3 Катушки индуктивности
3.1 Природа индуктивности и классификация катушек индуктивности
Для создания катушек индуктивности используется эффект взаимодействия магнитного поля и переменного тока. Коэффициент пропорциональности между переменным напряжением и током с учетом частоты имеет смысл реактивного сопротивления jωL, где L – коэффициент пропорциональности. Для увеличения индуктивности провод, по которому протекает ток, наматывают в виде катушки. При этом добавляется взаимная индуктивность между витками и индуктивное сопротивление, то есть значение коэффициента пропорциональности увеличивается.
Катушки используются в РЭА как дроссели для перераспределения переменного тока по цепям и создания индуктивной связи между цепями. При их использовании вместе с конденсаторами образуются колебательные контуры, входящие в состав фильтров и генераторов высокочастотных колебаний. Следует отметить, что под катушками индуктивности будем понимать те индуктивные элементы, которые работают в диапазоне радиочастот от 100 кГц и выше.
Для классификации радиочастотных индуктивных элементов используются различные признаки: наличие или отсутствие сердечника, характер намотки – однослойная (с шагом или без шага) или многослойная (рядовая, универсальная, внавал), рабочая частота, количество обмоток, наличие или отсутствие каркаса, наличие или отсутствие экрана.
3.2 Условное обозначение
3.2 Схема замещения. Основные параметры
Схема замещения (рис. 3.1) катушки отображает ее основные свойства и содержит не только основной параметр, индуктивность L, но и ряд дополнительных параметров:
L
– индуктивность,
rL – активное сопротивление катушки,
СL – паразитная емкость – емкость между витками и емкостью корпуса,
RCL – активное сопротивление паразитной емкости
Основные параметры:
номинальная индуктивность Lном;
допуск δL;
температурный коэффициент индуктивности
ТКИ =
К-1;
добротность катушки индуктивности QL. – это отношение реактивного сопротивления к активному сопротивлению в эквивалентной схеме. Добротность характеризует относительный уровень активных потерь в обмотке катушки, собственной емкости, сердечнике и экране.
Большое значение имеют также конструкторские параметры: надежность, габариты, масса, диапазон температур, влагостойкость, устойчивость против механических воздействий, а также технологичность катушки.
3.3 Стабильность катушек без сердечника
При применении катушек в контурах также большое значение имеет стабильность индуктивности. Наиболее высокой стабильностью обладают однослойные катушки без сердечников. Стабильность индуктивности однослойной катушки зависит от изменения диаметра каркаса при воздействии температуры. Однако при оценке температурной стабильности катушки необходимо учитывать также то, что в высокочастотных катушках в результате поверхностного эффекта ток протекает не по всему сечению провода, а по той части, которая примыкает к каркасу. При этом среднее значение толщины слоя проводника, активно используемого током и определяющего эффективный диаметр, по которому циркулирует ток в витках катушки, зависит от частоты тока, размеров катушки и диаметра провода.