Site Loader

Содержание

Величина — индуктивность — катушка

Величина — индуктивность — катушка

Cтраница 1

Величины индуктивностей катушек находятся в диапазоне значений от единиц до сотен микрогенри, а — в ряде случаев и больше. Минимальная величина индуктивности катушки ограничивается возможностями реализации конструкции с удовлетворительными параметрами. Обычно катушки с диаметром менее 10 мм и с числом витков менее двух обладают невысокими параметрами и применяются редко. Максимальная величина индуктивности ограничивается собственной емкостью катушки. При больших индуктивностях она имеет повышенное значение и получающаяся при этом собственная частота контура оказывается относительно низкой.  [1]

Величина индуктивности катушки с ферромагнитным сердечником определяется числом витков катушки, геометрическими размерами катушки и сердечника, а также магнитной проницаемостью материала сердечника. Из перечисленных параметров изменяется лишь магнитная проницаемость.  [2]

Величина индуктивности катушек определяет наличие или отсутствие-генерации задающего генератора. При входе флажка в зазор между катушками изменяется индуктивность катушек, возникает генерация, анодный ток резко падает и реле ( К) выключается. При выходе флажка генерация срывается и реле включает ток. Таким образом, в данной конструкции включение и выключение реле происходит не через определенные промежутки времени, а в тот момент, когда стрелка подойдет к ограничительной дужке или отойдет обратно.  [4]

Величина индуктивности катушки может быть уменьшена перемещением отвода, идущего от катушки к контакту 3 переключателя, на один виток или часть витка выше.  [5]

Величина индуктивности катушки связи должна быть в несколько раз больше индуктивности катушки контура L. При LCB 5 L целесообразно параллельно катушке LCB подключить конденсатор Судл ( рис. 3.4 а) и считать LCB 5 L. С включением Судл уменьшается коэффициент передачи. Если принять Судл СА, то напряжение сигнала на входе первого каскада уменьшится в 2 раза по сравнению с тем, когда Судл отсутствует.  [6]

Величина индуктивности катушки контура должна быть не менее 0 05 мкгн, в противном случае ее невозможно конструктивно осуществить с достаточно хорошей добротностью.  [7]

Величины индуктивностей катушек современных приемников не стандартизованы.  [8]

Величину индуктивности катушки определяют из расчета LC-ли-нии на заданное время задержки и характеристическое сопротивление.  [9]

Определяется величина индуктивности катушки связи.  [10]

Регулирование величины индуктивности катушки в установленных пределах необходимо для получения ее точных значений.  [11]

Изменение величины индуктивности катушки приводит к изменению частоты колебаний автогенератора, примерно равной резонансной частоте контура, и величины резонансного сопротивления контура. Изменение сопротивления катушки вызывает, в основном, изменение величины резонансного сопротивления. В конечном счете, изменения индуктивности и активного сопротивления датчика вызовут изменение частоты и амплитуды колебаний автогенератора, которые преобразуются в амплитудном и частотном каналах в напряжения постоянного тока.  [12]

Наконец,

величина индуктивности катушки зависит от геометрии и материала экрана. Экраны устраняют паразитные связи между каскадами и выполняются в виде металлических стаканов круглой или прямоугольной формы, надеваемых на катушку. Сущность экранирования заключается в следующем: магнитное поле катушки наводит в поверхностном слое экрана вихревые токи, которые создают поле обратного направления. Если толщина экрана больше поверхностного слоя проникновения вихревых токов ( глубины проникновения), то взаимодействие поля катушки с полями других источников и приемников наводимых связей исключается. Для устранения возможных емкостных связей экран тщательно заземляют.  [13]

Так как

величина индуктивности катушки со стальным сердечником зависит от величины остаточного магнетизма и меняется с изменением последнего, то очевидно, что при таких измерениях не требуется большая точность. Одинаковые результаты измерений могут быть получены только при полном размагничивании катушки и точном повторении всех операций, проделанных при первом измерении.  [14]

Как влияет на величину индуктивности катушки сердечник из магви-тодиэлектрика.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Катушки индуктивности — проверка исправности и ремонт — Индуктивности — РАДИОДЕТАЛИ — Каталог статей

Катушки индуктивности – представляют собой радиоэлемент, имеющий спиральную обмотку и способный концентрировать в своём объёме или на плоскости магнитное поле.

Применяются в качестве элементов колебательных контуров, дросселей, а так же для связи цепей между собой. Дроссель – катушка индуктивности, служащая для разделения постоянного и переменного токов или токов разных частот. Выполняет роль реактивного сопротивления, величина которого зависит от величины частоты.

Индуктивное сопротивление XL (Ом) катушки определяется по формуле

XL = 2nfL,

где f – частота, Гц; L – индуктивность, Гц.

Для постоянного тока (f = 0) сопротивление любой катушки очень мало.

Условное графическое обозначение (УГО) катушек индуктивности на схемах:

L1 — L3 – катушки без сердечника

L4 — L7 – катушки с сердечником, дроссель с магнитопроводом

 

Основные параметры катушек индуктивности

1. Номинальная индуктивность катушки

Единицей измерения является Генри (Гн). Индуктивность катушек указывается в милигенри (1мГн = 10-3 Гн), микрогенри (1мкГн = 10-6 Гн). 1мГн = 1000 нкГн

Номинальная индуктивность катушки зависит в основном от её конструктивных особенностей (размеров, формы, числа витков, расстояния между ними (шаг намотки) и др.) чем больше размеры катушки и чем больше она содержит витков, тем больше её индуктивность. На индуктивность катушки в достаточной степени влияет введение в неё сердечника.

Введение сердечника магнитного материала увеличивает индуктивность катушки, из не магнитного – уменьшает.

2. Допустимое отклонение

Зависти от конструкции катушки. У серийно выпускаемых катушек допустимое отклонение обычно 1-2%

3. Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

Характеризует относительное изменение значения индуктивности при изменении температуры. Это вызывает изменения геометрических значений катушки. Вследствие чего изменяется её индуктивность. С ростом температуры индуктивность увеличивается при снижении её – уменьшается.

     Для уменьшения ТКИ катушек каркасы их выполняют из керамики. В кабельных контурах для улучшения стабильности ТКИ к катушке подключают термокомпенсирующий конденсатор с отрицательным ТКЕ.

4.  Добротность катушки – характеризует бесполезное рассеивание энергии из – за потерь в обмотке, каркасе, сердечнике и экране.

     Добротность катушки повышается при введении в неё сердечника из магнитного материала. В РТА используется РЧ катушки добротностью от 40 до 200.

5.  Собственная ёмкость катушки складывается из емкости между ветками и слоями обмотки, а так же емкости отдельных витков по отношению к шасси или экрану.

      Поскольку эта емкость является паразитной, стремятся катушки и дроссели с минимальной собственной емкостью.

Неисправности катушек индуктивности

Катушки индуктивности могут иметь следующие неисправности:

  • Обрыв провода в местах пайки к контактным лепесткам;
  • Внутренний обрыв обмоточного провода;
  • Короткое замыкание витков;
  • Изменение номинального значения индуктивности.

 

   Исправность катушек проверяют омметром, подключенным параллельно выводным. Сопротивление катушки должно быть мало (близко к нулю).

   Проверить наличие короткого замыкания витков затруднительно, так как даже при нескольких короткозамкнутых витках в катушке ее сопротивление, как правило, практически не изменяются.

   При значительных механических повреждениях катушку чаще всего перематывают или устанавливают новую. При перемотке катушек нельзя допускать отклонения от числа витков или диаметра провода. Новую катушку изготавливают по образцу с соблюдением всех параметров: диаметра провода, количества витков, шага намотки (расстояния между соседними витками)

    Изменение номинального значения индуктивности может быть вызвано смещением подстроенного сердечника. Прилипший сердечник удается извлечь из каркаса после заливки в него несколько капель спирта или ацетона. Прилипшие диамагнитные сердечники свободно вывинчиваются, после незначительного нагрева их электропаяльником. 

Хотите знать больше? Пожалуйста

Физическая природа индуктивности


Источник — Свободный взгляд

Физическая природа индуктивности.

Катушки индуктивности обладают свойством оказывать реактивное сопротивление переменному току при незначительном сопротивлении постоянному току. Совместно с конденсаторами они используются для создания фильтров, осуществляющих частотную селекцию электрических сигналов, а так же для создания элементов задержки сигналов и запоминающих элементов, осуществления связи между цепями через магнитный поток и т.д. В отличие от резисторов и конденсаторов они не являются стандартизованными изделиями, а изготавливаются для конкретных целей и имеют такие параметры, которые необходимы для осуществления тех или иных преобразований электрических сигналов, токов и напряжений.

Функционирование катушек индуктивности основано на взаимодействии тока и магнитного потока. Известно, что при изменении магнитного потока Ф в проводнике, находящемся в магнитном поле, возникает ЭДС, определяемая скоростью изменения магнитного потока

(2.25)

Поэтому при подключении к проводнику источника постоянного напряжения ток в нем устанавливается не сразу, так как в момент включения изменяется магнитный поток и в проводе индуцируется ЭДС, препятствующая нарастанию тока, а спустя некоторое время, когда магнитный поток перестает изменяться. Если же к проводнику подключен источник переменного напряжения, то ток и магнитный поток будут изменяться непрерывно и наводимая в проводнике ЭДС будет препятствовать протеканию переменного тока, что эквивалентно увеличению сопротивления проводника. Чем выше частота изменения напряжения, приложенного к проводнику,, тем больше величина ЭДС, наводимая в нем, следовательно, тем больше сопротивление, оказываемое проводником протекающему току. Это сопротивление XL не связано с потерями энергии, поэтому является реактивным. При изменении тока по синусоидальному закону наводимая ЭДС будет равна

(2.26)

Она пропорциональна частоте w, а коэффициентом пропорциональности является индуктивность L. Следовательно, индуктивность характеризует способность проводника оказывать сопротивление переменному току. Величина этого сопротивления ХL=wL

Индуктивность короткого проводника (мкГн) определяется его размерами:

(2.26)

где l -длина провода в см, d — диаметр провода в см.

Если провод намотан на каркас, то образуется катушка индуктивности. В этом случае магнитный поток концентрируется и величина индуктивности возрастает.

2.3.2.Конструкции катушек индуктивности.

Конструкционной основой катушки индуктивности является диэлектрический каркас, на который наматывается провод в виде спирали. Обмотка может быть как однослойной (рис.2.21,а), так и многослойной (рис.2.21,6). В некоторых случаях многослойная обмотка делается секционированной (рис.2.21,в). В интегральных схемах применяются плоские спиральные катушки индуктивности (рис.2.21,г).

Для увеличения индуктивности применяют магнитные сердечники. Помещенный внутрь катушки сердечник концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает ее индуктивность. Перемещением сердечника внутри каркаса можно изменяп, индуктивность. На рис.2.22 представлены три  разнидности цилиндрических сердечников: С — стержневой, Т — трубчатый и ПР — подстроечный резьбовой и две разновидности броневых. Броневые сердечники состоят из двух чашек 2, изготовленных из карбонильного железа или ферритаов.

Они могут иметь либо замкнутый магнитопровод (тип СБ — а), либо разомкнутый (тип С Б — б). Для изменения индуктивности служит подстроечный цилиндрический сердечник 1. Помимо цилиндрических и броневых сердечников применяют торроидальные (кольцевые) сердечники. На высоких частотах (десятки-сотни МГц) применяют подстроечные цилиндрические сердечники из диамагнетиков (латунь, медь). При введении этих сердечников внутрь катушки индуктивность уменьшается.

В катушках индуктивности, работающих на низких в качестве сердечников используют пермаллои. При этом рается из тонких пластин толщиной 0,002-0,1мм.

Для уменьшения влияния электромагнитного поля катушки на другие элементы схемы, а также для уменьшения влияния внешних полей на катушку индуктивности, ее располагают внутри металлического экрана, как это показано на рис.2.23 (1 — заглушка, 2 — экран, 3 — корпус, 4 — обмотка, 5 — каркас, 6 -подстроечный стержень, 7 — чашка сердечника, 8 — основание, 9 — заливка).

2.3.3. Индуктивность и собственная емкость катушек индуктивности.

Индуктивность является основным параметром катушки индуктивности. Ее величина (мкТн) определяется соотношением

где W — число витков, D — диаметр катушки в см, L0 коэффициент, зависящий от отношения длины катушки / к ее диаметру О.

Для однослойных катушек величина L0 определяется соотношением

(2.29)

Оптимальными в этом случае являются отношение   а диаметр катушки в пределах от 1 до 2 см. При расчете диаметр катушки D принимается равным диаметру каркаса D0

Для многослойных катушек величина L0зависит не только от величины   1/D , но и от отношения толщины намотки t к диаметру катушки D. Она определяется по графикам (рис.2.24). В этом случае внешний диаметр катушки D=D0 + 2t

При расчете катушки индуктивности предварительно задаются геометрическими размерами катушки и определяют коэффициент L0, а затем по заданной величине индуктивности L находят число витков:

(2.30)

где I, — в мкГн , D в см.

