Разновидности катушек индуктивности


СОДЕРЖАНИЕ:

Раздел 1 ФИЗИКО — ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ 6

Тема 5.5 Трансформаторы, катушки индуктивности, дроссели

К индуктивным элементам электронной техники относятся катушки индуктивности и трансформаторы.

Катушкой индуктивности называется элемент, способный запасать электромагнитную энергию и увеличивающий свое сопротивление переменному току пропорционально его частоте. Таким свойством обладает проводник в форме спирали. Проводник в катушке индуктивности называется обмоткой, которая может наматываться на основание (каркас катушки), выполняемое из диэлектрического материала. Если использовать провод с изоляцией, то витки обмотки можно располагать рядом или в несколько слоев. Для концентрации магнитного потока и уменьшения габаритных размеров в состав катушки индуктивности вводят магнитный сердечник, изготовленный из металлического ферромагнетика, феррита или магнитодиэлектрика.

Катушки индуктивности обычно используют на переменном напряжении и по функциям, выполняемым в аппаратуре, подразделяются на несколько видов:

Контурные КИ вместе с конденсаторами входят в состав колебательных контуров;

Фильтровые КИ или дроссели, обладающие на высоких частотах большим сопротивлением и пропускающие постоянный или низкочастотный ток, используются в электрических фильтрах;

Импульсные КИ применяют в цепях формирования или задержки импульсов тока;

Регулируемые КИ выполняют функцию переменной индуктивности.

Основным параметром катушки индуктивности является индуктивность – отношение полного магнитного потока Ф, сцепленного с витками этой катушки, к протекающему по ней току I:

L = Фw / I = BSw / I,

где w – число витков; В – магнитная индукция среды, в которой распространяется магнитный поток; S – площадь витка.

Классификация конструкций катушек индуктивности

По своей форме катушки индуктивности подразделяются на три типа.

Тороидальная катушка . В этой катушке обмотка наносится на тороид (рис. 5.55.5, а). Как правило, такие катушки имеют магнит­ный сердечник тороидальной формы с прямоугольным сечением. В этом случае магнитный поток концентрируется внутри серде­чника, рассеяние в окружающую среду минимально.

Цилиндрическая катушка (соленоид). В этом случае обмотка наносится на цилиндрический каркас из диэлектрического материала или на магнитный сердечник с круглым или прямоугольным сечением (рис. 5.5, б).

Плоская катушка. Эта катушка представляет собой спираль, в которой витки расположены в одной плоскости (рис. 5.5, в).

а – тороидальная; б – цилиндрическая; в — плоская

Рисунок 5.5 – Конструкции катушек индуктивности.

Типы намоток катушек индуктивности

Спиральная, однослойная сплошная, однослойная с шагом, многослойная рядовая, универсальная, секционированная.

а – однослойная сплошная; б – однослойная с шагом

Рисунок 5.6 – Типы намоток катушек индуктивности.

Контурные катушки индуктивности

Катушки индуктивности длинных и средних волн выполняют на каркасах из пресс-порошков и термопластичных пластмасс. Выбор материала каркаса практически не влияет на электрические параметры катушки и определяется в основном технологией изготовления. Каркасы бывают гладкие, трубчатые, с фланцами, секционированные. Обмотки, как правило, многослойные. При обмотке «внавал» используют каркасы с фланцами. Наибольшее при­менение находит обмотка типа «универсаль», обеспечивающая высокую жесткость конструкции и не требующая дополнительных фланцев.

Для катушек ДВ и СВ диапазона используют одножильные провода с волокнистой изоляцией ПЭЛШО, ПЭЛШД, ПЭБО, ПЭБД, а также провода с эмалевой изоляцией ПЭЛ, ПЭТ.

а — длинноволновая в чашеобразном ферритовом каркасе – сердеч­нике СБ и корпусе из полиэтилена, б – средневолновая с много­слойной обмоткой «внавал» на пластмассовом гладком каркасе с цилиндрическим сердечником СЦЩ: в –длинноволновая типа «универсаль» на пластмассовом гладком каркасе с резьбовым цилиндрическим сердечником СЦР; 1 – каркас катушки, 2 – сердечник, 3 – обмотка, 4 – штырь, 5 – корпус.

Рисунок 5.7 – Катушки ДВ и СВ диапазонов.

Для увеличения доброт­ности часто применяют многожильный провод в волокнистой шелковой изоляции ЛЕШО («литцендрат»).

Для крепления выводов обмотки в каркасах запрес­совывают штыри 4 (лепестки), вокруг которых предварительно обматывают, а затем запаивают провод. Каркасы 1 с обмоткой 3 крепят к шасси винтами, или, если есть экран, обжимают его по контуру, либо прижимают в местах выступов фланцев. Крепление катушек в этих случаях осуществляют шпильками, развальцованными в стенках экрана. Для сердечника 2 типа СЦР (цилиндрические резьбовые) внутреннюю резьбу делают в трубке пластмассового каркаса, а для сердечни­ков СЦШ (цилиндрические на шпильках) — в верхнем торце экрана. В катушках ДВ и СВ диапазона применяют сердечники из альсифера, карбонильного железа, феррита. Первые два обладают большой ста­бильностью и мало склонны к старению.

Катушки индуктивности коротких и ультрако­ротких волн, применяемые в контурах метрового диапазона волн, должны иметь индуктивность, равную единицам микрогенри, доброт­ность – 50 – 100, собственную емкость – 1– 2 пФ, точность – де­сятые доли процента. Это означает, что число витков таких катушек не должно превышать одного-двух десятков, диаметр каркаса – 10 – 20 мм, материал каркаса должен обладать малым ε, либо форма кар­каса должна уменьшать емкость через диэлектрик.

В качестве материалов каркаса можно использовать высокочастот­ные диэлектрики — керамику группы IV-в, полиэтилен, полистирол, В тех случаях, когда высокая добротность не требуется, используют каркасы из пресс-порошков (К21-22, АГ-4).

Рисунок 5.8 – Катушки KB и УКВ диапазонов.

Каркасы могут быть гладкими, трубчатыми, нарезными и ребристыми. Ребристые каркасы уменьшают собственную емкость катушки до 0,5 пФ, нарезные необ­ходимы для увеличения стабильности шаговых катушек («холодная» плотная намотка в «канавку», «горячая» намотка, обмотка, осажден­ная в пазы). В последнем случае в спиральную канавку каркаса пер­воначально вжигают серебро, которое далее гальванически наращива­ют медью.

В катушках KB диапазона применяют одножильные эмалирован­ные провода ПЭЛ, ПЭЛУ, ПЭТ и неэмалированные (неизолированные)) из меди ММ, МТ (для шаговых обмоток). Диаметр провода таких кату­шек, как правило, в 10—20 раз больше, чем катушек ДВ и СВ диапазонов и составляет единицы миллиметров. Это необходимо для по­вышения добротности и уменьшения действия поверхностного эффекта. Большинство катушек KB диапазона имеют однослойную намотку (сплошную или с шагом). Сердечники (латунные, алюминиевые) ред­ко применяют, используя их лишь как подстроечные элементы; если их нет, подстройка осуществляется перемещением крайних витков катушки,

В диапазоне УКВ катушки индуктивности имеют еще меньшую ин­дуктивность, а, следовательно, и число витков, и выполняются, как правило, из толстого неизолированного провода бескаркасной намот­кой.

Катушки связи, вариометры и дроссели высокой частоты

Катушкисвязи применяют для индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами в антенной цепи, а также в цепях тран­сформаторов высокой и промежуточной частот. Такая связь позволя­ет разделить по постоянному току сеточные и анодные цепи, цепи базы и коллектора и т. п. К катушкам связи не предъявляют жестких тре­бований в отношении добротности и точности, поэтому их выполняют из тонких проводов с возможно меньшими габаритами. Основными па­раметрами катушек связи являются индуктивность и коэффициент ин­дуктивной связи.

а) – две однослойные; б) – однослойная и многослойная; в) — однослойная (раздвоенная) и многослойная; г) – две многослойные.

Рисунок 5.9 – Варианты конструкций катушек связи.

Вариометр – это катушка индуктивности, в которой предусмотрена возможность изменения ин­дуктивности при эксплуатации, т.е. вариометр пред­назначен для перестройки частоты контуров. Прин­цип действия вариометра основан на изменении коэф­фициента связи между двумя катушками в результа­те их вращения или поступательного движения.

Первый случай характерен для диапазона СВЧ пе­редающих устройств. В зависимости от совпадения или противоположного направления магнитных по­лей роторной и статорной катушек (рис. 6), со­единенных последовательно, их общая индуктивность будет максимальна или минимальна:

1– ротор; 2 – статор

Рисунок 5.10 – Вариометр с вращающимся сердечником.

