- •2.1 Катушка индуктивности в цепи переменного тока
- •2.2 Индуктивное сопротивление катушки
- •2.4.2 Сопротивление потерь в катушке
- •2.4.3 Добротность катушки q
- •3 Схема для наблюдения за прохождением гармонического сигнала через реальную катушку индуктивности на низких частотах
- •4.5.1 Определение коэффициента передачи производится непосредственно считыванием результата измерения с панели ифачх и расчета на основании показаний вольтметров pv1 и pv3 схемы на рисунке 36.
2.4.3 Добротность катушки q
Добротность катушки определяет резонансные свойства и кпд колебательных контуров, поэтому для сравнения этих параметров различных колебательных контуров используют именно этот параметр. На рисунке10 представлены типовые резонансные кривые контуров, катушки которых имеют разные добротности.
Рисунок 10 - Резонансные кривые контуров с катушками разных добротностей
Добротность катушки Q в общем виде представляет собой отношение мощности реактивной энергии электромагнитного поля, накопленного в катушке, к мощности активных потерь , рассеиваемых в катушке в виде тепла
. (4.6)
Формула (4.6) неудобна для практических расчетов. Воспользовавшись упрощенной эквивалентной схемой (рисунок 4) высокочастотной катушки, представляющую последовательно включенные идеальную катушку индуктивности с начальной индуктивностью и сопротивление потерь, выражение (4.6) для добротности катушки можно записать в виде
,
где – частота переменного тока i, протекающего через катушку, рад/c;
– обобщенное сопротивление активных потерь в катушке, Ом.
Следовательно, добротность высокочастотной катушки индуктивности рассчитывается как отношение реактивного сопротивления катушки переменному току высокой частоты к обобщенному сопротивлению активных потерь в катушке.
Такое же определение добротности дается в ГОСТ 20718-75. Добротность катушки индуктивности - отношение индуктивного сопротивления катушки индуктивности к ее активному сопротивлению. Этим же стандартом предусмотрена номинальная добротность катушки индуктивности – это добротность при номинальном значении индуктивности, являющееся исходным для отсчета отклонений. Чем выше добротность, тем меньше величина потерь в катушке и выше ее качество. Значение Q определяется выбором типа обмотки, материала каркаса, конструкцией катушки и влиянием окружающих катушку других деталей при ее монтаже в аппаратуре.
Максимальное значение добротности высокочастотных катушек индуктивности обычно не превышает значение от 300 до 400 единиц.
Добротность катушки пропорциональна ее размерам. Для получения малогабаритных катушек с достаточно высокой добротностью применяют магнитные сердечники. Катушки с сердечниками имеют меньшее число витков при заданной индуктивности, меньшее сопротивление провода и меньшие размеры. Запас добротности позволяет уменьшить размеры катушки и приблизить к ней экраны, т. е. получить малогабаритную катушку с добротностью до 150—250 и выше. Ценным свойством катушек с сердечниками является возможность подстройки, т. е. изменения индуктивности в небольших пределах, осуществляемого перемещением сердечника. Если бы в сердечнике не было потерь, то добротность катушки с сердечником также увеличилась бы в раз. Однако из-за наличия потерь в сердечнике это увеличение несколько меньше. Приближенно можно считать, что добротность катушки с сердечником в раз больше добротности катушки с такой же индуктивностью, но без сердечника. Отношение добротности катушки с сердечником к добротности этой же катушки, но без сердечника, характеризует потери, вносимые сердечником в катушку. Это отношение зависит от коэффициента использования магнитных свойств материала, от его коэффициентов потерь и очень сильно — от частоты. С увеличением частоты потери в сердечнике возрастают, а проницаемость падает; это приводит к падению добротности. Отношение добротности катушки с сердечником к добротности той же катушки без сердечника может служить мерой для определения диапазона рабочих частот. Верхней границей рабочего диапазона является частота, при которой это отношение достигает единицы, хотя допустимо применение сердечника для регулировки индуктивности и при несколько более высоких частотах.
Добротность экранированной катушки оказывается ниже добротности той же катушки при отсутствии экрана. Влияние экрана на параметры катушки проявляется тем сильнее, чем ближе его стенки расположены к обмотке.
Для того чтобы индуктивность и добротность катушки падали не более чем на 10%, рекомендуются следующие соотношения между диаметрами экрана и катушки: для однослойных катушек равно от 1,6 до 2,5, причем для коротких катушек равно от 1,5 до 1,8. Эти соотношения пригодны и для многослойных катушек, если заменить на Для стабильных катушек рекомендуется брать больше 2,5. С повышением частоты эти соотношения можно уменьшать.