7.4. Катушки индуктивности.

7.4.1. Свойства катушек индуктивности.

Катушка индуктивности — элемент электрической цепи характеризуемый индуктивным сопротивлением . При прохождении тока по обмотке катушки вокруг неё создаётся магнитное поле, потокосцепление самоиндукции которого равно , где Ф — магнитный поток в магнитопроводе; W — число витков катушки.

Индуктивность катушки, характеризует магнитные свойства катушки и для катушки с замкнутым сердечником равна , где R_М — магнитное сопротивление магнитопровода Величина индуктивности катушки зависит от формы и размеров катушки и магнитной проницаемости среды или иначе зависит от числа витков катушки W, диаметра, длины и материала сердечника.

В цепи переменного тока в соответствии с законом Ома на катушке происходит падение напряжения ( . В цепях постоянного тока падение напряжения на катушке примерно равно нулю .

В катушке при изменении тока индуктируется ЭДС самоиндукции . Энергия магнитного поля катушки может быть представлена в виде

В отличии от резисторов и конденсаторов, катушки не являются стандартизированными изделиями, а изготовляются для конкретных целей и имеют такие параметры, которые необходимы для осуществления преобразований электрического тока и напряжения.

7.4.2. Конструкция катушек индуктивности.

Конструкционной основой катушки индуктивности является диэлектрический каркас, на который наматывают провод в виде спирали. Обмотка может быть однослойной (рис 7.7а), или многослойной (рис.7.7б).

Рис.7.7. Виды обмоток катушек индуктивности: а — однослойная обмотка; б — многослойная обмотка; в — секционированная обмотка; г — плоская спиральная катушка индуктивности ИМС.

В некоторых случаях обмотка делается секционированной (рис.7.7в). В интегральных схемах применяют плоские спиральные катушки индуктивности (рис.7.7г).

Для увеличения индуктивности применяют магнитные сердечники. Помещённый внутрь катушки сердечник концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает её индуктивность. Перемещением сердечника внутри каркаса можно менять индуктивность. Магнитопроводы (сердечники) могут быть замкнутыми либо разомкнутыми. Сердечники изготавливаются из ферромагнитных материалов (магнитодиэлектриков, ферритов). На высоких частотах (десятки – сотни мегагерц) применяют подстроечные цилиндрические сердечники из диамагнетиков (латунь, медь). При введении этих сердечников внутрь катушки индуктивность уменьшается. В катушках индуктивности, работающих на низких частотах ( до 1 кГц), в качестве сердечников используют пермаллои. При этом магнитопровод собирается из тонких пластин толщиной 0,0020,1 мм. Для уменьшения влияния электромагнитного поля катушки на другие элементы схемы, а также для уменьшения влияния внешних полей на катушку индуктивности её могут располагать внутри металлического экрана.

7.4.3. Классификация катушек индуктивности.

По конструкции катушки индуктивности делятся на: каркасные и бескаркасные.

По возможности катушки индуктивности делятся на катушки с постоянной индуктивностью, с подстраиваемой индуктивностью, с изменяемой индуктивностью. Катушки, в которых предусмотрена возможность изменения индуктивности в процессе эксплуатации, состоит из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижна, другая располагается внутри первой и может вращаться. При изменении положения оси одной катушки относительно другой меняется значение взаимоиндукции и суммарная индуктивность . Такая система позволяет изменять индуктивность в 4-5 раз.

Небольшие изменения величины индуктивности катушки могут быть осуществлены подстроечными сердечниками и изменением величины воздушного зазора там, где это возможно.