3. Катушки с сердечниками

В катушках индуктивности широко применяются магнитные и немагнитные сердечники. Конструкции катушек обычно предусматривают возможность продольного перемещения сердечника относительно катушки. Это достигается нарезанием резьбы во внутреннем отверстии каркаса катушки, что дает возможность регулировать величину индуктивности и позволяет проводить настройку РЭА.

Сердечники из немагнитных материалов, характеризующиеся высокой стабильностью, широко применяются в контурах гетеродинов, широкополосных усилителях промежуточной частоты. Материалом таких сердечников являются – медь, латунь, алюминий и его сплавы. При введении в катушку металлического сердечника уменьшается ее индуктивность (до 20%) и добротность. Причем добротность уменьшается сильнее. Так введение в катушку медного сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, вызывает уменьшение добротности на 45%. При введении же алюминиевого сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, снижение добротности происходит в 3…4 раза. Поэтому для уменьшения влияния немагнитного сердечника на добротность катушки необходимо изготавливать сердечник из материалов с хорошей проводимостью – меди или латуни.

Сердечники из магнитных материаловприменяются для уменьшения числа витков и габаритов катушек при заданной ее индуктивности, а также повысить добротность катушки. Однако использование магнитных сердечников снижает стабильность параметров катушек. Кроме того, значение индуктивности и добротности зависят от амплитуды переменного напряжения на катушке и значения постоянного тока, протекающего через обмотку. Для снижения этого эффекта используют броневые сердечники с зазором.

В качестве материала магнитных сердечников используют магнитодиэлектрики и ферриты. Основными материалами для изготовления магнитодиэлектриков служат альсифер и карбонильное железо.

Промышленность выпускает карбонильное железо трех классов: класса Р (марки Р-10, Р-20, Р-100), предназначенного для работы в радиотехнических цепях, и классаП (марки Пс и ВКЖ), предназначенного для работы в проводной связи. Магнитные сердечники на основе карбонильного железа имеют невысокое значение начальной магнитной проницаемости, которое практически постоянно в широком диапазоне частот, мало подвержены влиянию температуры и старению. В обозначении после названия марки следует число, раное начальной магнитной проницаемости. Например,Р-20– карбонильный сердечник класса Р с начальной магнитной проницаемостью 20.

На основе альсифера изготавливают магнитные сердечники, предназначенные для работы в области радиочастот (тип РЧ), высоких частот (тип ВЧ), низких частот (тип ТЧ). Их особенностью является отрицательный температурный коэффициент магнитной проницаемости, что используется для создания термокомпенсированных сердечников. Обозначение альсиферовых сердечников аналогично карбонильным сердечникам. Например, ВЧ-22– карбонильный сердечник класса ВЧ с начальной магнитной проницаемостью 22.

Магнитные сердечники на основе ферритов характеризуются высокой магнитной проницаемостью и большим удельным сопротивлением, что снижает потери на вихревые токи. Однако, ферриты обладают дезаккомадацией, т.е. их магнитная проницаемость изменяется со временем без каких-либо внешних воздействий. Такое старение ферритов приводит к понижению индуктивности катушек на 2…10% в год. В обозначении ферритов число перед типом соответствует начальной магнитной проницаемости феррита. Тип феррита обозначается буквами Н– низкочастотный илиВЧ– высокочастотный. Для низкочастотного феррита следует еще одна буква, указывающая на материал феррита:Н– никелево-цинковый илиМ – марганцево-цинковый. Например,2000НМ- феррит низкочастотный, марганцево-цинковый с начальной проницаемостью 2000.

По конструкции магнитные сердечники делятся: на замкнутые и незамкнутые.Сердечники с незамкнутым магнитопроводом могут быть цилиндрическими, пластинчатыми, трубчатыми и катушечными.

Цилиндрические карбонильные сердечники бывают трех типов:Р– резьбовые,С– стержневые,Т– трубчатые (рис.3.9). Они маркируются буквенно-цифровыми обозначениями. Например,РМ3х5 – резьбовой сердечник с резьбой М3 длиной 5 мм;С3х10 – стержневой сердечник диаметром 3 мм и длиной 10 мм;Т9,3х3,2х10– трубчатый сердечник с внешним диаметром 9,3мм, с внутренним диаметром 3,2 мм и длиной 10 мм.

Ферритовые сердечники с незамкнутым магнитопроводом выполняются в виде стержней без резьбы или в виде трубок. Их обозначение подобно цилиндрическим карбонильным сердечникам.

Сердечники с незамкнутым магнитопроводом конструктивно изготовляют так, чтобы их можно было перемещать вдоль оси катушки, изменяя, таким образом, ее индуктивность. Для этого сердечники изготавливаются либо с резьбой, либо они вклеиваются в пластмассовые втулки, снабженные резьбой и шлицом. Сердечники ввинчиваются в центральное отверстие каркаса катушки, и после настройки фиксируются восковой мастикой или резиновой нитью.

Сердечники с замкнутой магнитной цепью изготовляются броневыми(тип Б),чашечными(тип Ч) и в видетороидальных колец круглого или прямоугольного сечения(тип К) (рис.3.10). Катушки с такими сердечниками имеют минимальные габариты, максимальную индуктивность и минимальной поле рассеивания. Броневые и чашечные сердечники имеют центральное осевое отверстие, в которое вкручивается подстроечный сердечник для регулировки значения индуктивности в пределах ±15%.

Тороидальные сердечники обозначаются буквой типа и числами, характеризующими размеры сердечника. Например, К15х7х4,8– кольцевой сердечник с наружным диаметром 15 мм, внутренним диаметров 7 мм и высотой 4,8 мм.

Броневые сердечники обозначаются буквой типа и числом, характеризующим округленный до целого наружный диаметр сердечника. Например, Б9– броневой сердечник с наружным диаметром 9,3 мм.

Чашечные сердечники обозначаются буквой типа и условным числом, характеризующим типоразмер сердечника. Например, Ч₉ – чашечный сердечник типоразмера 9.

Магнитные сердечники характеризуются действующей магнитной проницаемостью, степенью увеличения добротности катушки при наличии сердечника, диапазоном рабочих частот, величиной потерь и стабильностью.

Действующая магнитная проницаемость μ_Допределяется отношением индуктивности катушки с сердечникомL_Cк индуктивности той же катушки, но без сердечника L:

(3.24)

Она зависит от начальной магнитной проницаемости материала, частоты, конструкции сердечника, соотношения диаметра катушки и диаметра сердечника, длины катушки и длины сердечника. Для тороидальных сердечников с равномерной намоткой , во всех остальных случаяхи определяется по эмпирическим формулам или графикам [].

При введении сердечника в катушку ее индуктивность увеличивается в μ_Драз. Однако при этом в ней возникают дополнительные потери, обусловленные сердечником. Поэтому величина добротности катушки возрастает пропорциональнораз.

С ростом частоты значение μ_Думеньшается, снижается индуктивность и добротность катушки.Значение частоты, при которой добротность катушки с сердечником становится равной добротности катушки без сердечника, называется граничной частотой сердечника.

Число витков катушки с броневым сердечником рассчитывается по выражению

, (3.25)

где L– требуемая индуктивность катушки;

m - коэффициент, определяемый типоразмером и материалом броневого сердечника.

Для броневых карбоксильных сердечников некоторых типоразмеров значения коэффициента приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Значения коэффициента m для броневых карбонильных сердечников

Тип сердечника	СБ-9а	СБ-12а	СБ-23-11а	СБ-23-17а	СБ-28а	СБ-34а
m	7,1	6,7	4	4,5	4,3	4,4