Вопрос 20. Материалы магнитных сердечников катушек индуктивности.

Катушки индуктивности без сердечников мало пригодны для микроминиатюризации, для получения малогабаритных катушек высокой добротности применяют магнитные сердечники. Катушки с сердечником имеют меньшее число витков при заданной индуктивности, малую длину провода и меньшие массогабаритные характеристики. Ценным свойством катушек индуктивности с магнитным сердечником является возможность подстройки, т.е. изменение индуктивности в небольших пределах, осуществляемое перемещением сердечника. Также катушки нашли широкое применение в телевидение, радиоприемниках, радиопередатчиках.

Материалы магнитных сердечников. Сердечники катушек изготавливаются из магнитодиэлектриков и ферритов. Рассмотрим магнитодиэлектрики. Магнитодиэлектрики получают из альсифера ( Al, Si, Fe) и карбонильного железа. Магнитодиэлектрический альсифер получается прессованием порошка из сплава альсифер (кремний, алюминий, железо) с диэлектриком бакелитом (смесь фенола иформальдегида – синтетическая смола). Имеют начальную магнитную проницаемость μ₀, от 6 до 100ед., f 200МГц. Магнитодиэлектрическое карбонильное железо получается прессованием порошкообразного карбонильного железа с бакелитом стерролом или алюминопластом. Свойства и область применения магнитодиэлектриков зависит от размера металлических зерен. Например, карбонильное железо марки Р-2 с диаметром зерен 2мкм, предназначен для катушек работающих в УКВ диапазоне; Р-8: диаметр 8мкм, предназначен для катушек работающих на длинных и средних волнах.

Ферриты – образуются обжигом прессованной смеси из солей или окислов таких металлов как никель Ni, марганецMn, литийLi, медьCu, свинецPb, цинкZn, кадмийCd и окислов железа (Fe₂O₃). Ферриты представляют полупроводниковую керамику с высокой магнитной проницаемостью μ₀ 4000ед. и удельным сопротивлением до 10⁸Ом·м. Последнее обеспечивает малые потери на вихревые токи даже на сверхвысоких частотах. Свойство ферритов зависит от температуры при t 80 200°С магнитные свойства феррита пропадают. Недостатком является гигроскопичность и подверженность старению (μ₀ изменяется на 1% в год). Из-за их достоинств ферриты получили очень широкое применение. Например, никель цинковые (Ni-Zn) ферриты обладают удовлетворительными характерами в достаточно большом диапазоне широт. В контурах длинных и средних волн применяются ферриты с магнитной проницаемостью μ₀ 600 2000. В контурах коротких волн μ₀ 50 200, в контурах УКВ μ₀ 5 25. Применение ферритов позволяет изготавливать миниатюрные катушки с высокой добротностью. Если предположить, что в сердечнике нет потерь, то добротность в катушке с сердечником:

Q_c= μ_c·Q,

где Q – добротность катушки без сердечника, μ_с – действующая магнитная проницаемость.

,

где L_c– индуктивность катушки с сердечником, L – индуктивность катушки без сердечника.

С учетом потерь в сердечнике добротность катушки с сердечником:

Q_c≈ ·Q.

21.Типы магнитных сердечников катушек индуктивности.

Рассмотрим основные типы магнитных сердечников. Простейшими являются цилиндрические сердечники, достоинства которых является конструктивная простота и возможность применения в других типовых катушках без существенного изменения их конструкции. Недостатком является низкое использование магнитных свойств, магнитного материала, которое в основном определяется соотношением между диаметром длиной катушки и диаметром сердечника. Чем выше магнитная проницаемость материала, чем ниже частота и чем ближе к виткам катушки расположен сердечник, тем выше его действующая магнитная проницаемость и тем больше коэффициент использования магнитных свойств (К_μ):

.

Цилиндрические сердечники могут быть с резьбой, гладкие, трубчатые. Сердечники с резьбой используются для подстройки катушек. Гладкие используются для подстройки внутренних антенн для высокочастотных дросселей. Трубчатые сердечники применяются в основном в ферроварнометрах. Цилиндрические сердечники катушечной формы дают больше использование магнитных свойств, магнитного материала и используется в контурах приемниках и высокочастотных дросселях. Цилиндрические сердечники броневого типа изготавливаются из карбонильного железа, ферритов. Они могут быть замкнутыми и разомкнутыми цепями. Они дают еще больше использование магнитных свойств, что позволяет получать катушки индуктивности меньшего размера. Рассмотрим их. Сердечники с разомкнутой цепью обеспечивают большую добротность, меньшую зависимость параметров от частоты и напряженности магнитного поля, могут работать на более высоких частотах. Ценным свойством броневых сердечников является слабое внешнее поле. Это ослабляет паразитные связи и позволяет сближать электронные компоненты. Эти сердечники применяются в радиоприемниках, длинных и средних волн и усилителя промежуточной частоты. Нарисуем конструкцию сердечника броневого типа с замкнутой цепью.

Рисунок 7: 1 – сердечник стержень (подстроечник), 2 – сердечник чашка.

Нарисуем с разомкнутым контуром магнитопроводом.

Рисунок 8

Намотка катушек индуктивности с броневыми сердечниками выполняются или «кучей» на специальном диэлектрическом каркасе подразделяемым на несколько секций, или в виде универсальной катушки. Для намотки используется одножильный медный провод в эмалевой лакостойкой изоляции. ПЭЛ диаметром 0,1 – 0,15мм. Для увеличения добротности катушек на средних волнах на 30-40% применяют лицендрат. Это специальный высокочастотный многожильный провод, который состоит из тонких изолированных жилок. Использование сердечника подстроечника изменяет индуктивность катушек с замкнутым сердечником примерно на 20%, а катушек с разомкнутым сердечником примерно на30%. Это понижает требование в точности изготовления катушек. Броневые сердечники из карбонильного сердечника – СБ; а из ферритов – Б и ОБ.

Наиболее полное использование магнитных свойств дают фтороидальные сердечники. Эти сердечники изготавливаются из альсифера или ферритов. Достоинства: высокие значения магнитной проницаемости μ₀ и добротности Q_с; Q_с = 400-500 и практически полное отсутствие внешнего поля. Это устраняет необходимость экранирования и связанного с ним увеличения размеров аппаратуры.