октябрь, 2006 КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Цель лекции – получить общие сведения об параметрах, характеристиках, конструктивных особенностях и разновидностях дискретных высокочастотных катушек индуктивности. Содержание: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Классификация и основные параметры катушек индуктивности Катушки индуктивности без сердечника Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками Катушки индуктивности с немагнитными сердечниками Экранирование катушек индуктивности Катушки индуктивности для микросборок и поверхностного монтажа ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Катушками индуктивности называют электрорадиокомпоненты, работа которых основывается на взаимодействии магнитного поля и переменного тока. • В зависимости от назначения высокочастотные катушки индуктивности подразделяют на четыре основные группы: – – катушки колебательных контуров, определяющих частоту (гетеродинов, задающих генераторов); катушки колебательных контуров, не определяющих частоту; катушки связи; дроссели высокой частоты. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек По назначению высокочастотные катушки индуктивности подразделяют на четыре основные группы: – катушки колебательных контуров, определяющих частоту (гетеродинов, задающих генераторов); – катушки колебательных контуров, не определяющих частоту; – катушки связи; – дроссели высокой частоты. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Катушки контуров могут быть с постоянной индуктивностью и переменной индуктивностью (вариометры). • По конструктивному признаку катушки подразделяют на – – – однослойные и многослойные, экранированные и неэкранированные, катушки без сердечников катушки с магнитными и немагнитными сердечниками, цилиндрические, спиральные и плоские. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Свойства катушек характеризуются – индуктивностью, – допускаемым индуктивности, – добротностью, – собственной емкостью, – стабильностью. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua отклонением
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Индуктивность это величина, устанавливающая связь между Э. Д. С. самоиндукции катушки е и током I протекающим в ней ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Индуктивность является основным фактором катушки. • Индуктивность зависит – – от формы, размеров, числа витков катушки, а также от формы, размеров и материала сердечника. • Индуктивность высокочастотных катушек может изменяться в пределах от нескольких наногенри до десятков милигенри. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Классификация и основные параметры катушек v Точность номинальной величины индуктивности определяется технологией изготовления катушки. v Для катушек, используемых в контурах, требуется точность 0, 2 0, 5%, а для катушек связи, дросселей 15% 20%. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Классификация и основные параметры катушек • Добротность катушки Q это отношение реактивного сопро тивления катушки к ее активному сопротивлению потерь rп: • Q = L / rп ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Сопротивление потерь складывается из нескольких со ставляющих: rп = rf + rq + rc + rэ , где rf активное сопротивление провода обмотки переменному току; rq - сопротивление, обусловленное диэлектрическими потерями в материале каркаса и изоляции провода; rc - сопротивление вносимое сердечником; rэ сопротивление вносимое экраном. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек n. Схема замещения ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Здесь Lэ эквивалентная индуктивность катушки, учитывающая индуктивность выводов; • R 1 = rf + rq + rэ • R 2 сопротивление, вносимое диэлектрическими потерями; • CL емкость катушки, учитывающая собственную емкость между витками катушки С 0, ее выводами СВЫВ, емкость вносимую немагнитным сердечником СС, экраном СЭ и т. д. • СL = C 0 + CВЫВ + CЭ + CC. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Классификация и основные параметры катушек ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Здесь ω0 – собственная резонансная частота катушки индктивности ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Причиной появления собственной емкости является электрическое поле, которое возникает между витками, витками и экраном, шасси и т. д. , имеющих разный потенциал. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Наименьшей собственной емкостью обладают однослойные бескаркасные (CL 1 п. Ф) и намотанные на каркасе с шагом (CL = 1 – 2 п. Ф) катушки. • Многослойные катушки обладают большей емкостью, величина которой зависит от способа намотки. Например, для обмоток типа "универсаль" CL = 5 – 10 п. Ф, а для рядовой многослойной CL = 50 п. Ф. • Собственная емкость уменьшается, если катушка намотана в виде отдельных секций. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Диэлектрические потери возникают в поле собственной емкости катушки CL через диэлектрик и зависят от величины этой емкости, качества материала каркаса (tg ) и частоты. • Активное сопротивление провода обмотки току высокой частоты значительно больше сопротивления постоянному току из-за поверхностного эффекта и эффекта близости. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек Поверхностный эффект заключается в концентрации тока в приповерхностных частях сечения прямолинейного проводника, что уменьшает его эффективное сечение. Величина проникновения тока в глубь проводника, выполненного из немагнитного материала, определяется по формуле = 0. 5 (p / f)1/2, мм, где ρ удельное материала, мк. Ом • м; f частота тока, МГц. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua Δ сопротивление
