Konsp_Lec_MKREA

31

Для маркировки пленочных конденсаторов используют 5 цветных полос или точек.

Первые три кодируют значение номинальной емкости, четвертая – допуск, пятая – номинальное рабочее напряжение.

32

Более полную информацию об основных параметрах конденсаторов можно получить из [1, 2]. Классификация конденсаторов и основные системы маркировки электрических параметров изложены в [2]. Общие свойства электроизоляционных материалов (электропроводность диэлектриков, диэлектрические потери, пробой диэлектриков) рассмотрены в [3]. Информация о материалах, используемых в качестве диэлектриков конденсаторов, подробно

33

изложена в [3, 4]. Вопросы, связанные с расчётом конденсаторов, выполненных в составе микромодулей (в составе микросхем или как часть печатной платы), в том числе физические основы электрической ёмкости, подробно изложены в [5, 6].

Список литературы

1.Пашинцев П.О. Радіокомпоненти. Пасивні та активні, дискретні та інтегральні: підручник / П.О. Пашинцев, О.О. Адаменко; М-во оборони України – X.: Компанія СМІТ, 2007. – 540 с.

2.Терещук Р.М. Полупроводниковые приёмно-усилительные устройства: Справ. Радиолюбителя / Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов. – 4-е изд., стер. – Киев: Наук. Думка, 1989. – 800 с.: ил.

3.Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 1 / Под ред. Ю.В. Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

–368 с.: ил.

4.Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 2 / Под ред. Ю.В. Корицкого и др. – 3-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

–464 с.: ил.

5.Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры / Л.Н. Кечиев – М.: ООО «Группа ИДТ», 2007. – 616с.: ил. – (Библиотека ЭМС).

6.Мікроелектроніка. Елементи мікросхем. Збірник задач. Навч. посіб. / За ред. М. М. Прищепи. – К.: Вища шк., 2005. – 167 с.: іл.

34

Лекция 3. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

Понятие индуктивности.

Ток I , протекающий в проводящем контуре, создаёт в окружающем

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью или коэффициентом самоиндукции контура. Можно сказать, что при протекании через проводник тока величиной 1 A вокруг проводника создаётся n Вебер

силовых линий магнитного поля. Тогда индуктивность – это число линий магнитного потока в Веберах при токе в проводнике, выраженном в Амперах .

Для большинства проводников (в частности для проводников на печатной плате) индуктивность составляет от единиц мкВб/ А до единиц нВб/ А или, что эквивалентно, от единиц мкГн до единиц нГн.

Понятие катушки индуктивности. Катушка индуктивности обладает свойством оказывать реактивное сопротивление переменному току при незначительном сопротивлении постоянному току. Совместно с конденсаторами катушки индуктивности используются для создания фильтров, осуществляющих частотную селекцию электрических сигналов, а также для создания элементов задержки сигналов и элементов памяти, осуществления связи между цепями через магнитный поток и т.д.

В отличие от резисторов и конденсаторов, катушку индуктивности легко изготовить самостоятельно и с такими параметрами, которые необходимы для конкретных целей (для осуществления тех или иных преобразований электрических сигналов, токов и напряжений). Поэтому, до недавнего времени, катушки индуктивности либо изготавливались под заказ для производства партии устройств, либо изготавливались непосредственно разработчиком аппаратуры. Купить катушку индуктивности, отвечающую конкретным требованиям, было довольно проблематично. Однако в настоящее время существует большой ассортимент катушек индуктивности, обладающих необходимыми для различный целей параметрами, от таких производителей как Murata, TDK, COILCRAFT и др. В том числе можно приобрести SMD катушки индуктивности.

Функционирование катушек индуктивности основано на взаимодействии тока и магнитного потока. Известно, что при изменении магнитного потока

35

в проводнике, находящемся в магнитном поле, возникает ЭДС, определяемая скоростью изменения магнитного потока

напряжения ток в нем устанавливается не сразу (так как в момент включения изменяется магнитный поток и в проводе индуцируется ЭДС, препятствующая нарастанию тока), а спустя некоторое время, когда магнитный поток перестает изменяться. Знак «минус» в выражении (3.2) как раз и указывает на то, что индуцируемая ЭДС препятствует нарастанию тока. Если же к проводнику подключен источник переменного напряжения, то ток и магнитный поток будут изменяться непрерывно и наводимая в проводнике ЭДС будет постоянно препятствовать протеканию переменного тока, что эквивалентно увеличению сопротивления проводника. Чем выше частота изменения напряжения, приложенного к проводнику, тем больше величина ЭДС, наводимая в нем, следовательно, тем больше сопротивление, оказываемое проводником протекающему току. Это сопротивление xL j L не связано с потерями

энергии, поэтому является реактивным. При изменении тока по синусоидальному закону, т.е. при i Im sin( t) , наводимая ЭДС будет равна

Из выражения (3.3) следует, что ЭДС пропорциональна частоте , а коэффициентом пропорциональности является индуктивность L . А значит индуктивность характеризует способность проводника оказывать сопротивление переменному току. Модуль этого сопротивления | xL | L .

