1.3.7 Катушки индуктивности. Соединение индуктивностей

Индуктивности подразделяются на катушки для резонансных цепей и на дроссели. Катушки для резонансных цепей должны иметь малое сопротивление переменному току (рис. 1.12,а). Чем выше частота, тем меньше количество витков в катушке. На корот­ких и ультракоротких волнах применяются катушки без каркаса или на керамическом каркасе с однослойной намоткой витков мед­ным посеребренным проводом.

Дроссели — это постоянные индуктивности, служащие для пре­граждения пути переменным токам. Для цепей низкой частоты они изготовляются с железными сердечниками, для высокой часто­ты — без сердечника.

Изменение индуктивности достигается с помощью сердечников, вводимых в катушку, а также изменением взаимного расположе­ния двух катушек (вариометр) или изменением величины воздуш­ного зазора магнитопровода (пути, по которому проходят магнитные силовые линии).

Введение железного сердечника внутрь ка­тушки увеличивает ее индуктивность. При введении медного или латунного сердечника индуктивность уменьшается. Увеличение воздушного зазора магнитопровода также уменьшает индуктив­ность катушки.

Соединение нескольких катушек индуктивности может произ­водиться последовательно и параллельно (рис. 1.13). Если катуш­ки соединены последовательно и между ними нет индуктивной связи, общая индуктивность равна сумме индуктивностей отдель­ных катушек:

При последовательном соединении двух индуктивно связанных катушек общая индуктивность определяется по формуле

где М — коэффициент взаимоиндукции, который берется со знаком плюс, если токи в катушках имеют одинаковое направление, и со знаком минус — при противоположном направлении токов.

При параллельном соединении не связанных между собой маг­нитным полем индуктивностей общая индуктивность вычисляется по формуле

1.4 Ёмкость

1.4.1 Электрическая емкость. Соединение конденсаторов

Способность тела накапливать электрические заряды q с одно­временным повышением потенциала φ до определенного уровня называется электрической емкостью:

За единицу емкости принята фарада (Ф). 1 фарада есть ем­кость такого тела, которое при заряде 1 кулон увеличивает потен­циал на 1 вольт.

Фарада очень большая единица. На практику пользуются более мелкими единицами емкости: микрофарадой (мкФ) и мик­ромикрофарадой (мкмкФ):

Микромикрофараду часто называют пикофарадой (пФ).

Накопление электрических зарядов производится в приборах, называемых конденсаторами. Две изолированные металлические пластинки, разделенные диэлектриком, образуют простейший кон­денсатор. Если пластины конденсатора соединить с полюсами ис­точника тока (одну с отрицательным, а другую с положительным), конденсатор зарядится. Одна пластина приобретает положитель­ный заряд, другая — отрицательный. При отключении источника заряд пластин сохраняется.

Часто пластины конденсатора называют обкладками. Обклад­ки изготовляются из станиоля, алюминия, латуни. В качестве диэлектрика применяются слюда, воздух, масло, бумага, парафин керамика.

Емкость плоского конденсатора, образованного двумя плас­тинами, определяется по формуле

где С — емкость, Ф;

ε — проницаемость изолирующего вещества, Ф/м;

S — площадь одной пластины, м²;

d — расстояние между пластинами, м.

Из формулы следует, что емкость конденсатора растет с увели­чением площади пластин и диэлектрической проницаемости диэ­лектрика и с уменьшением толщины диэлектрика.

Диэлектрическая проницае­мость (или диэлектрическая по­стоянная) е показывает, во сколь­ко раз электрические заряды в данном диэлектрике взаимодей­ствуют между собой слабее, чем в вакууме.

Применение специальной ке­рамики с высокой диэлектриче­ской проницаемостью позволяет изготовить конденсаторы неболь­ших габаритов на сравнительно большую емкость.

Конденсатор пропускает толь­ко переменный ток и не про­пускает постоянный.

Конденсатор можно зарядить до определенного напряжения. Увеличение напряжения выше этой величины вызывает пробой диэлектрика. Диэлектрик начи­нает проводить электрический ток, и конденсатор выходит из строя. Величина пробивного на­пряжения зависит от электриче­ской прочности диэлектрика. Электрическая прочность ди­электрика определяется напря­жением, при котором происхо­дит пробои диэлектрика толщиной 1 мм. Она измеряется в ки­ловольтах на миллиметр (кВ/мм).

Напряжение, при котором работает конденсатор длительное время, называется рабочим напряжением конденсатора. Оно в два-три раза меньше пробивного. Заряженный до определенного на­пряжения конденсатор постепенно разряжается. Это объясняется прохождением небольшого тока через слой диэлектрика. Чем выше качество диэлектрика, тем большее время сохраняется за­ряд на конденсаторе. Ток, проходящий через диэлектрик конден­сатора, называется током утечки, а сопротивление, оказываемое току утечки, — сопротивлением утечки.

Соединение конденсаторов бывает последовательное, парал­лельное и смешанное (рис. 1.14).

Последовательное соединение конденсаторов применяется для уменьшения емкости, предотвращения пробоя конденсаторов, в делителях, в колебательных контурах. Рабочее напряжение каж­дого конденсатора при последовательном соединении может быть меньше напряжения источника тока в несколько раз. Напряжений, подведенное от источника, при последовательном соединении равно сумме напряжений на каждом конденсаторе, а заряды всех конденсаторов одинаковы:

Величина, обратная общей ёмкости последовательно соединённых конденсаторов (1/C), равна сумме обратных величин ёмкостей отдельных конденсаторов:

Параллельное соединение конденсаторов применяют для уве­личения емкости. При этом виде соединения напряжение на каж­дом конденсаторе одинаково и равно напряжению источника тока, от которого заряжаются конденсаторы. Общий заряд равен сумме зарядов, накопленных каждым конденсатором. Общая ем­кость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме ём-костей каждого конденсатора:

Смешанное соединение конденсаторов является сочетанием по­следовательного и параллельного соединений конденсаторов. Об­щая емкость при этом подсчитывается по формулам для последо­вательного и параллельного соединений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется электрической емкостью?

2. В каких единицах измеряется электрическая емкость? Дать определение их.

3. От чего зависит емкость конденсатора?

4. Особенности последовательного и параллельного соедине­ний конденсаторов.