Индуктивные катушки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

‹ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ›

ОТЧЕТ

По учебно - ознакомительной практике.

На тему:

‹ ‹ Высокочастотные катушки индуктивности › ›

Волгоград 2010

Содержание

1. Общие сведения о высокочастотных катушках индуктивности

2. Катушки индуктивности для колебательных контуров

3. Свойства катушки индуктивности

4. Применение катушек индуктивности

Литература

1. Общие сведения о высокочастотных катушках индуктивности

Высокочастотными называют катушки индуктивности, сопротивление которых имеет индуктивный характер на частотах до 100 кГц... ...400 МГц. Они применяются в качестве элементов колебательных контуров, для получения магнитной связи между элементами электрической цепи или создания на отдельных участках электрической цепи реактивных сопротивлений индуктивного характера. Высокочастотные катушки с переменной индуктивностью используются для перестройки колебательных контуров в процессе эксплуатации аппаратуры, а подстраиваемые катушки -- для регулировки аппаратуры в процессе изготовления.

Основные параметры катушек индуктивности. Индуктивность -- величина, равная отношению потокосцепления самоиндукции катушки. Чем больше индуктивность катушки, тем больше энергия магнитного поля, запасаемая катушкой, при заданном значении протекающего по ней тока. Индуктивность зависит от формы, размеров, числа витков катушки, а также от размеров, формы и материала ее сердечника.

Добротность -- отношение реактивного сопротивления катушки К ее активному сопротивлению потерь. Добротность катушки в большинстве случаев определяет резонансные свойства и КПД контура.

Собственная емкость -- емкость между витками и слоями обмотки Катушки -- является паразитным параметром. Наличие собственной емкости катушки обусловливает увеличение потерь энергии и уменьшение стабильности настройки колебательных контуров, а в диапазонных контурах -- уменьшение коэффициента перекрытия диапазона Частот.

Температурный коэффициент индуктивности -- отношение производной от индуктивности по температуре к индуктивности катушки. Практически определяют как относительное изменение индуктивности при изменении температуры на 1 °С.

2. Катушки индуктивности для колебательных контуров

Цилиндрические катушки индуктивности с однослойной обмоткой выполняются на каркасах из диэлектрика или без них.

Катушки с шаговой обмоткой отличаются меньшей собственной емкостью и большей добротностью. Повышение их добротности oбусловлено снижением потерь в диэлектрике вследствие уменьшения ее собственной емкости. ферровариометр индуктивность катушка дроссель

Если требуется индуктивность выше 15...20 мкГн, обычно применяют однослойную обмотку. Целесообразность применения рядовой обмотки определяется также диаметром катушки.

Шаговые однослойные обмотки катушек индуктивности выполняют из медного посеребренного провода или медного провода с эмалевой изоляцией, Каркасы катушек, к которым предъявляются требования высокой добротности и малого ТКИ, изготовляют из высокочастотной керамики, характеризующейся малыми температурным коэффициентом линейного расширения и достаточной механической прочностью. Обмотку изготовления намоткой провода со значительным натяжением или нагретого провода при незначительном натяжении. Высокую стабильность имеют катушки, в которых обмотка образована слоем меди, нанесенной на керамический каркас.

Для точной подгонки индуктивности катушек с однослойной рядовой обмоткой перемещают подстроечный сердечник.

Спиральные катушки представляют собой плоские спирали, изготовленные намоткой из медных обмоточных проводов или методом печатного монтажа из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита. Они могут иметь круглую, квадратную или другую форму.

Печатные плоские катушки индуктивности на стеклотекстолит отличаются повышенной прочностью и применяются на частотах до 100 МГц. Для более высоких частот печатные катушки изготовляют из фольгированного фторопласта. Обычно индуктивность печатных катушек не превышает 10 мкГн. Чтобы получить приемлемое значение добротности катушки, ширину проводников выбирают и пределах 0.4...1 мм. При этом на площади 1 см2 размещается катушка с индуктивностью до 10 мкГн. Для увеличения индуктивности можно использовать последовательное включение двух и более катушек, расположенных на одной или двух сторонах печатной платы. Для повышения добротности катушка следует выбирать диаметр внутреннего нитка не менее 10 мм.

Изменяя расстояние между катушкой и пластинками, можно регулировать индуктивность катушки.

Экранированные катушки индуктивности применяют, когда необходимо устранить паразитные связи, обусловленные внешним электромагнитным полем катушки, или влияние на катушку полей других источников. Эффективность экранирования повышается при увеличении частоты переменного поля, толщины экрана и уменьшении удельного электрического сопротивления материала экрана. Экраны высокочастотных катушек индуктивности изготовляют из меди и алюминия толщиной не менее 0,4...0,5 мм. Такая толщина экрана при частоте переменного поля более 1 МГц превышает расстояние, на котором Плотность наводимого тока падает в 100 раз по сравнению с плотностью тока на поверхности экрана, что достаточно для эффективного экранирования.