Для намотки катушки обычно применяют провод оптимального диаметра, который рассчитывается с помощью эмпирических формул и графиков. Для этого по графику S=f(t/D;l/D) (рис.2.25) находят вспомогательный коэффициент S. Затем рассчитывают коэффициент

(2.31)

где f -в мкГц , D — в см. Затем рассчитывают коэффициент a1

где f — частота в Гц. После чего по графику b1=f(a1)  (рис. 2.26) находят  вспомогательный коэффициент b1S и расчитывают оптимальный диаметр провода (мм)

(2.32)

  Полученное значение  округляется до ближайшего стандартного значения (табл.2.6) и выбирается марка провода с диаметром  dиз

Таблица 2.6

Основные параметры обмоточных проводов

d, мм

Sn, мм~

Максимальный диаметр в изоляции , мм

 

 

ПЭВТЛК

ПЭМ-1

ПЭВ-1

ПЭВ-2,ПЭТВ
ПЭМ-2

0,063

0,0028

0.11

0,09

0,085

0,09

0,071

0,0038

0,12

0,09

0,095

0,1

0,08

0,005

0,13

0,1

0,105

0,11

0,09

0,0064

0,14

0,11

0,115

0,12

0,1

0,0079

0,15

0,12

0,125

0,13

0,112

0,0095

0,16

0,14

0,135

0,14

0,125

0,0113

0,17

0,15

0,15

0,155

0,14

0,0154

0,185

0,16

0,165

0,17

0,16

0,02

0,2

0,19

0,19

0,2

0,18

0,0254

0,23

0,21

0,21

0,22

0,2

0,0314

0,25

0,23

0,23

0,24

0,224

0,0415

0,27

0,25

0,26

0,27

0,25

0,0491

0,3

0,29

0,29

0,3

0,28

0,0615

0,34

0,32

0,32

0,33

0,315

0,0755

0,37

0,35

0,355

0,365

0,355

0,0962

0,405

0,39

0,395

0,415

0,4

0,126

0,47

0,44

0,44

0,46

0,45

0,158

0,49

0,49

0,51

0,5

0,193

0,55

0,55

0,57

0,56

0,246

0,61

0,61

0,63

0,63

0,311

0,68

0,68

0,7

0,71

0,39

0,76

0,76

0,79

0,75

0.435

0,81

0,81

0,84

0,8

0,503

0,86

0,86

0,89

0,85

0,567

0,91

0,91

0,94

0,9

0,636

0,96

0,96

0,99

0,95

0,71

1,01

1,01

1,04

1

0,785

1,08

1,07

1, 11

После выбора оптимального диаметра провода проверяют возможность размещения обмотки в заданных размерах  l и t. Для однослойных катушек рассчитывают шаг намотки

(2.33)

Если  t>dиз;   то обмотка размещается. В противном случае задаются большей  величиной l и повторяют расчет.

Для многослойных катушек рассчитывают толщину обмотки

(2.34)

где а — коэффициент неплотности обмотки ( a = 1,05…1,3), и находят фактическое значение наружного диаметра катушки D=D0+2t. Если эта величина отличается от выбранной в начале расчета более чем на 10%, то задаю тся новыми значениями l и t и расчет повторяют. При помещении катушки в экран индуктивность катушки уменьшается

(2.35)

где h коэффициент, зависящий от отношения l/D (рис.2.27),

D диаметр катушки,

Dэк-диаметр экрана.

Индуктивность уменьшается тем больше, чем меньше диаметр экрана. В большинстве случаев Dэк/D >1,6ё1,8.При этом индуктивность уменьшается не более чем на 20%.

Многослойные катушки обычно выполняют с сердечниками броневого типа, при использовании которых большая часть силовых линий магнитного поля катушки замыкается через сердечник, а меньшая-через воздух, вследствие чего влияние экрана на индуктивность катушки значительно ослабляется.

Применение сердечников из магнитных материалов позволяет уменьшить число витков катушки индуктивности и соответственно ее габариты. Основным параметром сердечника является магнитная проницаемость  mс При его наличии индуктивность катушки становится равной

Поскольку в расчетные формулы входят эмпирические коэффициенты, то индуктивность изготовленной катушки отличается от расчетной. Применение подстроечных магнитных сердечников позволяет получить требуемое значение индуктивности.

Собственная емкость является паразитным параметром катушки индуктивности, ограничивающим возможности ее применения. Ее возникновение обусловлено конструкцией катушки индуктивности: емкость существует между отдельными витками катушки, между витками и сердечником, витками и экраном, витками и другими элементами конструкции. Все эти распределенные емкости можно объединить в одну, называемую собственной емкостью катушки CL

Наименьшей собственной емкостью обладают однослойные катушки индуктивности Приближенно она рассчитывается по формуле (пФ)

СL  >(0,5ё1.0)D,

(2.37)

где D — диаметр катушки в см. Обычно она не превышает 1-2пФ.

Собственная емкость многослойных катушек значительно больше. При многослойной рядовой намотке она достигает ЗОпФ; при намотке «внавал» она несколько меньше. Существенное уменьшение емкости многослойных катушек достигается при использовании универсальной обмотки, при выполнении которой провод укладывается под некоторым углом к образующей цилиндрического каркаса. Схема такой намотки показана на рис.2.28. Как только провод доходит до края катушки, направление укладки меняется. Цикл универсальной обмотки выбирается таким, что, совершив один оборот вокруг каркаса, провод возвращается к положение, отличающееся от исходного на угол b. Этот угол выбирается таким, чтобы каждый последующий виток находился рядом с предыдущим.

Очевидно, что

(2.38)

Угол   j  , под которым осуществляется укладка провода, находится из соотношения

(2.39)

где l-осевая длина катушки,

D — диаметр витка.

Наименьшее значение угла j получается для витков, имеющих наименьший диаметр, равный диаметру каркаса D0.

Обычно при использовании универсальной обмотки длину катушки принимают в пределах от 2 до 10мм. Количество циклов намотки связано с рачетнным числом витков W соотношением

(2.40)

Величина собственной емкости катушек с универсальной обмоткой составляет от 3 до 8пФ. Дополнительное снижение емкости достигается серкцонированием обмотки, как показано на рис.2.21,в.

Совместное действие индуктивности и емкости можно учесть введением понятия об эквивалентной индуктивности катушки, определяемой из уравнения

откуда

(2.41)

где  -собственная резонансная частота катушки индуктивности.

Если рабочая частота много ниже собственной резонансной частоты wL, то приближенно можно считать Lэ=L.

    В процессе работы на катушку действуют различные внешние факторы:температура, влага и другие, влияющие на ее индуктивность.Наиболее существенным является влияние температуры, которое оценивают температурным коэффициентом .

Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведет к изменению собственной емкости катушки.

Для повышения температурной стабильности применяют каркасы из материала с малым значением коэффициента линейного расширения. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет керамика. Повышению температурной стабильности катушек способствует прочное сцепление обмотки с каркасом. С этой целью обмотку выполняют методом вжигания серебра в керамический каркас. В этом случае изменение размеров токопроводящего слоя определяется только линейным расширением каркаса. Такие катушки индуктивности имеют TKL >(5-100).10-6Стабильность многослойных катушек существенно хуже, так как в них невозможно избежать изменения линейных размеров провода обмотки. Многослойные катушки имеют TKL> (50-100).10-6

2.3.4. Потери в катушках индуктивности.

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным и равным ХL. Наличие паразитных эффектов ведет к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь RП , которое определяет добротность катушки индуктивности

(2.42)

Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране.

Потери в проводах вызваны тремя причинами.

Во-первых, провода обмотки обладают омическим сопротивлением

(2.43)

где l -длина провода обмотки, d- диаметр провода, р- удельное сопротивление.

Это сопротивление (Ом) можно выразить через число витков W и средний диаметр катушки DСР

(2.44)

где -диаметр провода в см.

Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено поверхностным эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой части поперечного сечения (рис.2.29), ширина (мм) которой равна

(2.45)

где f— частота в МГц,

r удельное сопротивление в мкOм· м.

Вследствие этого провод длиной l имеет сопротивление переменному току равное

(2.46)

где SЭФ площадь кольца, которая равна

(2.47)

где

После преобразования получаем

(2.48)

В третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости (рис.2.30), суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что ведет к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Сопротивление rБ, обусловленное эффектом близости, прямо пропорционально диаметру провода, а сопротивление rП, обусловленное эфектом, обратно пропорционально диаметру провода ( рис.2.31).

Существует оптимальный диаметр провода dопт , при котором сопротивление

провода току высокой частоты rf = rБ + rП оказывается минимальным. Для однослойных катушек dопт= 0,2-0,6мм, для многослойных dопт =0,08-0,2мм. Существенно уменьшить потери в проводах можно применяя провод «литцендрат», состоящий из большего числа жилок, скрученных в жгут. При небольшом диаметре тонких жилок ослабляется поверхностный эффект, а скручивание жилок в жгут ослабляет эффект близости.

Существует методика расчета сопротивления rf , по которой предварительно рассчитывается вспомогательный коэффициент

(2.49)

где f — частота в Гц,

d- диаметр провода в см.

Затем по таблице находятся коэффициенты F(z) и G(z).

Z

F(z)

G(z)

0,5

1

0,001

0,6

1

0,002

0,7

1

0,004

0,8

1

0,006

0,9

1

0,01

1

1,01

0,015

1,5

1,03

0,07

2

1,08

0,17

2,5

1,18

0,3

3

1,3

0,4

4

1,7

0,6

5

2

0,8

7-.5

2,9

1,2

10

3,8

1,6

20

7,3

3,4

25

9,1

4,3

50

18

8,2

100

36

18

После этого по графику (рис.2.32) определяется вспомогательный коэффициент Кз , зависящий от геометрии катушки.

По (2.50) рассчитывается сопротивление провода катушки току высокой частоты

(2.50)

где D наружный диаметр катушки в см,

d -диаметр провода в см.

Если однослойная катушка намотана проводом оптимального диаметра и параметр z >5, то сопротивление rf можно определить по формуле

(2.51)

где D — в см,  d — в см,   f‘- в МГц.

Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует емкость, имеющая две составляющих-емкость через воздух Сов и емкость через диэлектрик Сод (рис.2.33).

Потери в диэлектрике учитываются величиной tgd, зная которую можно рассчитать сопротивление потерь

rД   = 0,25Содtg dL2f 3 . 10-3

(2.52)

где  Сод в пф, L — в мкГн,  f — в МГц.

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи  dв, потерь на гистерезис dг и начальных потерь dп и учитываются как тангенс угла потерь в сердечнике

tg dс = dв f + dгН + dп

(2.53)

В справочниках приводятся значения. tg dс  для различных типов сердечников. Сопротивление потерь определяется по формуле

Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране. Потери, вносимые экраном, определяются по формуле

(2.55)

где Dэ — диаметр экрана в см,

lэ — длина экрана в см,

f — частота в МГц.

Величина  h = f(l/D)  определяется по графику (рис.2.27).

Таким образом суммарное сопротивление потерь в катушке индуктивности, определяющее ее добротность, равно

Rп = rf + rд +rc + rэ

(2.56)

Практически величина добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями. С учетом потерь и паразитной емкости катушку индуктивности можно представить в виде эквивалент-

ной схемы (рис.2.34,а), где  Rп = rf + rд +rc + rэ.  эта схема может быть приведена к более удобному виду (рис.2.34,б), где Lэ -эквивалентная индуктивность, учитывающая собственную емкость. Величины. Lэ и Rп, а следовательно, добротность Q = wL/Rп  зависят от температуры. Зависимость Q от температуры определяется температурным коэффициентом добротности ТКД=DQ/QDТ

2.3.5.Разновидности катушек индуктивности.

Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность. В диапазоне длинных и средних волн эти катушки многослойные, как правило, с намоткой типа «универсаль». Для повышения добротности применяют многожильные провода типа «литцендрат». Для изменения индуктивности применяют цилиндрические сердечники из альсифера или карбонильного железа.

В диапазоне коротких и ультракоротких волн используются однослойные катушки с индуктивностью порядка единиц микрогенри и добротностью порядка 50 — 100. Число витков таких катушек не превышает одного-двух десятков, диаметр каркаса 10 — 20 мм. В качестве каркасов используют керамику, полиэтилен и полистирол. Для уменьшения собственной емкости применяют ребристые каркасы. Обмотка выполняется одножильным медным проводом диаметром около 1 мм. На УКВ применяют бескаркасные катушки из неизолированного провода.

Катушки связи. Эти катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т.д.

К таким катушкам не предъявляются жесткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и  коэффициент связи

где L1 и L2 — индуктивность связанных катушек,

М — взаимная индуктивность между ними. Величина коэффициента связи зависит от расстояния между катушками, чем оно меньше, тем больше k.

Вариометры. Это такие катушки, в которых предусмотрена возможность изменения индуктивности в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров.

Они состоят из двух катушек, соединенных последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра

Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 — 5 раз.

Дроссели. Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному . Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические сердечники.

Катушки индуктивности для ГИС. На частотах порядка 10 — 100 МГц находят применение тонкопленочные спиральные катушки. На площади в 1 кв.см, располагается не более 10 витков. Добротность таких катушек не превышает 20-30. Поэтому они находят ограниченное применение. В ГИС предпочтительны миниатюрные торроидальные катушки на ферритовых сердечниках, индуктивность которых достигает десятков тысяч микрогенри.

В последнее время наметилась тенденция замены катушек специальными схемами на транзисторах (гираторы) и электромеханическими, пьезоэлектрическими и акустоэлектронными фильтрами, основанными на принципе механических упругих колебаний и механического резонанса. Скорость распространения упругих колебаний в твердом теле примерно в 100 тысяч раз меньше скорости распространения электромагнитных волн, что позволяет создавать очень компактные механические резонаторы с распределенными параметрами, обладающие добротностью порядка 103. Развитие микроэлектроники привело к появлению фильтров на приборах с зарядовой связью и фильтров на поверхностных акустических волнах. Кроме того, в ИМС широкое применение находят активные RC — фильтры, в которых используются операционные усилители с глубокой частотно-зависимой обратной связью.

Источник — Свободный взгляд

Как наматывают катушки индуктивности? Расчет и изготовление катушки кв диапазона для регенеративного радиоприемника Как намотать катушку в домашних условиях


Каждый любитель мастерить электронные приборы и , не раз сталкивался с необходимостью намотать катушку индуктивности или дроссель. В схемах конечно указывают число намотки катушки и каким проводом, но что делать если указанного диаметра провода нет в наличии, а есть намного толще или тоньше??

Я расскажу вам как это сделать на моем примере.
Хотел я сделать вот эту схему . Намоточные данные катушек в схеме указаны (6 витков провода 0.4 на каркасе 2мм) эти намоточные данные соответствуют 47nH-нано Генри, все бы нормально но провод у меня был 0.6мм. Помощь я нашел в программе Coil32.

Открываем программу


В низу мы видим что в программе можно вычислить практически любую катушку. Стоит только выбрать из списка нужную, выбираем (однослойную катушку виток к витку)


Заходим в настройки и нажимаем Опции


В появившемся окне выбираем нГн


Возвращаемся к нашей схеме, например я вам не говорил какая индуктивность катушек и у вас есть только намоточные данные, как же нам теперь узнать какая же их индуктивность??

