Катушки индуктивности

Содержание.

1. Понятие индуктивности ………………………………  2
2. Природа индуктивности и классификация

 катушек индуктивности………………………………….. 3

3. Основные и паразитные параметры…………………..  5
4. Стабильность катушек без сердечника……………….  7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие индуктивности

Индуктивность – физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. Ток в проводящем контуре создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнитный поток Φ, пронизывающий контур:

 Ф= L  · I

I - ток в контуре;

L - коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью, или коэффициентом самоиндукции контура.

Индуктивность зависит от геометрии, размеров контура, магнитной  проницаемости среды и  проводников, образующих электрическую цепь. Для  неферромагнитных сред и проводников  индуктивность жесткого (недеформируемого) контура постоянна.

Через индуктивность выражается Э.Д.С. самоиндукции ε  в контуре, возникающая при изменив нем  тока:

Единица индуктивности в  СИ – Генри. (1 Генри (Гн) – такая  индуктивность, при которой ток  в 1 Ампер порождает потокосцепление φ в 1 Вебер).

Для катушки, состоящей из одного витка, потокосцепление φ определяется:

φ= L  · I

 

 

2. Природа индуктивности и классификация катушек индуктивности.

 

Катушка индуктивности – катушка из провода с изолированными витками; обладает значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Предназначена для накопления магнитной энергии, разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты и т. д. Индуктивность катушки индуктивности определяется линейными размерами катушки, числом витков обмотки и магнитной проницаемостью окружающей среды и проводников; изменяется от десятых долей мкГн до десятков Гн. Другие основные параметры катушки индуктивности: добротность Q(отношение индуктивного сопротивления к активному), собственная емкость, механическая прочность, габаритные размеры, масса.

В зависимости от конструкции  катушки индуктивности делятся  на каркасные и бескаркасные, одно- и многослойные, экранированные и  неэкранированные, с магнитными сердечниками (с ферритовыми сердечниками) и  без них. Важное достоинство катушек  индуктивности с сердечниками –  возможность подстройки (изменение  индуктивности катушки индуктивности  в определенных пределах путем изменения  параметров сердечника). Катушки индуктивности  применяются в качестве одного из основных элементов электрических  фильтров и колебательных контуров, накопителя электрической энергии  и др.

 

Для создания катушек индуктивности  используется эффект взаимодействия магнитного поля и переменного тока. Коэффициент  пропорциональности между переменным напряжением и током с учетом частоты ω имеет смысл реактивного сопротивления jωL, где L – коэффициент пропорциональности. Для увеличения индуктивности провод, по которому протекает ток, наматывают в виде катушки. При этом добавляется взаимная индуктивность между витками и индуктивное сопротивление, т. е. значение L увеличивается. Индуктивность является основным параметром катушки.

Катушки используются в РЭА  как дроссели для перераспределения  переменного тока по цепям и создания индуктивной связи между цепями. При их использовании вместе с  конденсаторами образуются колебательные  контуры, входящие в состав фильтров и генераторов высокочастотных  колебаний. Следует подчеркнуть, что  под катушками индуктивности  будем понимать те индуктивные элементы, которые работают в диапазоне  радиочастот примерно  от 100 кГц  и выше.

Для классификации радиочастотных индуктивных элементов можно  использовать разные признаки: наличие  или отсутствие сердечника, характер намотки – однослойная (с шагом  или без шага) или многослойная (рядовая, универсальная, внавал), рабочую  частоту, количество обмоток, наличие  или отсутствие каркаса, наличие  или отсутствие экрана  и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные и паразитные параметры

 В катушке индуктивности помимо основного эффекта – индуктивности – наблюдаются и паразитные. Схема замещения (рис. 1а)  катушки отображает ее основные свойства и содержит не только основной параметр, индуктивность L, но и ряд дополнительных: индуктивность выводов (учтены в L); собственную емкость, обусловленную наличием обмотки, выводов, сердечника и экрана С_L; сопротивление, отображающее потери в емкости R_C; сопротивление, зависящее от потерь в катушке R_L. С_L с L образует параллельный резонансный контур. Его резонансная частота f0 = 1/2π (LC₀)^1/2, эквивалентная схема контура показана на рис. 1б.

Рисунок 1а – Схема замещения катушки

Рисунок 1б – Эквивалентная схема контура

 

Катушка индуктивности – катушка из провода с изолированными витками; обладает значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Предназначена для накопления магнитной энергии, разделения или ограничения электрических сигналов различной частоты и т. д. Индуктивность катушки индуктивности определяется линейными размерами катушки, числом витков обмотки и магнитной проницаемостью окружающей среды и проводников; изменяется от десятых долей мкГн до десятков Гн. Другие основные параметры катушки индуктивности: добротность Q(отношение индуктивного сопротивления к активному), собственная емкость, механическая прочность, габаритные размеры, масса.

В зависимости от конструкции  катушки индуктивности делятся  на каркасные и бескаркасные, одно- и многослойные, экранированные и  неэкранированные, с магнитными сердечниками (с ферритовыми сердечниками) и  без них. Важное достоинство катушек  индуктивности с сердечниками –  возможность подстройки (изменение  индуктивности катушки индуктивности  в определенных пределах путем изменения  параметров сердечника). Катушки индуктивности  применяются в качестве одного из основных элементов электрических  фильтров и колебательных контуров, накопителя электрической энергии  и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Стабильность катушек без сердечника.

 

 При применении катушек  в контурах большое значение  имеет стабильность индуктивности.  Наиболее высокой стабильностью  обладают однослойные катушки  без сердечников. Рассмотрим, чем  она определяется.

Из (3) следует, что стабильность индуктивности однослойной катушки  зависит от изменения диаметра каркаса  при воздействии температуры. Однако при оценке температурной стабильности необходимо учитывать также то, что  в высокочастотных катушках в  результате поверхностного эффекта  ток протекает не по всему сечению  провода, а по той части, которая  примыкает к каркасу. Положим, что  толщина слоя, используемая током, будет  взята такой же, как толщина  поверхностного (скин-) слоя в проводе

где ρ=10-6 Ом·м – удельное сопротивление;

  – частота, МГц;

χ_эф – глубина, на которой ток падает до 0,37 его значения на поверхности проводника, мм.

Эффективный диаметр витка

D_эф  ≈ D_к + 2χ_эф.

На рисунке 2 показана конструкция высокочастотной катушки (1  каркас из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения; 2 – виток).

                                                

Рисунок 2 – Конструкция высокочастотной катушки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Рычина Т.А. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы., Мн: Радио, 2005г.
2. Ефимов А.В, Микроэлектроника, Мн: ВШ, 2004г.

          3.  Свитенко В.И. Электрорадиоэлементы, Мн: Радио, 2006г