Природа индуктивности и классификация катушек индуктивности

КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

 

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 j ω L, 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

 

 

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,

r_L – активное сопротивление катушки,

С_L – паразитная емкость – емкость между витками и емкостью корпуса,

R_CL – активное сопротивление паразитной емкости

Основные параметры:

· номинальная индуктивность L _ном;

· допуск δ L;

· температурный коэффициент индуктивности

ТКИ = К^-1;

· добротность катушки индуктивности Q _L. – 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.

 

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

 

Трансформаторы питания

 

Трансформаторы питания предназначены для преобразования переменного напряжения первичного источника в любые другие значения напряжения, необходимые для нормального функционирования аппаратуры.

Их можно разделить на три подгруппы:

- маломощные трансформаторы с выходной мощностью менее 1 кВт и напряжением не более 1000 В (широко применяются в РЭА и в составе источников вторичного электропитания аппаратуры разного назначения);

- мощные трансформаторы питания с выходной мощностью более 1 кВт (в РЭА применяются только для мощных источников питания передатчиков и усилителей);

- высоковольтные трансформаторы, напряжение на обмотках которых превышает 1000 В или обмотки которых находятся под высоким потенциалом (используются в РЭА в составе выпрямителей для питания магнетронов, электронно-лучевых трубок).

Границы между этими группами условны и в основном определяются тем, при какой мощности и в каком напряжении происходит изменение конструкции трансформатора, то есть изменение конструкции магнитопровода, изоляционных материалов, марок проводов.

На конструкцию трансформаторов питания существенно влияет частота. Поэтому дополнительно они классифицируются по частоте питающего напряжения, например трансформаторы, работающие от сети 50 или 400…1000 Гц. Трансформаторы в этом случае называют сетевыми в отличие от преобразовательных, используемых в статических преобразователях.

В статических преобразователях трансформаторы работают в режиме, отличном от режима, в котором работают сетевые, и на других частотах, обычно значительно более высоких (для уменьшения размеров трансформатора). Частота, на которой работает трансформатор, определяется не частотой сети, а допустимой частотой для магнитопровода трансформатора, входящего в состав генератора (при проектировании устройств питания).

Трансформаторы согласования

 

Трансформаторы согласования предназначены для передачи переменных электрических сигналов, несущих полезную информацию, для изменения уровня напряжений (токов) при сохранении мощности и минимальном искажении сигнала.

По положению в схеме трансформаторы согласования делятся:

‑ входные,

‑ промежуточные,

‑ выходные.

По частоте:

‑ низкочастотные,

‑ импульсные.

Основное назначение импульсных трансформаторов – это вырабатывать импульс заданной формы или передавать импульсы заданным уровнем напряжения. Применяются для передачи импульсов длительностью от 0,2 до 100 мкс. Они должны передавать сигналы с минимальными искажениями.

 

 

Конструкции трансформаторов

 

Основным элементом конструкции трансформаторов являются обмотка и магнитопровод.

Обмотка – это провод с изоляцией. Она может наматываться на каркас, назначение которого придать механическую прочность и жесткость конструкции. На потери каркас не влияет. Обмотка должна быть теплостойкой и теплопроводящей для того, чтобы отводить тепло от внутренних объемов.

Конструкция содержит выводы в виде штыков или лепестков, которые устанавливаются на каркасе или специальной ленте. К выводам присоединяются концы обмоток и элемента схемы.

Форма трансформатора определяются формой магнитопровода. Форма магнитопровода бывает стержневая, броневая, тороидальная (рис 4.7).

Броневые сердечники, используемые в микроэлектронике должны иметь малые габариты и вес. Их делают плоскими из тонких лент или типа шпули.

 

Для трансформаторов питания сердечники изготавливаются из электротехнической стали (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Частота f, Гц	Марка стали	Высота h, мм
	Э310	0,35 – 0,5
	Э340	0,8
	Э360	0,008
> 1000	пермаллой, 50Н, МКМП	–
> 20000	ферриты	–

 

По способу защиты от внешнего воздействия трансформаторы бывают:

‑ герметизированные,

‑ капсулированные,

‑ открытые.

В первом случае трансформатор заключают в металлический корпус и заливают компаундом. Во втором случае трансформатор помещают в разъемную форму и обволакивают компаундом или пластмассой. В открытых трансформаторах обмотки пропитывают битумными или водоэмульсионными лаками.

 

Активные элементы индикации

 

При конструировании РЭА широко используются такие активные ЭИ, как электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), лампы накаливания, вакуумные люминесцентные индикаторы (ВЛИ), светоизлучающие диоды (СИД), газоразрядные, волоконно-оптические и лазерные индикаторы.

 

 

Электронно-лучевые трубки

 

Широкое распространение в технике отображения информации получили ЭЛТ. В настоящее время разработаны новые их типы, работающие в качестве специальных индикаторов-дисплеев или экранных пультов.

Появление микропроцессоров способствовало дальнейшему развитию индикаторов на ЭЛТ. Сейчас создаются цветные ЭЛТ с индексацией положения луча, в которых для модуляции луча по фазе (цвету или цветовому тону) и амплитуде (насыщенности цвета и яркости) в соответствии с его положением на экране используется ЭВМ с высокостабильными преобразующими схемами.

 

 

Лампы накаливания

 

Наиболее известными из активных элементов индикации являются также лампы накаливания, предназначенные для работы в разнообразных устройствах отображения информации. Разработаны и применяются лампы накаливания различных видов: от сверхминиатюрных с баллоном менее 1,5 мм и световым потоком свыше 350 лм до больших с баллоном 350 мм и световым потоком, превышающим 25000 лм.

 

 

Индикации

 

Электрогальванопластические элементы индикации представляют собой миниатюрную электрическую герметизированную ванночку, в которой при пропускании тока металл катода осаждается на прозрачном аноде, вследствие чего ячейка темнеет и теряет окраску электролита. Скорость «перекраски» составляет доли секунды, но сама ячейка обладает эффектом устойчивой памяти.

Принцип действия электрофоретических элементов индикации основан на миграции взвешенных в нерастворяющей окрашенной жидкости мелкодисперсных частиц другого цвета, которые под влиянием электрического поля в несколько вольт «прилипают» к одному из электродов ячейки. В связи с невысокими эксплуатационными характеристиками электрофоретические ЭИ пока применяют только в мнемосхемах.

КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

 

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 j ω L, 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