Для этого вставляем в окошки известные нам данные этих катушек, длину намотки подбираем до тех пор пока вычисления не совпадут с нашими данными.


И так вычисления показали что длина намотки 3.1мм при 6-и витках провода 0.4,на оправке 2мм. а индуктивность 47нГн.
Теперь ставим диаметр нашего провода 0.6мм.


Но теперь индуктивность маленькая, значит начинаем увеличивать например длину намотки, получилось 5.5мм


Вот и все, катушка готова.

Но если вы например уже вытравили платы, а размер контактов для катушки остался прежним, то есть для катушки с длиной намотки 3мм, а у вас же получилась на 5.5мм (намного больше и впаять рядом 3 таких катушки будет проблематично)

Значит нужно нашу катушку уменьшить, ставим в окошко диаметр каркаса не 2мм, а 4мм. И наша катушка с проводом 0.6мм, уменьшается в длине с 5.5мм до 3мм и число витков 3.5, +/- 1-2 нГн роли большой не сыграет, зато мы сможем легко впаять наши индуктивности.


Вот и все, надеюсь моя статья поможет вам. В этой программе можно рассчитывать разные катушки, выбирайте из списка какая вам нужна и все у вас получится.

Катушка индуктивности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значительная инерционность.

Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, флюкстрола, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.

Существуют также катушки, проводники которых реализованы на печатной плате.

Катушка индуктивности в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность , которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

· Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.

· Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.

· В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:

· Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).

· Потери от магнитных свойств диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

В общем случае можно заметить что для современных катушек общего применения потери в диэлектрике чаще всего пренебрежимо малы.

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и начальных потерь.

Потери на вихревые токи . Ток, протекающий по проводнику, индуцирует ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи становятся источником потерь из-за сопротивления проводников.

Разновидности катушек индуктивности

Контурные катушки индуктивности . Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

Катушки связи . Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.

Вариометры. Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника.

Дроссели . Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины) на проводах.

Сдвоенные дроссели две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике. Т.е. предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов, так и во избежание засорения питающей сети электромагнитными помехами. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный (из трансформаторной стали) или ферритовый сердечник.

Применение катушек индуктивности

· Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

· Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.

· Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.

· Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.

· Катушки используются также в качестве электромагнитов.

· Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.

· Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).

o Рамочная антенна

o DDRR

o Индукционная петля

· Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

· Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

· Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометры были разработаны и широко использовались во времена Второй мировой войны.

Эффективные способы намотки, разработанные на нашем предприятии:

Позволяют снять ограничения на диапазоны применяемых напряжений, токов и температур. Снижают сечение провода, стоимость и массу катушек при тех же условиях эксплуатации. Либо позволяют повысить напряжения, токи и температуру эксплуатации при том же сечении провода.

Наши многолетние исследования показали, что наиболее эффективным способом охлаждения является воздушный. Применение дополнительных видов изоляции иногда бывает нежелательно и ухудшает свойства обмоток. Вместо изоляции мы применяем разделение обмотки на секции. Стремимся к увеличению площади контакта провода с мощными потоками воздуха.

1. Разделенная обмотка .

Лучшая альтернатива дополнительной изоляции. Обмотка разделена на любое количество секций, соединенных последовательно. Потенциал между секциями делится на количество секций. Потенциал между слоями делится на количество секций, помноженное на количество слоев. Потенциал между соседними витками в одном слое делится на количество секций, помноженное на количество слоев и количество витков в слое. Таким образом любое опасное пробивное напряжение можно снизить до электрозащитных показателей обыкновенного эмальпровода без применения особых электроизоляционных мер. Чем больше отдельных секций, тем лучше можно организовать охлаждение.

2. Бесконтактная обмотка.

Витки обмотки подвешены в воздухе на специальных растяжках. Не имеют механического, электрического и теплового контакта ни с какими другими материалами катушки, ни с каркасом, ни с корпусом, ни с электроизоляцией. Самое эффективное воздушное охлаждение, тепло- и электроизоляция.

3. Корпус в виде улитки.

Наиболее эффективным способом охлаждения обмоток мы считаем воздушное. Применение такого корпуса с вентиляторами и просчетом аэродинамических характеристик дает значительные преимущества.

4. Двухполупериодная обмотка.

Все новое — это хорошо забытое старое. Разделение обмотки на два плеча и включение через диодный мост дает попеременное включение плеч с частотой сети. В один полупериод одно плечо работает, другое отдыхает. Это позволяет применять обмотки с меньшим сечением. Особенно актуальна двухполупериодная обмотка там, где в небольшие габариты требуется поместить очень мощную обмотку с таким толстым проводом, который невозможно согнуть под требуемыми углами без повреждения. Или промышленность не выпускает настолько толстые шины, и таким образом можно перейти на меньшее сечение.

5. Трубопроводная обмотка.

Для работы на особо высоких температурных режимах. В качестве провода применяется медная труба, циркулирующая жидкость, насосы, теплообменники, хладогенераторы, резервуары.

6. Заливка компаундами с примесями на основе нитрида бора и другими для повышения теплопроводности компаунда. Либо виброустойчивая растяжка с применением специальных техпластин. Применяется на сложных виброударных режимах работы.

Наши специалисты разработают наиболее эффективный способ решения Ваших задач. Мы будем рады с Вами сотрудничать.

Ждем Ваших заказов.

Индуктивность катушки зависит от ее размеров, количества витков и способа намотки. Чем больше эти параметры, тем выше индуктивность. Если катушка наматывается плотно виток к витку, то индуктивность ее будет больше по сравнению с катушкой, намотанной неплотно, с промежутками между витками. Когда требуется изготовить катушку по заданным размерам и нет провода нужного диаметра, то при использовании более толстого провода надо сделать больше витков, а тонкого — уменьшить их количество, чтобы получить необходимую индуктивность. Все приведенные выше рекомендации справедливы при намотке катушек без ферритовых сердечников.

Расчет однослойных цилиндрических катушек производится по формуле

где L — индуктивность катушки, мкГн;
D — диаметр катушки, см;
l — длина намотки катушки, см;
и n — число витков катушки.

Расчет катушки выполняется в следующих случаях:

1 — по заданным геометрическим размерам необходимо определить индуктивность катушки;
2 — при известной индуктивности требуется определить число витков и диаметр провода катушки. То есть намотать катушку определенной индуктивности, что часто скажем надо для фильтров.

В первом случае все исходные данные, входящие в формулу, известны, и расчет не представляет затруднений.

Пример. Определим индуктивность катушки, изображенной на рис.1, где l = 2 см, D = 1,8 см, число витков n = 20. Подставив в формулу все необходимые величины, получим

Во втором случае известны диаметр катушки и длина намотки, которая, в свою очередь, зависит от числа витков и диаметра провода. Поэтому расчет рекомендуется проводить по следующей схеме. Исходя из конструкции изготавливаемого прибора, определяют размеры катушки (диаметр и длину намотки), а затем рассчитывают число витков по следующей формуле:

Определив число витков, вычисляют диаметр провода с изоляцией по формуле

где d — диаметр провода, мм;

l — длина обмотки, мм;
n — число витков.

Пример. Нужно изготовить катушку диаметром 1 см при длине намотки 2 см, имеющую индуктивность 0,8 мкГн. Намотка рядовая, виток к витку. Подставив в последнюю формулу заданные величины, получим

диаметр провода

Если катушку наматывать проводом меньшего диаметра, то нужно полученные расчетным путем 14 витков разместить по всей ее длине (20 мм) с равными промежутками между витками, то есть с большим шагом намотки. Индуктивность данной катушки будет на 1-2% меньше номинальной, что следует учитывать при ее изготовлении. Если для намотки берется провод большего диаметра, чем 1,43 мм, следует сделать новый расчет, увеличив диаметр или длину намотки катушки. Возможно, придется увеличить и то, и другое одновременно, пока не будут получены необходимые габариты катушки, соответствующие заданной индуктивности.
Следует заметить, что по приведенным выше формулам рекомендуется рассчитывать катушки, у которых длина намотки l равна половине диаметра или превышает эту величину. Если же она меньше половины диаметра, то более точные результаты можно получить по формулам

Расчет катушек индуктивности под конкретный провод

Пересчет катушек индуктивности производится при отсутствии провода нужного диаметра, указанного в описании конструкции, и замене его проводом другого диаметра, а также при изменении диаметра каркаса катушки.
Если отсутствует провод нужного диаметра, можно воспользоваться другим. Изменение диаметра в пределах до 25% в ту или другую сторону вполне допустимо и, как правило, не отражается на качестве работы. Более того, увеличение диаметра провода допустимо во всех случаях, так как при этом уменьшается омическое сопротивление катушки и повышается ее добротность. Уменьшение же диаметра ухудшает добротность и увеличивает плотность тока на единицу сечения провода, которая не может быть больше допустимой величины.
Пересчет количества витков однослойной цилиндрической катушки при замене провода одного диаметра другим производится по формуле

где n — новое количество витков катушки; n1 — число витков катушки, указанное в описании; d — диаметр имеющегося провода; d1 — диаметр провода, указанного в описании.
В качестве примера приведем пересчет числа витков катушки, изображенной на рис.1, для провода диаметром 0,8 мм

(длина намотки l = 18×0,8 — 14,4 мм).
Таким образом, количество витков и длина намотки несколько уменьшились. Для проверки правильности пересчета рекомендуется выполнить новый расчет катушки с измененным диаметром провода:

При пересчете катушки, связанном с изменением ее диаметра, следует пользоваться процентной зависимостью между диаметром и числом витков. Эта зависимость заключается в следующем: при увеличении диаметра катушки на определенное число процентов количество витков уменьшается на столько же процентов, и, наоборот, при уменьшении диаметра на равное число процентов увеличивается количество витков. Для упрощения расчетов за диаметр катушки можно принимать диаметр каркаса.
В качестве примера произведем пересчет числа витков катушки, имеющей 40 витков при длине намотки 2 см и диаметр каркаса 1,5 см, на диаметр, равный 1,8 см. Согласно условиям пересчета диаметр каркаса увеличивается на 3 мм, или на 20%. Следовательно, для сохранения неизменной величины индуктивности этой катушки при намотке на каркас большого диаметра нужно уменьшить число витков на 20%, или на 8 витков. Новая катушка будет иметь 32 витка. Длина намотки также уменьшится на 20%, или до 1,6 см.
Проверим пересчет и определим допущенную погрешность. Исходная катушка имеет индуктивность:

Индуктивность новой катушки на каркасе с увеличенным диаметром:

Ошибка при пересчете составляет 0,32 мкГн, то есть меньше 2,5%, что вполне допустимо для расчетов в радиолюбительской практике.

Катушка индуктивности как радиоэлектронный элемент, достаточно распространена. Порой не заменима, для настройки многих радиоприёмников и применяется во многих устройствах. Следует отметить, что для эксклюзивных вещей, порой не достать эксклюзивных катушек, потому необходимо знать не только устройство катушки индуктивности, и формулы её расчёта, но и уметь мастерить катушки индуктивности самостоятельно. В этой статье любой начинающий радиолюбитель найдёт для себя пару полезных советов.

Катушка индуктивности:

По своей конструкции катушки индуктивности очень сильно разнятся, толщина провода, количество витков, способ намотки, наличие сердечника – всё это влияет на индуктивность катушки рисунок №1,2.


Рисунок №1 – Пример катушки индуктивности

В случае, когда вам необходима маленькая индуктивность, можно даже сделать её плоской рисунок№2. Например, вытравить её непосредственно на плате.


Рисунок №2 – Пример плоской катушки индуктивности

Как залить катушку индуктивности воском:

Собирая схему, в которой есть колебательный контур, настраивая радиоприёмник или передатчик (что угодно) или делая любую другую схему (наматывая, например, высоковольтные катушки). Вам необходимо регулировать расстояние между витками катушки. Когда вы настроили вашу схему, то для исключения не желательного изменения параметров катушки из-за механического смещения витков, вам достаточно просто залить катушку обыкновенным воском или парафином (если катушка не греется) рисунок №3.


Рисунок №3 – Пример залитой воском катушки

Можно заливать катушки эпоксидной смолой или силиконом – всё зависит от того в каких условиях должна работать ваша катушка индуктивности. И что находится у вас под рукой. В случае с воском (парафином), вам достаточным будет растопить его и просто дождаться его остывания предварительно опустив в него катушку индуктивности.

Катушки индуктивности предназначены для фильтрации токов высокой частоты. Они устанавливаются в колебательных контурах и используются для других целей в электрических и электронных схемах. Готовое устройство заводского изготовления надёжнее в работе, но дороже, чем изготовленное своими руками. Кроме того, не всегда удаётся приобрести элемент с необходимыми характеристиками. В этом случае расчёт катушки индуктивности и само устройство можно сделать самостоятельно.

Конструкция катушки

Каркас устройства изготавливается из диэлектрика. Это может быть тонкий (нефольгированный) гетинакс, текстолит, а на тороидальных сердечниках –просто обмотка из лакоткани или аналогичного материала.

Обмотка выполняется из одножильного или многожильного изолированного провода.

Внутрь обмотки вставляется сердечник. Он изготавливается из железа, трансформаторной стали, феррита и других материалов. Он может быть замкнутым, тороидальным (бублик), квадратным или незамкнутым (стержень). Выбор материала зависит от условий работы: частоты, магнитного потока и других параметров.

Протекающий по проводу электрический ток создаёт вокруг него электромагнитное поле. Соотношение величины поля к силе тока называется индуктивностью. Если провод свернуть кольцом или намотать на каркас, то получится катушка индуктивности. Её параметры рассчитывают по определённым формулам.

Расчёт индуктивности прямого провода

Индуктивность прямого стержня – 1-2мкГн на метр. Она зависит от его диаметра. Точнее можно рассчитать по формуле:

L=0.2l(logl/d-1), где:

  • d – диаметр провода,
  • l – длина провода.

Эти величины нужно измерять в метрах (м). При этом результат будет иметь размерность микрогенри (мкГн). Вместо натурального логарифма ln допустимо использовать десятичный lg, который в 2,3 раза меньше.