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Для уменьшения сопротивления току высокой частоты rf • увеличивают диаметр провода, • покрывают его слоем серебра или слоями родий серебро родий, для защиты серебра от окисления. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Эффект близости возникает при изгибе проводника. Он проявляется в концентрации тока в обращенных внутрь катушки частях сечения проводника. • Эффективное сечение проводника уменьшается дополнительно и увеличивается его сопротивления на величину гб. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Классификация и основные параметры катушек • Чем больше диаметр обмотки катушки и меньше диаметр провода), тем меньше проявляется эффект близости. При определенном диаметре провода сопротивление катушки имеет минимальное значение. При меньших диаметрах провода преобладает влияние поверхностного эффекта, при больших эффекта близости. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • На частотах 100 500 к. Гц сопротивление потерь в основном определяется активным сопротивлением току высо кой частоты. • В диапазоне 3 30 МГц значительное влияние могут оказать диэлектрические потери, особенно, в катушках большого диаметра, намотанных на каркасе из низкочастотного диэлектрика. • ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • В катушках малого диаметра с каркасом из высокочастотного диэлектрика (полистирол, ультрафарфор) диэлектрические потери малы. • В многослойных катушках поле концентрируется внутри обмоток, поэтому диэлектрические потери в изоляции проводов выше, чем в каркасе. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • Стабильность характеризуется изменением параметров катушки индуктивности под воздействием • температуры, • влажности и • во времени. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • Изменения индуктивности под влиянием температуры вызывается следующими основными причинами: • температурными изменениями линейных размеров (диаметра, длины), • изменением эффективной площади сечения проводника вследствие перераспределения тока по сечению провода, • изменением собственной емкости и потерь в каркасе, • изменением влияния экрана. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • Обратимые изменения индуктивности характеризуются температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ): L 2 L 1 ТКИ = –––––– , L 1 (T 2 T 1) где L 1 и L 2 индуктивность катушки при температуре T 1 и Т 2 соот ветственно. • ТКИ определяется способом намотки и качеством диэлектрика каркаса. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • Необратимые изменения индуктивности характеризуются коэффициентом температурной нестабильности индуктивности (КТНИ). • При циклических изменениях температуры между поверхностью каркаса и проводником могут образоваться зазоры, изменяться расстояние между витками. Это вызывает необратимы изменения индуктивности. Катушки такого типа нестабильны. • Для повышения стабильности обмотку выполняют методом горячей намотки или методами осаждения или вжигания металла в материал каркаса. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • Для повышения стабильности обмотку выполняют • методом горячей намотки, • методами осаждения, • вжиганием металла в материал каркаса. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • При изменении температуры меняется добротность Q и собственная емкость CL. • Это обусловлено • изменением сопротивления провода, • изменением и tg каркаса. • Добротность катушки падает на 10% на каждые 30°С повышения температуры. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • Влияние старения каркаса сильно проявляется при использовании органических диэлектриков и практически отсутствует у керамических каркасов из керамики. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Классификация и основные параметры катушек октябрь, 2006 • Влага • увеличивает собственную емкость катушки (возрастает величина каркаса и воздуха) • увеличивает диэлектрические потери, • снижает добротность. • Для защиты катушек от влаги применяют герметизацию или пропитку обмотки негигроскопичным составом. • Пропитка повышает стабильность параметров, но одновременно снижает добротность и увеличивает собственную емкость. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Катушки индуктивности колебательных контуров Катушки индуктивности без сердечника. • Цилиндрические катушки индуктивности с однослойной намоткой выполняются на каркасах из диэлектрика или без них. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности без сердечника. октябрь, 2006 • Катушки без каркасов применяют, когда необходима большая добротность при невысоких требованиях к стабильности индуктивности. • Количество витков ограничивают (5 8), • Диаметр провода катушки выбирают из соображений жесткости конструкции. