2. Назначение, устройство, параметры, особенности применения катушек индуктивности

Катушка индуктивности - пассивный элемент РЭА, способный запасать энергию магнитного поля. Конструктивно представляет собой однослойную или многослойную спираль, намотанную на каркас из диэлектрического материала. Условное обозначение представлено на рис.3.

Параметры катушек индуктивности

Основной функциональный параметр - величина индуктивности

1Г = 10³мГ = 10⁶ мкГ = 10⁹ нГ

Различают:

а) номинальное значение индуктивности (L_ном). В большинстве случаев рассчитывается для использования в конкретной аппаратуре. L_ном от нескольких нГн до сотен Гн, допуск 0.5% и более. Величина индуктивности зависит от геометрических размеров, формы, числа витков, магнитной проницаемости среды.

б) эффективное значение индуктивности (L_эф) - фактическое значение индуктивности на данной частоте. Определяется из схемы замещения (рис.4).

С_L - зависит от конструкции катушки, материала каркаса и изоляции провода.

R_L = R_П + R_Д + R_ВН - сопротивление потерь.

R_ВН - сопротивление потерь, вносимых сердечником и экраном.

R_Д - сопротивление потерь в изоляционном материале конструкции.

R_П - сопротивление потерь в проводе.

Температурная стабильность индуктивности оценивается температурным коэффициентом индуктивности

Основная причина нестабильности - нестабильность геометрических размеров при изменении температуры.

Добротность катушки индуктивности характеризует потери энергии в ней и определяется как

Зависимость добротности от частоты представлена на рис.5.

Пути повышения добротности: - увеличение диаметра витков;

- выбор оптимального диаметра провода или применение литцендрата (многожильный провод);

- применение изоляционных материалов с малым tg;

- применение магнитных сердечников с малыми потерями.

В настоящее время создано большое число различных конструктивных типов катушек.

Катушки индуктивности без сердечника Применяются в колебательных контурах и фильтрах.

а) Катушки индуктивности КВ (1-30мГц) и УКВ (>30мГц) диапазонов характеризуются:

- небольшими индуктивностями (до 200 мкГн);

- большой добротностью Q=100-600;

- малой собственной емкостью С_L5 пФ.

Однослойная катушка без каркаса

Наматывается толстым проводом, что обеспечивает жесткость конструкции. Такие катушки имеют: L =0,1 - 10мкГн; С_L=0,2 – 1,5пФ; 600

Для увеличения добротности используется обмотка в виде полых посеребренных трубок. Стабильность катушек низкая из-за тепловых и механических деформаций.

Однослойная катушка на каркасе

При использовании сплошной обмотки катушки имеют:

L 200мкГн; C_L 5 пФ; О 250

Для увеличения добротности и уменьшения собственной емкости применяют:

- равномерный шаг обмотки (L=0.2-40 мкГн; С_L = 0.3-2 пФ; Q  400);

- переменный шаг обмотки (прогрессивный), (С_L0.2 пФ).

Для увеличения температурной стабильности применяется:

- "горячая" обмотка (намотка на каркас в разогретом виде с натяжением);

- осажденная обмотка (вжигание тонкого слоя металла в каркас).

б) Катушки индуктивности СВ и ДВ диапазонов характеризуются:

- большой индуктивностью (до 500мкГн и более);

- меньшей добротностью (до 170);

- повышенной собственной емкостью (до 70 пФ);

- низкой термостабильностью (ТКИ>150 10^-6 1/⁰C).

Используется многослойная обмотка.