A Caduceus tekercsnek milyen előjelű az induktivitása?

Negatív induktivitás ugyan értelmezhető, de passzív, lineáris kétpólusnak nem lehet negatív az induktivitása, a Lenz törvény értelmében (ami az energiamegmaradás törvényéből is levezethető, de amúgy tapasztalati törvény).

Aktív áramkörrel emulálható negatív induktivitás, vagy pedig ha kapacitív impedanciát akar valaki induktivitásmérővel mérni, akkor is negatív érték jön ki, de ez csak egyetlen frekvencián fennálló egyenlőség. Vagy lehet rossz, félrekalibrált, netán előzőleg nagy referenciát kapott különbségi induktivitásmérővel mért érték is negatív.

Valójában bekapcsoláskor is keletkezik indukált feszültség. Mondjuk először tisztában kell lenni azzal, hogy többféle indukciós hatás létezik. A mozgási indukcióról itt most nincs szó, de még mindig van kölcsönös és önindukció. A megértéshez először a legegyszerűbb esetet kell vizsgálni, egyetlen tekercs önindukcióját.

A tranzisztoros kísérletben több tekercs is szerepelt, ráadásul a nagy menetszámú tekercsen mérve a feszültséget a tekercs parazita kapacitása és a szkóp bemeneti kapacitása rezgőkört alakít ki, így nem pusztán egy (illetve több) induktivitás hatása látható az áramkörben, hanem egy rezgő rendszeré, amit természetesen bonyolultabb megérteni.

Egy magában álló tekercsben (nyugalmi indukció során) indukálódó feszültség az öninduktivitással és az áram változási sebességével arányos, vagyis u=L*di/dt. Ez az összefüggés kölcsönösen egyértelmű, vagyis ha ismerjük az áramváltozási sebességet, akkor meghatározhatjuk belőle az indukált feszültséget, de fordítva is: ha a feszültséget ismerjük, abból meghatározható az áramváltozás sebessége!

Bekapcsoláskor egy tekercs esetén az indukált feszültség az első pillanatban megegyezik a forrás feszültségével, vagyis 12 V. Az áram elkezd növekedni di/dt=u/L=12V/0,18mH=67A/ms sebességgel. Természetesen a meginduló áram a soros ellenálláson feszültséget ejt, ami levonódik az indukált feszültségből, így egyre inkább korlátozza az áram változási sebességét. Az áram végértéke kb. 12V/10Ohm=1,2A lenne, ha a tekercs ellenállása nem adódna hozzá a külső soros ellenálláshoz, és a tranyón sem esne feszültség. Nem tudjuk hogy mennyi ez, de tegyük fel hogy 2V esik összesen a tranyón és a dróton összesen, akkor a végállapot pont Imax=1A. Ezt az értéket az áram 15 us (mikroszekundum) alatt érné el akkor, ha a kezdeti meredekség nem csökkenne. Ezt az időt időállandónak hívjuk, jele tau. A tényleges áram negatív kitevőjű exponenciális felfutású, i=Imax*(1-e^-(t/tau)) t>0. Az indukált feszültség pedig ennek deriváltja, de most levezetés nélkül csak megadom hogy u=12V*e^-(t/15us).

Nagyjából ez történik bekapcsoláskor. A szkóp beállítása nem megfelelő egy ilyen rövid idejű jel korrekt, részletes megfigyelésére, de azért látszik a bekapcsoláskor is a tüske, és az is hogy csak egyféle (itt épp pozitív) polaritású.

Kikapcsolás pillanatában ezzel szemben nem a feszültség adott, hanem az áram, ami 1A. Ezt a tranzisztor igen rövid idő alatt megpróbálja megszakítani, de ez az u=L*di/dt képlet értelmében óriási önindukciós feszültséget kelt (hiszen dt a nevezőben van, rövid idő, kicsi osztó nagy hányadost, nagy sebességet, így nagy feszültséget jelent), ami a tranzisztort letörésbe is viheti, de ha más nem, a kollektor letörése 100-150 V környékén megfogja a felszaladó indukált feszültséget.

A nagy menetszámú tekercs azonban itt nagyon erősen befolyásolja a folyamat lefolyását. Az indukált feszültség itt feltranszformálódva már egy kis kapacitáson is jelentős áramot kelt, ami a szekunderről a primerre visszatranszformálódva még nagyobb lesz, elég nagy ahhoz, hogy a hirtelen megszakított áram hatását pótolja, és megakadályozza a primer körben a kollektor feszültség túl nagyra növekedését. Az induktivitásban tárolt energia a kapacitásokba töltődik át, amit utána az visszaad az induktivitásnak, és létrejön a csillapodó lengés.

A lényeg: kikapcsoláskor azért jön létre nagyobb feszültség, mert a kikapcsoláskor egy áramugrást próbálsz rákényszeríteni a tekercsre, ami ellen az természetéből adódóan elvileg végtelen, gyakorlatilag nagy, véges feszültséggel reagál. Ennek semmi köze a tekercs kialakítási módjához vagy bekötéséhez, ez minden induktivitás alapvető tulajdonsága.