PASİF DEVRE ELEMANLARI 1.4. ENDÜKTÖRLER Endüktans

26.09.2017
BÖLÜM 1: PASİF DEVRE
ELEMANLARI
1.4. ENDÜKTÖRLER

1.
2.
3.
Endüktans kavramının iyi anlaşılabilmesi için
aşağıdaki üç fiziksel gerçeğin bilinmesi
gerekmektedir.
Manyetik alan içerisinde hareket eden iletken
tel üzerinde akım oluşur. Aynı zamanda bu
iletkenin uçları arasında elektromotor kuvvet
(EMK) meydana gelir.
Değişen manyetik alan içinde bulunan iletken
üzerinde akım oluşur. Birinci durumdaki gibi
iletken boyunca EMK meydana gelir.
İletken üzerinden akan akım, iletken etrafında
manyetik alan oluşturur.
1
26.09.2017
1.4. ENDÜKTÖRLER

Lenz kanununa göre devrede oluşan EMK, kendini oluşturan kuvvete
ters yöndedir. Bu gerçekten yola çıkılarak aşağıdaki etkiler
gözlemlenebilir [2]:
 Hem iletkenin manyetik alan içinde hareket ettirilmesiyle hem de
manyetik alanın değişimiyle oluşan iletken üzerindeki akımın
yarattığı manyetik alan, orijinal manyetik alana ters yöndedir.
 İletkenden akan akım değiştiğinde yarattığı manyetik alan ile
endüklenen yeni akım manyetik alanın oluşturduğu akıma ters
yöndedir.
 Akımdaki değişim ile oluşan EMK orijinal akımın yarattığı
kutuplanmanın tersinedir.
1.4. ENDÜKTÖRLER


RF tasarımlarda endüktörler; rezonans devrelerinde,
filtrelerde kullanılır. Ayrıca RF enerjiyi tamponlamak
veya durdurmak için de kullanılabilir.
Pratikte hiçbir elemanın ideal yapısı olmadığı gibi
endüktör elemanı da ideal bir yapıya sahip değildir.
Şekil 1.11’de endüktörün RF bandında nasıl bir
yapıya sahip olduğu gösterilmektedir.
2
26.09.2017
1.4. ENDÜKTÖRLER





Endüktif reaktansın seri dirence olan oranı
endüktörün kalitesini verir, Q ile gösterilir.
Eğer endüktör sarmalı mükemmel bir iletkenden
yapılırsa Q sonsuz, endüktör de kayıpsız olur.
Pratikte mükemmel bir iletken olmadığına göre her
zaman için bir Q değeri vardır. Alçak frekanslarda,
endüktörün Q’su çok iyidir. Çünkü bu bölgede var
olan sadece telin DC direncidir ve o da çok küçüktür.
Ama frekans arttıkça, deri etkisi ve sarmal kapasitesi
endüktörün Q’sunu azaltır (Bkz. Şekil 1.14). Alçak
frekanslarda, Q frekans ile doğru orantılı olarak
artar. Çünkü henüz deri etkisi yoktur ve dolayısıyla
endüktif reaktans artar.
Frekans arttıkça deri etkisi meydana gelmeye başlar.
Artık Q artmaya devam eder ama daha az bir eğimle
yükselir. Daha sonra da Q frekansla azalmaya başlar.
1.4. ENDÜKTÖRLER




Endüktörün Q değerini iyileştirmenin ve kullanılabilir
frekans aralığını genişletmenin bazı yolları şunlardır:
Daha geniş çaplı tel kullanmak. Bu, sarmallardaki AC ve DC
direnci azaltır.
Sarmal parçalarını ayırmak. Böylece sarmallar arasındaki
kapasite azaltılır.
Akı akış yolundaki manyetik geçirgenliği (permabiliteyi)
arttırmak. Bu genelde endüktörü demir, ferit gibi bir
manyetik çekirdek üzerine sararak gerçeklenebilir.
3
26.09.2017
1.5. TOROİDLER
Toroidlerin yapısı oldukça basittir, halka şeklinde
manyetik çekirdeklerin RF endüktör ve
transformatörlerde kullanılmak üzere sarılmaları ile
oluşurlar. Genelde demir veya ferit malzemelerden
yapılırlar.
 Toroidsel endüktörlerin Q değerleri oldukça yüksektir.
Çünkü toroid yapımında oldukça yüksek manyetik
geçirgenlikli malzemeler kullanılır. Sözü edildiği gibi
yüksek manyetik geçirgenlikli çekirdekler istenilen
endüktans değerine hava çekirdeklilere göre daha az
sayıda sarımda ulaşabilirler.

