Катушки индуктивности

Катушки индуктивности классифицируются по различным признакам: наличие или отсутствие сердечника, однослойные (с шагом и без шага), многослойные (рядовая, универсальная, навал), количество обмоток, рабочая частота и т.д. Они имеют значительные габариты, поэтому плохо согласуются с интегральными схемами, применение их ограничено. Однако в ряде устройств без них не обойтись.

Точный расчет значения индуктивности катушки представляет собой сложную задачу. Качество катушки, используемой в колебательном контуре, определяется ее добротностью, характеризующей относительные потери мощности в ней. Добротность определяется отношением реактивного сопротивления к активному.

Значение добротности зависит от частоты. При отсутствии ферромагнитного магнитопровода и малой емкости С добротность зависит от соотношения между индуктивностью L и активным сопротивлением провода, в связи с этим добротность растет при увеличении частоты. Однако на высоких частотах, порядка МГц, активное сопротивление за счет поверхностного эффекта увеличивается, поскольку ток протекает не по всему сечению провода, а по его поверхности, что приводит к уменьшению добротности.

Для снижения активного сопротивления провода обмотки катушек наматывают достаточно толстым проводом, применяя специальный многожильный провод, а для работы на высоких частотах покрывают его серебром. Магнитопроводы и сердечники выбирают с малыми потерями на гистерезис и вихревые токи.

Параметры катушек индуктивности следующие: номинальная индуктивность катушки; допустимое отклонение индуктивности катушки; собственная емкость катушки индуктивности; температурный коэффициент индуктивности катушки, который характеризует влияние температуры на L; коэффициент старения; номинальная добротность катушки индуктивности.

Дроссели являются одной из разновидностей катушек индуктивности. Они предназначены для обеспечения большого сопротивления для переменных токов и малого для постоянных или низкочастотных токов. В зависимости от частотного диапазона использования дросселей они бывают низкочастотными и высокочастотными. Дроссели низкой частоты используются в выпрямительных устройствах в качестве фильтра для получения малых пульсаций постоянного напряжения при большом токе нагрузки и включаются всегда последовательно с сопротивлением нагрузки. Для исключения насыщения магнитной цепи магнитопровода протекаемым постоянным током в магнитопроводе делается воздушный зазор толщиной 0,05...0,1 мм. При расчете индуктивности и активного сопротивления дросселя необходимо учитывать значение постоянного тока, протекающего в нагрузке, и параметры источника питания.

Дроссели высокой частоты предназначены для работы в высокочастотных электронных цепях. Они должны обладать минимально возможной емкостью, для обеспечения которой катушки индуктивности наматываются на диэлектрический каркас в навал или с определенным шагом намотки.

Разновидности катушек индуктивности

Контурные катушки индуктивности

Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

Катушки связи

Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.

Вариометры

Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника.

Дроссели

Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники.

Сдвоенные дроссели

две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны при тех же габаритных размерах.

Применение катушек индуктивности

Применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности

Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.

Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.

Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.

Катушки используются также в качестве электромагнитов.

Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.

Для радиосвязи - излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).

Рамочная антенна

DDRR

Индукционная петля

Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометры были разработаны и широко использовались во времена Второй мировой войны.[1]