Катушка с регулируемой индуктивностью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Омский государственный технический университет

Кафедра «Технологии электронной аппаратуры»

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №2

по дисциплине «Радиоматериалы и радиокомпоненты»

на тему

«Катушка с регулируемой индуктивностью»

Выполнил: студенты группы ИС-152

Шараимов Ш.Ф.

Проверил:

Ст. преп. Пономарев Д.Б.

Омск 2016

Введение

катушка индуктивность обмотка

Катушка индуктивности -- винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированногопроводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значительная инерционность.

Индуктивность - это способность извлекать энергию источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается - магнитное поле сжимается. Катушка индуктивности обладает также очень интересными свойствами. При подаче на катушку электрического тока постоянного напряжения, в катушке возникает напряжение, противоположное напряжению электрического тока и оно потом исчезает через несколько долей секунд. Это противоположное напряжение называется ЭлектроДвижущейСилой самоиндукции, или просто - ЭДС самоиндукции.

Известные катушки с регулируемой индуктивностью, снабженные разъемным магнитопроводом из феррита, основанные на управлении величиной магнитной проницаемости феррита, имеют сравнительно сложную конструкцию. В описываемой катушке с регулируемой индуктивностью, упрощение конструкции достигнуто тем, что магнитопровод катушки снабжен осевым отверстием, через которое проходит крепежный винт, служащий одновременно органом настройки катушки. Регулируемая катушка индуктивности, содержащая ферромагнитный броневой магнитопровод с зазором на керне и подстроечником, установленным с возможностью перемещения вдоль центральной оси и многослойную обмотку, снабжена дополнительным тороидальным магнитопроводом , который размещен в броневом магнитопроноде, при этом обмотка катушки намотана на тороидальный магнитопровод с шагом витков в каждом слое по внутреннему диаметру этого магнитопровода определяемым из соотношения: 20. Обмотка выполнена цилиндрической и расположена на диэлектрическом каркасе. Данное устройство является наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Недостатком его является низкая добротность. Целью изобретения является повышение добротности катушки.

1. Классификация

Катушки индуктивности применяются в качестве элементов колебательных контуров, дросселей, а также для связи цепей между собой. Катушка индуктивности, служащая для разделения постоянного и переменного токов или токов разных частот, называется дросселем. На практике используются различные типы катушек индуктивности . Индуктивное сопротивление (Ом) катушки зависит от частоты тока.

2. Параметры и характеристики

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку к силе протекающего тока. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки.К числу элементов, без которых невозможно построить радиоприемник, телевизор, магнитофон и многие другие радиоприборы, относятся катушки и дроссели. Их важнейшей характеристикой является индуктивность. В цепях переменного тока катушки и дроссели ведут себя как резисторы, сопротивление которых растет с увеличением частоты. Индуктивность измеряют в Генри (Гн), миллигенри (1 мГн=10-3 Гн), микрогенри (1 мкГн=10-6 Гн) и наногенри (1 нГн=10г9 Гн). Одно из первых условных обозначений катушки напоминало рисунок спирали из провода, которым намотана катушка. Позже витки катушек стали изображать в виде пересекающихся дуг окружностей. ГОСТ 7624--62 установил новое обозначение, построенное из нескольких полуокружностей, соприкасающихся концами. Индуктивность катушек, используемых в колебательных контурах радиовещательных приемников, в зависимости от диапазона частот составляет от долей и единиц микрогенри (УКВ и KB) до нескольких миллигенри (ДВ). В радиоприемной и радиопередающей аппаратуре нередко применяют катушки с регулируемой индуктивностью, являющиеся основным органом настройки колебательного контура в широком диапазоне частот. Часть витков такой катушки наматывают на каркасе большего диаметра, а другую часть -- на каркасе меньшего диаметра. Малую катушку помещают внутрь большой и закрепляют на валике, ось которого перпендикулярна оси большой катушки, а выводы обмоток соединяют последовательно. При повороте валика взаимное влияние катушек изменяется, а в результате изменяется и индуктивность. Такие устройства получили название вариометров. На схемах их изображают двумя символами катушек, расположенными параллельно или перпендикулярно один другому. Изменение индуктивности показывают знаком регулирования, пересекающим оба символа.

3. Система условных обозначений

Катушка индуктивности

Обмотка (катушка) из медного провода. Может быть бескаркасной, на каркасе, а может исполняться с использованием магнитопровода (сердечника из магнитного материала). Обладает свойством накопления энергии за счёт магнитного поля. Применяется в качестве элемента высокочастотных контуров, частотных фильтров и даже антенны приёмного устройства.

Подстроечная катушка индуктивности

Катушка с регулируемой индуктивностью, у которой имеется подвижный сердечник из магнитного (ферромагнитного) материала. Как правило, мотается на цилиндрическом каркасе. При помощи немагнитной отвёртки регулируется глубина погружения сердечника в центр катушки, тем самым изменяется её индуктивность.

