Радиоматериалы и радиокомпоненты] [ ] ИИБС, кафедра Электроники]

[Радиоматериалы и радиокомпоненты]
[210303.65 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура»
210305.65 «Средства радиоэлектронной борьбы» ]
[ИИБС, кафедра Электроники]
[Преподаватель Останин Борис Павлович]
Радиоматериалы и
радиокомпоненты
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.
МЕТОДИКА РАСЧЁТА
МНОГОСЛОЙНЫХ
КАТУШЕК
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 2. Всего 24.
Методика расчёта многослойных катушек
Н3
Н2
Н1
К3
К2
К1

Один цикл
l

360 (один виток)
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.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 3. Всего 24.
Очевидно, что
2d ИЗ
tg 
D0 sin 
Угол , под которым осуществляется укладка
провода, находят из
2l
tg 
D
dИЗ
l
D
- диаметр провода в изоляции
- осевая длина катушки;
- диаметр витка.
Наименьшее значение  будет у витков, имеющих
наименьший диаметр (диаметр каркаса D0).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 4. Всего 24.
Обычно
длину катушки с универсальной
намоткой принимают от 2 до 10 мм. Количество
циклов намотки связано с расчётным числом
витков W соотношением
 

N  W 1 

360


Собственная ёмкость катушек с универсальной
обмоткой составляет от 3 до 8 пФ.
Дополнительное
уменьшение
ёмкости
достигается секционированием обмотки.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 5. Всего 24.
Совместное действие индуктивности и ёмкости
учтём эквивалентной индуктивностью катушки
1   2 LС L
1
1

 С L 
LЭ L
L


1
LЭ  L
2
1 2
 L
L 
1
LC L


2
  L1  
 2

L






- собственная резонансная частота
катушки индуктивности.
Если рабочая частота много ниже собственной
резонансной частоты L, то L = LЭ.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 6. Всего 24.
Во время работы на катушку действуют
температура, влага и т.д. Больше всего влияет
температура.
Это
влияние
оценивают
температурным коэффициентом индуктивности
L
ТКL 
L T
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 7. Всего 24.
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)10-6.
Стабильность многослойных катушек хуже [TKL  (50…100)106], т.к. в них невозможно избежать изменения линейных размеров
провода обмотки.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 8. Всего 24.
Потери в катушках индуктивности
Потери складываются из потерь в проводах,
диэлектрике, сердечнике и экране. Суммарные
потери оцениваются сопротивлением потерь RП,
которое определяет добротность катушки
Q
L
RП
Потери в проводах:
1. провода обмотки обладают резистивным
(омическим) сопротивлением,
2. поверхностный эффект,
3. эффект близости.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 9. Всего 24.
Резистивное сопротивление
R0  
l
4l


2
S d
l - длина провода обмотки,
d - диаметр провода,
 - удельное сопротивление материала провода.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 10. Всего 24.
R0 можно выразить через число витков катушки
W и средний диаметр катушки DСР:
7,3DCPW
6
R0 

10
d2
DCP
D0  D
, см;

2
d - диаметр провода.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 11. Всего 24.
Поверхностный эффект
Ток протекает не по всему сечению провода, а
по кольцевой части поперечного сечения.
хЭФ
d
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 12. Всего 24.
Вследствие этого сопротивление провода
переменному току
RП  
l
S ЭФ
SЭФ - площадь кольца
S ЭФ 
d ВН 

4
2
(d 2  d ВН
)
d  xЭФ
2
Тогда
RП  
Автор Останин Б.П.
d
dx ЭФ
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 13. Всего 24.
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 RБ).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 14. Всего 24.
Сопротивление RБ, обусловленное эффектом
близости, пропорционально диаметру провода, а
сопротивление RП, обусловленное поверхностным
эффектом, обратно пропорционально диаметру
провода.
Каркас
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 15. Всего 24.
Существует оптимальный диаметр провода
dОПТ, при котором сопротивление провода току
высокой частоты Rf = RП + RБ оказывается
оптимальным. Для однослойных катушек dОПТ =
0,2…0,6 мм. Для многослойных dОПТ = 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.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 16. Всего 24.
R
Rf
RБ
RП
dОПТ
Автор Останин Б.П.
d
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 17. Всего 24.
Потери в диэлектрике обусловлены тем, что
между соседними витками катушки существует
ёмкость, имеющая две составляющие – ёмкость
через воздух С0В и ёмкость через диэлектрик С0Д.
С0Д
Автор Останин Б.П.
С0В
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 18. Всего 24.
Потери в диэлектрике учитывают величиной tgδ,
зная которую можно рассчитать сопротивление потерь
R Д  0,25CОД tgL2 f 3  10 3
СОД, пФ;
L, мкГн;
f, МГц.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 19. Всего 24.
Потери в сердечнике складываются из потерь
на вихревые токи δВ, потерь на гистерезис δГ и
начальных потерь δП и учитываются как тангенс
угла потерь в сердечнике:
tg C   В f   Г Н   П
В справочниках приводят значения tgδC для
различных типов сердечников.
Сопротивление потерь
RC  tg C L
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 20. Всего 24.
Потери в экране из-за того, что ток, протекающий
по катушке, индуцирует ток в экране. Потери,
вносимые экраном
 D
RЭ  1,05 
 DЭ
3
 2 D
 W
lЭ

f  10 3
DЭ - диаметр экрана, см;
lЭ - длина экрана, см;
f - частота, МГц.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 21. Всего 24.
 l 
Величину  определяют по графику  f  
D
(он был показан ранее)

1,4
1,0
0,6
0,2
0,2
0,6
1,0
1,4
1,8
L/D
Суммарное сопротивление потерь в катушке,
определяющее её добротность, равно
R П  R f  R Д  RС  RЭ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 22. Всего 24.
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.
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 23. Всего 24.
Катушку индуктивности можно представить в
виде эквивалентной схемы
L
RL
СL
RД
R L  R f  RС  RЭ
Эквивалентная схема может быть приведена к
более простому виду
LЭ
Автор Останин Б.П.
RП
Конец слайда
Катушки индуктивности 2. Слайд 24. Всего 24.
Величины LЭ и RП, а следовательно, добротность Q 
зависят от
определяется
добротности
температуры. Эта зависимость
температурным
коэффициентом
ТКД 
Автор Останин Б.П.
L
RП
Q
QT
Конец слайда