Предположим, что какая-то деталь подключена проводами длиной 4 см и диаметром 0,4 мм. Произведя при помощи калькулятора расчет по выше приведённой формуле, получаем, что индуктивность каждого из этих проводов составит (округлённо) 0,03 мкГн, а двух – 0,06 мкГн.

Ёмкость монтажа составляет порядка 4,5пФ. При этом резонансная частота получившегося контура составит 300 МГц. Это диапазон УКВ.

Важно! Поэтому при монтаже устройств, работающих в частотах УКВ, длину выводов деталей нужно делать минимальной.

Расчёт однослойной намотки

Для увеличения индуктивности провод сворачивается кольцом. Величина магнитного потока внутри кольца выше примерно в три раза. Рассчитать её можно при помощи следующего выражения:

L = 0,27D(ln8D/d-2), где D – диаметр кольца, измеренный в метрах.

При увеличении количества витков индуктивность продолжает расти. При этом индукция отдельных витков влияет на соседние, поэтому получившиеся параметры пропорциональны не количеству витков N, а их квадрату.

Дроссель с сердечником

Параметры обмотки, намотанной на каркас, диаметром намного меньше длины рассчитывается по формуле:

Она справедлива для устройства большой длины или большого тора.

Размерность в ней дана в метрах (м) и генри (Гн). Здесь:

  • 0 = 4 10-7 Гн/м – магнитная константа,
  • S = D2/4 – площадь поперечного сечения обмотки, магнитная проницаемость магнитопровода, которая меньше проницаемости самого материала и учитывает длину сердечника; в разомкнутой конструкции она намного меньше, чем у материала.

Например, если стержень антенны изготовить из феррита с проницаемостью 600 (марки 600НН), то у получившегося изделия она будет равна 150. При отсутствии магнитного сердечника = 1.

Для того чтобы использовать это выражение для расчёта обмоток, намотанных на тороидальном сердечнике, его необходимо измерять по средней линии “бублика”. При расчёте обмоток, намотанных на железе Ш-образной формы без воздушного зазора, длину пути магнитного потока измеряют по средней линии сердечника.

В расчёте диаметр провода не учитывается, поэтому в низкочастотных конструкциях сечение провода выбирается по таблицам, исходя из допустимого нагрева проводника.

В высокочастотных устройствах, так же как и в остальных, стремятся свести омическое сопротивление к минимуму для достижения максимальной добротности прибора. Простое повышение сечения провода не помогает. Это приводит к необходимости наматывать обмотку в несколько слоёв. Но ток ВЧ идёт преимущественно по поверхности, что приводит к увеличению сопротивления. Добротность в высокочастотных элементах растёт вместе с увеличением всех размеров: длины и диаметров обмотки и провода.

Максимальная добротность получается в короткой обмотке большого диаметра, с соотношением диаметр/длина, равным 2,5. Параметры такого устройства вычисляются по формуле:

L=0.08D2N2/(3D+9b+10c).

В этой формуле все параметры измеряются в сантиметрах (см), а результат получается в микрогенри (мкГн).

По этой формуле рассчитывается также плоская катушка. Диаметр “D” измеряется по среднему витку, а длина “l” по ширине:

Многослойная намотка

Многослойная намотка без сердечника вычисляется по формуле:

L=0.08D2N2/(3D+9b+10c).

Размеры здесь измеряются в сантиметрах (см), а результат получается в микрогенри (мкГн).

Добротность такого устройства зависит от способа намотки:

  • обычная плотная намотка – самая плохая, не более 30-50;
  • внавал и универсал;
  • “сотовая”.

Для увеличения добротности при частоте до 10 мГц вместо обычного, одножильного провода, можно взять литцендрат или посеребренный проводник.

Справка. Литцендрат – это провод, скрученный из большого количества тонких изолированных друг от друга жил.

Литцендрат имеет большую поверхность, по сравнению с одножильным проводником того же сечения, поэтому на высоких частотах его сопротивление ниже.

Использование сердечника в высокочастотных устройствах повышает индуктивность и добротность катушки. Особенно большой эффект даёт использование замкнутых сердечников. При этом добротность дросселя зависит не от активного сопротивления провода, а от проницаемости магнитопровода. Рассчитывается такой прибор по обычным формулам для низкочастотных устройств.

Сделать катушку или дроссель можно самостоятельно. Перед тем, как её изготавливать, необходимо рассчитать индуктивность катушки по формулам или при помощи онлайн-калькулятора.

Видео


Расчёт катушки индуктивности под динамик

Данный расчет является примером для определения данных катушки индуктивности на воздушном сердечнике, нагруженной динамиком. В этом примере выбрана катушка без сердечника во избежание искажений, обусловленных перемагничиванием сердечника.

На рисунке показана оптимальная катушка индуктивности в смысле отношения индуктивности катушки и ее активному сопротивлению. Конструкция получается, когда внутренний диаметр цилиндрического слоя обмотки вдвое больше его высоты, а внешний диаметр в четыре раза больше высоты и в два раза больше внутреннего диаметра.

высота 1 см; внутренний диаметр 2 см; внешний диаметр 4 см.

Пример расчета

Современные программы по расчету пассивных фильтров для акустики, дают значение катушек индуктивности в мГн, здесь нужно перевести в мкГн, т.е. умножить на 1000.

Определим данные катушки с индуктивностью 1,25 мГн (или 1250 мкГн) разделительного фильтра, нагруженного динамиком сопротивлением 4 Ом. Активное сопротивление рассчитываемой катушки должно составлять 5% сопротивления динамика. Это соотношение можно считать вполне приемлемым. Активное сопротивление катушки: R = 0,05 х 4 = 0,2 Ом.

  1. откуда: L/R = 1250 / 0,2 = 6250 мкГн/Ом;
  2. далее имеем: h = √ ((L/R) / 8,6) = √ (6250 / 8,6) = 26,96 мм;
  3. длинна жилы: l = 187,3 х √ (L х h) = 187,3 х √ (1250 х 26,96) = 34383 мм = 34,3 м;
  4. количество витков: ω = 19,88 √(L / h) = 19,88 х √ (1250 / 26,96) = 135,36 витков;
  5. диаметр жилы: d =0,84h / √ω = 0,84 х 26,96 / √ 135,36 = 1,95 мм;
  6. масса намотки: m = (h3 х 10-3) / 21,4 = (26,963 х 10-3) / 21,4 = (19595,65 х 0,001) / 21,4= 0,9 кг.

Полученные значения должны быть округлены (в первую очередь диаметр жилы) до ближайшего стандартизированного. Окончательные значения индуктивности подгоняют путем отматывания нескольких витков обмотки, намотанной с некоторым превышением числа витков сравнительно с рассчитанным.

Итак имеем данные, которые понадобятся для расчета будущей катушки:

  1. высота намотки h = 26,96 мм;
  2. значит внутренний диаметр a = 53,92 мм;
  3. соответственно внешний: b = 107,84 мм;
  4. длинна жилы: 34,3 м;
  5. количество витков: 135;
  6. диаметр жилы, соответствует стандартизированному: 1,95 мм (по меди).

Статья специально подготовлена для сайта ldsound.ru

Coil32 — О конструкции катушек индуктивности

Для начинающих радиолюбителей хотелось бы немного рассказать об особенностях конструктивного исполнения катушек индуктивности. Основой любой катушки служит каркас, на который наматывается провод в виде спирали. Обычно начинающий радиолюбитель повторяет конструкцию, в описании которой указано, что надо намотать N-витков на каркасе диаметром D. Но очень часто нужного каркаса в наличии нет, а есть другой. Тогда возникают следующие вопросы:

  1. Сколько витков нужно намотать на другом каркасе?
  2. Подойдет ли этот каркас и как изменятся характеристики устройства?

Программа Coil32 легко решает первый вопрос. Зная параметры контура, в который входит катушка, или ее конструктивные размеры и число витков из описания устройства, можно вычислить ее индуктивность, а зная индуктивность — рассчитать число витков для нового каркаса, т.е. пересчитать катушку индуктивности.

Во втором вопросе следует разобраться подробнее. Какими параметрами характеризуется катушка индуктивности?

  • Прежде всего, это величина индуктивности
  • Добротность катушки, характеризующая величину потерь в ней
  • Паразитная собственная емкость катушки
  • Температурная нестабильность индуктивности

Величина индуктивности обычно прямо пропорциональна диаметру катушки и квадрату числа витков. Для уменьшения габаритов катушки и числа витков применяют магнитные сердечники – кольцевые, броневые. Разрез броневого сердечника показан на рисунке. Однако они имеют ограничения по частоте и по мощности. Например, в фильтрах для акустики их применение недопустимо, т. к. при большой мощности из-за особенностей магнитного материала, величина индуктивности будет зависеть от амплитуды сигнала и он, соответственно, сильно исказится. В выходных каскадах передатчиков и фильтрах акустики уменьшать габариты катушек нельзя, при этом возрастают потери, а вы же не хотите, что бы мощность усилителя шла на нагрев провода.

Добротность важна для контурных катушек. Она обратно пропорциональна величине сопротивления потерь в ней. Напомню, что программа Coil32 позволяет провести приблизительный расчет добротности однослойных катушек. Однажды, я с удивлением обнаружил, что мой сайт «нагуглили» по запросу — «Единица измерения добротности катушки индуктивности». Добротность измеряется в относительных единицах и не имеет специальной единицы измерения (типа Ом, Кг). Строго говоря, добротность — это отношение реактивного сопротивления катушки ( 2πƒL ) к ее сопротивлению потерь.
Часто в сети можно встретить online калькуляторы для расчета однослойных катушек, которые еще и вычисляют ее добротность. Однако, они учитывают только омические потери в катушке, что не совсем верно.
Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране, а также потери на излучение.
Потери в проводах вызваны тремя причинами

    • Во-первых, провода обмотки обладают омическим сопротивлением, поэтому катушку следует наматывать проводом с наименьшим удельным сопротивлением (медь, серебро)
    • Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено поверхностным эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по наружной кольцевой части поперечного сечения.

  • В третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что ведет к дополнительному возрастанию сопротивления провода. Уменьшить потери обусловленные эффектом близости можно применяя намотку с шагом. Существует оптимальный шаг намотки зависящий от геометрии катушки.

 

На частотах не превышающих 1,5..2 мегагерц, уменьшить потери в проводах можно применяя провод «литцендрат», состоящий из большего числа жилок, скрученных в жгут. При небольшом диаметре тонких жилок ослабляется поверхностный эффект, а скручивание жилок в жгут ослабляет эффект близости.
На очень высоких частотах проявляется влияние шероховатости провода, т.к. неровности на его поверхности увеличивают его длину для высокочастотного тока и соответственно сопротивление потерь.

Потери в диэлектрике обусловлены тем, что электромагнитная волна, проходя вдоль катушки, теряет энергию при взаимодействии с материалом каркаса. Эти потери подобны потерям в конденсаторах или коаксиальных кабелях и зависят от качества материала каркаса (tgδ). Уменьшить эти потери можно применяя ребристые каркасы, в результате форма катушки становиться многоугольной, либо полным отказом от каркаса.

Потери в сердечнике прямо пропорциональны частоте и мощности проходящей через катушку и зависят от материала сердечника. На высоких частотах, для уменьшения потерь применяют немагнитные латунные подстроечные сердечники, либо вовсе их не применяют. Проблеме учета потерь в ферритовых сердечниках посвящена отдельная статья.

Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране. Для их уменьшения экран должен дальше отстоять от катушки. Диаметр экрана должен превышать диаметр катушки не менее чем в 2,5 — 3 раза. Под влиянием экрана уменьшается индуктивность катушки. Степень этого уменьшения можно оценить с помощью плагина screen

Потери на излучение обусловлены излучением электромагнитного поля катушкой (антенный эффект). Они зависят от формы катушки и также влияют на ее добротность.

Для однослойной катушки — при увеличении ее размеров, сохраняя постоянными величину индуктивности и форму намотки, добротность примерно пропорциональна корню квадратному из диаметра катушки. Кроме того, добротность зависит от отношения длины намотки к ее диаметру и имеет тупой максимум при l/D ≈ 1. Для такой катушки оптимальный шаг намотки практически равен двум диаметрам провода (или другими словами расстояние между витками должно быть равно диаметру провода).

Для ориентировки можно посмотреть таблицу оптимизированных по добротности контурных катушек для радиолюбительских диапазонов.

Собственная емкость является паразитным параметром катушки индуктивности, ограничивающим возможности ее применения прежде всего по частоте, т.к. эта емкость суммируется с емкостью контура. Кроме того, даже без внешней емкости, эта емкость совместно с индуктивностью катушки образует резонансный контур, резонансная частота которого называется собственной частотой резонанса катушки. Выше этой частоты применение катушки бессмысленно, т.к. она в этом случае уже имеет емкостное сопротивление. Ясно, что нужно по возможности уменьшать эту емкость. Наименьшей собственной емкостью обладают однослойные катушки индуктивности.

У однослойных катушек собственная емкость пропорциональна диаметру катушки, а также зависит от отношения длины намотки к ее диаметру и имеет тупой минимум при l/D ≈ 1. Увеличение шага между витками уменьшает индуктивность такой катушки, при этом собственная емкость практически не меняется.

С физикой явления и методикой расчета собственной емкости однослойных катушек можно ознакомиться здесь.

Собственная емкость многослойных катушек значительно больше, для ее уменьшения применяют намотку типа «универсаль», либо секционированную намотку. При секционной намотке емкости отдельных секций соединяются последовательно, что уменьшает суммарную емкость. Применение провода в шелковой изоляции также уменьшает эту емкость.

 


Каркасы катушек в зависимости от рабочего диапазона частот и назначения могут быть выполнены самыми различными способами и из различных материалов (бумаги, прессшпана, органического стекла, высокочастотной керамики и разнообразных высокочастотных материалов). Материал каркаса влияет на добротность катушки. В отношении электрических характеристик наилучшими, являются не требующие пропитки и влагостойкого покрытия полистироловые каркасы. Затем в порядке ухудшения диэлектрических качеств можно назвать следующие материалы для каркасов: высокочастотная керамика, ультрафарфор, бакелизированные трубки из кабельной бумаги.

