Чернышева Т.И. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003)

Т.И. Чернышова, Н.А. КольтюковРАДИОМАТЕРИАЛЫ ИРАДИОКОМПОНЕНТЫ• Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ» •Министерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Тамбовский государственный технический университет»Т.И. Чернышова, Н.А. КольтюковРАДИОМАТЕРИАЛЫ ИРАДИОКОМПОНЕНТЫРекомендовано Учебно-методическим объединением по образованиюв области радиотехники, электроники, биомедицинской техники иавтоматизации в качестве учебного пособия для студентов,обучающихся по направлениям 210200 – Проектирование и технологияэлектронных средств и 210300 – РадиотехникаТамбовИздательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ»20121УДК 621.37ББК Á843Ч-498Р е ц е н з е н т ы:Кандидат технических наук, доцентФГБОУ ВПО «ТГТУ»О.А.

БелоусовДоктор технических наук, доцент, полковник,начальник кафедры передающих и приемных радиоустройств(средств связи и РТО) ВАИУ (г. Воронеж)П.А. ФедюнинЧ-498Чернышева, Т.И.Радиоматериалы и радиокомпоненты [Электронный ресурс] : учебное пособие / Т.И. Чернышова, Н.А. Кольтюков. –Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. – 112 с.Изложены общие принципы организации проектирования современных радиоэлектронных компонентов, рассмотрены задачиконструкторского и технологического проектирования трансформаторов и катушек индуктивности, обеспечения их защиты от механических и внешних дестабилизирующих факторов, обеспечениянадежной работы данных видов радиоизделий.

Приведены примеры расчета трансформатора и катушки индуктивности, а такжеобразец оформления конструкторской документации.Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению 210300 «Радиотехника» и 210200 «Проектирование и технология электронных средств».УДК 621.37ББК Á843 Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегопрофессионального образования«Тамбовский государственный техническийуниверситет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»), 20122ВВЕДЕНИЕДисциплина «Радиоматериалы и радиокомпоненты» знакомитстудентов с радиотехническими параметрами и свойствами материалов и компонентов, что способствует правильному выбору материалови компонентов радиоэлектронных устройств, т.е. дает техническуюоснову для прикладных курсов, выполнения курсовых работ и проектов, дипломных проектов.

Неотъемлемой частью подготовки инженерных кадров для современной радиоэлектроники является усвоениестудентами достаточного объема теоретических знаний и практических навыков в области создания элементной базы радиоэлектроннойаппаратуры (РЭА). Успешная деятельность специалистов в областиконструирования и производства РЭА требует наличия у них четкихпредставлений о многообразии радиотехнических материалов, их свойствах и путях реализации этих свойств в конкретных изделиях – активных и пассивных радиокомпонентах.В учебном пособии содержатся расчетные формулы, необходимые для выполнения курсового проекта, приводятся справочные данные и характеристики основных применяемых материалов.

В приложении приведены примеры расчета одного из вариантов задания. Курсовой проект по дисциплине «Радиоматериалы и радиокомпоненты»является одним из первых по учебному плану, поэтому в учебном пособии подробно с примерами рассмотрены вопросы оформления конструкторской документации.31. РАСЧЕТ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИКатушки индуктивности представляют собой один из самых«древних» и распространенных дискретных элементов радиоэлектроники.

После резисторов и конденсаторов они являются самым распространенным элементом. Катушка представляет собой намотку на объемный каркас, витки которой при изменении магнитного потока приводят к возбуждению ЭДС, противодействующей этому изменению,т.е. катушка индуктивности обладает достаточно большим реактивнымсопротивлением.Катушки индуктивности наиболее часто применяются в колебательных контурах, фазосдвигающих цепях, в качестве запорных дросселей и т.д.Катушки индуктивности по конструкции можно разделить на рядгрупп:− каркасные и бескаркасные;− с сердечником и без сердечника;− экранированные и неэкранированные.1.1.

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА КАТУШКИЦелью расчета конструкции однослойной, неэкранированной катушки индуктивности без сердечника с заданными параметрами и максимальной добротностью является определение наличия каркаса и его материала, определение или уточнение геометрических размеров катушкииндуктивности, вида и толщины провода обмотки, наличия изоляции ипропитки, числа витков обмотки, которые обеспечили бы требуемый режим работы на данных частотах с допустимой погрешностью.Исходными данными для расчета однослойной, неэкранированной катушки индуктивности являются:− индуктивность;− диаметр каркаса;− частота.Критерием оптимальности расчета является максимальная добротность.1.2.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫКАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИСвойства каждой катушки характеризуют следующие параметры:• Номинальная величина индуктивности и ее допустимые отклонения.Применяемые в радиоаппаратуре высокочастотные катушкиимеют величину индуктивности от долей микрогенри до десятков и4сотен миллигенри.

Точность индуктивности может меняться в широких пределах (от долей до десятков процентов), так как зависит отфункций, которые катушка выполняет в схеме аппарата.При серийном производстве можно обеспечить изготовление катушек с отклонением индуктивности от номинального значения порядка 1…2 %.• Возможность изменения величины индуктивности в процессерегулировки аппарата.

