Основные параметры катушек индуктивности

Индуктивность характеризует количество энергии, запасаемой катушкой, при протекании по ней электрического тока. Чем больше индуктивность катушки, тем больше энергия магнитного поля при заданном значении тока. Индуктивность зависит от формы, размеров, числа витков катушки, а также от размеров сердечников.

Добротность – отношение реактивного сопротивления катушки к её активному сопротивлению потерь.

Наличие собственной ёмкости катушки обуславливает увеличение потерь энергии и уменьшения стабильности настройки колебательных контуров. Собственная ёмкость является паразитным параметром.

Стабильность параметров имеет особые значения для контуров, обусловленное изменением параметров при изменении температуры и влажности.

Основные факторы, которые следует учитывать при выборе катушки индуктивности:

а) требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн);

б) максимальный ток катушки. Большой ток очень опасен из-за слишком сильного нагрева, при котором повреждается изоляция обмоток. Кроме того, при слишком большом токе может произойти насыщение магнитопровода магнитным потоком, что приведет к значительному уменьшению индуктивности;

в) точность выполнения индуктивности;

г) температурный коэффициент индуктивности;

д) стабильность, определяемая зависимостью индуктивности от внешних факторов;

е) активное сопротивление провода обмотки;

ж) добротность катушки. Она обычно определяется на рабочей частоте как отношение индуктивного и активного сопротивлений;

з) частотный диапазон катушки.

В настоящее время выпускаются радиочастотные катушки индуктивности на фиксированные значения частоты с индуктивностями от 1мкГн до 10мГн. Для подстройки резонансных контуров желательно иметь катушки с регулируемой индуктивностью.

Ферритовые тороидальные сердечники эффективны для изготовления фильтров и трансформаторов на частотах выше 30МГц. При этом обмотки состоят всего лишь из нескольких витков.

Магнитные сердечники как бы “сгущают”, концентрируют поле катушки и повышают ее индуктивность. Это дает возможность уменьшить число витков катушки, следовательно, её размеры и габариты всего радиоустройства.

Виды, применение

Электрические характеристики катушек индуктивности определяют их конструкцией, свойствами материала магнитопровода и его конфигурацией, числом витков обмотки.

По конструкции делятся: цилиндрические, плоские (спиральные) и тороидальные, одно и многослойные с сердечником и без, экранированные и нет.

а

б

а – катушка индуктивности внутри металлического экрана: 1 – заглушка,

2 – экран, 3 – корпус, 4 – обмотка, 5 – каркас, 6 –подстроечный стержень, 7 – чашка сердечника, 8 – основание, 9 – заливка;

б – мощные экранированные ЧИП катушки индуктивности серии SPRH.

Для приема или передачи радиосигналов в диапазонах средних и длинных волн используются многовитковые однослойные и многослойные катушки, размещенные на каркасе из бумаги или пластмассы.

Однослойные катушки выполняются намоткой с принудительным шагом или сплошной. Однослойные цилиндрические катушки выполняются на диэлектрических каркасах или без них.

Многослойные цилиндрические катушки индуктивности применяют при индуктивности более 30÷50мГн.

Не секционированные многослойные катушки с рядовой обмоткой характеризуются пониженной добротностью и стабильностью, большой собственной емкостью.

Лучшими показателями обладают многослойные катушки, намотанные обмоткой “повал”, т.е. хаотично. Для намотки используют провод ПЭЛШО, ПЭВШО и др. (эмалевая изоляция и дополнительная шелковая).

Секционированные катушки – высокая добротность, меньший наружный диаметр, пониженная собственная ёмкость. Каждая секция представляет собой многослойную катушку с небольшим числом витков. Число секций выбирают от 2 до 6.

Катушки с малой индуктивностью для коротковолновых и ультракоротковолновых колебательных контуров узнать очень легко: число витков у них невелико, а провод достаточно толст. Некоторые из них не имеют каркаса.

Плоские катушки – спирали, изготовленные намоткой из Cu обмоточных проводов или методом печатного монтажа из фольгированного гетикокса или текстолита (форма – круг, квадрат или др.)

Плоские печатные катушки на стеклотекстолите отличаются механической прочностью и используются на частотах до 100МГц.

Экранированные используются при необходимости паразитных связей, обусловленные внешним электромагнитным полем, сделаны из Cu и Al толщиной не менее 0,4÷0,5мм.

Катушки с цилиндрическими сердечниками – сердечники из карбонильного железа и ферритов.

Резьбовые сердечники используются в цилиндрических одно – и многослойных катушках (при подгонке индуктивности, в процессе регулировки аппаратуры.)

Катушки с броневыми сердечниками – слабое внешнее магнитное поле. Намотку катушек производят в повал на спецкаркасы содержащие 2÷4 секций. Диаметр провода в эмалевой изоляции 0,1÷0,2мм или многожильный провод состоящий из 2÷5 жил – диаметр 0,07÷0,1мм, в эмали. Сердечники изготавливают из ферритов и карбонильного железа.

Катушки с тороидальными сердечниками – min размер, практически отсутствует магнитное поле. Недостаток – сложность намотки, отсутствие регулировки индуктивности, слабая стабильность индуктивности. Применяются: в контурах промежуточной частоты, малогабаритных приемниках; в контурах, перестраиваемых подмагничиванием, дросселями и др.

а б в

а – катушка с тороидальным сердечником;

б, в – катушки индуктивности MCoil CFC с воздушным сердечником, изготовленные из фольги

Сердечники, изготавливаемые из ферритов и альсиферов, используют намотку провода с повышенной max прочностью, с шёлковой дополнительной изоляцией. Перед намоткою оборачивают лентой из лакотканей. Катушки с ферромагнитным сердечником имеют сердечники, изготовленные из магнитодиэлектриков и ферритов.

Ферритовые тороидальные сердечники эффективны для изготовления фильтров и трансформаторов на частотах выше 30МГц. При этом обмотки состоят всего лишь из нескольких витков.

Катушки индуктивности позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле. Типичными областями их применения являются сглаживающие фильтры и различные селективные цепи.