Теоретические знания

К моточным изделиям РЭА относятся: высокочастотные катушки индуктивности для колебательных контуров, высокочастотные и низкочастотные дроссели, трансформаторы.

1. Классификация моточных изделий РЭА

Высокочастотные катушки индуктивности применяются в качестве элементов колебательных контуров для получения магнитной связи между определенными участками электрических цепей РЭА или создания на отдельных участках электрической цепи заданных реактивных сопротивлений индуктивного характера.

В зависимости от назначения высокочастотные катушки индуктивности делятся на четыре группы: катушки контуров, не определяющих частоту; катушки контуров, определяющие частоту (например, гетеродинные); катушки связи контуров с другими цепями; дроссели высокой частоты.

По конструктивным признакам катушки индуктивности делятся на: цилиндрические, плоские, тороидальные; экранированные и неэкранированные; с сердечником или без него.

По способу намотки катушки индуктивности бывают однослойные и многослойные.

Дросселем высокой частоты называют катушку индуктивности, включаемую в цепь для увеличения сопротивления токам высокой частоты. Такие дроссели широко используются для создания различных фильтров.

Дросселем низкой частоты называют катушку индуктивности, включаемую в цепь для увеличения сопротивления токам низкой частоты. Такие дроссели широко используются в сглаживающих фильтрах источников питания РЭА.

Трансформатором называют элемент РЭА, предназначенный для получения различных по амплитуде и мощности переменных напряжений. Трансформаторы применяются в блоках питания РЭА, для согласования и гальванической развязки каскадов РЭА.

2 Дроссели высокой частоты

Основные параметры высокочастотных дросселей следующие:

1. Номинальное значение индуктивности, которое указывается на корпусе дросселя в виде кодированного обозначения. Высокочастотные дроссели имеют четыре ряда номинальной индуктивности: Е3, Е6, Е12, Е24. Числа указывают количество номинальных значений в каждой декаде. Так ряд Е6 имеет 6 значений индуктивности в пределах декады: 1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8; а ряд Е12 – 12 значений индуктивности в пределах декады: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2.

2. Допуск – максимально допустимое отклонение номинальной индуктивности в %. Допуск устанавливается из ряда: ± 5%, ± 10%, ± 20% и указывается на корпусе дросселя.

3. Допустимое значение тока − это значение тока, протекающего через дроссель и обозначенное на нем, при котором он может работать в заданных условиях в течении срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Допустимое значение тока выбирается из ряда Е6, Е12, но не менее 60 мА.

4. Собственная емкость – паразитный параметр, который представляет собой межвитковую емкость катушки дросселя. Измеряется в [Ф]. Наличие собственной емкости дросселя определяет его критическую частоту: . На частотах ниже критической полное сопротивление дросселя носит индуктивный характер, а на частотах выше критической – емкостной характер. Поэтому критическая частота дросселя должна быть большей рабочей частоты аппаратуры.

По конструкции высокочастотные дроссели бывают: однослойные или многослойные; бескаркасные и намотанные на каркасе из диэлектрического или ферромагнитного материала; наматываемые сплошным слоем, внавал или принудительным шагом.

Однослойную намотку высокочастотных дросселей используют при высоких частотах (более 1 мГц). При более низких частотах используют многослойную намотку.

Для уменьшения собственной емкости дросселя при однослойной намотки используют намотку с принудительным шагом, а при многослойной намотке катушку дросселя секционируют.

Для повышения добротности дросселей желательно для намотки катушки использовать провод большого диаметра, что связано со скин-эффектом на высоких частотах.

Дроссели с ферромагнитными сердечниками отличаются меньшими размерами, меньшим числом витков при заданной индуктивности, и как следствие малой собственной емкостью. Поэтому они могут работать в широком диапазоне частот.

Основные конструкции дросселей высокой частоты приведены на рис.3.3.

Индуктивность цилиндрической однослойной катушки дросселя высокой частоты, намотанной сплошным слоем (рис.3.3 а), определяется из:

, (3.6)

где - коэффициент формы катушки;

μ – начальная магнитная проницаемость сердечника (μ=1 для диэлектрического каркаса или воздуха);

μ₀=4π·10^-7 Гн/м – магнитная постоянная;

w – число витков обмотки;

- площадь поперечного сечения круглой катушки дросселя;

D – диаметр каркаса катушки дросселя;

- длина намотки дросселя;

k_ПЛ – коэффициент плотности намотки, зависящий от диаметра провода в изоляции (см. таблицу 3.3);

d_ИЗЛ – диаметр провода в изоляции.