1.5. TOROİDLER



Şekil’de aynı endüktans değerine sahip toroidçekirdekli ve hava çekirdekli endüktörlerin sarım
sayıları karşılaştırılmaktadır.
Hava-çekirdekli endüktörde 35 H değerine ulaşmak
için 90 sarım gerekirken, toroid-çekirdekli endüktörde
sadece 8 sarım yeterli olur.
Toroid-çekirdekli endüktörlerde az sayıda sarım
yapılması daha düşük ac direnç anlamına gelir. Bu da
Q değerinin otomatik olarak arttığını gösterir.
4
26.09.2017
1.5. TOROİDLER

Tipik bir hava-çekirdekli endüktörde, manyetik akı çizgileri
Şekil a’ de yer almaktadır. Şekilden de açıkça görüldüğü gibi
endüktörü çevreleyen hava manyetik akı yolunun bir
parçasıdır.
Diğer yandan Şekil b’ de yer alan bir toroid endüktörde
manyetik akı yolu tamamıyla malzemede yer alır.
Dolayısıyla ışıma meydana gelmez.
1.5. TOROİDLER


Çekirdek Karakteristikleri:
Bir manyetik çekirdeğin tipik
manyetizasyon eğrisi Şekil ’de verilmiştir.
Şekil basitçe, manyetik alan şiddetine (H)
maruz kalan bir endüktörde (B) manyetik
akı yoğunluğunun oluştuğunu gösterir.
Manyetik akı yoğunluğunun manyetik
alan şiddetine olan oranına malzemenin
manyetik geçirgenliği denir.
(weber/amper-sarım)
•
Manyetizasyon eğrisi ilk önce lineer olarak yükselir. Bu bölgede iken
malzemenin manyetik geçirgenliğine başlangıç manyetik geçirgenlik
(initial permeability-i) denir.
•
Manyetik akı yoğunluğunun artışı azalan eğimle devam eder ve doyum
noktasına ulaşılır. Hsat doyum noktasıdır, bu noktanın üzerinde manyetik
akı yoğunluğunda (Bsat) bir artış gözlenmez.
5
26.09.2017
1.5. TOROİDLER

Bsat ,çekirdek malzemesinin boyutuna ve şekline göre
değişim gösterir. Çekirdeğin devrenin çalışma
esnasındaki akı yoğunluğu (Bop);
Bop
:
yoğunluğu
E
:
voltajı
f
:
N
:
Ae
:
ara kesiti
Gauss cinsinden manyetik akı
Volt cindinden maksimum rms
Hz cinsinden frekans
sarım sayısı
cm2 cinsinden çekirdeğin etkin
1.5. TOROİDLER

Manyetik çekirdekteki diğer önemli nokta ise iç
kayıplarıdır. Hava-çekirdekli endüktöre dikkatsizce
yerleştirilen manyetik-çekirdek endüktörün Q değerini
azaltır.
XL= L,
RS : sarmal direnci
Hava ve manyetik çekirdekli toroidlerin eşdeğer devreleri.
6
26.09.2017
1.6. TOROİDSEL ENDÜKTÖR TASARIMI

Lineer bölgede çalışan bir toroidsel endüktör için
endüktans değeri;
L
N
i
Ac
le
: H cinsinden endüktans
: sarım sayısı
: başlangıç manyetik geçirgenliği
: cm2 cinsinden çekirdeğin kesit alanı
: cm cinsinden çekirdeğin etkin uzunluğudur.
1.6. TOROİDSEL ENDÜKTÖR TASARIMI

Yapılan hesaplamaları kolaylaştırmak amacıyla
endüktans indeksi diye adlandırılan bir nicelik
tanımlanır.
[nH]
L
N
AL
: nH cinsinden endüktans
: sarım sayısı
: nH/sarım2 biriminde endüktans indeksi
Verilen endüktans değeri için sarım sayısı
Alçak frekanslarda (100 kHz civarı) , sarmalın Q değeri yaklaşık olarak
54 tür.
7