Induktor – spole, funktion och användningsområden

Lär dig om induktorer: spole, funktion, induktans och magnetfält samt praktiska användningsområden inom elektronik, kretsar och integrerade system.

Induktor är en elektrisk komponent som används i elektriska kretsar eftersom den utnyttjar det magnetiska fält som uppstår när ström flyter genom en ledare. Genom att ändra strömmen i en spole förändras det magnetiska fältet, vilket i sin tur inducerar en spänning enligt Faradays lag — det är denna egenskap som gör induktorn användbar i många kretsfunktioner. Induktans mäts i enheten henry (H) och betecknas oftast med symbolen L.

En induktor består vanligtvis av en spole av ledande material, till exempel koppartråd, som lindas runt en kärna av antingen luft eller ett magnetiskt material. Om man använder ett material med hög permeabilitet som kärna (t.ex. järn eller ferrit) koncentreras magnetfältet i kärnan och induktansens värde ökar. Små induktorer kan även realiseras i integrerade kretsar som plana spår eller spiralformer på kisel, på ungefär samma tillverkningsprinciper som används vid framställning av transistorer. Historiskt har aluminium använts som metallisation i vissa IC-tekniker, men koppar används ofta i moderna processer för lägre resistans.

Hur en induktor fungerar

• Spänningsreaktion: En induktor motsätter sig snabba förändringar i ström. Spänningen över en ideal induktor ges av V = L · (di/dt), där di/dt är strömmens tidsderivat.
• Energi lagrad i fältet: Energin som lagras i en induktor är E = 1/2 · L · I², där I är strömmen genom spolen.
• Frekvensberoende: I växelströmslägen ger induktansen ett impedansvärde Z = 2πfL (f är frekvensen). Det gör induktorer till viktiga komponenter i filter och resonanskretsar.

Typer av induktorer

• Luftkärna: Enkel och linjär över ett stort frekvensområde, används ofta i RF-kretsar och för små värden av L.
• Ferri­tkärna och järnkärna: Högre induktans per volymenhet, vanliga i effektapplikationer och låg-frekventa filter. Kan mättas vid höga DC-strömmar.
• Toroid: Ringformad kärna som minskar utsläpp av magnetfält (lägre störningar) och ger effektivare magnetisk koppling.
• SMD/plan: Ytmonterade induktorer och planarspiraler för IC- och höghastighetskretsar.
• Variabla induktorer: Induktorer där induktansen kan justeras mekaniskt (t.ex. genom att flytta en kärna).
• Common-mode choke: Två lindningar för att dämpa störningar gemensamt i båda ledarna utan att påverka likströmskomponenten.

Användningsområden

• Filter (t.ex. LC- och pi-filter) för att dämpa oönskade frekvenser eller störningar.
• Strömbegränsare och induktorer i switchade nätdelar (SMPS) för energilagring och filtrering.
• Chokes för EMI- och RFI-suppression i både kraft- och signalvägar.
• Resonanskretsar i radio- och RF-applikationer (till exempel tillsammans med kondensatorer för frekvensinställning).
• Trådlös laddning och induktiv överföring där spolar överför energi magnetiskt.
• Sensorsystem (t.ex. induktiva närhetssensorer och träffar i mätkretsar).

Välj rätt induktor — praktiska parametrar

• Induktansvärde (L): Avgör filtrering och resonansfrekvens.
• Strömhantering och mättnad: Maximal DC-ström innan kärnan börjar mättas (vilket kraftigt minskar induktansen).
• DC-resistans (DCR): Påverkar effektförluster och värmeutveckling.
• Q-faktor och förluster: Hög Q för lågförlusts-RF; kärn- och kopparförluster påverkar effektiviteten i effektapplikationer.
• Självresonansfrekvens (SRF): Över SRF dominerar parasitkapacitansen och induktorn beter sig kapacitivt — viktigt vid höga frekvenser.
• Fysiska dimensioner och montering: Storlek, värmehantering och typ av paket (SMD eller genomgående).

Begränsningar och drift

• Induktorer har parasitparametrar (kapacitans och resistans) som begränsar prestanda vid höga frekvenser.
• Kärnmaterial kan ge upphov till hysteres- och virvelströmsförluster som ökar med frekvens och magnetiseringsnivå.
• Höga strömmar ger uppvärmning — värmehantering och korrekt dimensionering är viktigt för livslängd.
• Mätning och verifiering görs med LCR-mätare eller nätverksanalysator vid aktuella frekvenser och strömnivåer.

Sammanfattning: Induktorer är grundläggande komponenter i elektronik som använder magnetfält för att påverka ström- och spänningsbeteenden. Genom att välja rätt typ, kärnmaterial och dimensionering kan man uppnå funktioner som filtrering, energilagring och störningsdämpning i både låg- och högfrekventa applikationer.

Frågor och svar

F: Vad är en induktor?

F: Vad är en induktor vanligtvis tillverkad av?

F: Vad består kärnan i en induktor av?

F: Hur kan ett mer magnetiskt material som kärna påverka magnetfältet runt induktorn?

F: Kan man sätta små induktorer på integrerade kretsar?

F: Vad används vanligtvis som ledande material för små induktorer på integrerade kretsar?

F: Vad är en induktors huvudsakliga funktion i en elektrisk krets?

Sök med bokstav