Под влиянием экрана изменяются параметры катушки: уменьшаются индуктивность и добротность, увеличивается собственная емкость. Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе к ее катушкам расположен экран.

Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками содержат меньшее число витков при заданной индуктивности и отличаются более высокой добротностью и меньшими размерами. Применение ферромагнитных сердечников позволяет уменьшить размеры экранов и упростить подгонку индуктивности. При. использовании ферромагнитных сердечников снижается стабильность параметров катушек, кроме того, индуктивность и добротность катушек зависят от амплитуды переменного напряжения на катушке и значения постоянного тока, протекающего через обмотку.

После расчета числа витков катушки необходимо оценить возможность размещения обмотки на сердечнике. Для этого рассчитывают площадь поперечного сечения обмотки с учетом изоляции провода и неплотности намотки н сравнивают ее с площадью окна сердечника. Должен оставаться запас площади окна, превышающий площадь сечения шпули с проводом, при помощи которой выполняют намотку. При необходимости выбирают кольцо другого размера и рассчитывают новое значение числа витков.

Для обмоток кольцевых катушек индуктивности следует применять обмоточные провода с повышенной механической прочностью изоляции (с дополнительной волокнистой изоляцией или изолированные высокопрочными эмалями). Перед намоткой кольцо следует обмотать лентой из лакоткани.

Индуктивно связанные катушки используются для магнитной связи между колебательными контурами, между антенной (или антенным фидером) и входным контуром приемника, в межкаскадиых связях, в качестве широкополосных трансформаторов и т. п. Для осуществления магнитной связи между катушками их наматывают на общий каркас (или сердечник) либо располагают так, чтобы их оси были параллельны. Отклонение от этого условия приводит к уменьшению связи.

Для катушек, намотанных на кольцевой магнитный сердечник, коэффициент связи можно принять равным единице. Для катушек с броневым сердечником без зазора сн близок к.единице. Если катушки имеют шаговые обмотки и витки одной из них располагаются между витками другой, можно получить коэффициент связи до 0,8, а при введении магнитного сердечника -- еще больше. Если катушка с однослойной обмоткой расположена на одном каркасе с катушкой, имеющей многослойную обмотку, коэффициент связи может достигать 0,5. Коэффициент связи между катушками, помещенными в отдельные броневые сердечники, не превышает 0,015...0,02. Если две секции обмотки одной из катушек расположены по обе стороны другой катушки, достигается коэффициент связи 0,65...0,75.

Ферровариометры (вариометры с ферромагнитными сердечниками) применяются в качестве элементов настройки колебательных контуров, например, в автомобильных приемниках. Ферровариометр состоит из цилиндрической катушки, внутрь которой вдвигается сердечник из материала с высокой магнитной 'проницаемостью, например из феррита. Катушка размещается внутри цилиндра из ферромагнитного материала.

Коэффициент перекрытия ферррвариометра тем больше, чем больше магнитная проницаемость материала сердечника и чем ближе он расположен к виткам катушки. Если использовать ферритовый сердечник, можно получить коэффициент перекрытия 25...30 и больше. Следует выбирать сердечники, у которых длина в 5... 10 раз больше диаметра, а диаметр сердечника меньше наружного диаметра каркаса катушки на 0,5 ... 1 мм.

Ферровариометры могут использоваться для одновременной перестройки нескольких колебательных контуров.

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.[2][3] 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.

3. Свойства катушки индуктивности

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.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением величина которого равна:

,

где -- индуктивность катушки, -- циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

При протекании тока катушка запасает энергию, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Величина этой энергии равна

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой

ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки

Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике

- , где

- - ;-; -

Соответственно, колебания тока в катушке по фазе отстают от колебания напряжения на ней на р/2.

4. 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).

Рамочная антенна

DDRR

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.[4]

Список использованной литературы

1. Карков И.С. - Физика элементарных частиц. - М. - 1999 г.

2. Синджанов И.К. Электродинамика - М. 1998 г.

3. Электротехнические материалы. Справочник / В.Б. Березин, Н.С. Прохоров, А.М. Хайкин. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 504с.

4. Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы . - М.: Радио и связь, 1999. - 352с.

5. Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов и др.; Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1997. - 352с.

6. Суриков В.С. - Основы электродинамики - М. «Протон» - 2000 г.

Размещено на Allbest.ru