1 – сердечник, 2 — основание

Рисунок 5.11 – Вариометр с поступательным движением сердечника:

Дроссель высокой частоты – это катушка индук­тивности, включаемая в цепь тока высокой частоты для увеличения сопротивления цепи. При этом на постоянный ток или ток низкой час­тоты высокочастотный дроссель не влияет. Дроссели применяют в цепях фильтрации питания усилителей высокой частоты. Для повышения заградительных

свойств дроссель должен обладать значительной (по сравнению с контурной катушкой) индуктивностью и малой емкостью и его резонансная частота должна быть гораздо больше частоты рабочего сигнала, выделяемого в контуре. Конструктивно дроссели высокой частоты выполняют намоткой провода на любом каркасе, например, на основаниях непроволочных резисторов, в виде однослойных сплошных катушек или катушек типа «универсаль». Промышленность выпускает дроссели, намотанные на ферритовые стержни и опрессованные пластмассой. Дроссели высокой частоты окрашивают в синий цвет.

Катушки индуктивности, применяемые в гибридных интегральных схемах

Основным требованием, предъявляемым к катушкам индуктивности, применяемым в гибридных интегральных схемах (ГИС), является планарность их конструкции. Поскольку высота корпуса ГИС составля­ет 3—6 мм, в них нельзя применять обычные каркасные катушки ин­дуктивности, высота которых 8—10 мм. Кроме того, эти катушки ГИС должны устанавливаться или непосредственно наноситься на подложки ГИС. Этим требованиям отвечают лишь миниатюрные тороидальные катушки на ферритовых сердечниках и тонкопленочные, напыляемые на ситалловые подложки.

К миниатюрным тороидальным катушкам индуктивности относятся микромодульные катушки ИФМ, выполненные на сердечниках из ферритов 50 ВЧ или 1000 НМ с намотанными проводами ПЭВ, ПЭВТЛ. При применении тороидальных катушек в ГИС микроплату самой катушки не используют, а на подложку приклеивают тор (кольцо) и приваривают выводы катушки к контактным площадкам ГИС. Внешний диаметр тора 6 – 8 мм, внут­ренний – 3 – 4 мм. Поскольку в конструкциях тороидальных кату­шек используют ферриты с большой μ, индуктивность катушек может достигать десятков – единиц тысяч микрогенри. Добротности таких катушек не превышают 50. Применение их возможно в корпусах вы­сотой не менее 6 мм.

Т онкопленочные катушки индуктивности имеют ог­раниченный частотный диапазон (10 – 100 МГц). Объясняется это тем, что с уменьшением рабочей частоты резко увеличивается площадь, за­нимаемая катушкой на подложке, а с увеличением – уменьшается доб­ротность до значений единиц, неприемлемых для колебательного кон­тура. Поэтому в тонкопленочных катушках делают не более десяти витков на площади не более 1 см 2 , выполненные в виде круглой (рис. 8) или квадратной ) спирали.

Рисунок 5.12 – Тонкопленочная катушка индуктивности в виде спирали.

Трансформатором называется система из двух или более индуктивно связанных (через магнитный сердечник) обмоток. Трансформатор с двумя обмотками (первичной и вторичной) может выполнять две основные функции: преобразование величины переменного напряжения без изменения его частоты; электрическая развязка и согласование сопротивлений цепей первичной и вторичной обмоток.

Импульсные трансформаторы используются для формирования или преобразования импульсных сигналов. Наибольшее распространение получили трансформаторы питания, в которых используются несколько вторичных обмоток, что позволяет получить от единой питающей сети набор напряжений различной величины.

а – кольцевой; б – броневой (для регулируемой катушки индуктивности; в – П-образный; г – Ш-образный с зазором; д – стержневой; е – дисковый

Рисунок 5.13 – Формы магнитных сердечников из ферритов и магнитодиэлектриков:

Для уменьшения влияния магнитных потерь следует правиль­но выбирать магнитный материал сердечника. Можно выделить три вида магнитомягких материалов, используемых для изготов­ления магнитопроводов катушек индуктивности и трансформато­ров: магнитомягкие стали и сплавы, магнитомягкие ферриты, магнитодиэлектрики. Их свойства изучены.

Классификаций и основные параметры низкочастотных трансформаторов и дросселей

Низкочастотные трансформаторы и дроссели представляют собой катушки с индуктивностью, чаще всего в единицы – сотни генри, в конструкциях которых предусмотрены замкнутые магнитные цепи (магнитопроводы).

По назначению трансформаторы подразделяют на силовые, согла­сующие и импульсные, а по типу применяемого магнитопровода (кон­структивно и технологически) – на броневые, стержневые, тороидаль­ные и шпулечные.

Дроссели используют в фильтрах питания, реже в низкочастотных фильтрах и избирательных цепях, а также в стабилизаторах (дроссе­ли насыщения) и регуляторах (управляемые дроссели). Как по конст­рукции, так и по ряду электрических параметров дроссели имеют много общего с трансформаторами. Они представляют собой однообмоточную низкочастотную катушку, а трансформаторы – многообмоточ­ную.

К основным параметрам трансформатора относятся: индуктивность первичной обмотки, определяющая коэффициент передачи в области нижних частот; индуктивность рассеивания ,, определяющая коэффициент передачи в области высоких частот; собственная емкость обмоток трансформатора , оказывающая влияние на частотные искажения в области высоких частот, в особенности на фронты импульса на­пряжения; активное сопротивление обмоток ; кпд; коэффициент транс­формации , определяющий уровни напряжений (коэффициент пере­дачи):

Силовые трансформаторы применяют в блоках питания сложных радиоустройств или устройств на электровакуумных приборах; они осуществляют передачу низкочастотного переменного напряжения для последующего его выпрямления в напряжение постоянного тока. По­требляемые токи, как правило, составляют единицы – десятки ампер, а напряжения – десятки – сотни вольт, поэтому силовой трансформа­тор должен обладать значительной мощностью. Это приводит к тому, что габариты силового трансформатора по сравнению с другими вида­ми трансформаторов больше.

Магнитопровод силового трансформатора (рис. 5.14) представляет собой броневой сердечник, собранный из штампованных Ш-образных пластин или сердечник, выполненный навивкой лент из магнитных материалов с последующей их резкой и сборкой и склеенных магнитными пастами.

Рисунок 5.14 – Силовой трансформатор.

В броневых штампованных и ленточных сердечниках (рис. 5.15) в качестве материалов магнитопроводов применяют электротехнические стали например марок 1511 (горячекатаная изотропная) и 3414(холоднокатаная анизотропная), а также пермаллой 50НХС. Толщина лент навивки 0,1-0,3 мм, а штампованных пластин 0,5 мм. Для умень­шения потерь на вихревые токи уменьшают толщину пластин или лен­ты изолируют их друг от друга слоем оксидной пленки (окислитель­ный отжиг пластин), лаковым покрытием либо склеивающей суспен­зией. Чтобы сопротивление магнитной цепи, необходимое при работе без подмагничивания, было минимальным, пластины собирают «вперекрышку», устраняя немагнитный зазор в магнитопроводе.

а – штампованный, 6 – ленточный

Рисунок 5.15 – Броневые сердечники трансформаторов.

Обмотки трансформаторов выполняют многослойными, например, из проводов марок ПЭВ, ПЭВТЛ, ПЭТ на каркасах из картона или пресс-порошка. Каркас с обмотками укрепляют на центральном стерж­не сердечника, а сам магнитопровод помещают в корпус-экран. При этом более полно используется магнитная связь магнитопровода с обмоткой и улучшается механическая защита обмоток. Крепят силовые трансформаторы на металлическом шасси или печатной плате болтами, шпильками или разворачиванием «лапок» трансформатора в прорезях основания.

Согласующие трансформаторы делят на входные, выходные и про­межуточные.

Входные и промежуточные (межкаскадные) трансформаторы должны иметь повышенную поме­хозащищенность. Наименьшей чувствительностью к действию внешних магнитных полей обладают трансформаторы, собранные на магнитопроводах стержневого или тороидального типа. Магнитопроводы входных и промежуточных трансформаторов могут быть как штампованными, так и ленточными. В качестве материалов магнитопроводов используют пермаллои 80НХС или 79НМ, а также сталь 3414 и др. Виды обмоток и марки применяемых проводов такие же, как и для силовых транс­форматоров, однако диаметр провода, габариты и масса таких трансформаторов гораздо меньше. Входные и промежуточные трансформаторы помещают в металлический корпус или опрессовывают пластмассой и устанавливают на печатную плату с помощью «лапок» или непосредственно пайкой выводов из луженой проволоки 01 – 1,5 мм. Трансформаторы обычно работают без подмагничивания или при слабом подмагничивании.

