Типы намоток катушки индуктивности
Конструкции обмотки характеризуются:
- числом витков,
- количеством слоев или секций.
Все виды обмотки можно разделить:
- однослойные,
- многослойные.
Однослойные:
Сплошная –плотное расположение витков, которые разделены только изоляцией провода (см. рис).
При расположении витков на некотором расстоянии – намотка с шагом. Шаг может быть постоянным и переменным. Наличие шага позволяет уменьшить собственную емкость катушки индуктивности, но увеличивает ее размер и уменьшает индуктивность, так как уменьшается магнитная связь между витками.
Многослойные катушки индуктивности:
Простые – виток к витку (правильными рядами).
Хаотично («кучей»), («в повал»). Такие катушки обладают низким значение добротности и очень плохой стабильностью.
Для уменьшения собственной емкости многослойной катушки часто используется намотка типа «универсаль» (см. рис). Витки укладываются по длине каркаса под углом к образующей каркаса. Универсальная намотка характеризуется числом переходов провода за один виток с одной стороны катушки на другую (т.е. числом перегибов провода за виток). Переходов бывает не больше 6. Кроме того, такая намотка придает катушке высокую механическую прочность.
Тороидальные катушки (кольцевые) обладают наиболее полным использованием магнитных свойств. В кольцевых катушках индуктивности μд сердечника равно μ материала. Т.е. возможно получение больших значений индуктивности высокой добротности (400 – 500). Тороидальные катушки не нуждаются в экранировании, т.к. практически отсутствует внешнее поле. Основной недостаток таких катушек: невозможность подстройки и сложность намотки, для которой необходимо специальное оборудование.
Рис.3. Однослойная катушка индуктивности: а – сплошная; б – с шагом.
Рис.4. Катушка индуктивности с намоткой типа «универсаль»
Рис.5. Конструкции катушек индуктивности.
а – катушка со сплошной намоткой на гладком трубчатом каркасе; б – катушка с осажденной намоткой на нарезном каркасе; в – бескаркасная катушка индуктивности.
Рис.6. Типы намоток катушек индуктивности и различные конструкции катушек индуктивности с сердечником.
Печатные катушки индуктивности.
Рис.7.
Печатная катушка индуктивности.
1 – обмотка из медной фольги; 2 – изоляционная плата.
Такие катушки индуктивности изготавливают методов вакуумного напыления или методом фотолитографии в виде тонких спиралей различной конфигурации на диэлектрическом основании. Значения индуктивности у этих катушек – 7 – 10 мкГн. Число витков ограничено технологией и площадью основания, что ограничивает величину индуктивности. Для увеличения индуктивности спираль наносят на диэлектрическую ферримагнитную пленку. Иногда возможно сделать многослойную пленочную конструкцию. Печатные катушки индуктивности имеют низкую добротность 30 – 50, т.к. наблюдается сильное влияние поверхностного эффекта.
Катушки с сердечником.
Обеспечить необходимую точность, особенно при изготовлении контурных катушек без дополнительных мер, не удается. Следовательно, контурные катушки должны иметь элемент подстройки. Таким элементом, дающим возможность регулировать параметры в пределах 15%, является сердечник, вводимый внутрь катушки. Сердечники выполняются из различного материала и имеют различную форму.
Магнитный сердечник увеличивает индуктивность катушки в д раз, где д - действующая магнитная проницаемость сердечника, зависящая от магнитных свойств материала и от его формы.
L c = д L,
где д =(0,25 – 0,5)мм,
мм_- магнитная проницаемость материала сердечника.
Магнитный сердечник изготавливают из магнитодиэлектриков или ферритов.
Магнитодиэлектрики представляют собой измельченное вещество, содержащее в своем составе железо (ферромагнетик), частицы которого равномерно распределены в массе диэлектрика (бакелита или аминопласта). Наиболее широко применяют магнитопроводы из альсифера (сплав алюминия, кремния и железа) и карбонильного железа.
Ферриты представляют собой твердые растворы окислов металлов или их солей, прошедшие специальную термическую обработку (обжиг). Получающееся при этом вещество – полупроводниковая керамика – обладает очень хорошими магнитными свойствами и малыми потерями даже на очень высоких частотах.
Основным достоинством ферритов является высокая магнитная проницаемость, которая позволяет существенно уменьшить размеры катушек.
В старых принципиальных схемах магнитопроводы из магнитодиэлектриков и ферритов обозначались одинаково – утолщенной штриховой линией (рис. 8а). Впоследствии стандарт ЕСКД оставил этот символ для магнитопроводов из магнитодиэлектрика, а для ферритовых ввел обозначение, ранее применявшееся только для магнитопроводов низкочастотных дросселей и трансформаторов – сплошную жирую линию (рис. 8б). Однако согласно последней редакции ГОСТ 2.723.68 (март 1983г.) магнитопроводы катушек изображают линиями нормальной толщины (рис. 8в).
Рис.8. Условное обозначение катушек индуктивности с сердечником.
Катушки, индуктивность которых можно изменять с помощью магнитопровода, на электрических схемах указываются при помощи знака подстроечного регулирования, который вводится в ее условное обозначение.
Изменение индуктивности обозначают двумя способами: либо знаком подстроечного регулирования пересекающим обозначения катушки и магнитопровода (рис. 9а), либо только пересечением магнитопровода с изображением его над катушкой (рис. 8б).
Рис.9. Вариометры.
Применение сердечников из магнитных материалов (карбонильное железо, альсифер, магнетит, ферриты), очевидно, позволяет уменьшить число витков катушки.
Магнитные сердечники применяют в основном в длинноволновых и средневолновых катушках, где они выполняют не только роль подстроечного элемента, но и уменьшают требуемое количество витков, т.е. габариты и массу катушки. В диапазоне КВ и УКВ использовать магнитные сердечники менее целесообразно, поскольку значение индуктивности и числа витков здесь невелики, и кроме того, с ростом частоты падает величина . Поэтому для подстройки в этом диапазоне используют сердечники из латуни или алюминия.