Чернышева Т.И. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152099), страница 3
Текст из файла (страница 3)
5.Оптимальный диаметр одной жилы литцендрата находят, определяя для него α1 , β1 , и d опт . Полный диаметр провода может бытьнайден по соответствующим справочникам.Рис. 7. График значений коэффициента β1 для расчета оптимальногодиаметра провода катушки индуктивности175. Значения коэффициента σ для расчетаоптимального диаметра жил литцендратаn2σ79101215162128>282,53,33,74,55,76,1810,80,4n2Для коротковолновых катушек d опт определяется по формуле:d опт = 0,7τ,(23)где τ – шаг намотки.Если токопроводящий слой имеет прямоугольное сечение ибольшая сторона сечения параллельна осевой лини катушки, то ширина токопроводящего слоя d опт определяется по формуле:d опт = 0,85τ,(24)Обычно для однослойных катушек d опт = 0,2...0,6 мм .Как видно из приведенной последовательности расчета, для определения оптимального диаметра необходимо знать (за исключениемУКВ катушек индуктивности, намотанных с шагом) геометрическиеразмеры катушек.
Так как в начале расчета эти данные еще неизвестны, то расчет приходится вести методом последовательного приблиlжения, задаваясь диаметром каркаса D0 и отношением. НаходятDd опт и определяют число витков катушки индуктивности, после чегоl. Если полученное значение геометрическихDразмеров значительно отличается от того, которым задавались в началерасчета, то расчет d опт , а затем и числа витков повторяют, принявуточняют отношениепредварительно найденноеlза исходное.D1.6.3. Сопротивление провода катушки индуктивностиРасчет сопротивления провода катушки для тока высокой частотыможет быть произведен по формуле:2 k Nd r f = r0 F (z ) + 3(25) G (z ), 2D где rf – сопротивление провода катушки индуктивности току высокойчастоты, Ом; r0 – сопротивление провода катушки постоянному току,Ом; N – число витков катушки; d – диаметр провода обмотки без18изоляции, см; D – наружный диаметр катушки, см; k3 – коэффициент, зависящий от размеров катушки, определяется по рис.
8.F ( z ) и G ( z ) – коэффициенты, учитывающие влияние поверхностного эффекта и эффекта близости; определяются по табл. 6 с помощью вспомогательного параметра z .z = 0,1d f ,(26)где f – частота, Гц.Сопротивление провода постоянному току определяется по формуле:r0 =7,3Dcp N 10−6d2,(27)где Dcp – средний диаметр катушки, см; N – число витков; d – диаметр провода, см.Если однослойная катушка намотана проводом оптимальногодиаметра и параметр z > 5 , то определение r f можно производить поформуле:rf =0,525DNdf10−3 ,(28)где r f – сопротивление, Ом; f – частота, МГц; D – диаметр катушки, см; d – диаметр обмотки, см.Рис.
8. График значений коэффициента k3 для расчета сопротивленияпровода однослойной катушки индуктивности196. Значения коэффициентов F ( z ) и G ( z )20zF (z )G(z )0,11,000,51,000,60,70,80,91,01,11,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,22,32,42,52,62,72,82,933,13,23,33,43,53,61,001,001,001,001,011,011,011,021,021,031,031,041,051,061,081,091,111,131,151,181,21,231,261,291,321,351,381,421,461,491,53 z 4 640,002020,003730,006320,01010,01520,0220,03060,04130,05410,06910,08630,1060,1270,1490,1720,1970,2210,2460,2710,2950,3180,3410,3630,3840,4050,4250,4440,4630,4810,4990,516zF (z )G(z )5,42,180,8265,62,250,8615,866,26,46,66,877,27,47,67,888,28,48,68,899,29,49,69,810,011,012,013,014,015,016,017,018,019,02,322,392,462,532,62,672,742,812,882,953,023,093,173,243,313,383,453,523,593,663,733,804,154,504,865,215,565,926,276,626,970,8960,9320,9671,001,041,071,111,141,181,221,251,291,321,361,391,431,461,51,551,571,611,641,822,002,172,352,582,702,883,063,23Продолжение табл.
6zF (z )G(z )3,73,83,944,14,24,34,44,54,64,74,84,955,21,571,61,641,681,721,751,791,831,861,91,941,972,012,042,110,5330,550,5670,5840,6010,6180,6350,6520,6690,6860,7030,720,7380,7550,79zF (z )G(z )20,021,022,023,024,025,030,040,050,060,070,080,090,0100,07,337,688,036,396,749,0910,914,417,921,525,028,532,135,63,413,593,763,944,124,295,186,958,1710,512,314,0215,817,61.6.4. Потери в собственной емкости катушки индуктивностиКроме потерь в проводе намотки, дополнительные потери возникают и в диэлектрике собственной емкости.
Последовательное сопротивление, эквивалентное этим потерям, определяется по формуле:rд = 250 С0 д tgδ L2 f 3 10 −6 ,(29)где rд – сопротивление в диэлектрике, Ом; С0 д – емкость через твердый диэлектрик, пФ; L – индуктивность, мкГн; f – частота, МГц.Таким образом, потери зависят от величины емкости, образованной твердым диэлектриком С0 д , от tgδ диэлектрика и от частотыприложенного напряжения.Как видно из формулы (29), эквивалентное сопротивление потерьпропорционально третьей степени частоты.