Для катушек в задающих генераторах на первое место выходит параметр температурной нестабильности индуктивности и механическая прочность катушки. При этом желательно иметь хорошую добротность. Наивысшими качествами по этим параметрам обладают катушки на сплошном каркасе из высокочастотной керамики с обмоткой нанесенной методом выжигания серебра в каркас.

Плоские печатные катушки применяют на высоких частотах для уменьшения габаритов устройства. До частот 100-150 МГц можно применять фольгированный стеклотекстолит. Заземлять в таких катушках следует внешний вывод. Если печатная плата двусторонняя, то с обратной стороны напротив катушки не должно быть металлизации.

Подводя итоги, можно заметить, что конструкция катушки зависит от особенностей устройства в котором она работает. Однако можно сделать один главный вывод — уменьшение габаритов катушки всегда ведет к ухудшению параметров самой катушки и, соответственно, общих параметров устройства, в состав которого она входит. Например, миниатюризация катушек во входных каскадах приемника ухудшает его избирательность по зеркальному каналу.

Индуктивность в автосигнализации

Радиодеталь под названием индуктивность представляет собой простой провод, скрученный в виде спирали или мотка. Поэтому ее часто называют катушкой индуктивности или просто катушкой. Катушки обычно многослойные (то есть провод уложен в несколько слоев), и намотаны на специальный сердечник, который усиливает ее индуктивные свойства.

Рисунок 32. Внешний вид катушек индуктивности

Для постоянного тока катушка является обычным проводником, обладающим только сопротивлением. Однако, совсем по другому через катушку будет проходить ток переменный. Катушка, образно говоря, препятствует любому изменению тока: если ток нарастает, индуктивность будет мешать увеличению тока, а если ток уменьшается — будет стремиться ток сохранить. Понять как работает индуктивность можно на простом примере инерции. Пробуем толкнуть не заведенный автомобиль — это потребует приложения некоторых усилий, так как автомобиль обладает большой массой. Однако, для того, чтобы остановить уже разогнавшийся автомобиль потребуется приложение немалых усилий.

Катушка индуктивности обладает двумя параметрами, на которые следует обратить внимание — это собственно индуктивность, которая измеряется в Генри, и допустимый ток.

12. Единицы индуктивности

1 мГн (один миллигенри) = 0,001 Гн (одна тысячная генри) 1 мкГн (один микрогенри) = 0,000 001 Гн (одна миллионная генри)

От величины индуктивности зависит то, насколько сильно катушка будет сопротивляться изменению тока: чем этот параметр больше, тем сложнее переменному току «преодолеть» катушку, а потом сложнее «остановиться».

На этот параметр оказывают влияние многие факторы: это и количество витков в катушке, и ее диаметр, и размеры, и материал сердечника. На некоторых катушках индуктивности предусмотрена возможность регулировки, для чего сердечник может перемещаться вдоль ее оси.

Рисунок 33. Катушка индуктивности с подстройкой

Величина индуктивности, как правило, наносится на корпус катушки либо в виде цифробуквенной маркировки, либо в виде цветных полос или точек.

Первые две цифры указывают значение в микрогенри (мкГн, рН), последняя — количество нулей. Следующая за цифрами буква указывает на допуск (насколько реальная индуктивность может отличаться от указанной в маркировке цифры). Например, код 101J обозначает 100 мкГн с допуском ±5%. Если последняя буква не указывается — допуск 20%. Исключения: для индуктивностей меньше 10 мкГн роль десятичной запятой выполняет буква R, а для индуктивностей меньше 1 мкГн — буква N.

Допуск может обозначаться также другими буквами: D = ±0.3 нГн; J = ±5%; К = ±10%; М = ±20%. Иногда катушки индуктивности маркируются непосредственно в микрогенри.

Цветовая маркировка катушек индуктивностей аналогична маркировке

«полосатых» резисторов:

Рисунок 34. Расшифровка обозначения катушек индуктивностей

Допустимый ток катушки определяется в основном диаметром провода, из которого она изготовлена.

Рисунок 35. Условное изображение катушки индуктивности

Для переменного тока полное сопротивление катушки индуктивности зависит и от его частоты. Чем выше частота, тем меньше остается времени на преодоление током индуктивного препятствия. Значит, тем меньше тока катушка пропустит Это свойство часто используется в так называемых фильтрах — элементах, отделяющих переменный ток одной частоты от переменного же тока, но другой частоты или диапазона частот

Рисунок 36. Отсечение частот индуктивным фильтром

Аналогичным образом катушка индуктивности ведет себя не только при переменном токе, но и в момент включения или выключения постоянного. В эти моменты ток постепенно увеличивается с нуля до максимального значения (или уменьшается от максимального значения до нуля), этим он похож на переменный ток. Поэтому зачастую мощные катушки индуктивности (их иногда называют дроссели) устанавливаются на входах питания каких-либо устройств для сглаживания возможных пульсаций тока и защиты оборудования.

В автомобильном электрооборудовании катушки применяются очень широко, например, в катушках зажигания, акустических динамиках, электродвигателях и других устройствах.


факторов, влияющих на индуктивность | Катушки индуктивности

Существует четыре основных фактора конструкции индуктора, определяющих величину создаваемой индуктивности. Все эти факторы определяют индуктивность, влияя на то, какой поток магнитного поля будет развиваться при заданной величине силы магнитного поля (ток через проволочную катушку индуктора):

Число витков или витков проволоки в катушке

При прочих равных условиях большее количество витков провода в катушке приводит к большей индуктивности; чем меньше витков провода в катушке, тем меньше индуктивность.

Пояснение: Больше витков провода означает, что катушка будет генерировать большее количество силы магнитного поля (измеряемое в ампер-витках!) Для данной величины тока катушки.

Зона катушки

При прочих равных условиях большая площадь катушки (при измерении в продольном направлении через катушку в поперечном сечении сердечника) приводит к большей индуктивности; меньшая площадь катушки приводит к меньшей индуктивности.

Пояснение: Большая площадь катушки представляет меньшее сопротивление формированию потока магнитного поля для данной величины силы поля (ампер-витки).

Длина рулона

При прочих равных условиях, чем больше длина катушки, тем меньше индуктивность; чем короче длина катушки, тем больше индуктивность.

Пояснение: Более длинный путь для потока магнитного поля приводит к большему сопротивлению формированию этого потока для любой заданной величины силы поля (ампер-витков).

Основной материал

При прочих равных условиях, чем больше магнитная проницаемость сердечника, вокруг которого намотана катушка, тем больше индуктивность; чем меньше проницаемость сердечника, тем меньше индуктивность.

Пояснение: Материал сердечника с большей магнитной проницаемостью приводит к большему потоку магнитного поля для любой заданной величины силы поля (ампер-витков).

Приблизительное значение индуктивности для любой катушки с проволокой можно найти по следующей формуле:

Следует понимать, что эта формула дает только приблизительных цифр . Одной из причин этого является тот факт, что проницаемость изменяется при изменении напряженности поля (вспомните нелинейные кривые «B-H» для разных материалов).Очевидно, что если проницаемость (µ) в уравнении нестабильна, то индуктивность (L) также будет в некоторой степени нестабильной, поскольку ток через катушку изменяется по величине.

Если гистерезис материала сердечника значительный, это также окажет странное влияние на индуктивность катушки. Разработчики индукторов стараются минимизировать эти эффекты, проектируя сердечник таким образом, чтобы его плотность потока никогда не приближалась к уровням насыщения, и поэтому индуктор работает на более линейной части кривой B / H.

Если катушка индуктивности спроектирована так, что любой из этих факторов может изменяться по желанию, ее индуктивность будет соответственно меняться. Переменные индукторы обычно изготавливаются путем изменения количества витков проводов, используемых в любой момент времени, или путем изменения материала сердечника (скользящий сердечник, который можно перемещать в катушку и из нее). Пример прежнего дизайна показан на этой фотографии:

В этом устройстве используются скользящие медные контакты для подключения к катушке в разных точках по ее длине.Показанный блок представляет собой индуктор с воздушным сердечником, который использовался в ранних работах по радио.

Катушка индуктивности с фиксированным значением показана на следующей фотографии, еще одно старинное устройство с воздушным сердечником, созданное для радиоприемников. Внизу видны клеммы подключения, а также несколько витков относительно толстого провода:

Вот еще одна катушка индуктивности (с большей индуктивностью), также предназначенная для радиоприложений. Катушка из проволоки намотана на белую керамическую трубку для большей жесткости:

Катушки индуктивности

также могут быть очень маленькими для применения на печатных платах.Внимательно изучите следующую фотографию и посмотрите, можете ли вы определить две катушки индуктивности рядом друг с другом:

Две катушки индуктивности на этой печатной плате имеют маркировку L 1 и L 2 , и они расположены справа по центру платы. Два соседних компонента — это R 3 (резистор) и C

(конденсатор). Эти катушки индуктивности называются «тороидальными», потому что их проволочные катушки намотаны на сердечники в форме бублика («тор»).

Подобно резисторам и конденсаторам, индукторы могут быть упакованы как «устройства для поверхностного монтажа». На следующей фотографии показано, насколько малым может быть катушка индуктивности в такой упаковке:

На этой печатной плате справа и в центре можно увидеть пару индукторов, которые выглядят как маленькие черные микросхемы с цифрой «100», напечатанной на обеих. Этикетку верхнего индуктора можно увидеть на зеленой печатной плате как L 5 .Конечно, эти катушки индуктивности очень малы по величине индуктивности, но это демонстрирует, насколько крошечными они могут быть изготовлены для удовлетворения определенных потребностей проектирования схем.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Электрические параметры и характеристики датчика, Часть II

Итак, из уравнения на Рисунке 2 мы видим, что относительная магнитная проницаемость действует как множитель индуктивности. Катушка с магнитопроницаемым сердечником теоретически будет иметь более высокую индуктивность, чем катушка с относительной магнитной проницаемостью 1 на коэффициент μr.На рисунке 3 показано, как это выглядит с точки зрения гитарного звукоснимателя. Звукосниматель гитары — это в основном индуктор, который сконфигурирован как генератор. Движение к генератору обеспечивает намагниченная струна. Помните, что для функции звукоснимателя единственное магнитное поле, которое нас интересует, — это поле движущейся намагниченной струны. Статическое поле звукоснимателя на самом деле не имеет значения, только то, что струна намагничивается. При защипывании намагниченная струна излучает магнитное поле, связанное с ее вибрацией, и эта вибрация несет всю тональную информацию играемой ноты, атаку, с которой была нанесена нота, и т. Д.Когда это магнитное поле взаимодействует с катушкой звукоснимателя, в катушке индуцируется электрический сигнал, который также несет всю информацию от струны. Так генерируется сигнал в электрогитаре. Как показано на рисунке 3, с полюсным наконечником с низкой проницаемостью, таким как AlNiCo5, который имеет магнитную проницаемость чуть выше, чем воздух, и является наиболее часто используемым полюсным наконечником в однокатушечных датчиках типа Strat, на поле струны практически не влияет, он цветет. выходят из струны по довольно симметричной схеме.С помощью полюсного наконечника с высокой проницаемостью, такого как низкоуглеродистая сталь, обычно используемая в качестве винтов и пробок в хамбакере, поле от намагниченной струны искажается и эффективно втягивается в полюсный наконечник, концентрируясь в сердечнике катушки.

Теперь вернитесь и внимательно посмотрите на рисунок 1. Обратите внимание, что когда магнитное поле создается током в катушке, силовые линии центрируются вокруг катушки и концентрируются в сердечнике катушки. Каждая силовая линия, создаваемая током в катушке, проходит через центр катушки.Таким образом, для противоположного случая, когда мы хотим индуцировать ток в катушке через внешнее магнитное поле, силовые линии, которые будут наиболее эффективными при генерации этого тока, будут те, которые проходят через сердечник катушки. Это физическая причина того, почему магнитная проницаемость так важна для увеличения индуктивности. Проницаемый материал в сердечнике катушки концентрирует магнитное поле именно там, где оно должно быть, чтобы сделать катушку более эффективной.

Но почему мы не можем получить все преимущества магнитной проницаемости гитарного звукоснимателя? Если проницаемость является множителем индуктивности, разве датчик с полюсным наконечником с проницаемостью в 2000 раз больше, чем воздух, не должен иметь индуктивность в 2000 раз больше, чем у воздушной катушки? Почему только примерно в 6 раз, как показано на рисунке 3? Во-первых, мы должны учитывать, что магнитная энергия движется петлями, как и электрическая энергия.Черные линии на рисунках 1 и 3 представляют пути, по которым проходят репрезентативные петли в магнитном поле. Проблема с «магнитной цепью», изображенной на рисунке 3, заключается в том, что, хотя сердечник катушки заполнен магнитопроницаемым материалом, большая часть магнитной цепи является воздухом. Для реализации полного умножающего потенциала проницаемого материала мы должны построить замкнутый магнитный контур, как показано слева на рисунке 4, где практически весь магнитный поток содержится в замкнутом контуре из проницаемого материала.Обратите внимание, что все силовые линии заключены в прямоугольную петлю из проницаемого материала. Даже довольно короткий воздушный зазор, как показано в середине рисунка 4, может привести к потере до 99% собственной проницаемости материала сердечника. Обратите внимание, как силовые линии начинают значительно выходить за пределы пространства с низкой проницаемостью вокруг проницаемого ядра, даже на противоположной стороне от воздушного зазора. Датчик в основном представляет собой полностью открытую магнитную цепь, как показано справа на рисунке 4, где поле может свободно переходить в пространство с низкой проницаемостью.Рассматривая то, что происходит с силовыми линиями в примерах, показанных на рисунке 4, мы можем начать видеть, как другие проницаемые материалы в датчике, опорных плитах, крышках и т. Д. Также могут влиять на поле, эффективную индуктивность и реакцию датчика. Конечно, как показано на рисунке 1, наиболее важным материалом является сердечник катушки.

Параметры и характеристики индуктора »Примечания по электронике

При выборе индукторов необходимо понимать параметры и технические характеристики, указанные в техническом паспорте.


