2.4. Индуктивные элементы
Индуктивные элементы делятся
на катушки индуктивности и трансформаторы [45,46].
По назначению катушки индуктивности
можно разделить на четыре группы:
а) катушки контуров,
б) катушки связи,
в) дроссели высокой частоты
и
г) дроссели низкой частоты.
По конструктивному признаку
катушки могут быть разделены на однослой-ные и многослойные; цилиндрические,
спиральные и тороидальные; экранированные и неэкранированные; катушки без сердечников
и катушки с сердечниками и др.
Катушки индуктивности характеризуются
следующими основными параметрами: индуктивностью и точностью, добротностью,
собственной емкостью и стабильностью.
Однослойные катушки применяются
на частотах выше 1500 кГц. Намотка может быть сплошная и с принудительным шагом.
Однослойные катушки с принудительным шагом отличаются высокой добротностью (Q=150…400)
и стабильностью;
применяются в основном
в контурах коротких (KB) и ультракоротких (УКВ) волн [47]. Высокостабильные
катушки, применяемые в контурах гетеродинов на KB и УКВ, наматываются при незначительном
натяжении проводом, нагретым до 80…120°С.
Для катушек с индуктивностью
выше 15… 20 мкГн применяется сплошная од-нослойная намотка. Целесообразность
перехода на сплошную намотку определяется диаметром катушки. Ориентировочные
значения индуктивности, при которых целесообразен переход на сплошную намотку:
Диаметр каркаса (в мм)
6 10 15 20 25 Индуктивность (в мкГн) 1,8 4 10 20 30
Катушки со сплошной намоткой
также отличаются высокой добротностью и широко используются в контурах на коротких,
промежуточных и средних волнах, если требуется индуктивность не выше 200…
500 мкГн. Целесообразность перехода на многослойную намотку определяется диаметром
катушки. Ориентировочные значения индуктивности, при которых целесообразен переход
на многослойную намотку:
Диаметр каркаса (в мм)
10 15 20 25 30 Индуктивность (в мкГн) 30 50 100 200 500
Индуктивность однослойной
катушки рассчитывается по формуле:
.
L=0,01DN2/(1/D+0.44), где
L — индуктивность (в мкГн), D — диаметр катушки (в см), 1 — длина намотки (в
см), N — число витков.
Добротность однослойных
катушек определяется в основном диаметром провода и шагом намотки (расстоянием
между витками) х. Установлено [47], что на высоких частотах оптимальное значение
диаметра намоточного провода определяется из выражения: d=0,707x.
Многослойные катушки разделяются
на простые и сложные. Примерами простых намоток являются рядовая многослойная
намотка и намотка "кучей" (или вна-вал). Несекционированные многослойные
катушки с простыми намотками отличаются пониженной добротностью и стабильностью,
большой собственной емкостью, требуют применения каркасов. Индуктивность многослойной
катушки рассчитывается по формуле: L=0,08(DN)2/(ЗD+91+10t), где L — индуктивность
катушки, мкГн; D — средний диаметр намотки, см; 1 — длина намотки, см; t — толщина
катушки, см; N — число витков.
Если задана индуктивность
и нужно рассчитать число витков, то следует задать величины D, 1 и t и подсчитать
необходимое число витков. После этого следует произвести проверку толщины катушки
по формуле: t=zNd2/1, где d — диаметр провода с изоляцией (в мм), z=l,05…1,3
— коэффициент неплотности намотки при d=1…0,08 соответственно.
Секционированные катушки
индуктивности характеризуются достаточно высокой добротностью, пониженной собственной
емкостью, меньшим наружным диаметром и допускают в небольших пределах регулировку
индуктивности путем смещения секций. Они применяются как в качестве контурных
в контурах длинных и средних волн, так и в качестве дросселей высокой частоты.
Каждая секция представляет собой обычную многослойную катушку с небольшим числом
витков. Число секций может быть от двух до восьми, иногда даже больше. Расчет
секционированных катушек сводится к расчету индуктивности одной секции. Индуктивность
секционированной катушки, состоящей из п секций: L= Lc[n+2k(n-l)], где Lс —
индуктивность секции, k — коэффициент связи между смежными секциями (k=0,3 при
расстоянии между секциями, равном половине ширины секции, которая равна среднему
радиусу катушки).
Собственная емкость катушки
понижает добротность и стабильность настройки контуров. В диапазонных контурах
эта емкость уменьшает коэффициент перекрытия диапазона. Величина собственной
емкости определяется типом намотки и размерами катушки. Наименьшая собственная
емкость (несколько пФ) у однослой-ных катушек, намотанных с принудительным шагом.
Многослойные катушки обладают большей емкостью, величина которой зависит от
способа намотки. Так, емкость катушек с универсальной намоткой составляет 5…25
пФ, а с рядовой многослойной намоткой может быть выше 50 пф.
Дросселем высокой частоты
называют катушки индуктивности, используемые в цепях питания в качестве фильтрующих
элементов. Индуктивность дросселя должна быть достаточно большой, а собственная
емкость — малой. Конструктивно дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойных
или многослойных катушек. Для дросселей длинных и средних волн применяется секционированная
многослойная намотка. Дроссели для коротких волн и для метровых волн обычно
имеют однослойную намотку — сплошную или с принудительным шагом. В качестве
каркаса часто используются керамические стержни от резисторов. Расчет числа
витков дросселя производится так же, как и расчет числа витков катушек индуктивности.
В катушках с большой индуктивностью
применяются сердечники из ферромагнитных материалов. Индуктивность катушки с
замкнутым стальным сердечником L=0.0126MSN2/Ic [мкГн], где ц — магнитная
проницаемость материала (для электротехнических сталей находится в диапазоне
200…500), S — сечение сердечника (в см2), N — число витков катушки, Iс — средняя
длина магнитного пути, см (например, для круглого сердечника — длина его средней
окружности).
|
