Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Феррит.doc
Скачиваний:
259
Добавлен:
16.03.2015
Размер:
315.39 Кб
Скачать

ИЗУЧЕНИЕ ПОТЕРЬ В ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ МАГНИТНЫХ КАТУШКАХ

С ФЕРРИТОВЫМ КОЛЬЦЕВЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Цель работы: Ознакомится с техническими характеристиками магнитных материалов, используемых в высокочастотных катышках индуктивности и произвести изучение зависимости индуктивности и тангенса угла магнитных потерь от температуры.

Задания:

  1. Ознакомиться с теоретическими сведениями по работе.

  2. Изучить принцип работы лабораторной установки.

  3. Снять зависимость индуктивности катушки и тангенса угла магнитных потерь от температуры.

  4. Произвести расчеты параметров согласно порядку выполнения работы.

  5. Сравнить полученные данные с известными значениями и сделать вывод об изучаемом материале.

Теоретические сведения

Высокочастотные катушки индуктивности

В зависимости от назначения различают:

  • контурные катушки (образующие совместно с конденсаторами колебательный контур);

  • катушки связи (передающие высокочастотные колебания из одной цепи в другую);

  • высокочастотные дроссели (катушки индуктивности, преграждающие путь токам высокой частоты).

По конструктивным признакам катушки могут быть разделены на цилиндрические, спиральные, тороидальные, однослойные, многослойные, с сердечником или без сердечника, экранированные, с постоянной или переменной индуктивностью.

На схемах электрических принципиальных рядом с условным графическим изображением катушки индуктивности помещают ее символическое буквенное обозначение (латинская прописная буква L) с порядковым цифровым (иногда буквенным) индексом. Значение индуктивности на схеме обычно не указывают (рисунок 1).

Cu

СУ

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности с отводами

Катушки индуктивности с магнитопроводами (L6 с медным)

Катушка индуктивности экранированная

Ферровариометр

Индуктивно связанные катушки

ВЧ трансформатор

Рисунок 1. Графическое изображение различных типов катушек индуктивности

на схеме электрической принципиальной

Дроссели имеют такое же графическое изображение, но обозначаются буквами Др.

Основные параметры высокочастотных катушек.

Индуктивность (L) 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 ).

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.

Добротность - отношение реактивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению потерь:

где r - эквивалентное сопротивление потерь в катушке на частоте f, которое имеет несколько составляющих. Сопротивление потерь можно представить в виде суммы:

r = r0 + rf + rk + rем + rэкр + rc,

где r0 - сопротивление обмотки постоянному току; rf - высокочастотные потери; rk - потери в материале каркаса; rем - емкостные потери; rэкр - потери в материале экрана; rс - потери в материале сердечника.

Сопротивление высокочастотных потерь в обмотке состоит из потерь, обусловленных поверхностным (скин) эффектом и эффектом близости rf = rскин + rблиз. Обе эти составляющие имеют выраженную зависимость от диаметра провода намотки. Это свойство используется для получения максимальной добротности путем выбора оптимального диаметра провода намотки.

Рисунок 2. Зависимость добротности катушки от диаметра провода намотки

и определение оптимального диаметра провода намотки

По аналогии с конденсаторами потери энергии в катушках индуктивности можно выразить тангенсом угла потерь:

В большинстве радиотехнических устройств используют катушки с добротностью от 40 до 200.

Собственная емкость является паразитным (побочным) параметром катушки индуктивности, она увеличивает потери, уменьшает стабильность, коэффициент перестройки контура по частоте.

Температурный коэффициент индуктивности характеризует относительное изменение индуктивности катушки при изменении температуры на 1°С:

Обычные цилиндрические катушки имеют ТКИ = 30...50×10-6 1/°С, а катушки с керамическим каркасом - 8...16×10-6 1/°С.

Стабильность параметров катушек индуктивности зависит также от влажности, величины атмосферного давления и т.п. Промышленность не выпускает, как правило, типовые высокочастотные катушки. Поэтому для аппаратуры различного назначения изготавливаются по возможности оптимальные индуктивные элементы.

Расчет индуктивности высокочастотной катушки на тороидальном ферритовом сердечнике

Катушка данного вида конструктивно представляет собой элемент изображение которого приведено на рисунке 3.

Рисунок 3. Конструкция высокочастотной катушки индуктивности

на тороидальном ферритовом сердечнике

Индуктивность L катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе, как известно, можно найти по формуле [1]:

L = Al N2,

где Al — так называемый коэффициент индуктивности, N – число витков катушки. Коэффициент Al соответствует индуктивности катушки в один виток и обычно приводится в справочных данных конкретных магнитопроводов [1 - 4], а для кольцевых магнито- проводов может быть легко рассчитан:

,

где µ0 - 1,257 10-3 мкГн/мм – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, µэфф – эффективная начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода, Sэфф – эффективная площадь сечения магнитопровода в мм , lэфф — эффективная длина магнитопровода в мм.

Эффективное сечение и длина магнитопровода несколько меньше определяемых по его геометрическим параметрам и обычно приводятся в справочной литературе. Например, для кольца с внешним диаметром 6мм в [1], можно найти в таблице такую строчку:

D1,

мм

D2,

мм

h,

мм

lэфф,

мм

Sэфф,

мм2

Sокн,

мм2

Р,

мм

Без зазора µэфф = 50

AL мкГн с зазором, мм

I2L, A2 мкГн с зазором, мм

AL,, мкГн

Iмакс, А (N=1)

0,25

0,5

1

1,5

0,25

0,5

1

1,5

нас.

зап.

нас.

зап.

нас.

зап.

нас.

зап.

6

2,5

1,8

11,8

2,96

4,9

7,1

0,016

56,28

0,03

0,02

0,012

0,01

30,65

0,3487

46,8

0,229

67,2

0,1591

81,3

0,1314

В этой же таблице приведены расчетные значения площади окна магнитопроводов Sокн, периметра сечения P и коэффициента индуктивности Al для µэфф - 50. Данные позволяют рассчитать индуктивность любой катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе с табличными геометрическими размерами. Если µэфф используемого кольца отличается от 50, значение Al необходимо пропорционально изменить, например, для µэфф - 2000 коэффициент AL следует увеличить в 40 раз. Следует иметь ввиду, что значения µэфф, Sэфф и lэфф определяются с большой погрешностью, и в справочниках для кольцевых магнитопроводов указан обычно двукратный разброс значений AL. Поэтому величины AL взятые из Таблицы, следует принимать как ориентировочные и уточнять их при необходимости более точного расчета по результатам эксперимента.

Для более простых расчетов стоит воспользоваться оценочными формулами, позволяющими получить приближенные значения параметров катушки по известным характеристикам:

  • При D1/D2 > 1.75

  • При D1/D2 < 1.75

,

где: ω – число витков катушки, намотанной на кольце, L- индуктивность мкГн, µ - магнитная проницаемость, D1-наружный диаметр кольца, D2-внутренний диаметр кольца, h-высота кольца (все в мм).