Поэтому потери в диэлектрике сказываются в первую очередь в катушках, работающих в коротких и ультракоротких волнах.Следует учитывать, что С0 д пропорциональна диэлектрическойпроницаемости ε материала каркаса и изоляции провода, поэтому приконструировании катушек КВ-диапазона для каркаса следует выбирать21материал, у которого произведение ε tgδ имеет минимальное значение. К числу таких материалов относятся специальные сорта керамики,например ГОСТ 5458-64 класс IV в ( ε ≤ 7,5; tgδ = 0,0006 ).В диапазоне УКВ, где потери в диэлектрике достигают 50% отпотерь в меди, следует особо стремиться к уменьшению С0 д и tgδ .Такие катушки обычно выполняют бескаркасной намоткой или на керамических каркасах с ребрами; намотку выполняют медным посеребренным проводом без изоляции.1.7. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ С МАГНИТНЫМИИ НЕМАГНИТНЫМИ СЕРДЕЧНИКАМИПрименение магнитных сердечников позволяет уменьшить размеры катушки и в ряде случаев увеличить ее добротность.
Сердечникиз магнитного материала, помещенный внутри катушки, концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает ее индуктивность. Крометого, используя сердечник, который способен перемещаться внутрикатушки, можно менять ее индуктивность без изменения числа витковобмотки, что имеет большое значение для компенсации отклоненийиндуктивности и других элементов схемы при регулировке аппарата.1.7.1. Свойства магнитных материалов,используемых для изготовления сердечниковСвойства сердечника из магнитного материала, находящегося вполе катушки индуктивности, по которой текут токи высокой частоты,существенно отличаются от свойств при низких частотах. По мереувеличения частоты увеличивается ЭДС, наведенная в сердечнике, чтоприводит к возрастанию вихревых токов.
При появлении вихревыхтоков создается вторичное поле, направленное навстречу основномуполю катушки, которое уменьшает ее индуктивность. Часть энергии,запасенной в поле катушки, расходуется на нагрев сердечника вихревыми токами, и добротность катушки уменьшается.Для уменьшения вихревых токов сердечники следует выполнятьиз материалов, которые, кроме магнитных свойств, имеют большоесопротивление.Магнитные материалы, применяемые в катушках индуктивности,можно разделить на две основные группы: магнитодиэлектрики и ферриты (оксиферы).Магнитодиэлектрик состоит из мельчайших частиц проводящегомагнитного материала, изолированных друг от друга слоем диэлектрика,который одновременно является веществом, скрепляющим частицы.22В отличие от магнитодиэлектриков феррит – монолитный материал, который обладает ферромагнитными свойствами и одновременно имеет большое удельное объемное сопротивление (порядка1010 − 1012 Ом ⋅ см ).
Это важнейшее преимущество ферритов передметаллическими магнитными материалами обусловливает малые потери на вихревые токи.Одной из основных характеристик магнитного материала является величина магнитной проницаемости µ , которая показывает, восколько раз увеличивается индуктивность катушки с сердечником посравнению с индуктивностью катушки без сердечника. Магнитодиэлектрики, применяемые в радиоаппаратостроении, имеют µ = 10...50 ,а ферриты – 15...3000 . Кроме того, свойства любого магнитного материала характеризуются величиной возникающих в нем потерь.Указанные параметры магнитных материалов не являются строгостабильными: так, магнитная проницаемость µ зависит от температуры сердечника; температурная нестабильность µ характеризуетсятемпературным коэффициентом магнитной проницаемости (ТКµ), который определяется по формуле:ТК µ =∆µ,µ∆t(30)где µ – величина магнитной проницаемости при нормальной температуре; ∆µ – изменение магнитной проницаемости при изменении температуры на ∆t .Магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитногополя, в котором находится сердечник.
Для магнитных материалов характерно явление старения (изменение магнитной проницаемости вовремени), которое оценивается относительным изменением магнитной∆µпроницаемости за определенный период времени%.µСвойства магнитных материалов в значительной степени зависятот частоты электромагнитного поля, в котором они будут находиться:при повышении частоты магнитная проницаемость уменьшается, апотери в материале растут. Чем меньше размеры зерна в магнитодиэлектрике, чем меньше tgδ , тем выше частота, на которой могут использоваться катушки индуктивности с магнитными сердечниками.Ферриты, как указывалось выше, имеют большое удельное сопротивление и малые потери на вихревые токи, что обусловливает общиймалый уровень потерь на радиочастотах.23К группе магнитодиэлектриков относятся карбонильное железо иальсифер.Промышленность выпускает несколько сортов карбонильногожелеза, отличающихся в основном размерами зерна. Карбонильноежелезо марки Р-2 может использоваться на частотах до 50 МГц; маркиР-4 – на частотах до 10…20 МГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
