Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА Радиотехнический факультет Кафедра электронных систем и устройств

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к индивидуальной работе на тему «Расчет катушки индуктивности»

Выполнил: Горшихин А.П. Вариант № 4 Проверил: Макарычев Ю.И.

Самара 2012

Содержание

Оглавление

Задание 3

Решение 3

Выбор размеров и материала каркаса и сердечника 5

Вычислим L_расч по выбранным данным размеров КИ 8

Расчет катушки индуктивности 8

Расчет числа витков 9

Расчет оптимального диаметра провода 10

Учет влияния экрана 12

Расчет собственной емкости катушки 15

Расчет добротности катушки 16

Расчет температурного коэффициента индуктивности(ТКИ) 19

Выбор емкости контура 20

Данные колебательного контура 22

Список использованных источников 24

Задание

Рассчитать индуктивность колебательного контура на резонансной частоте(f₀=5,6 МГц). При условии, что емкость контура С_к= 82пФ. Имеем сердечник цилиндрический резьбовой СЦР-1 из карбонильного железа Р-10, экран алюминиевый.

Выбрать материал и размеры каркаса, тип намотки, определить число витков и оптимальный диаметр провода. Вычислить собственную емкость, добротность, температурный коэффициент индуктивности и температурный коэффициент частоты.

Решение

Рисунок 1 Электрическая схема колебательного контура

Рисунок 2 Эквивалентная электрическая схема замещения катушки индуктивности

L – индуктивность катушки

C₀ – собственная емкость катушки: емкость между витками, слоями, между обмоткой и сердечником, между обмоткой и экраном

r_f – активные потери в проводнике при высоких частотах за счет близости поверхности

r_д – активные потери в диэлектрике за счет поляризации

Общие сведения о высокочастотных(ВЧ) катушках индуктивности.

ВЧ называются катушки индуктивности, сопротивление которых имеет индуктивный характер на частотах 100кГц…400МГц. Они применяются в качестве элементов колебательных контуров, для получения связи между элементами электроцепи или создания на отдельных участках электрической цепи заданных реактивных сопротивлений индуктивного характера.

ВЧ катушки с переменной индуктивностью используются для перестройки аппаратуры в процессе изготовления.

Наша задача заключается в проектировании подстраиваемой катушки индуктивности при условии исходных данных.

Для решения задачи необходимо вычислить заданную индуктивность L_k для получения условий резонансной частоты f₀

Расчет индуктивности колебательного контура.

Зная соотношение L_k и f₀ как (Гц) (1)

Можем вывести, что (Гн) (2)

Производим вычисления и получаем:

L_k=9,86 мкГн

Рисунок 3 конструкция катушки индуктивности

Прежде чем приступить к дальнейшим вычислениям, для удобство нарисуем чертеж катушки индуктивности

l_c – длина сердечника

l_k – длина намотки

D_c – диаметр сердечника

D_k – диаметр катушки

d – диаметр провода без изоляции

Выбор размеров и материала каркаса и сердечника

Выбор типа сердечника и следовательно конструкции катушки зависит от требований, предъявляемых к катушке индуктивности(КИ). Например, для малогабаритных КИ, к добротности которых не предъявляется высоких требований, целесообразно применить сердечники из ферритов с высокой начальной магнитной проницаемостью (µ_н). Для повышения добротности (Q) следует применять ферриты с возможно большим отношением µ_н/tgδ (tgδ-тангенс угла общих потерь). Дальнейшее повышение добротности может быть достигнуто введением немагнитного зазора (сердечники с разомкнутой магнитной цепью обладают меньшей относительной проницаемостью, вносят меньше потерь). Если к катушке предъявляются повышенные требования в отношении температурной стабильности индуктивности, то следует выбирать термостабильные ферриты и сердечники с зазором или сердечники из карбонильного железа. Кроме того, выбор типа сердечника производят относительно резонансной частоты контура.

В условиях нашей задачи дан сердечник из карбонильного железа Р-10.

Магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа изготавливаются прессованием порошка карбонильного железа: Р – для радиоаппаратуры и Пс – для проводной связи. Кроме того из Р, методом отжига получают восстановленное карбонильное железо(ВЖК), отличающееся повышенной магнитной проницаемостью и повышенными потерями.

Итак, имея сердечник из карбонильного железа Р-10 цилиндрический резьбовой СЦР-1, можем выбрать материал каркаса. Для каркасов К.И. с высокой стабильностью применяют радио керамику типа: радиофарфор, ультрафарфор и высококачественный стеатит. Пусть материалом длянашей КИ будет выбран ультрафарфор.

После выбора конструкции сердечника можно выбрать тип намотки марку провода. Тип намотки определяется требуемой величиной индуктивности и в меньшей степени типом сердечника.

При заданной резонансной частоте f₀=5.6 МГц, целесообразно использовать однослойную намотку. Для катушек с однослойной рядовой обмоткой изготавливают гладкие каркасы, для катушек с шаговой – каркасы с канавкой. Катушки с шаговой обмоткой отличаются меньшей собственной емкостью и большей добротностью.

Сопоставив данных таблицы значений предельных индуктивностей относительно диаметра каркаса, делаем вывод, что для решения нашей задачи необходимо выбрать катушку с рядовой обмоткой. Если диаметр нашего сердечника D_c = 6мм пусть диаметр каркаса будет около 8,9 мм (тогда диаметр катушки для расчетов D_k=9мм) а длину каркаса выберем Н=14мм, h=10,1мм (тогда длина катушки для расчетов l_k = 10мм). Исходя из условий диаметра провода и пересчитав коэфициенты найти расчетную индуктивность (L_расч).