Катушки индуктивности Включает:
Типы индукторов Характеристики Как правильно выбрать индуктор Ферриты Ферритовые бусины


Как и любой электронный компонент, с индукторами связаны несколько параметров и спецификаций.

Параметры и характеристики индуктора позволяют удовлетворительно описать компонент и правильно использовать его в цепи.

Различные параметры, которые можно использовать, позволяют полностью указать характеристики индуктора, чтобы его можно было уверенно использовать в требуемой цепи.

Индуктивность

Ключевым параметром любой катушки индуктивности является ее индуктивность. Индуктивность — это свойство катушки индуктивности, которое имеет тенденцию противодействовать любому изменению протекающего тока.

В системе СИ единица индуктивности — это генри, H. Индуктивность цепи равна одному генри, если скорость изменения тока в цепи составляет один ампер в секунду, и это приводит к электродвижущей силе в один вольт.

Фактический уровень индуктивности зависит от многих факторов, включая количество витков на катушке, диаметр катушки и, в частности, сердечник, используемый в катушке.

Поскольку катушка Генри была бы очень большой и использовалась бы только в приложениях с очень низкой частотой, параметры индуктора обычно указываются в микрогенри, мкГн. Также можно использовать другие значения, которые можно преобразовать в соответствии с таблицей ниже:


Значение Стоимость в микрогенри
1 генри 1 000 000 мкГн
1 миллигенри 1 000 мкГн
1 наногенри 0.001 мкГн

Сопротивление постоянному току

Еще одним важным параметром индуктора является сопротивление постоянному току, которое он демонстрирует. Поскольку индукторы часто изготавливаются из очень тонкой проволоки, сопротивление постоянному току иногда может быть значительным. Даже когда используется более толстый провод, он по-прежнему является важным фактором, поскольку он может значительно повлиять на общую производительность в качестве индуктора.

Сопротивление постоянному току можно считать включенным последовательно с чистым индикатором для большинства схем моделирования, хотя на самом деле оно распределено по индуктору.

Сопротивление постоянному току, измеренное при постоянном токе, обычно указывается в Ом, Ом и обычно указывается как максимальное значение, поскольку иногда его трудно точно контролировать.

Ток насыщения

Ток насыщения — это еще один параметр или спецификация, которые важны для катушки индуктивности.

В катушке индуктивности возможно насыщение сердечника, поскольку существует ограничение на уровень магнитного потока, который может принимать магнитный сердечник, такой как железо, феррит или другое соединение.Когда это происходит, относительная магнитная проницаемость падает, что, в свою очередь, вызывает падение уровня индуктивности.

Ток насыщения обычно принимается как ток, при котором уровень индуктивности падает на заданную величину. Цифры 10% часто используются для индукторов с ферритовыми сердечниками и 20% для индукторов с сердечниками из порошкового железа.

Добавочный ток

Часто индукторы работают с протекающим через них током смещения. Например, это может быть ток покоя для коллектора транзистора, когда катушка индуктивности находится в самой цепи коллектора.Этот ток вызывает падение индуктивности, и это необходимо понимать, чтобы схема могла удовлетворительно работать даже при протекании постоянного тока смещения.

Параметр инкрементного тока индуктивности обычно принимается как постоянный ток смещения, протекающий через катушку индуктивности, который вызывает падение индуктивности на 5% от ее начального значения при нулевом смещении.

Значение параметра или спецификации инкрементного тока указывает уровень, при котором дальнейшее увеличение тока приведет к значительному падению индуктивности.

Значение инкрементного тока для катушки индуктивности является наиболее важным при использовании ферритовых сердечников, поскольку они демонстрируют гораздо более быстрое снижение индуктивности с увеличением тока, чем другие формы сердечников, такие как стальной сердечник с питанием.

Номинальный ток

Еще одним важным параметром индуктора является номинальный ток. Эта спецификация представляет собой максимальный непрерывный ток, который может выдержать индуктор. Обычно ограничивающим фактором для этого параметра является повышение температуры индуктора.

Поскольку во многих индукторах используется тонкая проволока для минимального размера, протекание тока может привести к рассеиванию мощности в индукторе, что приведет к повышению температуры. Чрезмерное повышение температуры может снизить надежность или даже вызвать катастрофический отказ в некоторых обстоятельствах.

Проницаемость керна

Магнитная проницаемость сердечника индуктора является ключевым параметром. Он определяет индуктивность катушки индуктивности для данной геометрии катушки индуктивности. Материалы сердечника с более высокой проницаемостью приводят к тому, что индуктор обеспечивает более высокий уровень индуктивности.

Материал сердечника, а также его форма, размер и геометрия влияют на общую эффективную проницаемость, и поэтому эти факторы также необходимо учитывать.

Собственная емкость обмотки

Собственная емкость катушки индуктивности или распределенная емкость является особенно важным параметром во многих приложениях. Это происходит из-за того, что помимо добавления индуктивности, провода также имеют небольшой, но заметный уровень емкости между собой.

На схеме показаны отдельные конденсаторы внутри катушки индуктивности, так как это упрощенный способ показать собственную емкость. Однако емкость распределена по всей катушке индуктивности и не является отдельной емкостью.

Уровень емкости зависит от площади провода, расстояния между двумя проводами и диэлектрической проницаемости материала между ними. Обычно уровень относительно низкий, но он проявляется во внешней цепи в виде небольшой емкости на катушке индуктивности.Это приводит к возникновению так называемой собственной резонансной частоты индуктора.

Собственная резонансная частота

Принимая во внимание собственную емкость или распределенную емкость, катушка индуктивности образует параллельный резонансный контур, как показано.

В точке, где индуктивность резонирует, индуктивное реактивное сопротивление и емкостное реактивное сопротивление будут нейтрализовать друг друга, и полное сопротивление цепи упадет до значения, определяемого сопротивлением цепи постоянному току.

Ниже резонансной частоты индуктивное реактивное сопротивление будет преобладать, тогда как выше собственной резонансной частоты будет преобладать емкостное реактивное сопротивление.

В результате индукторы обычно используются ниже их собственной резонансной частоты, чтобы гарантировать, что эффекты собственного резонанса не возникнут.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Индуктивность

Ваш браузер не поддерживает Java-апплеты

ИНДУКТОРЫ И ИНДУКТИВНОСТЬ

Конденсаторы способны накопление заряда в электростатическом поле. Катушки индуктивности способны хранить заряд в электромагнитном поле.

Способность вызывать напряжение между собой при изменении тока известно как самоиндукция или просто индуктивность.Индуктивность также препятствует изменению тока.

У индукторов нет оппозиции для постоянного постоянного тока.

L — символ индуктивность. Базовая единица индуктивности — Генри, названная в честь американского физик Джозеф Генри.

Индуктивность в электрическом схемы похожи на инерцию в механических операциях. Требуется больше энергии для запуска или остановки тока в катушке индуктивности, чем для поддержания его протекания.

ОСНОВЫ ИНДУКТОРА

Индуктор представляет собой катушку с проволокой.Катушка с проволокой становится электромагнитной, когда через нее проходит ток.

Катушки индуктивности еще называют дроссели, катушки сопротивления и реакторы.

Сердечник индуктора может быть магнитный материал, такой как железо или изолированный материал. Термин «воздушное ядро» используется для любых катушек индуктивности, не имеющих магнитного сердечника.

Индуктивность больше с больше катушек, больше площадь поперечного сечения и меньшая длина катушек.

САМОИНДУКЦИЯ

Любой проводник имеет некоторую индуктивность, потому что он производит магнитное поле вокруг него. При изменении тока изменяется магнитное поле. Когда магнитное поле изменяется, электродвижущая сила индуцируется в дирижер. Полярность этой индуцированной силы противоположна приложенной напряжение проводника. Эффект состоит в том, что индуктивность препятствует изменению текущая величина.

Об этом говорится в законе

Ленца.Индуцированная ЭДС в любой цепи равна всегда в направлении, противодействующем эффекту, который его произвел.

Когда переменный ток проходит через катушку индуктивности происходит постоянное изменение тока. Эффект противостояния текущему тогда непрерывно.

Когда DC (постоянный ток) проходит через катушку индуктивности, противодействие току присутствует только тогда, когда есть изменение, такое как запуск, остановка или изменение текущего потока.

Самоиндуцированное напряжение Уравнение

1 Гн (Генри) индуктивности составляет наблюдается, когда изменение тока на 1 А в секунду вызывает индуцированное напряжение 1 В.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАТУШКУ ИНДУКТИВНОСТЬ

  1. Чем больше число витков, тем выше индуктивность
  2. Катушка большего диаметра имеет большую индуктивность
  3. Индуктивность уменьшается с увеличением длины катушки
  4. Сердечник с высокой магнитной проницаемостью увеличивает индуктивность

L = (мкН2А / л)

ВЗАИМНАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ

Взаимная индуктивность — это когда два катушки расположены так, что магнитный поток от одной катушки связан с витками другой катушки.Катушки называются связанными.

Трансформатор для переменного тока схемы — распространенный пример взаимной индуктивности.

Факторы, влияющие на взаимную индуктивность

Плотная муфта относится к высокая степень взаимной индуктивности, например, трансформатор с двумя намотанными катушками вокруг того же магнитопровода.

Слабая связь — это когда два катушки расположены далеко друг от друга или под прямым углом друг к другу.

Воздушное ядро ​​

Катушки с полыми или Немагнитные сердечники называются катушками с воздушным сердечником.У них низкие значения индуктивности и обычно используются для высокочастотных приложений.

Железный сердечник

В индукторах с железным сердечником используется железо или сплав для сердечника. Возможны большие значения индуктивности. Гистерезис и потери на вихревые токи ограничивают стальной сердечник низкими частотами, такими как линии электропередач и аудио. Ламинированный листовой материал часто используется для уменьшения вихревых токов. Мягкое железо материал, такой как кремнистая сталь, может использоваться для уменьшения потерь на гистерезис.

Сердечник из порошкового железа

Порошковое железо смешивают с непроводящее связующее снижает потери на вихревые токи. Более высокий ток возможно до насыщения индуктора.

Ферритовый сердечник

Ферриты хорошие магнитные проводники, но плохие электрические проводники. Это снижает потери на вихревые токи.

Тороидальный сердечник

Из-за формы большинство поток течет внутри сердечника, что приводит к очень небольшим потерям на утечку потока.

Подвижный (переменный) сердечник

Это переменные индукторы который можно повернуть.

Ядро печатной платы

Спираль из меди на печатная плата может использоваться как катушка. Только небольшие значения индуктивности возможно, что ограничивает его полезность для высокочастотных приложений.

СОЧЕТАНИЯ ИНДУКТОРОВ

Катушки индуктивности серии

Когда индуктивность не соединены (достаточно далеко друг от друга, чтобы не влиять друг на друга) и соединены последовательно общая индуктивность — это сумма индивидуальных индуктивностей.

L T = L 1 + L 2 + L 3 + + L N

Когда два взаимно связаны катушки соединены последовательно, общая индуктивность зависит от их полей либо помогающие друг другу, либо противостоящие друг другу.

L T = L 1 + L 2 +/- 2L M

Параллельные индукторы

Когда индукторы не соединены и соединены параллельно, общая индуктивность находится в аналогичном способ измерения полного сопротивления параллельно включенных резисторов.

L T = 1 / (1 / л 1 + 1 / л 2 + + 1 / л N )

Взаимосвязанные индукторы параллельно:

Вспомогательные поля: 1 / L T = 1 / (L 1 + L M ) + 1 / (L 2 + L M )

Противоположные поля: 1 / L T = 1 / (L 1 — L M ) + 1 / (L 2 — L M )

ЭНЕРГИЯ, СОХРАНЕННАЯ В ИНДУКТОРЕ

Открытие контура

Когда цепь с индуктор открыт, магнитное поле схлопывается и возникает напряжение.В напряжение со временем рассеивается из-за I 2 R потеря.

РАСХОДНАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ

Все проводники в цепи обладают некоторой индуктивностью. На высоких частотах паразитная индуктивность может стать равной. существенный.

Для уменьшения паразитной индуктивности длина проводов должна быть короткой. Углеродные резисторы предпочтительнее проволочные резисторы. Однако некоторые резисторы с проволочной обмоткой сделаны неиндуктивными. путем намотки рядом друг с другом так, чтобы магнитные поля нейтрализовали друг друга.

ПОТЕРИ И НЕИСПРАВНОСТИ ИНДУКТОРА

Потери в индукторе

Потери в индукторе гистерезис и вихревые токи.

Утечка флюса — другое тип потери. Это магнитный поток за пределами пути, для которого он пригодится. Работа.

Скин-эффект — другое причина потери. Большая часть тока течет по внешней стороне проводника или кожа. Для минимизации скин-эффекта можно использовать полую проволоку.

Поиск и устранение неисправностей индуктора Неисправности

Индукторы могут изменять значение (в том числе открытые) и короткое замыкание между обмотками.

Шорты обычно не могут быть обнаруживается омметрами, потому что изменение сопротивления очень мало. Звон можно использовать тест, который создает магнитное поле, а затем проверяет количество звенит, когда поле схлопывается.

Что такое DCR в индукторах и как это влияет на вашу схему проектирования

Катушки индуктивности — это широко используемые пассивные компоненты в электронике после резисторов и конденсаторов.Идеальный индуктор накапливает энергию в магнитном поле и обеспечивает плавный выходной ток на нагрузку. Но в практической схеме катушка индуктивности также содержит небольшое сопротивление, связанное с ее характеристикой индуктивности. Во время подачи постоянного тока или, если быть точным, при частоте 0 Гц, индукторы обеспечивают сопротивление потоку тока. Это сопротивление постоянному току называется DCR, что означает сопротивление постоянному току. В этом руководстве мы узнаем больше о DCR и о том, как он влияет на производительность схемы.Мы также узнаем, , как измерить значение DCR катушки индуктивности, и , как уменьшить значение DCR катушки индуктивности во время ее строительства.

Подобно DCR для катушек индуктивности, конденсаторы также имеют некоторые неидеальные параметры, связанные с ними, называемые эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) и эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL), вы можете прочитать статью о ESR и ESL в конденсаторах, чтобы узнать больше об этом и их значение в схемотехнике.