Выходные трансформаторы применяют в оконечных каскадах, устройствах, которые часто рассеивают большую мощность, поэтому габариты их меньше силовых, но больше входных и промежу­точных. Выходные трансформаторы должны иметь минимальные не­линейные искажения трансформируемого сигнала и обеспечивать нор­мальный тепловой режим,

Большей площадью теплоотдачи обладает стержневой сердечник, однако в конструкциях выходных трансформаторов используют и бро­невые магнитопроводы. Материалами магнитопроводов (штампован­ных и ленточных) служат холоднокатанные электротехнические стали, а также пермаллой марки 50НХС. Для мощных выходных трансформа­торов применяют провода с высокопрочной изоляцией из винифлекса ПЭВТЛ или стекловолокна ПСДК. Трансформаторы имеют защитный металлический корпус или скобу-обойму. Крепление их осуществляют аналогично креплению силовых трансформаторов.

Особенностью выходных трансформаторов является их работа с подмагничиванием и, как следствие этого, наличие немагнитного зазора в магнитопроводе.

Трансформаторы, совместимые с интегральными схемами

Основными требованиями, предъявляемыми к трансформаторам, совместимым с ИС, являются малые габариты, масса, а также планарность (совместимость по высоте) конструкции. Этим требованиям от­вечают маломощные согласующие и импульсные трансформаторы (для передачи и формирования импульсов с длительностью от единиц наносекунд до десятков микросекунд). Как правило, они имеют тороидальные, шпулечные или броневые сердечники малых размеров, отвечаю­щие требованию планарности конструкции. Применение тороидальных магнитопроводов с малыми индуктивностью рассеивания и собст­венной емкостью обмоток обеспечивает высококачественную переда­чу синусоидальных сигналов с малыми нелинейными искажениями и импульсов практически без искажения их фронтов.

К трансформаторам, совместимым с ИС, относится большинство микромодульных трансформаторов ММТС и ММТИ (согласующих и им­пульсных), применяемых в ГИС без керамических плат — оснований. Трансформаторы тороидальной конструкции непосредственно прикле­иваются на печатные платы либо на подложки микросборок. Магнитопроводы выполняют из ферритов или пермаллоя.

Согласующие трансформаторы ММТС (1-7) используют для пере­дачи звуковых сигналов в диапазоне частот 300 – 3000 Гц при коэффи­циенте нелинейных искажений не более 10%. Коэффициент трансфор­мации для двухобмоточных конструкций равен 0,4 – 6,3, ток подмагничивания – 1– 4 мА. Трансформаторы имеют 07,6 мм и массу не бо­лее 2,5 г.

Импульсные трансформаторы ММТИа используют для передачи импульсов длительностью до 5 мкс и частотой повторения до 10 кГц и выпускают 05,7 – 7,6 мм, высотой 2,7 – 4,4 мм и массой не более 0,7 г.

К другим импульсным трансформаторам, предназначенным для работы в микроэлектронных радиоустройствах, относятся трансформа­торы ТИГ, выполненные на тороидальном пермаллоевом сердечнике, и ТИ – в прямоугольном корпусе с пленарными выводами.

Низкочастотный трансформатор ТНЧЗ имеет габариты 24х14х X 6,2 мм при массе 6,5 г, Магнитопровод трансформатора выполнен из пермаллоя марки 50КП с изоляционным покрытием в ви­де шпули (рис. 5.16, а, б) и имеет два сердечника, соединен­ных между собой пластиной

а – шпуля с обмотками; б – трансформатор в сборе

Рисунок 5.16 – Шпулечный трансформатор.

Низкочастотные дроссели в большинстве случаев предназна­чены для уменьшения пульса­ции выпрямленного напряже­ния в телевизорах, радиопри­емниках, передатчиках и дру­гих радиоустройствах, а также входят в состав сглаживающих и низкочастотных LC-фильтров. Сопротивление дросселя посто­янному току весьма мало и рав­но омическому сопротивлению провода обмотки.

Сопротивление дросселя пе­ременному току составляет нес­колько единиц – десятков кОм и зависит от уровня допустимых пульсаций. Чем меньше этот уровень пульсаций, тем больше должно быть сопротивление, а следо­вательно, больше индуктивность дросселя, что увеличивает его габариты и массу

Конструктивно низкочастотные дроссели выполняют на магнитопроводах указанных выше форм и материалов, но с одной обмоткой.

Дроссели насыщения, используемые в стабилизаторах напряжения, работают по принципу постоянства сопротивления магнитной цепи.

Как классифицируются магнитные материалы по составу, свойствам и техническому назначению? Приведите примеры магнитных материалов с проводящими и диэлектрическими свойствами.

Какие магнитомягкие материалы имеют наиболее высокое значение магнитной проницаемости в слабых магнитных полях?

Объясните влияние добавок кремния на свойства электротехнической стали. Какие факторы ограничивают его максимальное содержание в стали?

Чем различаются свойства низконикелевых и высоконикелевых пер­маллоев? Какова природа этих различий? Приведите примеры наиболее характерных применений этих материалов.

Приведите примеры низкокоэрцитивных металлических сплавов, не содержащих никель. Назовите характерные области применения таких материалов.

Какие магнитные материалы называются ферритами?

Что служит исходным сырьем при получении ферритов? Назовите основные технологические операции изготовления ферритовых изделий. С какой целью производят предварительный обжиг при получении ферритов?

Каково строение магнитодиэлектриков, и какими достоинствами они обладают? Какие вещества и почему используются в качестве магнитной основы при изготовлении магнитодиэлектриков?

Назовите важнейшие характеристики магнитотвердых материалов. Каково основное назначение этих материалов? Как классифицируются магнитотвердые материалы по способу достижения высококоэрцитивного состояния?

Что называют магнитопластами и где они применяются?

Почему в магнитных носителях используются рабочие слои, обла­дающие магнитной анизотропией? Сравните эксплуатационные свой­ства магнитных носителей с разными порошковыми материалами.

В чем преимущество магнитных дисков по сравнению с магнитны­ми лентами? Почему именно диски используются в ЗУ ЭВМ?

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Электротехнические и конструкционные материалы: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / В. Н. Бородулин, А. С. Воробьев, В. М. Матюнин и др.; Под ред. В. А. Филикова. – М.: Мастерство: Высшая школа, 2000. – 280 с.

Калинин Н. Н. , Скибинский Г. Л., Новиков П. П. Электрорадиоматериалы: Учебник для техникумов / Под ред. Н. Н. Калинина. – М.: Высш. школа, 1989. – 293 с.

Сорокин В. С. Материалы и элементы электронной техники. В 2 т. Т.1. Проводники, полупроводники, диэлектрики: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.С. Сорокин, Б. Л. Антипов, Н. П. Лазарев. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 448 с.

Сорокин В. С. Материалы и элементы электронной техники. В 2 т. Т.2. Активные диэлектрики, магнитные материалы, элементы электронной техники: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.С. Сорокин, Б. Л. Антипов, Н. П. Лазарев. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 384 с.

Журавлев Л.В. Электрорадиоматериаловедение: уче. Пособие для нач. проф. Образования / Л.В. Журавлева. – 4-е изд., перераб. И доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 352 с.


Казарновский Д. М. , Яманов С. А. Радиотехнические материалы. Учебник для радиотехнических специальностей вузов. – М.: Высшая школа, 1987. – 312 с.

Мукосеев В. В. , Сидоров И. Н. Маркировка и обозначение радиоэлементов. Системы цветовой и буквенно- цифровой маркировки отечественных и зарубежных радиоэлектронных элементов. Справочник. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 352 с.

Резисторы. Справочник. / Ю. Н. Андреев, А. И. Антонян, Д. М. Иванов и др.; Под ред. И. И. Четверткова. – М.: Энергоиздат, 1981. – 352 с.

Справочник по электротехническим материалам. / Под ред. Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова, Б. М. Тареева. – Т. 3. – 3-е изд., перераб. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 728 с.

Катушка индуктивности

Кату́шка индукти́вности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значительная инерционность.

Применяются для подавления помех, сглаживания пульсаций, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Содержание

Терминология [ править ]

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой намного превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющее механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем.

Конструкция [ править ]

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости, при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности, катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники (как правило, ферромагнитные) используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах путём изменения положения сердечника относительно обмотки. На сверхвысоких частотах, когда ферродиэлектрики теряют свою магнитную проницаемость и резко увеличивают потери, применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств так же иногда делают плоские «катушки» индуктивности: геометрия печатного проводника выполняется в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой линии или в виде меандра. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса [1] .

Свойства катушки индуктивности [ править ]

Свойства катушки индуктивности:

  • Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
  • Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
  • Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для переменного тока имеет не только собственное омическое сопротивление, но имеет реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, модуль которого , где — индуктивность катушки, — циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Эта энергия равна:

Разновидности катушек индуктивности.

Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность. В диапазоне длинных и средних волн эти катушки многослойные, как правило, с намоткой типа «универсаль». Для повышения добротности применяют многожильные провода типа «литцендрат». Для изменения индуктивности применяют цилиндрические сердечники из альсифера или карбонильного железа.

В диапазоне коротких и ультракоротких волн используются однослойные катушки с индуктивностью порядка единиц микрогенри и добротностью порядка 50 — 100. Число витков таких катушек не превышает одного-двух десятков, диаметр каркаса 10 — 20 мм. В качестве каркасов используют керамику, полиэтилен и полистирол. Для уменьшения собственной емкости применяют ребристые каркасы. Обмотка выполняется одножильным медным проводом диаметром около 1 мм. На УКВ применяют бескаркасные катушки из неизолированного провода.

Катушки связи. Эти катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т.д.

К таким катушкам не предъявляются жесткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов.

Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи

где L1 и L2 — индуктивность связанных катушек,

М — взаимная индуктивность между ними. Величина коэффициента связи зависит от расстояния между катушками, чем оно меньше, тем больше k.

Вариометры. Это такие катушки, в которых предусмотрена возможность изменения индуктивности в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров.

Они состоят из двух катушек, соединенных последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра

Читайте также:

  1. Виды и причины повреждений пускорегулирующей аппаратуры. Ремонт контактов и механических деталей контактора, пускателя, автоматического выключателя. Ремонт катушек.
  2. Виды и разновидности кад-в
  3. Головки рукавные и другие разновидности пожарных головок для соединения пожарных рукавов
  4. ДРУГИЕ РАЗНОВИДНОСТИ ПЕРЕНОСА.
  5. Катушки индуктивности.
  6. Общенародный язык и его разновидности
  7. Основные разновидности рекламы
L = L1 + L2 ± 2М (2.57)

Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 — 5 раз.

Дроссели. Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному . Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические сердечники.

Катушки индуктивности для ГИС. На частотах порядка 10 — 100 МГц находят применение тонкопленочные спиральные катушки. На площади в 1 кв.см, располагается не более 10 витков. Добротность таких катушек не превышает 20-30. Поэтому они находят ограниченное применение. В ГИС предпочтительны миниатюрные торроидальные катушки на ферритовых сердечниках, индуктивность которых достигает десятков тысяч микрогенри.

В последнее время наметилась тенденция замены катушек специальными схемами на транзисторах (гираторы) и электромеханическими, пьезоэлектрическими и акустоэлектронными фильтрами, основанными на принципе механических упругих колебаний и механического резонанса. Скорость распространения упругих колебаний в твердом теле примерно в 100 тысяч раз меньше скорости распространения электромагнитных волн, что позволяет создавать очень компактные механические резонаторы с распределенными параметрами, обладающие добротностью порядка 10 3 . Развитие микроэлектроники привело к появлению фильтров на приборах с зарядовой связью и фильтров на поверхностных акустических волнах. Кроме того, в ИМС широкое применение находят активные RC — фильтры, в которых используются операционные усилители с глубокой частотно-зависимой обратной связью.

Основными параметрами катушек индуктивности являются:

1) Индуктивность – L – [Гн] – может быть от нескольких наногенри до десятков миллигенри в зависимости от их функционального назначения.

2) Допустимое относительное отклонениеиндуктивности катушек может находиться в пределах от 0,1 до 0,5 % для катушек высокодобротных сопряженных контуров, до 20 % и более для катушек, дросселей и других элементов с низкими требованиями точности.

3) Собственная емкость катушек индуктивности является паразитным параметром и обусловлена распределенной емкостью между витками и емкостью между обмоткой и корпусом прибора или экраном катушки.

4) Добротность является важным параметром катушки при её применении в колебательных контурах, характеризующая потери в обмотке, сердечнике и экране:

R – эквивалентное сопротивление потерь;

Добротность большинства катушек индуктивности широкого применения изменяется в диапазоне от 30 до 400.

5) Свойства катушки при изменении температуры описываются температурным коэффициентом индуктивности αL:

L – индуктивность при номинальной температуре.

Основными причинами изменения параметром от температуры являются:

· изменение диаметра каркаса при изменении температуры;

· изменение влияния экрана (при его наличии);

· изменение магнитных свойств сердечника (при его наличии).

Изменение добротности при воздействии температуры обусловлены изменением сопротивления провода.

6) Изменение параметров во времени (старение) характеризуется коэффициентом старения:

L – индуктивность непосредственно после изготовления катушки.

Наиболее часто старению подвергаются катушки из органического диэлектрика. Поэтому наиболее распространены керамические каркасы, которые практически не подвергаются старению.

Схема замещения содержащая в себе не только основные параметры, но и ряд дополнительных изображены на рисунке 4.1.

L – собственная индуктивность, включающая индуктивность выводов;

RL – сопротивление потерь, учитывающее потери в диэлектрике, сердечнике и экране;

RCL – сопротивление отображающее потери в ёмкости;

СL – собственная ёмкость.

Рисунок 4.1 – Схема замещения катушки индуктивности.

Потери увеличиваются с ростом частоты. При расчете добротности потери приводятся к одному эквивалентному сопротивлению R.

Собственная емкость СL совместно с индуктивность L образует параллельный резонансный контур, добротность которого определяется сопротивлением потерь R. Резонансная частота этого контура равна:

и называется собственной резонансной частотой катушки индуктивности. На практике, как правило, катушки индуктивности применяют на частотах не выше f/3.

Для защиты катушек от влаги применяют герметизацию или обволакивание обмотки компаундами или лаками. Хотя это приводит к увеличению CL и уменьшению добротности, но зато повышается влагостойкость и механическая прочность.

Надёжность катушек индуктивности количественно оценивается одним из параметров – средним временем безотказной работы или средней интенсивностью отказов. Для катушек индуктивности наиболее характерны медленные отказы, вызванные старением диэлектрических и магнитных материалов и окислением проводников. Внезапные отказы обычно происходят вследствие нарушения электрических контактов проводов обмоток с выводами и механическими повреждениями обмоток.

По различным конструктивным признакам катушки индуктивности могут быть разделены на:

Дата добавления: 2015-07-19 ; просмотров: 161 | Нарушение авторских прав

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Приветствую всех на нашем сайте!

Мы продолжаем изучать электронику с самого начала, то есть с самых основ и темой сегодняшней статьи будет принцип работы и основные характеристики катушек индуктивности. Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – резисторы и конденсаторы.

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку :), то есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

Важнейшей характеристикой катушки индуктивности является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название �� Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

А вот как выглядит магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку:

В общем то, строго говоря, любой элемент в электрической цепи имеет индуктивность, даже обычный кусок провода. Но дело в том, что величина такой индуктивности является очень незначительной, в отличие от индуктивности катушек. Собственно, для того, чтобы охарактеризовать эту величину используется единица измерения Генри (Гн). 1 Генри – это на самом деле очень большая величина, поэтому чаще всего используются мкГн (микрогенри) и мГн (милигенри). Величину индуктивности катушки можно рассчитать по следующей формуле:

Давайте разберемся, что за величину входят в это выражение:

  • – магнитная проницаемость вакуума. Это табличная величина (константа) и равна она следующему значению:
  • – магнитная проницаемость магнитного материала сердечника. А что это за сердечник и для чего он нужен? Сейчас выясним. Дело все в том, что если катушку намотать не просто на каркас (внутри которого воздух), а на магнитный сердечник, то индуктивность возрастет многократно. Посудите сами – магнитная проницаемость воздуха равна 1, а для никеля она может достигать величины 1100. Вот мы и получаем увеличение индуктивности более чем в 1000 раз.
  • – площадь поперечного сечения катушки
  • – количество витков
  • – длина катушки

Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

С устройством катушки индуктивности мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный ��

Катушка индуктивности в цепи постоянного тока.

Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет �� Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь.

Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

Ток через катушку начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

На первом графике мы видим входное напряжение цепи – изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение. На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать. Напряжения на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость �� Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения. Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции. Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу ��

Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: , 0″ title=»Rendered by QuickLaTeX.com» height=»12″ w />, участок 3-4: 0″ title=»Rendered by QuickLaTeX.com» height=»12″ w />, ). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника). А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока). И в итоге мы приходим к очень интересному факту – катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по цепи. А значит она имеет сопротивление, которое называется индуктивным или реактивным и вычисляется следующим образом:

Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный ( = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение ? Здесь все на самом деле просто �� По 2-му закону Кирхгофа:

Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:


Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе (ссылка) друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода.

Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались ��

На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому дальнейший разговор о катушках индуктивности мы будем вести в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!