4. Конструкция и материалы

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков -- без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости, при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом -- шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть какоднослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.Для увеличения индуктивности, катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники (в основном ферромагнитные, реже диамагнитные) используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах путём изменения положения сердечника относительно обмотки. На сверхвысоких частотах, когда ферродиэлектрики теряют свою магнитную проницаемость и резко увеличивают потери, применяются металлические (латунные) сердечники.На печатных платах электронных устройств так же иногда делают плоские «катушки» индуктивности: геометрия печатного проводника выполняется в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой линии или в виде меандра. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса. Известен способ изготовления регулируемой катушки индуктивности, включающий намотку обмотки на каркас, введение настроечного сердечника и его фиксацию в выбранной точке настройки. В этом случае сердечник имеет фасонное центральное отверстие, в которое входит стержень инструмента соответствующего профиля. Недостаток такого способа - сложность изготовления регулируемой катушки индуктивности и ее большие габариты, что исключает возможность ее использования в составе гибридных интегральных микросхем. Известен также способ изготовления регулируемой катушки индуктивности, заключающийся в намотке обмотки на резьбовую оправку, пропитке ее связующим составом, заливке обмотки вместе с оправкой в разъемной форме полимеризующимся компаундом и замене определенном резьбовым подстроечником. Его недостаток - сложность изготовления катушки, так как изготовление резьбовых настроечных сердечников диаметром менее 2 мм затруднительно.

5. Применение

· Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепейобратной 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 -- исполнительных механизмов.

· Катушки применяются в качестве источника энергии для нагрева индуктивно-связанной плазмы, а также её диагностики.

· Для радиосвязи -- приёма электромагнитных волн, редко -- для излучения:

· Ферритовая антенна

· Рамочная антенна, кольцевая антенна

· DDRR

· Индукционная петля

· Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

· Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах при перемещении ферромагнитного сердечника относительно обмотки.

· Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля в индукционных магнитометрах^[4]

· Для создания магнитных полей в ускорителях элементарных частиц, магнитного удержания плазмы, в научных экспериментах, в ядерно-магнитной томографии. Мощные стационарные магнитные поля, как правило, создаются сверхпроводящими катушками.

· Для накопления энергии.

6. Зарубежный аналог

В последние годы все более проявляется тенденция к минитюаризации радиоэлектронных изделий и компонентов. Появляются новые микросхемы, объединяющие в себе несколько компонентов.

В основном, все это относится к активным компонентам.

В отношении пассивных компонентов ситуация остается достаточно консервативной.

И тем не менее, развитие цифровых технологий позволяет произвести замену некоторых пассивных компонентов на цифровые аналоги.

Ярким примером такой замены и является гиратор.

Итак, что же такое гиратор?

Если обратиться к справочной литературе, то мы получим следующий ответ:

Гиратор - это электрическая цепь, которая осуществляет инвертацию импеданса.

То есть, эта схема заставляет емкостные цепи проявлять индуктивные свойства, полосовой фильтр будет вести себя как режекторный, и так далее.

Так вот, основное назначение гиратора - это создание участков цепи, имитирующих индуктивность.

Зачем это надо?..

Ну, во-первых, как правило, катушки индуктивности отличаются достаточно большими размерами.

Во-вторых, применение именно катушек в электрических цепях не всегда может быть оправданным (например, в устройстве микросхем).

В этих случаях применение гиратора может быть решением проблем.

Что представляет собой гиратор…

Гиратор - это электрическая цепь, состоящая из конденсатора, операционного усилителя (или транзисторов) и резисторов.

На этом рисунке изображен гиратор, как аналог индуктивности.

Если же к такой искусственной катушке индуктивности подключить конденсатор, то образованный ими колебательный контур можно использовать в резонансных усилителях и генераторах гармонических колебаний.

Для изменения резонансной частоты можно перестраивать не только емкость, но и сопротивление резистора, что позволяет получить более широкий диапазон.

В заключение хочется сказать, что такие "схемные " индуктивности позволяют создавать малогабаритные и высокодобротные LC-фильтры, предназначенные для работы в области низких частот.

А при проектировании подобных цепей находит применение достаточно хорошо разработанная классическая теория LC-фильтров.

Заключение

Для требуемой катушки индуктивности решение о выборе материала определяется комбинацией следующих ограничительных факторов: пространство, к.п.д., удобство сборки, суммарная стоимость, индуктивность в зависимости от характеристик нагрузки, роста и рабочей температуры. Среди порошковых сердечников материал MPP превосходит другие материалы по такому свойству, как потери в сердечнике, и обладает самым высоким значением применимой магнитной проницаемости. High Flux обладает преимуществами над другими материалами в случаях, когда определяющими ограничительными факторами является минимизация габаритов и намагничивание постоянным полем. Kool Mм является более экономичным материалом, нежели MPP или High Flux, и является стандартным материалом как для тороидальных сердечников, так и для E-сердечников. Сердечники на основе распыленного железа (Iron powder cores) являются менее дорогостоящими, чем Kool Mм, но серьезно ухудшают характеристики изделия.

Библиографический список

1. Рычина Т.А. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы., Мн: Радио, 2005г.

2. Ефимов А.В, Микроэлектроника, Мн: ВШ, 2004г.

3. Свитенко В.И. Электрорадиоэлементы, Мн: Радио, 2006г.

4. Катушка, бобина // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). -- СПб., 1890--1907.

5. Котенёв С. В., Евсеев А. Н. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. -- М.: Горячая линия - Телеком, 2013. -- 360 с. -- 500 экз. -- ISBN 978-5-9912-0186-5.

Размещено на Allbest.ru