Что такое DCR в индукторах?

Термин DCR означает Сопротивление постоянному току .Это значение представляет собой величину сопротивления , которую индуктор может предложить, когда через нее проходит сигнал постоянного тока с частотой 0 Гц . На практике со всеми катушками индуктивности будет связано небольшое значение DCR.

На изображении ниже представлен практический индуктор с фактической последовательной индуктивностью и малым сопротивлением постоянному току (DCR). Символ катушки индуктивности здесь представляет индуктивность, а последовательно включенный резистор — это сопротивление катушки индуктивности постоянному току. В принципе, индукторы обеспечивают очень низкое сопротивление для постоянного тока низкой частоты и высокое сопротивление для высокочастотных входов.

DCR индуктора возникает из-за сопротивления катушки , из которой изготовлен индуктор. Сопротивление катушки пропорционально длине провода, используемого для формирования катушки, а длина катушки также пропорциональна значению индуктивности индуктора. Следовательно, катушки индуктивности с более высокой стоимостью имеют высокое сопротивление, а индукторы с более низкой стоимостью обеспечивают низкое сопротивление. При большом значении индуктивности требуется большее количество обмоток, чем при использовании индукторов низкого номинала, что увеличивает длину медного провода.DCR индукторов обычно колеблется от намного меньшего, чем 1 Ом, до 3-4 Ом.

Практическое значение DCR

Теперь мы знаем, что индукторы имеют небольшое значение сопротивления, но в чем проблема? Почему важно учитывать это небольшое значение сопротивления при разработке нашей схемы?

DCR, являющийся резистором , рассеивает тепло и снижает эффективность , как и любой другой резистор с падением напряжения на нем.Эффективность измеряется по следующей формуле

.
  Q = ширина (L / R)  

Где Q называется Q-фактором . L — индукционный реактор, а R — сопротивление индуктора на определенной частоте. Отношение индуктивного реактивного сопротивления к сопротивлению на данной частоте называется добротностью. Этот коэффициент добротности важен в различных приложениях. Чем выше добротность, тем выше будет КПД. Если рассчитать теоретически, идеальная катушка индуктивности имеет более высокую добротность по сравнению с реальной.В реальных индукторах эта добротность зависит от постоянного тока.

С точки зрения применения, индукторы с высоким значением добротности используются в ВЧ-цепях, где конденсатор используется параллельно с ним для формирования резонансной цепи резервуара. В таком случае высокое значение добротности катушки индуктивности помогает сбалансировать верхнюю и нижнюю частоту резонансного контура, работающего в непрерывной полосе частот.

В приложениях, связанных с силовой электроникой, низкое значение DCR важно для меньшего рассеивания мощности, а также для небольших размеров корпуса.Катушка индуктивности с низким значением DCR будет иметь меньший форм-фактор , чем индукторы с высоким значением DCR. Основным эффектом DCR индуктора является рассеивание мощности из-за сопротивления катушки. Рассеиваемая мощность может быть рассчитана по степенному закону P = I 2 R, где R эквивалентно сопротивлению индуктивности постоянному току, а I — току, протекающему через него.

Как измерить DCR индуктора?

Большинство людей измеряют сопротивление постоянному току (DCR) индуктора, подключая стандартный мультиметр к выводам индуктора для измерения сопротивления медного провода.Это могло бы работать достаточно справедливо для больших индукторов, потому что медный провод там достаточно велик, чтобы обеспечить высокое значение DCR, которое можно измерить с типичным разрешением в несколько метров.

Но для индуктора меньшего номинала значение сопротивления постоянному току слишком мало (обычно в миллиомном диапазоне), чтобы его можно было измерить стандартными недорогими мультиметрами. Кроме того, провода зонда мультиметра также имеют сопротивление постоянному току, которое в сумме дает значение DCR, что приводит к ошибочным показаниям. Итак, существует общая проблема при измерении DCR индуктора.

Фактический способ измерить значение DCR индуктора — это использовать измерительный тракт Кельвина между выводами и подавать ток через индуктор. Поскольку DCR индуктора — это сопротивление медного провода постоянному току, он будет создавать напряжение на выводе индуктора в соответствии с законом Ома, В = I x R. Это напряжение можно измерить с помощью мультиметра. Очевидно, у этого метода измерения есть ограничение. Перед измерением необходимо знать несколько вещей, перечисленных ниже.

  1. Максимальный номинальный ток индукторов. Сила тока не должна превышать максимальный номинальный ток, указанный в паспорте индуктора.
  2. Макетная плата не подходит для измерения постоянного тока индуктивности, поскольку подключение макетной платы также вносит свой вклад в шум и сопротивление.
  3. Во избежание пайки рекомендуется использовать соответствующую печатную плату только с контрольными точками, входными и выходными разъемами и фиксаторами компонентов контактных площадок.

На рисунке ниже показана схема для измерения значения DCR индуктора.Показанный здесь индуктор является идеальным индуктором, а сопротивление постоянному току — эквивалентным последовательным сопротивлением. Смысловая линия — это сенсорные линии Кельвина.

Предположим, что используемый здесь индуктор имеет номинальный постоянный ток 1А. Таким образом, входной ток здесь будет 1А. Чем выше значение входного тока, тем выше будет разрешение измеренного значения DCR, но если ваша катушка индуктивности не может выдерживать большие токи, можно также использовать токи малых значений.

После прохождения тока необходимо измерить падение напряжения на выводах катушки индуктивности.Предположим, что падение напряжения на катушке индуктивности рассчитано примерно на 50 мВ. Тогда DCR этой катушки индуктивности можно рассчитать как

  В = I x R 
  R = V / I 
  R = 0,05 / 1 
  R = 0,05 Ом  

Как уменьшить DCR при сборке индуктора

Значение DCR индуктора не имеет существенного преимущества, и поэтому всегда лучше выбирать индуктор с низким значением DCR. Обычно, когда индукторы конструируются или проектируются, параметр DCR также учитывается.DCR индуктора должен быть очень низким, чтобы он не блокировал прохождение постоянного тока. Следующие методы используются для уменьшения значения DCR катушки индуктивности

.

1. Сопротивление зависит от длины и толщины медного провода. Для снижения сопротивления постоянному току индуктора вместо одного провода можно намотать несколько проводов параллельно . Благодаря такому подключению результирующее сопротивление становится меньше. Рассмотрим одиночный медный провод с некоторым значением сопротивления x.Если несколько таких проводов подключены параллельно, эквивалентное сопротивление будет уменьшено, поскольку резисторы, подключенные параллельно, будут иметь низкое эквивалентное сопротивление на выходе.

2. Увеличение площади поперечного сечения медного провода снижает сопротивление индуктивности постоянному току. Следовательно, более толстые провода полезны для снижения DCR.

3. Другой способ — использовать плоский медный провод вместо круглого медного провода.Плоские провода имеют большую площадь по сравнению с круглыми. Это также полезно для снижения общего сопротивления.
На изображении ниже показан индуктор, сделанный из плоского провода. Производитель — Wurth Electronics, номер детали — 7443641000. Согласно техническому описанию, индуктивность индуктивности составляет 10 мкГн, а сопротивление постоянному току составляет 2,4 миллиОма при 20 градусах Цельсия.

4. В техническом описании индуктора указаны его номинальные характеристики, в которых указано максимальное значение DCR.Это значение зависит от температуры. Рекомендуется использовать катушки индуктивности в условиях при заданной температуре окружающей среды , чтобы эксплуатировать их в диапазоне минимальных значений DCR.

Таким образом, DCR индуктора является важным фактором и его следует учитывать при проектировании любой схемы.

Руководство по выбору индукторов для импульсных регуляторов

Чтобы просмотреть PDF-версию этой статьи, щелкните здесь.

Во всех импульсных регуляторах индуктивность используется в качестве накопителя энергии.Когда полупроводниковый переключатель включен, ток в катушке индуктивности нарастает, и энергия накапливается. Когда переключатель выключается, эта энергия переходит в нагрузку. Количество запасенной энергии определяется как Энергия = ½L.I 2 (Джоули)

Где L — индуктивность в Генри, а I — пиковое значение тока катушки индуктивности.

Величина, на которую изменяется ток в катушке индуктивности во время цикла переключения, называется током пульсаций и определяется следующим уравнением:

V л = L.di / dt

Где V l — напряжение на катушке индуктивности, di — ток пульсаций, а dt — продолжительность приложения напряжения. Из этого мы можем видеть, что значение тока пульсаций зависит от значения индуктивности.

Рекомендации по понижающему преобразователю

Для понижающего преобразователя выбор правильного значения индуктивности важен для получения приемлемых размеров катушки индуктивности и выходного конденсатора и достаточно низких пульсаций выходного напряжения.

Как видно из Рис. 1 , ток катушки индуктивности состоит из компонентов переменного и постоянного тока. Поскольку переменная составляющая имеет высокую частоту, она будет проходить через выходной конденсатор, который имеет низкое высокочастотное сопротивление. Это приведет к возникновению пульсаций напряжения из-за эквивалентного последовательного сопротивления конденсатора (ESR), которое появляется на выходе понижающего преобразователя. Эти пульсации напряжения должны быть достаточно низкими, чтобы не влиять на работу цепи, питаемой регулятором.Обычно это порядка 10-500 мВ пик-пик.

Выбор правильного тока пульсаций также влияет на размер катушки индуктивности и выходного конденсатора. Этот конденсатор должен иметь достаточно высокий номинальный ток пульсации, иначе он перегреется и высохнет. Чтобы получить хороший компромисс между размером катушки индуктивности и конденсатора, следует выбрать значение пульсирующего тока от 10% до 30% от максимального тока нагрузки. Это также означает, что ток в катушке индуктивности будет непрерывным для выходных токов, превышающих 5% — 15% полной нагрузки.

Катушки индуктивности понижающего преобразователя можно эксплуатировать в непрерывном или прерывистом режиме. Это означает, что ток индуктора может течь непрерывно или может упасть до нуля во время цикла переключения (прерывистый). Однако работа в прерывистом режиме не рекомендуется, так как это усложняет конструкцию преобразователя. Выбор пульсационного тока индуктора менее чем в два раза превышающий минимальную нагрузку обеспечивает работу в непрерывном режиме.

Выбор индуктора

При выборе индуктора для понижающего преобразователя, как и для всех импульсных стабилизаторов, вам необходимо определить или рассчитать следующие параметры:

  • Максимальное входное напряжение
  • Выходное напряжение
  • Частота переключения
  • Максимальный пульсирующий ток
  • Продолжительность включения

Для понижающего преобразователя, показанного на Рис.2 , например, предположим, что частота переключения составляет 200 кГц, диапазон входного напряжения составляет 3,3 В ± 0,3 В, а выходное напряжение 1,8 В при 1,5 А при минимальной нагрузке 300 мА.

Для входного напряжения 3,6 В рабочий цикл будет:

D = V o / V i = 3,6 / 1,8 = 0,5

Где V o — выходное напряжение, а V i — входное напряжение.

Напряжение на индуктивности:

V l = V i — V o = 1.8В при включенном переключателе;

В l = — В o = -1,8 В при выключенном переключателе.

При выборе тока пульсаций 600 мА требуемая индуктивность составляет: L = V l .dt / di = (1,8 × 0,5 / 200 × 10 3 ) / 0,6

L = 7,5 мкГн

Для обеспечения некоторого запаса следует выбрать значение 10 мкГн. Это дает номинальный ток пульсаций от пика до пика 450 мА. В готовой конструкции это можно увидеть как пульсации выходного напряжения 0,45 × ESR выходного конденсатора.

Номинальный ток индуктора

Катушки индуктивности

обычно имеют два номинальных тока: непрерывный (Irms) и пиковый (Isat). Irms обычно определяется как постоянный ток, который вызывает повышение температуры индуктора на 40 ° C. Isat — это пиковый ток, который вызывает определенный спад индуктивности, определяемый как уменьшение в процентах от значения разомкнутой цепи и может варьироваться от 5% до 50%. Эти номинальные значения тока являются ориентировочными для характеристик катушки индуктивности. Фактический максимальный рабочий ток будет зависеть от области применения.Имея это в виду, необходимо проверить ряд факторов, чтобы гарантировать правильный выбор индуктора.

Во-первых, важно посмотреть, как индуктивность «спадает» с увеличением тока. Для таких материалов, как порошок железа, порошок пермаллоя молибдена (MPP), сендуст и аморфный порошок, в которых используется распределенный воздушный зазор, спад индуктивности начинается при очень низких уровнях тока и продолжается почти линейно по мере увеличения тока. Когда используется ферритовый материал, любое постепенное изменение индуктивности компенсируется большим зазором, который необходимо ввести для хранения энергии.В результате индуктивность резко падает в точке, где весь сердечник становится насыщенным. До достижения этой точки индуктивность остается почти постоянной. Вы можете найти примеры этих двух характеристик спада в Рис. 3 . На этом рисунке показаны кривые спада для двух катушек индуктивности 920 мкГн — один изготовлен из феррита, а другой — MPP.

Для материалов с ферритовым сердечником пиковый ток обычно указывается для уменьшения индуктивности на 10–30% от значения разомкнутой цепи.Не рекомендуется работать при более высоких уровнях тока, так как индуктивность быстро упадет до низкого уровня. Однако для порошкообразных материалов пиковый ток может быть задан при любом спаде до 50% при работе за пределами этого диапазона при условии, что индуктор не перегревается. Из примеров в Рис. 3 , пиковые токи будут определены от 16 до 17 А для ферритовой части и до 36 А для MMP.

Потери в сердечнике и температура

Допустимые потери для индуктора ограничены максимально допустимой температурой.Таким образом, для большинства стандартных деталей этот предел составляет 125 ° C, хотя он может быть и выше. Номинальный среднеквадратичный ток обычно представляет собой постоянный ток, который приводит к повышению температуры на 40 ° C, что теоретически допускает работу при температуре окружающей среды 85 ° C. Однако в большинстве приложений существует некоторая пульсация тока, возникающая из-за потерь в сердечнике. В таких условиях необходимо снизить номинальные параметры Irms, чтобы удерживать повышение температуры до 40 ° C. Кроме того, указанное повышение температуры на 40 ° C обычно достигается без ограничений воздушного потока из-за естественной конвекции, что в большинстве случаев не выполняется.

