3.3. Катушки индуктивности. Дроссели. Трансформаторы

Основным параметром, характеризующим свойства катушек индуктивности и дросселей, является индуктивность. Индуктивность катушки зависит от её размеров и формы, количества витков и магнитной проницаемости среды. Индуктивность измеряется в генри (Гн), миллигенри (мГн) и микрогенри (мкГн).

1мГн = Гн;

1мкГн = мГн = Гн.

3.3.1. Катушки индуктивности.

В зависимости от назначения катушки индуктивности делятся на контурные (совместно с конденсатором они образуют колебательные контуры) и катушки связи (Здесь они способствуют передаче высокочастотных колебаний из одной цепи в другую).

Основными параметрами катушек индуктивности являются:

- добротность Q_L. Характеризует потери энергии в катушке и определяется отношением её индуктивного сопротивления к активному сопротивлению:

Q_L = . Чем больше добротность, тем качественней катушка.

- температурный коэффициент индуктивности (ТКИ) характеризует относительное изменение индуктивности катушки при изменении температуры окружающей среды на 1°С. ТКИ имеет положительное значение и для его компенсации в контурах применяют конденсаторы с отрицательным ТКЕ.

- собственная ёмкость катушки возникает из-за близкого расположения витков обмотки. Действие собственной ёмкости аналогично подключению конденсатора параллельно катушке и в большинстве случаев нежелательно. Обмотки катушки наматываются в один или несколько слоёв. Однослойные катушки (индуктивностью до 100мкГн) используются обычно на частотах свыше 1,5 – 2,0 МГц. Индуктивность однослойной цилиндрической катушки с достаточной степенью точности вычисляется по формуле:

L = 6·D·w²·мкГн, где

D – диаметр намотки, мм;

w – количество витков.

Катушки для низких частот индуктивностью более 100мкГн имеют многослойную обмотку. Индуктивность многослойной цилиндрической катушки определяется по формуле:

L = Dмин.· w²·мкГн, где

Dмин – минимальный диаметр намотки, мм;

w – количество витков.

Каркасы катушек изготавливают из радиофарфора, полистирола, гетинакса, а иногда пользуются бескаркасными катушками.

Для намотки катушек используют медные провода таких марок:

ПЭВ-1 – провод, покрытый высокопрочной эмалью в один слой.

ПЭВ-2 – то же в два слоя.

ПЭЛ – провод, покрытый лакостойкой эмалью.

ПЭЛШО – то же самое в шёлковой изоляции.

ЛЭШО (литцендрат) – это высокочастотный обмоточный провод, состоящий из пучка эмалированных проволок диаметром 0,05; 0,07; 0,1 или 0,2 мм. Например: ЛЭШО 70,07.

При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме всех индуктивностей:

L_общ = L₁ + L₂ + ···+L_n.

При параллельном соединении:

L_общ = .

При введении в катушку сердечника из ферромагнитного материала её индуктивность увеличивается. Кроме того, увеличивается добротность катушки, а также появляется возможность плавно менять индуктивность катушки введением и выведением сердечника. В последнее время особое внимание уделяется разработке и созданию оксидных ферромагнетиков (оксиферов) или, как их называют, ферритов. Они изготавливаются на основе окиси – закиси железа (FeO·Fe₂·O₃), в которых двухвалентные атомы железа заменяются атомами других металлов, при этом значительно возрастает магнитная проницаемость и сопротивление нового магнитного материала. (Наиболее часто  используются марганец, цинк, никель, кобальт, барий).

Сердечники бывают различной конфигурации и размеров:

- цилиндрические сердечники СЦР – сердечник цилиндрический с резьбой;

СЦГ – сердечник цилиндрический гладкий.

- броневые сердечники. Состоят из двух чашек: верхней и нижней, внутри которых помещается каркас с обмоткой. Изготавливаются из карбонильного железа и ферритов.

- кольцевые (торроидальные) сердечники. Изготавливаются из альсиферов и ферритов.

Катушки индуктивности на схемах обозначаются буквой L с порядковым номером в пределах схемы (рис.3.3.1).

Дроссели

Дроссели – это катушки индуктивности, включённые в цепь для увеличения сопротивления переменному току. Сопротивление дросселя:

X_L = 2·π·f·L, где

 f – частота переменного тока;

L – индуктивность дросселя.

Обозначения ферритов расшифровываются следующим образом:

1)      цифры перед буквами характеризуют начальную магнитную проницаемость феррита;

2)      первая буква указывает, что материал низкочастотный;

3)      вторая буква указывает на материал феррита;

4)      цифра после букв, если она есть, указывает на основные свойства материала.

Например:

600НН

600 – начальная магнитная проницаемость;

Н – низкочастотный;

Н – никель – цинковый.

1500НМ

М – марганец – цинковый.

Кодирование ферритов, предназначенных для работы на высоких частотах, несколько иное:

150ВЧ

150 – начальная магнитная проницаемость

ВЧ – высокочастотный никель – цинковый.

Рис.3.1.1. Условные графические обозначения катушек индуктивности.

а – катушка индуктивности без сердечника;

б – катушка индуктивности с отводами;

в – катушка индуктивности с магнито-электрическим сердечником;

г – катушка индуктивности с ферритовым сердечником;

д – с ферромагнитным подстроечным сердечником;

е – с подстроечным сердечником из немагнитного материала;

ж – катушка индуктивности в экране, соединённым с общим проводом (корпусом устройства).