Физическая природа индуктивности

Физическая природа индуктивности.

Катушки индуктивности обладают свойством оказывать реактивное сопротивление переменному току при незначительном сопротивлении постоянному току. Совместно с конденсаторами они используются для создания фильтров, осуществляющих частотную селекцию электрических сигналов, а так же для создания элементов задержки сигналов и запоминающих элементов, осуществления связи между цепями через магнитный поток и т.д. В отличие от резисторов и конденсаторов они не являются стандартизованными изделиями, а изготавливаются для конкретных целей и имеют такие параметры, которые необходимы для осуществления тех или иных преобразований электрических сигналов, токов и напряжений.

Функционирование катушек индуктивности основано на взаимодействии тока и магнитного потока. Известно, что при изменении магнитного потока Ф в проводнике, находящемся в магнитном поле, возникает ЭДС, определяемая скоростью изменения магнитного потока

Поэтому при подключении к проводнику источника постоянного напряжения ток в нем устанавливается не сразу, так как в момент включения изменяется магнитный поток и в проводе индуцируется ЭДС, препятствующая нарастанию тока, а спустя некоторое время, когда магнитный поток перестает изменяться. Если же к проводнику подключен источник переменного напряжения, то ток и магнитный поток будут изменяться непрерывно и наводимая в проводнике ЭДС будет препятствовать протеканию переменного тока, что эквивалентно увеличению сопротивления проводника. Чем выше частота изменения напряжения, приложенного к проводнику,, тем больше величина ЭДС, наводимая в нем, следовательно, тем больше сопротивление, оказываемое проводником протекающему току. Это сопротивление X L не связано с потерями энергии, поэтому является реактивным. При изменении тока по синусоидальному закону наводимая ЭДС будет равна

Она пропорциональна частоте w , а коэффициентом пропорциональности является индуктивность L. Следовательно, индуктивность характеризует способность проводника оказывать сопротивление переменному току. Величина этого сопротивления Х L = w L

Индуктивность короткого проводника (мкГн) определяется его размерами:

где l -длина провода в см, d — диаметр провода в см.

Если провод намотан на каркас, то образуется катушка индуктивности. В этом случае магнитный поток концентрируется и величина индуктивности возрастает.

2.3.2.Конструкции катушек индуктивности.

Конструкционной основой катушки индуктивности является диэлектрический каркас, на который наматывается провод в виде спирали. Обмотка может быть как однослойной (рис.2.21,а), так и многослойной (рис.2.21,6). В некоторых случаях многослойная обмотка делается секционированной (рис.2.21,в). В интегральных схемах применяются плоские спиральные катушки индуктивности (рис.2.21,г).

Для увеличения индуктивности применяют магнитные сердечники. Помещенный внутрь катушки сердечник концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает ее индуктивность. Перемещением сердечника внутри каркаса можно изменяп, индуктивность. На рис.2.22 представлены три разнидности цилиндрических сердечников: С — стержневой, Т — трубчатый и ПР — подстроечный резьбовой и две разновидности броневых. Броневые сердечники состоят из двух чашек 2, изготовленных из карбонильного железа или ферритаов.

Они могут иметь либо замкнутый магнитопровод (тип СБ — а), либо разомкнутый (тип С Б — б). Для изменения индуктивности служит подстроечный цилиндрический сердечник 1. Помимо цилиндрических и броневых сердечников применяют торроидальные (кольцевые) сердечники. На высоких частотах (десятки-сотни МГц) применяют подстроечные цилиндрические сердечники из диамагнетиков (латунь, медь). При введении этих сердечников внутрь катушки индуктивность уменьшается.

В катушках индуктивности, работающих на низких в качестве сердечников используют пермаллои. При этом рается из тонких пластин толщиной 0,002-0,1мм.

Для уменьшения влияния электромагнитного поля катушки на другие элементы схемы, а также для уменьшения влияния внешних полей на катушку индуктивности, ее располагают внутри металлического экрана, как это показано на рис.2.23 (1 — заглушка, 2 — экран, 3 — корпус, 4 — обмотка, 5 — каркас, 6 -подстроечный стержень, 7 — чашка сердечника, 8 — основание, 9 — заливка).

2.3.3. Индуктивность и собственная емкость катушек индуктивности.

Индуктивность является основным параметром катушки индуктивности. Ее величина (мкТн) определяется соотношением

L=L 0 W 2 D . 10 -3

где W — число витков, D — диаметр катушки в см, L 0 — коэффициент, зависящий от отношения длины катушки / к ее диаметру О.

Для однослойных катушек величина L 0 определяется соотношением

Оптимальными в этом случае являются отношение а диаметр катушки в пределах от 1 до 2 см. При расчете диаметр катушки D принимается равным диаметру каркаса D 0

Для многослойных катушек величина L 0 зависит не только от величины 1/D , но и от отношения толщины намотки t к диаметру катушки D. Она определяется по графикам (рис.2.24). В этом случае внешний диаметр катушки D=D 0 + 2t

При расчете катушки индуктивности предварительно задаются геометрическими размерами катушки и определяют коэффициент L 0 , а затем по заданной величине индуктивности L находят число витков:

где I, — в мкГн , D — в см.

Для намотки катушки обычно применяют провод оптимального диаметра, который рассчитывается с помощью эмпирических формул и графиков. Для этого по графику S=f(t/D; l /D) (рис.2.25) находят вспомогательный коэффициент S. Затем рассчитывают коэффициент

где f -в мкГц , D — в см. Затем рассчитывают коэффициент a 1

где f — частота в Гц. После чего по графику b 1 = f( a 1 ) ( рис. 2.26) находят вспомогательный коэффициент b 1S и расчитывают оптимальный диаметр провода (мм)

Полученное значение округляется до ближайшего стандартного значения (табл.2.6) и выбирается марка провода с диаметром d из

Основные параметры обмоточных проводов

Максимальный диаметр в изоляции , мм

После выбора оптимального диаметра провода проверяют возможность размещения обмотки в заданных размерах l и t . Для однослойных катушек рассчитывают шаг намотки

Если t> d из; то обмотка размещается. В противном случае задаются большей величиной l и повторяют расчет.

Для многослойных катушек рассчитывают толщину обмотки

где а — коэффициент неплотности обмотки ( a = 1,05. 1,3), и находят фактическое значение наружного диаметра катушки D=D 0 +2t. Если эта величина отличается от выбранной в начале расчета более чем на 10%, то задаю тся новыми значениями l и t и расчет повторяют. При помещении катушки в экран индуктивность катушки уменьшается

где h — коэффициент, зависящий от отношения l /D (рис.2.27),

D — диаметр катушки,

D эк -диаметр экрана.

Индуктивность уменьшается тем больше, чем меньше диаметр экрана. В большинстве случаев D эк /D >1,6ё1,8. При этом индуктивность уменьшается не более чем на 20%.

Многослойные катушки обычно выполняют с сердечниками броневого типа, при использовании которых большая часть силовых линий магнитного поля катушки замыкается через сердечник, а меньшая-через воздух, вследствие чего влияние экрана на индуктивность катушки значительно ослабляется.

Применение сердечников из магнитных материалов позволяет уменьшить число витков катушки индуктивности и соответственно ее габариты. Основным параметром сердечника является магнитная проницаемость m с При его наличии индуктивность катушки становится равной

Поскольку в расчетные формулы входят эмпирические коэффициенты, то индуктивность изготовленной катушки отличается от расчетной. Применение подстроечных магнитных сердечников позволяет получить требуемое значение индуктивности.

Собственная емкость является паразитным параметром катушки индуктивности, ограничивающим возможности ее применения. Ее возникновение обусловлено конструкцией катушки индуктивности: емкость существует между отдельными витками катушки, между витками и сердечником, витками и экраном, витками и другими элементами конструкции. Все эти распределенные емкости можно объединить в одну, называемую собственной емкостью катушки C L

Наименьшей собственной емкостью обладают однослойные катушки индуктивности Приближенно она рассчитывается по формуле (пФ)

где D — диаметр катушки в см. Обычно она не превышает 1-2пФ.

Собственная емкость многослойных катушек значительно больше. При многослойной рядовой намотке она достигает ЗОпФ; при намотке «внавал» она несколько меньше. Существенное уменьшение емкости многослойных катушек достигается при использовании универсальной обмотки, при выполнении которой провод укладывается под некоторым углом к образующей цилиндрического каркаса. Схема такой намотки показана на рис.2.28. Как только провод доходит до края катушки, направление укладки меняется. Цикл универсальной обмотки выбирается таким, что, совершив один оборот вокруг каркаса, провод возвращается к положение, отличающееся от исходного на угол b . Этот угол выбирается таким, чтобы каждый последующий виток находился рядом с предыдущим.