Двумя основными проблемами в этой области выбора индуктора являются расчет потерь в сердечнике и требуемое снижение номинальных значений Irms для удержания повышения температуры до приемлемого уровня. У разных производителей катушек индуктивности есть разные способы выражения потерь в сердечнике — некоторые не приводят никаких подробностей, в то время как другие предоставляют информацию, необходимую для расчета рассеяния. Однако один из наиболее практичных подходов исходит из каталога Coiltronics ® , который показывает максимально допустимые потери в процентах от Irms по отношению к приложенным вольт-секундам на различных частотах.Поскольку произведение вольт-секунд пропорционально потерям в сердечнике, его можно легко определить с помощью этих кривых.

Окончательный отбор

Окончательный выбор индуктора зависит от четырех основных требований к конструкции: эффективности, электромагнитных помех (EMI), доступного пространства и стоимости. В портативном оборудовании с батарейным питанием требуется высокая эффективность от минимально возможной детали. Кроме того, поскольку электроника плотно упакована, низкий уровень электромагнитных помех очень важен. В промышленном применении, где основной источник постоянного тока генерируется от электросети переменного тока, эффективность становится менее важной.В результате часто используется самое дешевое решение.

Используя предыдущий пример понижающего преобразователя, вы можете теперь рассмотреть три возможных решения, предлагающих различные компромиссы с четырьмя конструктивными соображениями (, таблица 1, ).

Прежде чем сравнивать характеристики каждой из этих частей с критериями проектирования, вы должны сначала взглянуть на их характеристику спада. В нашем примере номинальный пиковый ток составлял 1,725 ​​А (выходной ток 1,5 А плюс половина тока пульсаций), а максимальный пиковый ток составлял 1.8А (максимально допустимый ток пульсаций составлял 600 мА).

Глядя на кривые спада для каждого индуктора, можно получить следующие рабочие индуктивности:

CTX10-1-52 — 7,5 мкГн

CTX10-1A — 8,0 мкГн

DR74-100 — 9,5 мкГн

CTX10-1-52 уже представляет собой маргинальную конструкцию, поскольку 7,5 мкГн — это минимальная индуктивность, необходимая для достижения максимального тока пульсаций 600 мА. Мы продолжим рассматривать эту часть, чтобы показать производительность устройства с железным порошком.

Во-первых, давайте посмотрим на общие потери и эффективность.Чтобы вычислить потери в сердечнике, вы должны сначала рассчитать приложенные вольт-секунды:

В л = 1,8 В

dt = V o / V IN × 1 / fs = 2,5 мкс

Приложенная вольт-мксекунда = 1,8 В × 2,5 мкс = 4,5 В-мкс

Где

В l = напряжение индуктора,

В o = выходное напряжение,

В IN = входное напряжение,

dt = время включения и

fs = частота переключения.

Если посмотреть на DR73-100, эта деталь имеет номинальное значение 11 вольт-секунд.5 В-мкс при 100 кГц, то есть приложенные вольт-секунды, на которые приходится 10% потерь, необходимых для повышения температуры на 40 ° C.

В этом примере компонент используется при среднеквадратичном значении 1,5 А, пике 1,8 А и 4,5 В-мкс. Таким образом, DR73-100 используется при 39% своей вольт-секундной мощности. Глядя на Рис. 4 , вы можете увидеть, что при 200 кГц и 39% приложенных вольт-секунд максимально допустимые потери, возникающие из-за Irms, составляют примерно 96,25% от общих потерь.

Суммарные потери при повышении температуры на 40 ° C равны сопротивлению постоянному току (DCR), умноженному на квадрат номинального значения Irms, то есть для DR73-100;

Потери при повышении температуры на 40 ° C = 0.0634Σ × 2,11 2 = 0,282 Вт

В нашем примере потери из-за Irms должны быть уменьшены до 96,25% от этой цифры повышения на 40 ° C, что дает нам требуемые потери Irms в 0,271 Вт. Исходя из этого, вы можете определить максимально допустимый среднеквадратичный ток, равный 2,03 А. Вы также знаете, что потери в сердечнике составляют примерно 11 мВт (разница между потерями при повышении температуры на 40 ° C и требуемыми потерями Irms в 0,271 Вт).

Повторение этой процедуры для CTX10-1-52 и CTX10-1A может дать вам результаты, показанные в Таблица 2 , на странице 28.

Взвешивание плюсов и минусов

У всех трех катушек индуктивности рассеиваемая мощность меньше, чем требуется для повышения температуры на 40 ° C. Таким образом, тепловые характеристики не должны быть проблемой для большинства приложений. На практике потери в индукторе будут выше расчетных. Это связано с тем, что вы не учли потери в обмотке переменного тока из-за скин-эффекта и эффекта близости. Эти потери становятся более значительными с увеличением тока пульсаций и увеличением частоты, но обычно они меньше, чем потери I 2 R.Рассматривая каждую из альтернатив, вы можете взвесить плюсы и минусы каждого индуктора и определить приложения, которые им подходят лучше всего.

CTX10-1-52 : Конструкция тороида из железного порошка означает наилучшие возможные характеристики электромагнитных помех от так называемой конструкции с замкнутым полем. Короче говоря, здесь нет паразитного магнитного поля. Это также означает низкую стоимость, поскольку железный порошок является самым дешевым из доступных материалов сердечника. Однако высокие потери в сердечнике и практический предел рабочей частоты 300 кГц делают железный порошок непригодным для большинства портативных приложений.Более высокие рабочие частоты, превышающие 1 МГц, обычно используются для уменьшения размера требуемого индуктора в этих изделиях. Тороиды из железного порошка представляют собой хорошее экономичное решение в приложениях с высокой мощностью, где требуются высокие значения индуктивности и номинальные токи.

CTX10-1A : Это явный победитель, когда дело касается эффективности. Использование сердечника с высокой проницаемостью означает, что требуется меньше витков, и, как таковая, DCR обмотки является низким. В сочетании с разумными потерями в сердечнике даже на частотах выше 500 кГц аморфное решение обеспечивает общие потери, составляющие менее 5% выходной мощности.Однако это решение связано с двумя проблемами: аморфные материалы дороги и, как правило, обладают плохой температурной стабильностью. Это делает их непригодными для использования при высоких температурах окружающей среды. Для более дешевого решения, которое по-прежнему обеспечивает лучшую производительность, чем порошок железа, вам следует рассмотреть возможность использования MPP или Sendust. Эти материалы предлагают как более низкие потери, так и более высокую частоту работы, чем железный порошок, с умеренными затратами.

DR73-100 : Катушки индуктивности с ферритовым сердечником барабана предлагают самую низкую общую стоимость в очень энергоемкой упаковке, что делает их наиболее популярным выбором для преобразователей малой мощности в портативных, компьютерных и телекоммуникационных приложениях.Использование феррита означает, что возможна работа на высоких частотах, превышающих 1 МГц, что позволяет использовать более низкие значения индуктивности и детали меньшего размера. Единственная проблема с конструкцией сердечника барабана — это электромагнитные помехи, поскольку сердечники барабана имеют значительное поле рассеяния. За исключением наиболее чувствительных приложений, эту проблему можно решить с помощью устройства с магнитным экраном, такого как DR73.

Конструкции

Тороид и сердечник барабана обеспечивают необходимое решение в большинстве применений импульсных регуляторов. Однако в сильноточных приложениях решения с сердечниками E и U / I позволяют использовать медную фольгу для снижения потерь I 2 R.Для нашего примера лучшим решением является экранированный барабан. Эта часть предлагает самое компактное и дешевое решение с приемлемыми характеристиками EMI. Производительность EMI можно было обменять на небольшую рентабельную выгоду, но для получения более эффективного решения потребовалось бы непропорциональное увеличение затрат при небольшом улучшении.

Для получения дополнительной информации об этой статье, CIRCLE 337 на сервисной карте считывателя

Как понять параметры силовых индукторов для преобразователей постоянного / постоянного тока

В таблицах данных обычно упоминается индуктивность с допуском, номинальный ток, ток насыщения, диапазон температур окружающей среды, максимальная температура детали, DCR и SRF — но что означают эти параметры? Когда использовать экранированный, а когда неэкранированный индуктор?

Это архивная статья, опубликованная 16.06.2017. Некоторая информация может быть устаревшей и соответствовать текущему состоянию. Пожалуйста, свяжитесь с нами в случае заинтересованности.

Экранированный или неэкранированный?

Неэкранированные индукторы имеют разомкнутую магнитную цепь. Магнитный поток, индуцируемый в сердечнике током в обмотке, выходит из сердечника и распространяется по воздуху на другую сторону сердечника, где он завершает путь потока. Магнитный поток вне сердечника влияет на близлежащие цепи. Неэкранированный индуктор того же размера, что и экранированный, имеет более высокий ток насыщения и меньшую стоимость.

Экранированная катушка индуктивности сконструирована таким образом, что магнитный поток никогда не покидает сердечник, предотвращая влияние магнитного потока на чувствительные компоненты, которые могут находиться поблизости. Экранированный индуктор того же размера, что и неэкранированный, имеет меньший ток насыщения и более высокую стоимость.

Последние достижения в технологии позволяют изготавливать композитных индукторов . Сердечник индуктора изготовлен из металлического порошка (железа, сплава железа или смеси железа и других металлов) с размером частиц от 4 до 10 мкм.Катушка, соединенная с контактными площадками, помещается в стальную матрицу, заполненную металлическим порошком, обеспечивая полное окружение катушки порошком. Затем порошок сжимается с помощью инструмента сверху и снизу под давлением около 600 МПа, чтобы сформировать плотный магнитный сердечник вокруг катушки. Частицы металла внутри сердечника окружены немагнитным и непроводящим материалом (оксид кремния, органическое связующее), что создает распределенный «воздушный зазор». Изготовленные таким образом индукторы экранированы и имеют отличные параметры, особенно высокий ток насыщения.

Экранированные катушки индуктивности более дороги и имеют меньший ток насыщения (при тех же физических размерах, материале сердечника и индуктивности), но они значительно снижают электромагнитные помехи (EMI). Почти всегда стоит использовать экранированные катушки индуктивности, чтобы избежать проблем с электромагнитными помехами. Это особенно верно, когда преобразователь использует более высокие частоты переключения.

Индуктивность и саморезонансная частота (SRF)

Индуктивность обычно измеряется небольшим напряжением (0.1 Vrms) на частоте 100 кГц без смещения постоянного тока. Типичный допуск производственной индуктивности составляет ± 20%. SRF — это частота, на которой индуктивность обмотки индуктора естественным образом резонирует с характеристикой распределенной емкости этой обмотки. Хорошее практическое правило — поддерживать частоту переключения в десять раз ниже, чем SRF.

Номинальный ток и ток насыщения

Номинальный ток — это эффективный постоянный (или низкочастотный переменный) ток, который вызывает повышение температуры катушки до определенного значения, обычно 40 ° C.

Производители используют разные тестовые печатные платы и не предоставляют подробной информации, что затрудняет сравнение катушек между различными производителями. Повышение температуры в значительной степени зависит от многих факторов, включая структуру контакта печатной платы, размер следов, близость к другим компонентам и т. Д. Следовательно, повышение температуры должно быть проверено в конечном продукте.
Ток насыщения определяется как постоянный ток смещения, который вызывает определенное уменьшение индуктивности, обычно на 10%, 20% или 30%.
Различные производители используют разное падение индуктивности для определения тока насыщения, что делает сравнение катушек более трудоемким.

Диапазон температуры окружающей среды и максимальная температура змеевика

В нескольких источниках указаны разные места для определения температуры окружающей среды. В технических данных нет четкого определения места измерения температуры окружающей среды. См. Статью Что такое температура окружающей среды и почему это важно? или задокументируйте тепловые показатели полупроводников и корпусов ИС для получения дополнительной информации.

Максимальная температура змеевика дает более полезную информацию, поскольку позволяет проверить температуру змеевика в конечном продукте. Температура змеевика не должна превышать определенного значения в самых тяжелых условиях эксплуатации. На температуру катушки влияет конструкция схемы, размещение компонентов, размер и толщина дорожек на печатной плате, воздушный поток и другие характеристики охлаждения.

Сопротивление постоянному току (DCR)

Это сопротивление катушки постоянному току, измеренное при комнатной температуре 25 ° C. DCR зависит от температуры.Обычно обмотка выполняется из медной проволоки. Температурный коэффициент сопротивления меди составляет примерно + 0,4% на ° C. Это не выглядит слишком большим, но для температуры катушки 125 ° C это означает (125-25) * 0,4% = 40% увеличение сопротивления.
Сопротивление также увеличивается с частотой из-за скин-эффекта. Сопротивление переменному току (ACR) не упоминается в таблице данных.

Типичная конструкция преобразователя постоянного тока в постоянный рассчитывает с размахом пульсаций тока через катушку индуктивности от 20 до 40% выходного постоянного тока.2 * Rdc = 0,06Pdc.
Для 1 МГц Rtot = Rdc + 2,5Rdc = 3,5Rdc и Pac = 0,1Pdc. Сопротивление

по переменному току увеличивает потери мощности в обмотке, поэтому рекомендуется запросить у поставщика информацию о потерях в зависимости от частоты.

Как собрать все вместе

Катушка для DC / DC преобразователя должна быть выбрана таким образом, чтобы:
• не перегревается даже в самых тяжелых условиях работы
• индуктивность не опускается ниже значения, необходимого для стабильности преобразователя.
• исключается резкое насыщение
• преобразователь необходимого размера
• преобразователь имеет самый высокий КПД

Другие параметры преобразователя, такие как пульсации выходного напряжения и переходная характеристика, также влияют на значение индуктивности.

Чтобы быстро оценить, подходит ли катушка для конкретного применения, некоторые производители, такие как Vishay, Panasonic и Coilcraft, предоставляют веб-ПО.

Вы можете проверить:

• http://www.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.