Розрахунок добротності котушки

Добротність котушки визначається відношенням електромагнітної енергії до енергії втрат за період гармонічного коливання:

, (4.3)

де – електромагнітна енергія, – енергія втрат, – кругова частота,

– опір, який відображає втрати в обмотці, ізоляції каркаса та проводів, осерді, екрані та ін.

Екранування

Для усунення паразитних зв’язків обумовлених зовнішніми електромагнітними полями а також полями самої котушки, котушку розташовують в замкнений металевий екран.

Розташування котушки в екрані призводить до зміни її індуктивності та добротності. Це пояснюється розмагнічувальною дією зустрічного потоку, створеного індукованим в екрані вихровим потоком та втратами енергії в екрані.

Індуктивність котушки, яка розташована в екрані

, (4.4)

де – індуктивність неекранованої котушки; – коефіцієнт зв'язку між екраном та котушкою, який визначається співвідношенням їх геометричних розмірів.

Для зменшення впливу екрана на параметри котушки його діаметр вибирається в 1,5-2,5 раз більше діаметра котушки.

Зазвичай екран заземлюється для забезпечення електричного екранування.

Розрахунок котушки з магнітним осердям

Магнітні осердя застосовуються для отримання малогабаритних котушок з великою добротністю та для зміни індуктивності в незначних межах, яка необхідна при налагодженні апаратури.

Індуктивність котушки з магнітним осердям:

,

де μ_c – відносна магнітна проникливість осердя, яка дорівнює відношенню індуктивності котушки з осердям до індуктивності тієї ж котушки без осердя .

Зазвичай менше відносної магнітної проникливості матеріалу осердя . Тільки в котушок з тороїдальною обмоткою оскільки магнітне поле повністю зосереджене в магнітному матеріалі магнітопроводу.

Магнітні осердя високочастотних котушок виготовляються з магнітодіелектриків та феритів. Найчастіше застосовуються альсифер (=5...25) та карбонільне залізо (=10…12). Ферити характеризуються своєю однорідною кристалічною структурою та являють собою магнітну кераміку з високою магнітною проникністю (= 29...3000) і високим питомим опором (вихрові струми малі). Це дає змогу отримувати котушки з високою добротністю малих розмірів.

Котушки з немагнітним осердям

В діапазоні ультракоротких хвиль (УКХ) застосовуються немагнітні осердя, які дають можливість переналагодження індуктивності в невеликих межах. При введенні в котушку немагнітного осердя її індуктивність зменшується за рахунок розмагнічувальної дії вихрових струмів, які наводяться в осерді власним полем котушки.

Зміною глибини занурення осердя в котушку можна отримати 10-15% зміни її індуктивності.

Добротність котушки при введенні в неї немагнітного осердя падає, що пояснюється зменшенням індуктивності та збільшенням втрат, зумовлених наявністю вихрових потоків в осерді.

Немагнітні осердя виготовляються з матеріалів з малим опором (мідь, латунь та ін.). Поверхню осердя часто покривають шаром срібла.

Опис установки

Індуктивність та добротність котушки вимірюються резонансним методом, схема якого зображена на рисунку 4.2.

Рис. 4.2. Спрощена схема вимірювача індуктивності котушки

В процесі вимірювання використовується послідовний коливальний контур, який складається із змінного зразкового конденсатора і котушки індуктивності , що досліджується. Настройка на резонанс виконується або зміною ємності зразкового конденсатора або зміною частоти генератора напруги.

По відомим величинам: резонансної частоти , напруги резонансу , напруги генератора та власної ємності можливо визначити індуктивність та добротність котушки

, (4.5)

. (4.6)

Власна ємність може бути визначена вимірюванням двох резонансних частот , які відповідають двом значенням ємностей , .

. (4.7)

Для збільшення точності вимірювання власної ємності рекомендується приймати нФ, .