Soy un aprendiz de electricista y entusiasta del hardware de PC. Me preguntaba por qué se utiliza una mezcla de inductores y condensadores en las placas base. ¿Por qué no usar sólo condensadores? Pensaba que el inductor almacena la carga eléctrica pero utiliza el magnetismo. ¿Qué tiene de especial almacenarla como magnetismo?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?Para responder correctamente, debes conocer las propiedades de un condensador y un inductor.
Los inductores son uno de los principales componentes que necesita un regulador de conmutación. Un condensador y un inductor son similares en el sentido de que un condensador resiste un cambio de tensión y un inductor resiste un cambio de corriente. La "fuerza" de su resistencia depende de su valor
Los condensadores se utilizan mucho para limpiar una línea de alimentación, es decir, para eliminar el ruido o las ondulaciones en las frecuencias (más altas). Los inductores se utilizan en las fuentes de alimentación conmutadas, en las que se hace pasar una corriente relativamente constante a través de un inductor. Una fuente de alimentación conmutada funciona con un interruptor que se abre y se cierra muy rápidamente. Cuando el interruptor se cierra, el inductor se "carga". Cuando el interruptor está abierto, la energía se extrae del inductor hacia la carga. Normalmente, una fuente de alimentación de este tipo se desacopla con un condensador para crear una línea de alimentación estable.
Para que este principio funcione se necesita un inductor. Si conoces una resistencia que tiene una resistencia igual para todas las frecuencias de la señal, debes ver un condensador como una resistencia que será infinita para la CC (0Hz) y 0 para las altas frecuencias. Un inductor será lo contrario: su resistencia será 0 a 0Hz, e infinita a altas frecuencias. Sin embargo, no llamamos a esto resistencia (¡sólo se usa para una resistencia pura!) sino impedancia.
Una placa base de PC o una tarjeta gráfica no es básicamente mucho más que esto. Tienen sus chips principales y el enrutamiento entre ellos, y la mayoría de los demás componentes son fuentes de alimentación o un poco de interconexión entre chips o conectores.
La propiedad eléctrica básica de un condensador es que la tensión a través de un condensador no puede cambiar instantáneamente, mientras que la propiedad básica de la inductancia es que la corriente a través de un inductor no puede cambiar instantáneamente. Los condensadores conservan la tensión almacenando energía en un campo eléctrico, mientras que los inductores conservan la corriente almacenando energía en un campo magnético.
Uno de los resultados de esto es que mientras los condensadores conducen mejor a frecuencias más altas, los inductores conducen mejor a frecuencias más bajas. Otro resultado es que si se hace pasar una corriente alterna por un condensador, el voltaje se retrasará con respecto a la corriente en un ángulo de fase que depende de la capacitancia y la frecuencia: los condensadores inhiben los cambios de voltaje. Por otro lado, si se introduce una tensión alterna en un inductor, la corriente se retrasará respecto a la tensión en un ángulo de fase que depende de la inductancia y la frecuencia: los inductores inhiben los cambios de corriente.
En algunas situaciones, los inductores y los condensadores pueden sustituirse mutuamente. En otras, no. Por supuesto, nunca directamente sustituto. Esto significa que algunos circuitos pueden modificarse ligeramente para utilizar un inductor en lugar de un condensador o viceversa para conseguir el mismo propósito. Otros circuitos no pueden.
Un inductor no almacena un carga en su campo magnético, sino la energía. Cuando el campo magnético se colapsa, el inductor genera espontáneamente una tensión. La tensión suele ser mucho más alta que cualquier tensión que se haya aplicado previamente al inductor. Un condensador nunca mostrará una tensión superior a la que se le aplicó. Así, por ejemplo, un condensador no puede utilizarse para construir una bobina de encendido para un motor de gasolina.
Un condensador en serie es similar a un inductor en paralelo, en algunos aspectos. Ambos enfoques pueden hacer un filtro con la misma respuesta en frecuencia. Sin embargo, los efectos de carga de estos circuitos no son los mismos. Un condensador en serie bloquea la corriente continua, por lo que para una fuente de corriente continua parece una impedancia infinita: la carga más ligera posible. Un inductor en paralelo es exactamente lo contrario: un cortocircuito. Las dos cosas sólo se parecen desde la perspectiva del dispositivo de carga: ve una señal que ha sido filtrada en paso alto, y está libre de CC. Pero la CC no se elimina de la misma manera. Bloquear una señal con una carga abierta no es lo mismo que cortocircuitar una señal a tierra.
Asimismo, un inductor en serie es similar a un condensador en paralelo, pero de nuevo, el efecto de carga no es el mismo. Podemos utilizar un condensador para evitar que la CA, o la CA por encima de ciertas frecuencias, entre en un circuito, derivando esas señales hacia el retorno. A veces esto es aceptable, como cuando se bloquea la entrada de ruido de RF en un dispositivo. En otros casos, derivar la CA a tierra puede crear una carga inaceptable en la fuente de esa señal. Un inductor puede bloquear la CA creando una alta impedancia contra ella.
Así, incluso en los circuitos en los que podemos sustituir potencialmente los inductores en paralelo por condensadores en serie y viceversa, la consideración de las diferencias de carga puede obligarnos a elegir uno u otro.
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