Электроника и МПТ

Элементная база электронных схем.
Пассивные компоненты
Катушки индуктивности
Катушка индуктивности – элемент электрической цепи, обладающий индуктивностью и
запасающий энергию в виде магнитного поля.
Индуктивность – модель катушки или дросселя.

Математическая модель индуктивности – закон электромагнитной индукции:

uL (t )  L

diL (t )
.
dt

Единицы измерения

L  H   Гн   Ом  сек 

Классификация

УГО катушки
индуктивности

По характеру изменения индуктивности различают:
- постоянные катушки индуктивности;
- переменные подстроечные катушки индуктивности.

По наличию сердечника постоянные катушки индуктивности подразделяют:
- без сердечника (с воздушным сердечником);
- с сердечником (с магнитопроводом).
1

Классификация конденсаторов
Электротехническое изделие (устройство) – ЭИ (У) – изделие (устройство),
предназначенное для производства, преобразования, распределения, передачи и
использования электрической энергии.
Магнитопровод ЭИ (У) – магнитная система ЭИ (У) или совокупность нескольких ее
частей в виде отдельной конструктивной единицы.
Сердечник ЭИ (У) – ферромагнитная деталь, на которой или вокруг которой расположена
обмотка ЭИ (У).
В качестве материала сердечника или
магнитопровода применяются:
- электротехническая сталь;
- феррит
- пермаллой; и др.
Катушки с сердечником из электротехнической стали применяются в
низкочастотных цепях (до 1 кГц), таких как фильтры источников питания, дроссели
электролюминесцентных ламп, реактивных элементов в цепях переменного тока.
Аналогично - пермоллои на частотах до 10 кГц.
Катушки индуктивности с ферритовым сердечником широко используются в
высокочастотных цепях (до 250 МГц) для развязки по питанию, в ключевых (импульсных)
источниках питания, преобразователях типа DC-DC и в качестве различного рода
фильтров, в разделительных цепях.
2

Катушки индуктивности без сердечника
Простейшие катушки индуктивности не имеют сердечника и обладают малой индуктивностью.
Приближенные формулы для расчета:
- однослойной цилиндрической катушки:

0,001dW 2
L,мкГн 
,
l
 0,44
d

где d, l – диаметр и длина катушки, мм;
W – число витков.

- многослойной катушки:

L,мкГн 

0,008dср2 W 2
3dср  9l  10h

,

dср 

dнар  dвн
2

,

где dнар, dвн – наружный и внутренний диаметры катушки, мм;
l, h – длина и высота катушки, мм; W – число витков.
Величина индуктивности таких катушек – десятки мкГн.
3

Катушки индуктивности с сердечником
Для повышения индуктивности катушку выполняют на ферромагнитном сердечнике. В этом
случае индуктивность катушки рассчитывается по формуле:

μ 0μ r  S c  W
L
,
lср
2

где μ0 = 4π10-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума;
μr – относительная магнитная проницаемость материала
магнитопровода по отношению к вакууму;
lср – средняя длина магнитной силовой линии;
Sc – площадь поперечного сечения магнитопровода.

С помощью сердечника (введение и выведение) можно регулировать
индуктивность катушки. На этом принципе построены подстроечные
катушки индуктивности.
Наиболее распространены броневая и тороидальная формы сердечника.

Магнитопроводы катушек индуктивности: а) броневой;
б) тороидальный; 1, 2 – чашки; 3 – подстроечный
сердечник.

4

Схемы замещения катушек индуктивности
При проведении электрических расчетов используют одну из эквивалентных схем.
Rпот

L  L* ;

rпр
С0

L

*
Rпот  Rпот
.

rпр

*
Rпот

L*

С0

rпр –сопротивление провода; Rпот – потери в магнитопроводе; C0 – собственная (паразитная)
емкость: межвитковая, емкость выводов катушки, емкость отдельных витков относительно
корпуса.
Важным параметром катушки индуктивности является добротность. При достаточно малой
собственной емкости C0:

XL
Q
R
R – суммарные потери в проводе и магнитопроводе.

Чем выше добротность, тем лучше.

5

Дроссели
Дроссели – разновидность катушек индуктивности, предназначенные обеспечить большое
сопротивление для переменных токов и малое для постоянных (или низкочастотных) токов.
Различают дроссели низкой и высокой частот.