Индуктивность короткого проводника (мкГн) определяется его

где lпр – длина провода, см; d – диаметр провода, см.

Если провод намотан на каркас, то образуется катушка индуктивности. В этом случае магнитный поток концентрируется и величина индуктивности возрастает.

36

Конструкции катушек индуктивности.

Конструкционной основой катушки индуктивности является каркас из диэлектрического материала, на который наматывается провод в виде спирали. Обмотка может быть как однослойной (а), так и многослойной (б). В некоторых случаях многослойная обмотка делается секционированной (в). В интегральных схемах или непосредственно на печатной плате применяются плоские спиральные катушки индуктивности (г).

Индуктивность является основным параметром катушки индуктивности. Ее величина определяется соотношением

37

Коэффициент L0 определяется по графику, приведенному ниже. В этом случае внешний диаметр катушки D D0 2 t .

Для увеличения индуктивности применяют ферромагнитные сердечники, изготавливаемые из магнитодиэлектриков и ферритов. Помещенный внутрь катушки ферромагнитный сердечник концентрирует магнитное поле и тем

где r – относительная магнитная проницаемость сердечника, равная отношению индуктивности катушки с сердечником Lс к индуктивности такой

же катушки, но без сердечника, L .

Перемещением сердечника внутри каркаса можно изменять индуктивность (подстроечные катушки индуктивности).

Магнитодиэлектрики – это пластические массы, в которых связующим является диэлектрический материал, а наполнителем – порошок из магнитомягкого материала. Достоинства магнитодиэлектриков – малые удельные потери энергии, сравнительно слабая зависимость параметров от температуры, времени и напряжённости магнитного поля, постоянство магнитной проницаемости в широком диапазоне частот. Недостатком магнитодиэлектриков является сравнительно малая начальная магнитная проницаемость í , что ограничивает возможности повышения индуктивности

и добротности катушек. Изготавливают магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа (прессование порошка карбонильного железа с бакелитом, аминопластом или другими связующими), а также на основе альсиферов (прессование порошка сплава альсифера (алюминий-кремний- железо) с бакелитом или аминопластом).

38

Ферриты представляют собой спечённую смесь оксида железа с оксидами одного или нескольких двухвалентных металлов (магний, цинк). Ферритам свойственны малые потери на вихревые токи, которые, однако, увеличиваются с ростом частоты. Различают, в частности, такие группы ферритов:

1.Термостабильные высокочастотные ферриты (150ВН, 100ВН, 50ВН, 30ВН, 20ВН) – имеют малые потери и малый температурный коэффициент магнитной проницаемости (ТКМП) в широком диапазоне температур. Широко применяются в слабых магнитных полях на частотах до 100 МГц;

2.Термостабильные низкочастотные ферриты (2000НМ1, 1500НМ1, 2000НМ3, 1500НМ3, 1000НМ3, 700НМ) – имеют малые потери на низких частотах;

3.Ферриты общего назначения (2000НН, 1000НН, 600НН, 400НН, 400НН1, 100НН) – имеют невысокую стабильность параметров и применяются на частотах до нескольких МГц.

При заданных габаритных размерах катушки индуктивности следует применять материал сердечника, обладающий наименьшим значением отношения тангенса угла потерь tg к начальной магнитной проницаемости н в диапазоне рабочих частот. Среднее значение начальной магнитной проницаемости н феррита указывается цифрой в названии его марки.

Здесь необходимо вспомнить, что основные характеристики ферромагнитных материалов определяются по кривым намагничивания по индукции (зависимостям магнитной индукции B от напряжённости магнитного поля H ). Данные зависимости называют также петлёй гистерезиса.

При воздействии на предварительно размагниченный материал магнитного поля с возрастающей напряжённостью H намагниченность материала M (а также индукция B ~ M ) увеличивается в соответствии с кривой начального намагничивания от 0 до некоторого максимального значения (значения насыщения). Теперь, если устранить воздействие магнитного поля (уменьшить напряжённость H до нуля), материал не размагнитится до нуля, а индукция материала окажется равной остаточной индукции Br . И для полного

размагничивания материала, т.е. для уменьшения магнитной индукции до нуля, необходимо будет приложить магнитное поле, обратное по направлению предыдущему, с напряжённостью Hc . Величину напряжённости магнитного

поля H c называют также коэрцитивной силой. Начальная магнитная

39

проницаемость определяется через приращение B к соответствующему приращению H на начальной кривой намагниченности

начальная магнитная проницаемость ферромагнитного материала – это его относительная магнитная проницаемость на начальной кривой намагничивания.

Для тонких катушек с обмотками, расположенными непосредственно на сердечнике, можно использовать приближённую эмпирическую формулу

цилиндрические сердечники из диамагнетиков (латунь, медь, алюминий и его сплавы). При введении этих сердечников внутрь катушки её индуктивность, а также добротность, уменьшается. Индуктивность уменьшается тем сильнее, чем больший объём металла вводится и чем выше его проводимость. Добротность уменьшается ещё в большей степени, чем индуктивность.

40