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности без сердечника. октябрь, 2006 • Для катушек с однослойной рядовой намоткой изготавливают гладкие каркасы, • для катушек с шаговой намоткой каркасы с канавкой, расположенной по винтовой линии, или ребрами вдоль образующей цилиндра. • Катушки с шаговой намоткой отличаются • меньшей собственной емкостью CL • меньшими потерями в диэлектрике, • повышенными значениями добротности. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности без сердечника. октябрь, 2006 Высокодобротные стабильные катушки индуктивности выполняют из медного посеребренного проводника, намотанного на каркас из высококачественной керамики характеризующейся минимальными значениями ТКЛР, tg , и ТК , а также достаточной механической прочностью ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности без сердечника. октябрь, 2006 • Однослойную рядовую намотку применяют при индуктивностях не выше 15 20 мк. Гн. • Величина индуктивности может быть определена по эмпирической формуле • L = 0, 01 DN 2/(l/D+0, 44), мк. Гн, где D диаметр обмотки, см; N число витков; l длина обмотки, см. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности без сердечника. октябрь, 2006 • Многослойные катушки используют для колебательных контуров на частотах от 100 до 2000 к. Гц, когда требуется индуктивности более 30 50 мк. Гн. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности без сердечника. октябрь, 2006 • Индуктивность катушки без сердечника с многослойной обмоткой определяется по формуле. D 2 N 2 L = –––––––– , мк. Гн, 3 D + 9 l + 10 a где D средний диаметр обмотки, см; l длина обмотки, см; а толщина обмотки, см; N число витков. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua l a D
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Сердечники из ферромагнитных материалов применяют • для увеличения добротности, • уменьшения размеров? • подстройки катушек индуктивности. Ферромагнитные сердечники характеризуются • относительной (действующей) магнитной проницательностью C • температурным коэффициентом этой проницаемости ТК C. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Относительная магнитная проницательность C определяется отношением величины индуктивности катушки с сердечником LC к индуктивности той же катушки без сердечника L: C = L С / L. Чем больше магнитная проницаемость материала сердечника (измеряется на кольцевых сердечниках), ниже частота переменного напряжения, меньше расстояния между сердечником и обмоткой катушки, тем выше относительная магнитная проницаемость сердечника ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Использование магнитных свойств материала в сердечнике характеризуется коэффициентом использования: k = C / МАТ , где МАТ относительная магнитная проницаемость материала сердечника. Чем больше величина k , тем сильнее сердечник влияет на параметры катушки. Для стандартной торроидальной катушки k = 1, т. е. C = МАТ. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Использование магнитного сердечника увеличивает добротность катушки. Если бы в сердечнике не было потерь, то добротность катушки с сердечником также увеличивалась бы в C раз, т. е. . LC . C. L QC = –––––––––––– = C Q. r. П Однако в сердечнике присутствуют потери на вихревые токи, потери на гистерезис и потери на последействие. Вследствие этого приближенно считают QC = ( C • Q)1/2. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Потери вносимые сердечником, характеризуются относительной добротностью QОТН = QC / Q. Относительная добротность зависит от • коэффициента использования, • потерь в сердечнике, • от частоты. Верхней границей диапазона рабочих частот сердечника является частота, при которой QОТН =1. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. Стабильность параметров катушки зависит от стабильности параметров материала сердечника и ухудшается с увеличением величины C. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. Ферромагнитные сердечники для катушек индуктивности изготавливают из магнитодиэлектриков и ферритов. Ферритовые сердечники позволяют получить катушки с большей величиной добротности, чем сердечники из магнитодиэлектриков. Для стабильных высокочастотных катушек индуктивности рекомендуется использовать сердечники из карбонильного железа или термостабильных ферритов. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 По конструктивному выполнению сердечники подразделяют на цилиндрические, броневые, кольцевые. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Цилиндрические сердечники используют для изменения величины индуктивности в процессе регулировки аппаратуры и в качестве элемента подстройки броневых сердечников. Они обладают, как правило, невысокой относительной магнитной проницаемостью ( C = 1, 5 3) и относительной добротностью (QС == 1, 2 2). Их изготавливают из карбонильного железа и ферритов. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Катушки с броневыми сердечниками характеризуются малыми размерами, сравнительно высокой добротностью малой собственной емкостью. Они создают слабое внешнее поле. Это позволяет приближать экран к самому сердечнику, а в некоторых случаях не экранировать катушку. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Катушки с броневыми сердечниками применяются в колебательных контурах усилителей радио промежуточной частоты, в электрических фильтрах различного назначения ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 Броневые сердечники могут быть с замкнутой или разомкнутой магнитной цепью (с зазором). Введение немагнитного зазора с шириной уменьшает относительную магнитную проницаемость сердечника СЗ и величину потерь tg СЗ: , СЗ = С / (1 + С / l. ЭФ), tg СЗ = tg СЗ / С где l. ЭФ эффективная магнитной силовой линии. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua длина