Дроссели
низкой
частоты
используются
в
сглаживающих фильтрах выпрямительных устройств для
сглаживания пульсации напряжения. Их применяют в том
случае, если источник питания должен отдавать большой
ток (единицы ÷ сотни А) и требуется получить малые
пульсации постоянного напряжения.
Дроссели низкой частоты имеют в магнитопроводе воздушный
зазор (h = 0,05 – 0,1мм), необходимый для защиты магнитной цепи
от насыщения постоянным током.
Дроссели низкой частоты выпускаются серийно.
Их обозначения:
Д1 – Д274 – дроссели унифицированные, низкочастотные;
Д, Др –дроссели фильтров бытовой аппаратуры.
L
Электрическая
принципиальная
схема
дросселей Д201Т – Д274Т

1

2 3

4

Малогабаритные унифицированные низкочастотные
дроссели фильтров выпрямителей типа Д1 – Д274
рассчитаны на диапазоны:
- частот 50 ÷ 5000Гц;
- индуктивность 150мкГН ÷ 40Гн;
6
- ток подмагничивания 0,02 ÷ 50А.

Дроссели высокой частоты используют в высокочастотных электронных цепях, где
пропускают токи только низких частот. При изготовлении стремятся, чтобы собственная
емкость была минимальной.
Пример условного полного и сокращенного обозначения дросселя фильтра для бытовой
радиоаппаратуры:
«Дроссель Др – 0,15 – 0,25»;
«Др – 0,15 – 0,25».
Условное графическое обозначение катушек индуктивности и дросселей

L1
L2
L3
L4
L5

L1 – без магнитопровода;
L2 – с магнитопроводом из феррита или ферромагнитного сплава
(электротехническая сталь, пермаллой);
L3 – c с зазором в ферромагнитном магнитопроводе;
L4 – с магнитопроводом из карбонильного железа, альсифера и
других магнитодиэлектриков;
L5 – c возможностью подстройки индуктивности изменением
положения магнитопровода.
Подробнее на http://radio-hobby.org/modules/instruction/page.php?id=795
7

Основные параметры катушек индуктивности
Основные параметры резисторов:
1. Номинальная индуктивность – Lном;
2. Допускаемое отклонение индуктивности катушки;
3. Эффективная индуктивность;
4. Номинальная добротность катушки – Qном;
5. Начальная индуктивность;
6. Температурный коэффициент индуктивности – ТКL;
7. Температурная нестабильность индуктивности катушки
8. Температурный коэффициент добротности – ТКД;
9. Собственная емкость катушки индуктивности – C0;
10. Рабочий диапазон температур.
1. Номинальная индуктивность (Lном) – значение индуктивности, являющееся исходным
для отсчета допускаемого отклонения.
Номинальное значение указывается на электрической принципиальной схеме электронного
устройства рядом с его УГО.
2. Допускаемое отклонение индуктивности катушки – разность между предельным и
номинальным значениями индуктивности.
3. Эффективная индуктивность – значение индуктивности, определенное с учетом
влияния собственной (паразитной емкости, собственной индуктивности и изменения
начальной проницаемости сердечника).
4. Номинальная добротность катушки индуктивности (Qном) – значение добротности при
номинальном значении индуктивности.
8

5. Начальная индуктивность – значение индуктивности, определенное на низкой частоте,
где отсутствует влияние собственной емкости.
6. Температурный коэффициент индуктивности (ТКL):

L
ТКL 
,
Lнорм  T

L  Lпред  Lнорм
T  Tпред  Tнорм

где ΔL/Lнорм – относительное изменение индуктивности;
ΔТ – интервал температур, вызвавший это изменение.
7. Температурная нестабильность индуктивности катушки – относительное изменение
индуктивности, вызванное изменением температуры.
8. Температурный коэффициент добротности (ТКД):

ТКД 

Q
,
Qнорм  T

L  Qпред  Qнорм
T  Tпред  Tнорм

где ΔQ/Qнорм – относительное изменение добротности;
ΔТ – интервал температур, вызвавший это изменение.
9. Собственная емкость индуктивности катушки – электрическая паразитная емкость,
составляющая с ее индуктивностью резонансный контур, измеренная на частоте резонанса.
9

10. Рабочий диапазон температур – максимальная и минимальная температуры.
Для дросселей, используемых в цепях питания (сглаживающий дроссель), важны:
- ток подмагничивания I0;
-индуктивность L;
- сопротивление обмотки дросселя постоянному току.

10