КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ
Катушки индуктивности, за исключением дросселей, предназначенных для использования в цепях питания, не являются комплектующими изделиями, как, например, резисторы и конденсаторы. Они изготовляются на сборочных заводах и имеют те параметры, которые необходимы для конкретных изделий.
Из-за трудностей микроминиатюризации, значительных мас-согабаритных показателей, плохой повторяемости характеристик и параметров, повышенной трудоемкости изготовления область их применения ограничена. Однако при создании ряда устройств электроники обойтись без них пока нельзя. При этом важным является то, что индуктивные компоненты с использованием существующей изоляции могут успешно работать при температуре до 200—500 °С.
Катушки индуктивности, как правило, имеют цилиндрическую или спиральную форму витков и выполняются как однослойными, так и многослойными. Характер намотки зависит от назначения катушки индуктивности. Так, для уменьшения межвитковых емкостей витки укладывают на каркас с определенным шагом или применяют специальные способы намотки, когда витки укладываются не параллельно, а под некоторымрым углом друг к другу (универсальная намотка).
Рис. 1.13. Магнитопроводы катушек индуктивности:
а—броневой; б- тороидальный; 1, 2- чашки броневого магнитопровода;3- подстроенный сердечник
Для увеличения значений индуктивности и повышения их добротности широко применяют магнитопроводы с постоянными или регулируемыми параметрами.
Наиболее распространенные формы магнитопроводов—броневая и тороидальная (рис. 1.13, а, б). Регулирование параметров магнитопровода осуществляют с помощью подвижного сердечника 3 (рис. 1.13, а), который выполняют из ферромагнитного материала. При его перемещении меняются параметры магнитопровода и индуктивность катушки. В ряде случаев для подстройки катушек индуктивности внутрь их вводят только один подстроечный сердечник из ферромагнетика или диамагнетика. Диамагнетики (латунь, медь) используют только на высоких частотах (десятки—сотни МГц). В отличие от ферромагнетика при их введении индуктивность катушки уменьшается.
В катушках индуктивности, работающих на низких частотах (до 1 кГц), в качестве магнитопроводов обычно используют пермаллои (железо-никелевые сплавы). При этом магнитопровод, как правило, тороидальный, собранный из тонких колец (h = 0,002 — 0,1 мм) или навитый из ленты тех же толщин. На более высоких частотах (до нескольких МГц) широко применяют ферриты, причем их марка зависит от диапазона рабочих частот. На частотах свыше нескольких МГц используют катушки индуктивности, имеющие только подстроечные сердечники или вообще не имеющие их.
Точный расчет значений индуктивности представляет собой сложную задачу.
При ориентировочных расчетах можно использовать приближенные формулы. Для однослойной цилиндрической катушки, намотанной виток к витку или с шагом, индуктивность (мкГн)
где d, l—диаметр и длина катушки, мм; W—число витков.
Рис. 1.14. Упрощенные эквивалентные схемы катушек индуктивности:
a-сопротивление потерь включено параллельно с индуктивностью: б- сопротивление потерь включено последовательно с индуктивностью.
Важнейшим параметром катушки индуктивности является добротность, которая равна отношению мнимой части Х ее полного сопротивления к действительной части R: Q=X/R.
Значение добротности зависит от частоты. Если ферромагнитный магнитопровод отсутствует ( ), а емкость С достаточно мала, то добротность зависит от соотношения между индуктивностью L и активным сопротивлением провода и увеличивается при повышении частоты. Однако на частотах порядка нескольких МГц из-за проявлений поверхностного эффекта активное сопротивление провода увеличивается и добротность снижается.
Для снижения обмотки катушек стремятся наматывать достаточно толстым проводом (излишне большой диаметр может привести даже к увеличению на высоких частотах из-за проявления эффекта близости), применять специальный многожильный провод (литцендрат). Магнитопроводы и сердечники выбирают с малыми потерями на вихревые токи и гистерезис.
Температурные изменения индуктивности катушек без ферромагнитных сердечников сравнительно невелики и зависят от стабильности геометрических размеров. При наличии ферромагнитных сердечников необходимо учитывать температурный коэффициент магнитной проницаемости, который у разных материалов лежит в пределах 0,005—1%/°С.
Одна из разновидностей катушек индуктивности носит название дросселей.Их основное назначение—обеспечить большое сопротивление для переменных токов и малое для постоянных или низкочастотных токов.
Различают дроссели низкой и высокой частот. Дроссели низкой частоты используются в выпрямительных устройствах для создания фильтров, сглаживающих пульсации. Их применяют тогда, когда источник питания должен отдавать большой ток (амперы—сотни ампер) и требуется получить малые пульсации постоянного напряжения. Дроссель низкой частоты наматывается аналогично силовым трансформаторам с использованием тех же магнитопроводов. Его основное отличие от трансформаторов заключается в том, что в магнитной цепи магнитопровода делается воздушный зазор h= 0,05—0,1 мм. Наличие его предохраняет магнитную цепь от насыщения постоянным током, значения которого достаточно велики, так как дроссель включают в цепь последовательно с сопротивлением нагрузки. Индуктивность и активное сопротивление дросселей низкой частоты рассчитывают исходя из параметров, которые необходимо получить у источника питания. При этом всегда необходимо знать значение постоянного тока нагрузки.
Дроссели низкой частоты выпускаются серийно. Их обозначения: Д1—Д274—дроссели унифицированные, низкочастотные; Д, Др—дроссели фильтров для бытовой радиоаппаратуры. В ряде случаев они имеют две обмотки: основную и компенсационную. Компенсационная обмотка при необходимости может соединяться последовательно с основной согласно или встречно. При согласном соединении (начало компенсационной с концом основной) индуктивность дросселя увеличивается, при встречном (концы или начала соединены вместе) — уменьшается.
Дроссели высокой частоты используют в высокочастотных электронных цепях, где пропускают токи только относительно низких частот. Они представляют собой катушки индуктивности, намотанные внавал или с определенным шагом на диэлектрический каркас. При этом стремятся, чтобы их емкость была минимально возможной, а индуктивность—не менее требуемой.
Основные параметры катушки индуктивности (ГОСТ 20718—75)
1. Номинальная индуктивность катушки (значение индуктивности, являющееся исходным для отсчета отклонений).
2. Допускаемое отклонение индуктивности катушки (разность между предельным и номинальным значениями индуктивности).
3. Номинальная добротность катушки индуктивности (значение добротности при номинальном значении индуктивности).
4. Эффективная индуктивность (значение индуктивности, определенное с учетом влияния собственной емкости, собственной индуктивности и изменения начальной проницаемости сердечника).
5. Начальная индуктивность (значение индуктивности, определенное на низкой частоте, где отсутствует влияние собственной емкости).
6. Температурный коэффициент индуктивности катушки (TKL)—отношение относительного изменения индуктивности DL/L к интервалу температур, вызвавшему это изменение:
7. Температурная нестабильность индуктивности катушки (относительное изменение индуктивности, вызванное изменением температуры).
8. Температурный коэффициент добротности (ТКД)—отношение относительного изменения добротности DQ/Q к интервалу температур, вызвавшему это изменение:
9. Собственная емкость катушки индуктивности (электрическая емкость) составляющая с ее индуктивностью резонансный контур, измеренная на частоте собственного резонанса.
10.Рабочий диапазон температур (максимальная и минимальная температуры).
Для дросселей, используемых в цепях питания, важны: 1) ток подмагничивания Io, 2)индуктивность L, 3) сопротивление обмотки дросселя постоянному току.
Дата добавления: 2015-06-12; просмотров: 942;