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 • Для подстройки величины индуктивности броневые сердечники снабжают цилиндрическим сердечником. • Перемещение цилиндрического сердечника изменяет индуктивность примерно на 20 %, если сердечник без зазора, и на 30 %, если сердечник с зазором. • Броневые сердечники изготавливаются из ферритов и карбонильного железа. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. октябрь, 2006 • Кольцевые сердечники позволяют наиболее полно использовать магнитные свойства материалов ( C= Н). • Достоинства: • большая добротность катушек (до 400 500), • почти полное отсутствие внешнего поля, что устраняет необходимость экранирования, • возможность получения сильной (к = 1) связи между двумя расположенными на нем обмотками. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками. • Недостатки кольцевых сердечников: • сложность намотки, • невозможность подстройки • относительно низкая температурная стабильность индуктивности. • Кольцевые сердечники применяют в тех случаях, когда необходимо получить максимальную индуктивность при минимальных габаритах. • Они изготавливаются из ферритов и альсиферов ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Катушки индуктивности с сердечникам из немагнитных материалов. • Сердечники из немагнитных материалов (меди, латуни, алюминия) применяются для подстройки стабильных катушек индуктивности в диапазоне частот 10 100 МГц. • При введении немагнитного сердечника уменьшается индуктивность катушки и добротность. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Катушки индуктивности с сердечникам из немагнитных материалов. • Индуктивность уменьшается тем сильнее, чем больший объем металла вводится и чем выше его проводимость. • Добротность уменьшается в большей степени, чем индуктивность. Например, уменьшение индуктивности на 15% при использовании медного сердечника снижает добротность на 45%, а применении алюминиевого в 3 4 раза. Поэтому алюминиевые сердечники используют для регулировки индуктивности широкополосных контуров. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Экранирование катушек индуктивности • Экранирование катушек индуктивности применяется для устранения паразитных связей, обусловленных внешним электроманитным полем катушки и окружающим пространством. Катушка располагается внутри замкнутого металлического заземленного экрана. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Экранирование катушек индуктивности ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Экранирование катушек индуктивности • Эффективность экранирования определяется отношением напряженности поля катушки в данной точке пространства при наличии экрана к напряженности поля, когда экран отсутствует. • Для экрана в виде алюминиевого стакана это отношение равно 0, 01 0, 05 ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Экранирование катушек индуктивности • Наиболее распространены электромагнитные экраны изготовленные из немагнитных металлов (медь, латунь, алюминий). • Экран ослабляет поле и внутри катушки. • Изменяются параметры катушки: • уменьшается индуктивность и добротность, • увеличивается собственная емкость, • понижается стабильность. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Экранирование катушек индуктивности • Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе к ее виткам расположен экран. • Для того, чтобы индуктивность и добротность падали не более чем на 10%, для однослойных обмоток рекомендует ся соотношение диаметров экрана и катушки Dэ / D = 1, 5 2, 5. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Экранирование катушек индуктивности • Эффективность экранирования повышается • при увеличении частоты переменного поля, • при увеличении толщины экрана • уменьшении удель ного сопротивления материала экрана. • Экраны высокочастотных катушек индуктивности изготавливают из меди и алюминия толщиной 0, 4 0, 5 мм. При такой толщине экрана эффективность экранирования на частоте 1 МГц составляет 0, 01. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Пленочные катушки индуктивности • Пленочные катушки применяют в интегральных микросборках. Они выполняются в виде плоских спиралей из проводящего материала, наносимого на изоляционную или ферритовую подложку ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua индуктивности микросхемах и
