Реферат: Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы
W – количество витков.
Для многослойной катушки:
L 0 = f ( l н / D ср ) и L 0 = f ( b / D ср ),
где D – наружный диаметр катушки, см;
D ср – средний диаметр катушки, см;
D к – диаметр каркаса, см;
b – глубина намотки, см;
Важным параметром катушки при ее применении в колебательных контурах является добротность, характеризующая относительных уровень активных потерь в ее обмотке, собственной емкости, сердечнике и экране:
Q = ωL / RL
Свойства катушки при изменении температуры описываются температурным коэффициентом индуктивности α L , который определяется выражением
Индуктивность при температуре T определяется выражением
L ( T ) = L ОТ [1+ α L ( T – T 0 )
где T – температура;
L ОТ – индуктивность при номинальной температуре;
T0 – номинальная температура.
Изменение параметров во времени (старение) характеризуется коэффициентом старения
β L = ( dL / dt ) (1 / L 0 ),
где t – время;
L 0 – индуктивность непосредственно после изготовления катушки.
Индуктивность после длительной работы быть определена из выражения
L ( t ) = L 0 (1+β L t )
Большое значение имеют также конструктивные параметры: надежность, габариты, масса, диапазон температур, влагостойкость, устойчивость против механических воздействий, а также технологичность катушки, возможность ее изготовления с использованием высокопроизводительных методов, стоимость, согласованность ее конструкции с ИС и возможность изготовления катушек методами микроэлектроника. Конструкция и параметры катушки существенно зависят от использования в ней сердечника с высокой магнитной проницаемостью.
Стабильность катушек без сердечника
При применении катушек в контурах большое значение имеет стабильность индуктивности. Наиболее высокой стабильностью обладают однослойные катушки без сердечников. Рассмотрим, чем она определяется.
Из (3) следует, что стабильность индуктивности однослойной катушки зависит от изменения диаметра каркаса при воздействии температуры. Однако при оценке температурной стабильности необходимо учитывать также то, что в высокочастотных катушках в результате поверхностного эффекта ток протекает не по всему сечению провода, а по той части, которая примыкает к каркасу. Положим, что толщина слоя, используемая током, будет взята такой же, как толщина поверхностного (скин-) слоя в проводе
где ρ= 10-6 Ом·м – удельное сопротивление;
– частота, МГц;
χ эф – глубина, на которой ток падает до 0,37 его значения на поверхности проводника, мм.
Эффективный диаметр витка
D эф ≈ D к + 2χ эф.
На рисунке 5 показана конструкция высокочастотной катушки (1 каркас из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения; 2 – виток).
Рисунок 5 – Конструкция высокочастотной катушки
Катушки индуктивности с сердечниками
Катушки без сердечников мало пригодны для микроминиатюризации, так как уменьшение диаметра каркаса катушки приводит к необходимости увеличения количества витков. Поэтому для улучшения характеристик катушки используют сердечники с высокой проницаемостью и малыми потерями на радиочастоте.
Первоначально в качестве материала для таких сердечников использовалось карбонильное железо, затем альсифер, а в настоящее время все шире применяются ферриты. Введение сердечника позволяет уменьшить количество витков при той же индуктивности.
Если предположить, что в сердечнике нет потерь, то добротность катушки с сердечником Q с увеличится в √ μ с раз:
| Q с ≈ Q б/с √ | μ с |