Угол j , под которым осуществляется укладка провода, находится из соотношения

где l -осевая длина катушки,

D — диаметр витка.

Наименьшее значение угла j получается для витков, имеющих наименьший диаметр, равный диаметру каркаса D 0.

Обычно при использовании универсальной обмотки длину катушки принимают в пределах от 2 до 10мм. Количество циклов намотки связано с рачетнным числом витков W соотношением

Величина собственной емкости катушек с универсальной обмоткой составляет от 3 до 8пФ. Дополнительное снижение емкости достигается серкцонированием обмотки, как показано на рис.2.21,в.

Совместное действие индуктивности и емкости можно учесть введением понятия об эквивалентной индуктивности катушки, определяемой из уравнения

где -собственная резонансная частота катушки индуктивности.

Если рабочая частота много ниже собственной резонансной частоты w L , то приближенно можно считать L э =L.

В процессе работы на катушку действуют различные внешние факторы:температура, влага и другие, влияющие на ее индуктивность.Наиболее существенным является влияние температуры, которое оценивают температурным коэффициентом .

Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведет к изменению собственной емкости катушки.

Для повышения температурной стабильности применяют каркасы из материала с малым значением коэффициента линейного расширения. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет керамика. Повышению температурной стабильности катушек способствует прочное сцепление обмотки с каркасом. С этой целью обмотку выполняют методом вжигания серебра в керамический каркас. В этом случае изменение размеров токопроводящего слоя определяется только линейным расширением каркаса. Такие катушки индуктивности имеют TKL >(5-100) . 10 -6 Стабильность многослойных катушек существенно хуже, так как в них невозможно избежать изменения линейных размеров провода обмотки. Многослойные катушки имеют TKL > (50-100) . 10 -6

2.3.4. Потери в катушках индуктивности.

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным и равным Х L . Наличие паразитных эффектов ведет к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь R П , которое определяет добротность катушки индуктивности

Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране.

Потери в проводах вызваны тремя причинами.

Во-первых, провода обмотки обладают омическим сопротивлением

где l -длина провода обмотки, d- диаметр провода, р- удельное сопротивление.

Это сопротивление (Ом) можно выразить через число витков W и средний диаметр катушки D СР

где -диаметр провода в см.

Во-вторых, сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено поверхностным эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой части поперечного сечения (рис.2.29), ширина (мм) которой равна

где f — частота в МГц,

r — удельное сопротивление в мкOм · м.

Вследствие этого провод длиной l имеет сопротивление переменному току равное

где S ЭФ — площадь кольца, которая равна

После преобразования получаем

В третьих, в проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости (рис.2.30), суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии провода, прилегающей к каркасу, в результате чего сечение, по которому протекает ток, принимает серповидный характер, что ведет к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Сопротивление r Б , обусловленное эффектом близости, прямо пропорционально диаметру провода, а сопротивление r П , обусловленное эфектом, обратно пропорционально диаметру провода ( рис.2.31).

Существует оптимальный диаметр провода d опт , при котором сопротивление

провода току высокой частоты r f = r Б + r П оказывается минимальным. Для однослойных катушек d опт = 0,2-0,6мм, для многослойных d опт =0,08-0,2мм. Существенно уменьшить потери в проводах можно применяя провод «литцендрат», состоящий из большего числа жилок, скрученных в жгут. При небольшом диаметре тонких жилок ослабляется поверхностный эффект, а скручивание жилок в жгут ослабляет эффект близости.

Существует методика расчета сопротивления r f , по которой предварительно рассчитывается вспомогательный коэффициент

где f — частота в Гц,

d- диаметр провода в см.

Затем по таблице находятся коэффициенты F(z) и G(z).

После этого по графику (рис.2.32) определяется вспомогательный коэффициент К з , зависящий от геометрии катушки.

По (2.50) рассчитывается сопротивление провода катушки току высокой частоты

где D — наружный диаметр катушки в см,

d -диаметр провода в см.

Если однослойная катушка намотана проводом оптимального диаметра и параметр z >5, то сопротивление r f можно определить по формуле

где D — в см, d — в см, f ‘- в МГц.

Потери в диэлектрике обусловлены тем, что между соседними витками катушки существует емкость, имеющая две составляющих-емкость через воздух С ов и емкость через диэлектрик С од (рис.2.33).

Потери в диэлектрике учитываются величиной tg d , зная которую можно рассчитать сопротивление потерь

r Д = 0,25С од tg d L 2 f 3 . 10 -3

где С од — в пф, L — в мкГн, f — в МГц.

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи d в , потерь на гистерезис d г и начальных потерь d п и учитываются как тангенс угла потерь в сердечнике

tg d с = d в f + d г Н + d п

В справочниках приводятся значения . tg d с для различных типов сердечников. Сопротивление потерь определяется по формуле

r c = tg d с w L

Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране. Потери, вносимые экраном, определяются по формуле

где D э — диаметр экрана в см,

l э — длина экрана в см,

f — частота в МГц.

Величина h = f(l/D) определяется по графику (рис.2.27).

Таким образом суммарное сопротивление потерь в катушке индуктивности, определяющее ее добротность, равно

R п = r f + r д +r c + r э

Практически величина добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями. С учетом потерь и паразитной емкости катушку индуктивности можно представить в виде эквивалент-

ной схемы (рис.2.34,а), где R п = r f + r д +r c + r э . эта схема может быть приведена к более удобному виду (рис.2.34,б), где L э -эквивалентная индуктивность, учитывающая собственную емкость. Величины. L э и R п , а следовательно, добротность Q = w L/ R п зависят от температуры. Зависимость Q от температуры определяется температурным коэффициентом добротности ТКД= D Q / Q D Т


2.3.5.Разновидности катушек индуктивности.

Контурные катушки индуктивности. Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность. В диапазоне длинных и средних волн эти катушки многослойные, как правило, с намоткой типа «универсаль». Для повышения добротности применяют многожильные провода типа «литцендрат». Для изменения индуктивности применяют цилиндрические сердечники из альсифера или карбонильного железа.

В диапазоне коротких и ультракоротких волн используются однослойные катушки с индуктивностью порядка единиц микрогенри и добротностью порядка 50 — 100. Число витков таких катушек не превышает одного-двух десятков, диаметр каркаса 10 — 20 мм. В качестве каркасов используют керамику, полиэтилен и полистирол. Для уменьшения собственной емкости применяют ребристые каркасы. Обмотка выполняется одножильным медным проводом диаметром около 1 мм. На УКВ применяют бескаркасные катушки из неизолированного провода.

Катушки связи. Эти катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т.д.

К таким катушкам не предъявляются жесткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи

где L 1 и L 2 — индуктивность связанных катушек,

М — взаимная индуктивность между ними. Величина коэффициента связи зависит от расстояния между катушками, чем оно меньше, тем больше k.

Вариометры. Это такие катушки, в которых предусмотрена возможность изменения индуктивности в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров.

Они состоят из двух катушек, соединенных последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра

L = L 1 + L 2 + 2М

Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 — 5 раз.

Дроссели. Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному . Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические сердечники.

Катушки индуктивности для ГИС. На частотах порядка 10 — 100 МГц находят применение тонкопленочные спиральные катушки. На площади в 1 кв.см, располагается не более 10 витков. Добротность таких катушек не превышает 20-30. Поэтому они находят ограниченное применение. В ГИС предпочтительны миниатюрные торроидальные катушки на ферритовых сердечниках, индуктивность которых достигает десятков тысяч микрогенри.

В последнее время наметилась тенденция замены катушек специальными схемами на транзисторах (гираторы) и электромеханическими, пьезоэлектрическими и акустоэлектронными фильтрами, основанными на принципе механических упругих колебаний и механического резонанса. Скорость распространения упругих колебаний в твердом теле примерно в 100 тысяч раз меньше скорости распространения электромагнитных волн, что позволяет создавать очень компактные механические резонаторы с распределенными параметрами, обладающие добротностью порядка 10 3 . Развитие микроэлектроники привело к появлению фильтров на приборах с зарядовой связью и фильтров на поверхностных акустических волнах. Кроме того, в ИМС широкое применение находят активные RC — фильтры, в которых используются операционные усилители с глубокой частотно-зависимой обратной связью.

Катушка индуктивности

Кату́шка индукти́вности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность.

Применяются для подавления помех, сглаживания биений, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотно-избирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Содержание

Терминология

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем, а иногда реактором.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой намного превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющее механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

При использовании для накопления энергии (например, в схеме импульсного стабилизатора напряжения) называют индукционным накопителем или накопительным дросселем.

