5 Катушки индуктивности высокой частоты
5.1 Классификация, назначение и условное обозначение катушек индуктивности
Катушка индуктивности (КИ) – электрорадиоэлемент носитель электрической индуктивности.
Основное назначение КИ заключается в осуществлении частотной избирательности и согласовании импедансов цепей. Различают контурные КИ, катушки связи, дроссели высокой частоты.
Катушки индуктивности имеют весьма разнообразные конструкции. Основные конструктивные формы КИ:
- цилиндрические, спиральные, тороидальные;
- с каркасом и без каркаса;
- с сердечником и без сердечника;
- однослойные и многослойные;
- с постоянной или переменной индуктивностью;
- экранированные и неэкранированные и др.
Катушка индуктивности может быть изготовлена путем намотки проводом, вжиганием проводниковой пасты в керамику, с помощью печатной технологии, напылением пленки в вакууме.
Н
а
принципиальных электрических схемах
рядом с условным графическим обозначением
(УГО) катушки индуктивности помещают
ее символическое буквенное обозначение
(латинская прописная буква L)
с порядковым цифровым (иногда буквенным)
индексом. Условно графические обозначения
основных видов КИ представлены на рис.
5.1.
Рис. 5.1 – Условно графические обозначения основных видов КИ
Катушки индуктивности, чаще всего, являются нестандартными изделиями, т.е. они рассчитываются и изготовляются для каждой конкретной аппаратуры.
5.2 Основные параметры катушек индуктивности
Индуктивность – характеризует количество энергии магнитного поля, запасаемого катушкой, при протекании по ней электрического тока. Единица измерения индуктивности – генри (Гн) и ее доли: миллигенри (мГн = 10-3 Гн) и микрогенри (мкГн = 10-6 Гн). В зависимости от назначения, индуктивность катушек может быть от нескольких наногенри до нескольких десятков тысяч миллигенри. В радиотехнической аппаратуре используются высокочастотные катушки с индуктивностью от долей мкГн до десятков мГн.
Индуктивность катушки зависит от ее формы, размеров и числа витков, а также от свойств сердечника или экрана.
Допустимое отклонение индуктивности определяется назначением катушки. Точность КИ предназначенных для контуров с сопряженной настройкой должна быть около ±(0,2 – 0,5) % и выше; точность катушек связи, дросселей ВЧ и других катушек, работающих на частотах далеких от резонансных частот может составлять ±(10-15)%
Добротность КИ в общем случае определяется по формулам
или
где
– сопротивление провода катушки току
высокой частоты на частоте f;
– сопротивление,
вносимое экраном;
– сопротивление,
обусловленное потерей в диэлектрике;
– потери,
вносимые сердечником;
– эквивалентное
сопротивление, характеризующее суммарные
потери в КИ.
Добротности КИ применяемых в РЭС, находится в пределах от 20 до 300 и выше.
Собственная емкость катушки Ск является паразитной и обуславливается распределенной емкостью между отдельными витками и емкостью между обмоткой и корпусом прибора (рис. 5.2).
Рис. 5.2 – Составляющие собственной емкости КИ
Ввиду наличия распределенных емкостей зависимость сопротивления КИ от частоты носит сложный характер. В диапазоне частот 0…f0, сопротивление имеет индуктивный характер; на частоте f0,, называемой собственной частотой катушки, оно становится активным. Частота f0 – это резонансная частота эквивалентного параллельного контура составленного из индуктивности катушки, собственной емкости Ск и сопротивления потерь КИ – . На более высоких частотах определенные части индуктивности и распределенных емкостей образует последовательные и параллельные контуры с резонансными частотами, f1, f2, ….
Таким образом, собственная емкость катушки Ск может быть определена только на низких частотах. Она лежит в пределах от единицы до сотен нФ.
Стабильность КИ – характеризуется изменением ее параметров под воздействием температуры, влажности, во времени. Изменением индуктивности под влиянием температуры характеризуется температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ), который, как правило, имеет величину в пределах (20…300)·10-6 1/град. Обратите внимание на то, что ТКИ всегда имеет положительный знак, поэтому в колебательных контурах необходимо использовать конденсаторы с отрицательным ТКЕ (принцип термокомпенсации).
Надежность. Для высоконадежных катушек наиболее характерны медленные отказы, вызываемые старением диэлектриков и магнитных материалов, окислением проводов и ухудшением изоляции.