) przydaje się, kiedy chcemy korzystać z wbudowanego w układ przetwornika ADC.

Z kolei kondensator C6 filtruje zasilanie części cyfrowej (zgodnie z informacjami z poprzednich części kursu). Zasilanie całego mikrokontrolera przez dławik jest problematyczne, bo trzeba uwzględnić maksymalny prąd, jaki ten może pobierać. Na szczęście powyższy układ nie pobiera dużego prądu, dlatego spokojnie zastosowanie znajdzie tam mały dławik. Wartości elementów (w tym indukcyjność dławika) nie są tu krytyczne.

Działanie tego filtru jest następujące: dławik stanowi przeszkodę dla prądu zmiennego (zakłóceń), który przez niego przepływa. To, co już przepłynie, jest wygładzane przez kondensatory. Dzięki temu, zasilanie przetwornika analogowo-cyfrowego pozbawione jest zakłóceń, które mogłyby mieć wpływ na wynik przetwarzania. Dzięki temu podczas pracy z Arduino można precyzyjnie mierzyć napięcie.

Kurs Arduino – #3 – UART (komunikacja z PC), zmienne
Kurs Arduino – #3 – UART (komunikacja z PC), zmienne

Omawiane Arduino pozwala na wykorzystanie licznych interfejsów komunikacyjnych. Dzięki nim tworzone konstrukcje… Czytaj dalej »

Podsumowanie

Dowiedziałeś się, do czego stosuje się dławiki i jaka jest ich rola w bardziej rozbudowanych układach zawierających mikrokontrolery (np. w Arduino). Poznałeś podstawowe parametry, jak indukcyjność, rezystancja i dopuszczalny prąd maksymalny. Pamiętaj jednak, że elementy te są zdecydowanie bardziej popularne w układach wielkich częstotliwości (np.: radiowych, przetwornicach itd).

Czy artykuł był pomocny? Oceń go:

Średnia ocena / 5. Głosów łącznie:

As you found this post useful...

Follow us on social media!

Pamiętaj, że elektronikę należy poznawać w praktyce. Nie oszczędzaj czasu na eksperymentach. Wszystkie testy przeprowadzisz posiadając dedykowany zestaw elementów. Nawet tak prosta rzecz, jak pomiar małych rezystancji zaowocuje z czasem lepszym zrozumieniem elektroniki!

Nawigacja kursu

Aktualna wersja kursu:
redakcja: Damian Szymański
ilustracje: Piotr Adamczyk

Autor pierwszej wersji kursu:
Michał Kurzela

cewki, dławiki, kursElektroniki, opór, rezystancja