Конструкция

Конструктивно выполняется в виде винтовых или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости, при использовании в качестве высокочастотного дросселя однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойной (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники (в основном ферромагнитные, реже диамагнитные) используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах путём изменения положения сердечника относительно обмотки. На сверхвысоких частотах, когда ферродиэлектрики теряют свою магнитную проницаемость и резко увеличивают потери, применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств также иногда делают плоские «катушки» индуктивности: геометрия печатного проводника выполняется в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой линии или в виде меандра. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса [1] .

Свойства катушки индуктивности

Свойства катушки индуктивности:

  • Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
  • Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
  • Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для переменного тока имеет не только собственное омическое (активное) сопротивление, но и реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, модуль которого X L = ω L <\displaystyle X_=\omega L> , где L <\displaystyle L>— индуктивность катушки, ω <\displaystyle \omega >— циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока I <\displaystyle I>. Эта энергия равна:

Презентация на тему Разновидности катушек индуктивности

Презентацию на тему Разновидности катушек индуктивности можно скачать абсолютно бесплатно на нашем сайте. Предмет презентации: Физика. Красочные слайды и илюстрации помогут вам заинтересовать своих одноклассников или аудиторию. Для просмотра содержимого презентации воспользуйтесь плеером, или если вы хотите скачать презентацию — нажмите на соответствующий текст под плеером. Презентация содержит 10 слайд(ов)

Слайды презентации

Радиоматериалы и радиокомпоненты

[Радиоматериалы и радиокомпоненты] [210303.65 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» 210305.65 «Средства радиоэлектронной борьбы» ] [ИИБС, кафедра Электроники] [Преподаватель Останин Борис Павлович]

Автор Останин Б.П.

Электрофизические свойства радиоматериалов. Слайд 1. Всего 24.

Раздел 4 Катушки индуктивности Лекция 1

РАЗНОВИДНОСТИ КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ

Разновидности катушек индуктивности

1. Контурные катушки индуктивности 2. Катушки связи 3. Вариометры 4. Дроссели 5. Катушки индуктивности для ГИС

Катушки индуктивности 3. Слайд 2. Всего 9.

Контурные катушки индуктивности используются совместно с конденсаторами для создания резонансных колебательных контуров. Они должны иметь высокие: 1. стабильность; 2. точность; 3. добротность.

В диапазонах длинных и средних волн эти катушки многослойные, как правило, с намоткой типа «универсаль». Для повышения добротности применяют многожильные провода типа «литцендрат». Для изменения индуктивности применяют сердечники из алсифера или из карбонильного железа.

Катушки индуктивности 3. Слайд 3. Всего 9.

В диапазонах коротких и ультракоротких волн используют однослойные катушки с индуктивностью порядка единиц мкГн и добротностью 50…100. Число витков таких катушек не превышает двадцати; диаметр каркаса порядка 10…20 мм. В качестве каркасов применяют керамику, полиэтилен и полистирол. Для уменьшения собственной ёмкости применяют ребристые каркасы. Обмотку выполняют одножильным медным проводом около одного миллиметра. На УКВ применяют бескаркасные катушки из неизолированного провода.

Катушки индуктивности 3. Слайд 4. Всего 9.

Катушки связи применяют для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Например, если надо разделить по постоянному току цепи базы и коллектора транзистора. К таким катушкам не предъявляют жестких требований по добротности и точности, поэтому их выполняют из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами таких катушек являются индуктивность и коэффициент связи

Значение k зависит от расстояния между катушками – чем оно меньше, тем больше k.

Катушки индуктивности 3. Слайд 5. Всего 9.

Вариометры. Это катушки, в которых предусмотрена возможность изменения индуктивности в процессе эксплуатации для перенастройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек (статор) неподвижная, другая располагается внутри первой и может поворачиваться (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется значение взаимоиндукции, а следовательно и индуктивность вариометра

Вариометры позволяют изменять индуктивность в 4…5 раз.

Катушки индуктивности 3. Слайд 6. Всего 9.

Дроссели. Это катушки, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Используются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от высокочастотных сигналов. На низких частотах используют в фильтрах цепей питания. Обычно имеют ферромагнитные сердечники.

Катушки индуктивности 3. Слайд 7. Всего 9.

Катушки индуктивности для ГИС. На частотах порядка 10…100 МГц находят применение тонкоплёночные спиральные катушки. На площади 1 см2 располагается не более 10 витков. Добротность не более 30. Поэтому они применяются не часто. В ГИС предпочтительнее миниатюрные тороидальные катушки на ферритовых сердечниках (индуктивность до десятков тысяч мкГн).

Катушки индуктивности 3. Слайд 8. Всего 9.

В последнее время наметилась тенденция замены катушек индуктивности гираторами, электромеханическими, пьезоэлектрическими и акустоэлектронными фильтрами, основанными на принципе упругих механических колебаний и механического резонанса. Скорость распространения упругих колебаний в твёрдом теле примерно в 100 тысяч раз меньше скорости распространения электромагнитных волн. Это позволяет создавать очень компактные механические резонаторы с распределёнными параметрами. Добротность таких резонаторов порядка 103. Развитие микроэлектроники привело к появлению фильтров на приборах с зарядовой связью и фильтров на поверхностных акустических волнах. Кроме того, в ИМС широкое применение находят активные RC фильтры, в которых используют ОУ с глубокой частотно-зависимой ООС.

Разновидности катушек индуктивности

Катушка индуктивности (индуктивность) — несколько витков проволки (запасает энергию магнитного поля). Характеризуется индуктивностью — величина, численно равная ЭДС самоиндукции, которая возникает в контуре при изменении силы тока в нём на 1А за одну секунду (Гн).

Контурные катушки индуктивности

Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

Катушки связи

Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.

Вариометры

Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 ? 5 раз.

Дроссели

Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Обычно включаются в цепях питания усилительных устройств. Предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов. На низких частотах они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические сердечники.

Применение катушек индуктивности

1. Применявшаяся в качестве реактивного сопротивления для люминесцентных ламп катушка индуктивности.

2. Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

3. Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.

4. Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.

5. Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.

6. Катушки используются также в качестве электромагнитов.

7. Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.

8. Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна). Рамочная антенна, DDRR, Индукционная петля.

9. Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

10. Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

Катушка индуктивности

Кату́шка индукти́вности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значительная инерционность.

Применяются для подавления помех, сглаживания пульсаций, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.

Содержание

Терминология [ править ]

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой намного превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющее механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем.

Конструкция [ править ]

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости, при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности, катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники (как правило, ферромагнитные) используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах путём изменения положения сердечника относительно обмотки. На сверхвысоких частотах, когда ферродиэлектрики теряют свою магнитную проницаемость и резко увеличивают потери, применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств так же иногда делают плоские «катушки» индуктивности: геометрия печатного проводника выполняется в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой линии или в виде меандра. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса [1] .

Свойства катушки индуктивности [ править ]

Свойства катушки индуктивности:

  • Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
  • Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
  • Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для переменного тока имеет не только собственное омическое сопротивление, но имеет реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, модуль которого , где — индуктивность катушки, — циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока . Эта энергия равна:

Катушка индуктивности

Кату́шка индукти́вности — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока наблюдается её значительная инерционность.

Применяются для подавления помех, сглаживания биений, накопления энергии, ограничения переменного тока, в резонансных (колебательный контур) и частотноизбирательных цепях, в качестве элементов индуктивности искусственных линий задержки с сосредоточенными параметрами, создания магнитных полей, датчиков перемещений и так далее.


Содержание

Терминология

При использовании для подавления помех, сглаживания пульсаций электрического тока, изоляции (развязки) по высокой частоте разных частей схемы и накопления энергии в магнитном поле сердечника часто называют дросселем, а иногда реактором.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой намного превышает диаметр, называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно. Кроме того, зачастую соленоидом называют устройство, выполняющее механическую работу за счёт магнитного поля при втягивании ферромагнитного сердечника, или электромагнитом. В электромагнитных реле называют обмоткой реле, реже — электромагнитом.

Нагревательный индуктор — специальная катушка индуктивности, рабочий орган установок индукционного нагрева.

При использовании для накопления энергии называют индукционным накопителем или накопительным дросселем.

Конструкция

Конструктивно выполняется в виде винтовых, или винтоспиральных (диаметр намотки изменяется по длине катушки) катушек однослойных или многослойных намоток изолированного одножильного или многожильного (литцендрат) проводника на диэлектрическом каркасе круглого, прямоугольного или квадратного сечения, часто на тороидальном каркасе или, при использовании толстого провода и малом числе витков — без каркаса. Иногда, для снижения распределённой паразитной ёмкости, при использовании в качестве высокочастотного дросселя, однослойные катушки индуктивности наматываются с «прогрессивным» шагом — шаг намотки плавно изменяется по длине катушки. Намотка может быть как однослойной (рядовая и с шагом), так и многослойная (рядовая, внавал, типа «универсал»). Намотка «универсал» имеет меньшую паразитную ёмкость. Часто, опять же, для снижения паразитной ёмкости, намотку выполняют секционированной, группы витков отделяются пространственно (обычно по длине) друг от друга.