октябрь, 2006 Пленочные катушки индуктивности Индуктивность плоской катушки зависит от размеров и формы среднего витка, расстояния между витками и числа витков. Величину индуктивности круглой пленочной спирали можно рассчитать по эмпирической формуле: a 2 • N 2 L = 0. 394 –––––– 8 • a + 11 • C где С ширина полосы занимаемой витками, С = 0, 5(D 2 D 1); а средний радиус витка, а = 0, 25 (D 1 + D 2); N число витков. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Пленочные катушки индуктивности • При одинаковых габаритных размерах и числе витков индуктивность квадратной спирали в 1, 27 раза больше. • На величину добротности пленочной катушки сильное влияниме оказывают потери в проводнике переменному току и диэлектрические потери в материале подложки. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Пленочные катушки индуктивности Добротность спиральной катушки (без учета скин эффекта) с точностью 15 20% можно оценить по формуле 16 f D 1 k 2 b Q = –––––––– R t (D 22 / D 12 1) где f рабочая частота, МГц, t толщина проводника, мм; R удельное поверхностное сопротивление материала проводника, Ом/ ; k коэффициент, определяемый по графику ; b ширина проводника. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Пленочные катушки индуктивности • Оптимальное отношение размеров D 1/D 2, соответствующее наибольшей добротности (80 120), для круглой катушки равно 0, 4, а для квадратной 0, 36. • Наличие шероховатостей на поверхности подложки в 4 10 мкм может в 2 3 раза снизить добротность за счет увеличения сопротивления поверхностного слоя проводника. • Наличие толстых экранов (например, крышки корпуса ИМС) на расстоянии менее 0, 2 D или тонких металлических пленок на расстоянии менее D уменьшают индуктивность катушки и снижают ее добротность. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Пленочные катушки индуктивности • Пленочные катушки используют в диапазоне рабочих частот 10 МГц 2 ГГц. • Нижний предел рабочего диапазона определяется предельной индуктивностью катушки, величина которой порядка 10 мк. Гн из за ограниченных геометрических размеров. • Верхний предел частотного диапазона ограничен разрешающей способностью технологических процессов фотолитографии, которые обеспечивают получение катушек индуктивности менее 8 н. Гн при диаметре D = 1, 5 2, 0 мм. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Пленочные катушки индуктивности Недостатки пленочных индуктивностей: • невысокая индуктивность (не более 5 мк. Гн), • невысокая добротность, • относительно большие габаритные размеры, во многих случаях неприемлемые для ГИС и МСБ. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Миниатюрныеиндуктивности для поверхностного монтажа • Дискретные интегральные катушки индуктивности подразделяются на высокочастотные и общего назначения. • Высокочастотные катушки имеют: • индуктивность от 1, 0 н. Гн до 4, 7 мк. Гн, • допуски на номинал 2%; 5%; 10%; • добротность в зависимости от величины индуктивности изменяется от 20 до 50, а максимальная достигает 85. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Миниатюрные индуктивности для поверхностного монтажа 1, 4 max • Каркасы изготовляются из керамики или феррита. • Они могут эксплуатироваться в широком диапазоне рабочих температур от 55 о. С до +125 о. С. • Габаритные размеры высокочастотных индуктивностей соответствуют типоразмерам 0603 и 0805. 2, 2 max ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Миниатюрные индуктивности для поверхностного монтажа • Для индуктивностей общего назначения характерно высокое значение индуктивности при небольших габаритных размерах (типоразмер 0805). • Индуктивности общего назначения выпускаются номиналом от 4, 7 м. Гн до 47 мк. Гн, с допуском на номинал 10%; 20%; 30%. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
октябрь, 2006 Миниатюрные индуктивности для поверхностного монтажа • Для увеличения индуктивности применяют ферритовые сердечники. • Катушки, намотанные на ферритовых сердечниках имеют: • индуктивность 1 мк. Гн. . . 1000 мк. Гн, • добротность 40 80 в диапазоне частот 300 к. Гц. . . 5 МГц. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Как классифицируют катушки индуктивности? Какими параметрами их характеризуют? • 2. От каких факторов зависит добротность катушки индуктивности? • 3. Объясните влияние поверхностного эффекта и эффекта близости на добротность катушки индуктивности? • 4. Какие факторы влияют на стабильность катушки индуктивности? • 5. Какие типы сердечников используют в высокочастотных катушках индуктивности? Каково их назначение? • 6. Как влияют сердечники на параметры катушки индуктивности? • 7. Зачем применяется экранирование катушек индуктивности? Какие требования предъявляются к экрану? • 8. Охарактеризуйте достоинства, недостатки, области применения пленочных катушек индуктивности • 9. Какие разновидности конденсаторов используются для монтажа в МСБ и поверхностного монтажа ? ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Рычина Т. А. , Зелинский А. В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы. – М. : Радио и связь. 1989 – 353 с. 2. Волгов В. А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. – М. : Наука, 1977. – 656 с. 3. Свитенко В. Н. Электрорадиоэлементы. Пособие по курсовому проектированию. – М. : Высшая школа, 1987, 207 с. 4. Аксенов А. И. , Нефедов А. В. Резисторы, конденсаторы, провода, припои, флюсы. Справочное пособие. Серия «Ремонт» , вып. 39. «Салон Р» , 2000. 5. Садченков П. А. Маркировка радиодеталей. Справочное пособие: Москва: Салон Р, 2001. 6. Полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы и технология их производства: Учебник / Ю. Е. Гордиенко, А. Н. Гуржий, А. В. Бородин, С. С. Бурдукова. – Харьков: „Компания СМИТ”, 2004. 620 с. ХНУРЭ, факультет ЭТ, кафедра МЭПУ, тел. 702 -13 -62, e-mail: vpk@kture. kharkov. ua
Скачать презентацию октябрь, 2006 КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ Цель лекции – получить
Л 4 Катушки инд..ppt