Во многих случаях нельзя обеспечить необходимые параметры аппарата при приемлемой с точки зрения серийногопроизводства точности изготовления катушек, конденсаторов и другихэлементов схемы. В этих случаях в катушку вводят специальные сердечники, при помощи которых величина индуктивности может бытьизменена до требуемого значения в процессе регулировки аппаратаили при изготовлении катушки.• Добротность катушки. Этот параметр наиболее существенновлияет на свойства схемы, если катушка используется в качестве элемента резонансного контура. Применяемые в радиоаппаратуре катушки имеют добротность Q порядка 30 – 200.• Собственная емкость катушки. Между отдельными витками катушки, а также между витками и сердечником, витками и экраном, витками и другими элементами конструкции существуют элементарныераспределенные емкости, которые можно заменить одной эквивалентной емкостью, подключенной к началу и концу провода обмотки.

Этаэквивалентная емкость называется собственной емкостью катушки C0 .Эквивалентная схема катушки с учетом собственной емкостиприведена на рис. 1. В зависимости от конструкции катушки собственная емкость может составлять доли и десятки пикофарад.Рис. 1. Эквивалентная схема катушки индуктивности:L – индуктивность; C0 – собственная емкость; r f – сопротивление потерьв проводе намотки; rд – сопротивление потерь в диэлектрикесобственной емкости5• Температурная стабильность индуктивности. При изменениитемпературы окружающего воздуха происходит изменение размеровкаркаса, провода катушки, а значит, и расстояния между витками и ряддругих явлений, в результате которых изменяется величина индуктивности катушки.Если после окончания температурного воздействия индуктивность катушки возвращается к своему первоначальному значению, тотакое изменение называют обратимым (цикличным).Обратимое изменение характеризуется температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ), определяемым по формуле:∆L,(1)L ∆tгде ∆L – изменение индуктивности при изменении температуры на∆t ; L – значение индуктивности катушки при нормальной температуре окружающего воздуха.Применяемые в радиоаппаратуре катушки имеют ТКИ не меньше (5...10) ⋅10 −6 .Если значение индуктивности не возвращается к исходному послеокончания температурного воздействия, такое изменение называетсянеобратимым.

Необратимое изменение характеризуется коэффициентом температурной нестабильности индуктивности (КТНИ), определяемым по формуле:L − L1КТНИ = 2,(2)L1ТКИ =где L1 – значение индуктивности до испытаний; L2 – значение индуктивности после окончания температурного воздействия.Необратимые изменения происходят из-за остаточных деформаций в элементах конструкции или из-за остаточных изменений параметров материалов.• Допустимые условия эксплуатации: значения положительнойи отрицательной температур, относительной влажности воздуха, частоты вибрации и перегрузок, при которых параметры катушки сохраняются в установленных пределах.• Габариты и вес катушки.1.3.

ТИПЫ ОБМОТОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХРАЗМЕРОВ КАТУШЕКОбмотки катушек индуктивности могут быть однослойные (рядовые, бифилярные или тороидальные), многослойные (рядовые, зеркальные или тороидальные) и плоские спиральные.Однослойная катушка образуется путем размещения провода по поверхности каркаса в один слой по винтовой линии. Витки обмотки распо6лагают плотно, виток к витку, или на некотором расстоянии друг от друга.В первом случае обмотка называется сплошной, во втором – с шагом.Обмотка однослойных катушек выполняется на гладких каркасах,на каркасах с канавкой, расположенной по винтовой линии, на каркасах с ребрами или без каркаса (рис. 2).а)г)б)в)д)Рис.

2. Катушки индуктивности с однослойной намоткой:а – на гладком каркасе (сплошная намотка); б – на каркасе с канавками;в – на каркасе с ребрами; г – с токопроводящим слоем,выполненным методом металлизации керамики; д – бескаркасная71. Коэффициенты неплотности обмоткиd из , ммДо 0,11От 0,15до 0,25От 0,35до 0,41От 0,51до 0,93Cвыше 1α1,31,251,21,11,05В последнем случае для изготовления катушек применяют проводдиаметром 1…1,5 мм и более, а количество витков ограничивают до5…10.

Применение провода меньшего диаметра или увеличение числавитков крайне нежелательно, так как это уменьшает жесткость иухудшает стабильность катушек.При использовании керамических каркасов, обладающих высокими диэлектрическими свойствами, токопроводящий слой иногда выполняют из серебра, нанесенного методом вжигания.Фактически при сплошной обмотке не представляется возможнымуложить провод без зазора и расстояние между осевыми линиями двухсоседних витков, шаг намотки τ , оказывается несколько больше, чемдиаметр провода в изоляции d из . Шаг намотки τ , мм, зависит от диаметра провода и определяется по формуле:τ = αd из ,(3)где d из – диаметр провода в изоляции, мм; α – коэффициент неплотности обмотки, значения которого приведены в табл. 1 [3].Под длиной обмотки однослойной катушки l понимают расстояние между осевыми линиями двух крайних витков, определяемое поформуле:l = τ ( N − 1),(4)где l – длина обмотки однослойной катушки, мм; N – число витков.Наружный диаметр катушки определяется по формуле:D = D0 + 2d из ,(5)где D – наружный диаметр катушки, см; D0 – диаметр каркаса, см.Для однослойных катушек с достаточной для практики точностьюможно считать D ≅ D0 .1.4.