Радиоматериалы и радиокомпоненты [Радиоматериалы и радиокомпоненты] [ «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» «Средства радиоэлектронной борьбы» ] [ИИБС, кафедра Электроники] [Преподаватель Останин Борис Павлович] Автор Останин Б.П.

Электрофизические свойства радиоматериалов. Слайд 1. Всего 24. Раздел 4 Катушки индуктивности Лекция 2 МЕТОДИКА РАСЧЁТА МНОГОСЛОЙНЫХ КАТУШЕК

Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 1. Всего 24. Конец слайда

Н1Н1 К1К1 Н2Н2 К2К2 Н3Н3 К3К3 Один цикл 360 (один виток) l Совершив один оборот вокруг каркаса, провод возвращается в положение, отличающееся от исходного на угол. Это угол выбирается таким, чтобы каждый последующий виток находился рядом с предыдущим. Методика расчёта многослойных катушек Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 2. Всего 24. Конец слайда

Очевидно, что Угол, под которым осуществляется укладка провода, находят из d ИЗ - диаметр провода в изоляции l- осевая длина катушки; D- диаметр витка. Наименьшее значение будет у витков, имеющих наименьший диаметр (диаметр каркаса D 0 ). Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 3. Всего 24. Конец слайда

Обычно длину катушки с универсальной намоткой принимают от 2 до 10 мм. Количество циклов намотки связано с расчётным числом витков W соотношением Собственная ёмкость катушек с универсальной обмоткой составляет от 3 до 8 пФ. Дополнительное уменьшение ёмкости достигается секционированием обмотки. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 4. Всего 24. Конец слайда

Совместное действие индуктивности и ёмкости учтём эквивалентной индуктивностью катушки Если рабочая частота много ниже собственной резонансной частоты L, то L = L Э. - собственная резонансная частота катушки индуктивности. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 5. Всего 24. Конец слайда

Во время работы на катушку действуют температура, влага и т.д. Больше всего влияет температура. Это влияние оценивают температурным коэффициентом индуктивности Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 6. Всего 24. Конец слайда

Температурная нестабильность индуктивности при изменении температуры обусловлена изменением длины и диаметра провода обмотки, изменением длины и диаметра каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков. При изменении температуры изменяется диэлектрическая проницаемость материала каркаса. Что ведёт к изменению собственной ёмкости катушки. Для повышения температурной стабильности применяют каркасы из материала с малым значением коэффициента линейного расширения. Обычно это 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 имеют TKL (5…10) Стабильность многослойных катушек хуже [TKL (50…100) ], т.к. в них невозможно избежать изменения линейных размеров провода обмотки. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 7. Всего 24. Конец слайда

Потери в катушках индуктивности Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране. Суммарные потери оцениваются сопротивлением потерь R П, которое определяет добротность катушки Потери в проводах: 1. провода обмотки обладают резистивным (омическим) сопротивлением, 2. поверхностный эффект, 3. эффект близости. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 8. Всего 24. Конец слайда

Резистивное сопротивление l - длина провода обмотки, d - диаметр провода, - удельное сопротивление материала провода. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 9. Всего 24. Конец слайда

R 0 можно выразить через число витков катушки W и средний диаметр катушки D СР :, см; d - диаметр провода. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 10. Всего 24. Конец слайда

Поверхностный эффект Ток протекает не по всему сечению провода, а по кольцевой части поперечного сечения. d х ЭФ Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 11. Всего 24. Конец слайда

Вследствие этого сопротивление провода переменному току S ЭФ - площадь кольца Тогда Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 12. Всего 24. Конец слайда

Эффект близости В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, 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 течёт ток, принимает серповидный характер, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода (на R Б ). Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 13. Всего 24. Конец слайда

Сопротивление R Б, обусловленное эффектом близости, пропорционально диаметру провода, а сопротивление R П, обусловленное поверхностным эффектом, обратно пропорционально диаметру провода. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 14. Всего 24. Конец слайда Каркас

Существует оптимальный диаметр провода d ОПТ, при котором сопротивление провода току высокой частоты R f = R П + R Б оказывается оптимальным. Для однослойных катушек d ОПТ = 0,2…0,6 мм. Для многослойных d ОПТ = 0,08…0,2 мм. Существенно уменьшить потери в проводах можно, применяя провод «литцендрат», состоящий из большого числа жилок, скрученных в жгут. При небольшом диаметре тонких жилок ослабляется поверхностный эффект, а скручивание жилок в жгут ослабляет эффект близости. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 15. Всего 24. Конец слайда

RfRf RБRБ RПRП R d d ОПТ Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 16. Всего 24. Конец слайда

Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует ёмкость, имеющая две составляющие – ёмкость через воздух С 0В и ёмкость через диэлектрик С 0Д. С 0В С 0Д Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 17. Всего 24. Конец слайда

Потери в диэлектрике учитывают величиной tgδ, зная которую можно рассчитать сопротивление потерь С ОД, пФ; L, мк Гн; f, МГц. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 18. Всего 24. Конец слайда

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи δ В, потерь на гистерезис δ Г и начальных потерь δ П и учитываются как тангенс угла потерь в сердечнике: В справочниках приводят значения tgδ C для различных типов сердечников. Сопротивление потерь Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 19. Всего 24. Конец слайда

Потери в экране из-за того, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране. Потери, вносимые экраном D Э - диаметр экрана, см; l Э - длина экрана, см; f - частота, МГц. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 20. Всего 24. Конец слайда

Величину определяют по графику (он был показан ранее) L/D 0,2 0,6 1,0 1,4 1,00,60,21,8 Суммарное сопротивление потерь в катушке, определяющее её добротность, равно Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 21. Всего 24. Конец слайда

Практически значение добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается выбором оптимального диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями. Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 22. Всего 24. Конец слайда

Катушку индуктивности можно представить в виде эквивалентной схемы LRLRL RДRД СLСL Эквивалентная схема может быть приведена к более простому виду LЭLЭ RПRП Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 23. Всего 24. Конец слайда

Величины L Э и R П, а следовательно, добротность зависят от температуры. Эта зависимость определяется температурным коэффициентом добротности Автор Останин Б.П. Катушки индуктивности 2. Слайд 24. Всего 24. Конец слайда