Катушки индуктивности
Катушка индуктивности - деталь, которая имеет спиральную обмотку и может
концентрировать переменное магнитное поле. В отличие от
резисторов и
конденсаторов
катушки индуктивности являются нестандартными радиодеталями и их конструкция
определяется назначением конкретного устройства.
Основные параметры катушки индуктивности:
- Индуктивность
- Добротность катушки индуктивности
- Собственная ёмкость катушки индуктивности
- Температурная стабильность (температурный коэффициент)
Величина индуктивности прямо пропорциональна размерам катушки и количеству витков.
Индуктивность также зависит от материала сердечника, введённого в катушку и наличия экрана.
Расчёт катушки индуктивности выполняется с учётом этих факторов.
При введении в катушку сердечника из магнитных материалов (феррит, альсифер,
карбонильное железо, магнетит) её индуктивность увеличивается. Это свойство
позволяет уменьшить количество витков в катушке для получения требуемой индуктивности
и тем самым уменьшить её габариты. Это особенно важно на низкочастотных диапазонах,
когда нужна большая индуктивность. Погружая сердечник в катушку на разную глубину
изменяют её индуктивность. Это свойство использовалось в старых радиоприёмниках
при настройке на радиостанцию. В современных приборах наиболее часто это свойство
используется в индуктивных бесконтактных датчиках. Такие датчики реагируют на
приближение металлических предметов.
Влиять на индуктивность катушки можно и при отсутствии в ней подвижного сердечника.
В этом случае одну из двух последовательно соединённых катушек помещают внутри другой.
Если затем изменять её положение, то индуктивность также будет изменяться. Такая
конструкция катушек называется вариометр.
Добротность катушки индуктивности – это качество работы катушки в
цепях переменного тока. Добротность катушки индуктивности определяют как отношение её индуктивного
сопротивления к активному сопротивлению. Грубо говоря, индуктивное сопротивление –
это сопротивление катушки переменному току, а активное сопротивление – это
сопротивление катушки постоянному току и сопротивление, обусловленное потерями
электрической мощности в каркасе, сердечнике, экране и изоляции катушки.
Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и её качество.
Таким образом, можно сказать, что чем выше добротность, тем меньше потери энергии
в катушке индуктивности.
Индуктивное сопротивление определяется формулой:
XL = ωL = 2πfL
Где ω = 2πf – круговая частота (f – частота, Гц); L – индуктивность катушки, Гн.
Добротность катушки индуктивности определяется формулой:
Q = XL / R = ωL / R = 2πfL / R
Где R – активное сопротивление катушки индуктивности, Ом.
ПРИМЕР
Для примера выполним расчёт добротности катушки индуктивности. Характеристики
катушки вы можете ввести в поля, расположенные ниже. Ваш браузер должен поддерживать
выполнение сценариев (скриптов) JavaScript и выполнение сценариев должно быть разрешено в настройках
вашего браузера, иначе расчет не будет выполнен. В вещественных числах целая и
дробная части должны разделяться точкой, например, 10.5.
Для намотки катушки индуктивности обычно используют медный провод в эмалевой изоляции.
Повысить добротность катушки можно с помощь специального вида провода, «жила»
которого состоит из нескольких тонких проволок с волнистой шёлковой изоляцией (ЛЭШО).
Примеры исполнения катушек индуктивности приведении на рис. 1. Условные графические
обозначения катушек индуктивности на электрических схемах приведены на рис. 2.
На рис 2 точка у катушки L2 обозначает начало обмотки (в некоторых схемах это важно).
Рис. 1. Катушки индуктивности.
Рис. 2. Условное графическое обозначение (УГО) катушек индуктивности.
Ёмкость катушки индуктивности
Витки катушки, разделённые слоем изоляции, образуют элементарный
конденсатор.
В многослойных катушках ёмкость возникает между отдельными слоями. Таки образом,
катушка индуктивности обладает не только индуктивностью, но и собственной ёмкостью.
В большинстве случаев собственная ёмкость катушки индуктивности является вредной,
и от неё стремятся избавиться. Для этого катушки индуктивности выполняют со специальными
формами каркаса, а обмотки катушки также выполняют специальными способами. Собственная
ёмкость катушки также увеличивается, если её намотка выполнена рядами виток к витку.