Таблица 3.3 – Коэффициент плотности намотки

Диаметр провода в изоляции, dИЗЛ, мм	менее 0,11 мм	0,15…0,25 мм	0,35..0,41 мм	0,41…0,55 мм	0,51…0,93 мм	более 1 мм
Однослойная намотка	1,3	1,25	1,20	1,15	1,10	1,05

Число витков, необходимое для получения заданной индуктивности дросселя определяется из выражения:

. (3.7)

Индуктивность цилиндрической однослойной катушки дросселя высокой частоты, намотанной с принудительным шагом на диэлектрическом каркасе (рис.3.3 б), определяется из:

, (3.8)

где а – шаг намотки;

L – индуктивность катушки, определенная по (3.6) при μ=1.

Индуктивность тороидальной однослойной катушки дросселя высокой частоты, намотанной сплошным слоем на магнитном сердечнике (рис.3.3 в), определяется из:

, (3.9)

где μ – начальная магнитная проницаемость материала сердечника тороида;

μ₀=4π·10⁻⁷ Гн/м – магнитная постоянная;

w – число витков обмотки;

- площадь поперечного сечения сердечника тороида;

- средняя длина сердечника тороида;

D – внешний диаметр сердечника тороида;

d – внутренний диаметр сердечника тороида;

h – высота сердечника тороида.

Число витков, необходимое для получения тороидальной катушки с заданной индуктивностью определяется из выражения:

. (3.10)

Диаметр провода катушки дросселя зависит от максимального значения тока, протекающего через нее, и определяется из соотношения:

, (3.11)

где d – диаметр провода без изоляции;

I_MAX – максимальный ток, протекающий через катушку дросселя;

J – допускаемая плотность тока через провод (от 2 до 4 А/мм²).

Условное обозначение высокочастотного дросселя состоит из 2−3 букв и цифр, обозначающих номинальный рабочий ток, индуктивность и допуск. Например: ДПМ 0,4 – 100 ±5% обозначает дроссель подмагничивания малогабаритный на номинальный рабочий ток 0,4А, индуктивностью катушки 100 мкГн, допуском на индуктивность ±5%.

Допускается на корпус дросселя наносить кодированные обозначения индуктивности и допуска. Применяются два вида кодирования.

При первом виде кодирования первые две цифры указывают на номинальное значение индуктивности в мкГн, а третья цифра показывает степень множителя. После чего следует буква, обозначающая допуск: J = ±5%, K = ±10%, M = ±20%. В этом случае, для индуктивности меньше 10 мкГн в качестве разделительной точки используют букву ”R”. Например: обозначение 272J означает индуктивность 2,7 мГн с допуском ±5%; обозначение R68M означает индуктивность 0,68 мкГн с допуском ±20%.

При втором виде кодирования на корпус наносятся 2 или 3 цифры, непосредственно показывающие номинальную индуктивность дросселя в мкГн. Далее, как и в предыдущем случае, следует буква, обозначающая допуск. Например: обозначение 330К означает индуктивность 330 мкГн с допуском ±10%.

Согласно требованиям Публикации 62 МЭК допускается маркировка индуктивности цветовым кодом. Ее наносят знаками в виде кругов или полос, причем первый знак сдвинут к торцу дросселя. Цветовые знаки считываются слева на право в следующем порядке:

• первая полоса – первая цифра;

• вторая полоса – вторая цифра;

• третья полоса – множитель;

• четвертая полоса – допуск.

Если для кодировки используют три полосы, то допуск считается равным ±20%. Если для кодировки используются две полосы, индуктивность указывается в единицах мГн с допуском равным ±20%.

Цвета знаков маркировки номинальной индуктивности и допуска соответствуют цветам, указанным в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Цвета знаков маркировки номинальной индуктивности и допуска

Цвет знака	Условное обозначение	Номинальная индуктивность, мкГн			Допуск, %
		1 цифра	2 цифра	Множитель
Серебристый	Срб	-	-	10^-2	±10
Золотистый	Зол	-	-	10^-1	±5
Черный	Чер	-	0	1	±20
Коричневый	Кор	1	1	10	±1
Красный	Крс	2	2	10^2	±2
Оранжевый	Орн	3	3	10^3	-
Желтый	Жел	4	4	-	-
Зеленый	Зел	5	5	10^5	-
Голубой	Гол	6	6	10^6	-
Фиолетовый	Фио	7	7	10^7	-
Серый	Сер	8	8	10^8	-
Белый	Бел	9	9	10^9	-

Пример цветовой маркировки высокочастотного дросселя приведен на рис.3.4.