Для увеличения индуктивности, катушки часто снабжают замкнутым или разомкнутым ферромагнитным сердечником. Дроссели подавления высокочастотных помех имеют ферродиэлектрические сердечники: ферритовые, флюкстроловые, из карбонильного железа. Дроссели, предназначенные для сглаживания пульсаций промышленной и звуковой частот, имеют сердечники из электротехнических сталей или магнитомягких сплавов (пермаллоев). Также сердечники (в основном ферромагнитные, реже диамагнитные) используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах путём изменения положения сердечника относительно обмотки. На сверхвысоких частотах, когда ферродиэлектрики теряют свою магнитную проницаемость и резко увеличивают потери, применяются металлические (латунные) сердечники.

На печатных платах электронных устройств так же иногда делают плоские «катушки» индуктивности: геометрия печатного проводника выполняется в виде круглой или прямоугольной спирали, волнистой линии или в виде меандра. Такие «катушки индуктивности» часто используются в сверхбыстродействующих цифровых устройствах для выравнивания времени распространения группы сигналов по разным печатным проводникам от источника до приемника, например, в шинах данных и адреса [1] .

Свойства катушки индуктивности

Свойства катушки индуктивности:

  • Скорость изменения тока через катушку ограничена и определяется индуктивностью катушки.
  • Сопротивление (модуль импеданса) катушки растет с увеличением частоты текущего через неё тока.
  • Катушка индуктивности при протекании тока запасает энергию в своём магнитном поле. При отключении внешнего источника тока катушка отдаст запасенную энергию, стремясь поддержать величину тока в цепи. При этом напряжение на катушке нарастает, вплоть до пробоя изоляции или возникновения дуги на коммутирующем ключе.

Катушка индуктивности в электрической цепи для переменного тока имеет не только собственное омическое (активное) сопротивление, но и реактивное сопротивление переменному току, нарастающее при увеличении частоты, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением, модуль которого X_L = \omega L , где L — индуктивность катушки, \omega — циклическая частота протекающего тока. Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше её сопротивление.

Катушка с током запасает энергию в магнитном поле, равную работе, которую необходимо совершить для установления текущего тока I . Эта энергия равна:

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

Для идеальной катушки индуктивности (не имеющей паразитных параметров) ЭДС самоиндукции равна по модулю и противоположна по знаку напряжению на концах катушки:

|\varepsilon| = -\varepsilon = U \mbox

При замыкании катушки с током на резистор ток в цепи экспоненциально уменьшается в соответствии с формулой:

I = I_0 exp(-t/T) \mbox

где : I — ток в катушке,

I_0 — начальный ток катушки, t — текущее время, T — постоянная времени.

Постоянная времени выражается формулой:

T = L / (R + R_i) \mbox

где R — сопротивление резистора,

R_i — омическое сопротивление катушки.

При закорачивании катушки с током процесс характеризуется собственной постоянной времени T_i катушки:

T_i = L / R_i \mbox

При стремлении R_i к нулю, постоянная времени стремится к бесконечности, именно поэтому в сверхпроводящих контурах ток течёт «вечно».

В цепи синусоидального тока, ток в катушке по фазе отстаёт от фазы напряжения на ней на π/2.

Явление самоиндукции аналогично проявлению инертности тел в механике, если аналогом индуктивности принять массу, тока — скорость, напряжения — силу, то многие формулы механики и поведения индуктивности в цепи принимают похожий вид:

F\ ↔ |\varepsilon| ↔ U\ ; m\ ↔ L\ ; dv\ ↔ dI\ E_\mathrm = <1 \over 2>L I^2 ↔ E_\mathrm = <1 \over 2>m v^2

Характеристики катушки индуктивности

Индуктивность

Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность, численно равная отношению создаваемого током потока магнитного поля, пронизывающего катушку, к силе протекающего тока. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки-соленоида К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан) [источник не указан 2035 дней] :

L = \mu_0 \cdot \mu_r \cdot s_e \cdot N^2 / l_e \mbox <,>где \mu_0 — магнитная постоянная, \mu_r — относительная магнитная проницаемость материала сердечника (зависит от частоты), s_e — площадь сечения сердечника, l_e — длина средней линии сердечника, N — число витков.

При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме индуктивностей всех соединённых катушек:

L = \sum_^N L_i\mbox

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна:

Сопротивление потерь

В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых импеданс катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведёт к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь R_ <\Pi OT>. Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране:

R_ <\Pi OT>= r_w + r_d +r_s + r_e\mbox <,>где r_w — потери в проводах, r_d — потери в диэлектрике, r_s — потери в сердечнике, r_e — потери на вихревые токи

Потери в проводах

Потери в проводах вызваны тремя причинами:

  • Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.
  • Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие, уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.
  • В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

Потери в диэлектрике

Потери в диэлектрике (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:

  • Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери, характерные для диэлектриков конденсаторов).
  • Потери, обусловленные магнитными свойствами диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

В общем случае можно заметить, что для современных катушек общего применения потери в диэлектрике чаще всего пренебрежимо малы.

Потери в сердечнике

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи, потерь на перемагничивание ферромагнетика — на «гистерезис».

Потери на вихревые токи

Переменное магнитное поле индуцирует вихревые ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) становятся источником потерь из-за омического сопротивления проводников.

Добротность

С сопротивлениями потерь тесно связана другая характеристика — добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между реактивным и активным сопротивлениями катушки. Добротность равна:

Иногда потери в катушке характеризуют тангенсом угла потерь (величина, обратная добротности) — сдвигом фаз тока и напряжения катушки в цепи синусоидального сигнала относительно π/2 — для идеальной катушки.

Практически добротность лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями, намоткой вида «универсаль», применением посеребрённого провода, применением многожильного провода вида «литцендрат» для снижения потерь, вызванных скин-эффектом.

Паразитная ёмкость и собственный резонанс

Межвитковая паразитная ёмкость проводника в составе катушки индуктивности превращает катушку в сложную распределенную цепь. В первом приближении можно принять, что реальная катушка эквивалентно представляет собой идеальную индуктивность, включенной последовательно с резистором активного сопротивления обмотки с присоединенной параллельно этой цепочке паразитной ёмкостью (см. рис). В результате этого катушка индуктивности представляет собой колебательный контур с характерной частотой резонанса. Эта резонансная частота легко может быть измерена и называется собственной частотой резонанса катушки индуктивности. На частотах много ниже частоты собственного резонанса импеданс катушки индуктивный, при частотах вблизи резонанса в основном активный (на частоте резонанса чисто активный) и большой по модулю, на частотах много выше частоты собственного резонанса — ёмкостный. Обычно собственная частота указывается изготовителем в технических данных промышленных катушек индуктивности, либо в явном виде, либо косвенно — в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты. .

На частотах ниже собственного резонанса этот эффект проявляется в падении добротности с ростом частоты.

Для увеличения частоты собственного резонанса используют сложные схемы намотки катушек, разбиение одной обмотки на разнесённые секции.

Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ)

ТКИ — это параметр, характеризующий зависимость индуктивности катушки от температуры.

Температурная нестабильность индуктивности обусловлена целым рядом факторов: при нагреве увеличивается длина и диаметр провода обмотки, увеличивается длина и диаметр каркаса, в результате чего изменяются шаг и диаметр витков; кроме того при изменении температуры изменяются диэлектрическая проницаемость материала каркаса, что ведёт к изменению собственной ёмкости катушки. Очень существенно влияние температуры на магнитную проницаемость ферромагнетика сердечника:

Температурный коэффициент добротности (ТКД)

ТКД — это параметр, характеризующий зависимость добротности катушки от температуры. Температурная нестабильность добротности обусловлена тем же рядом факторов, что и индуктивности.

Разновидности катушек индуктивности

Сдвоенные дроссели Это две намотанных встречно или согласованно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. При согласной намотке эффективны для подавления дифференциальных помех. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике [2] [3] . Предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов из питающей сети, так и во избежание проникновения в питающую сеть электромагнитных помех, генерируемых устройством. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный сердечник (из трансформаторной стали). Для фильтрации высокочастотных помех — сердечник ферритовый.

Применение катушек индуктивности

  • Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.
  • Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.
  • Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.
  • Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.
  • Катушки используются также в качестве электромагнитов — исполнительных механизмов.
  • Катушки применяются в качестве источника энергии для нагрева индуктивно-связанной плазмы, а также её диагностики.
  • Для радиосвязи — приёма электромагнитных волн, редко — для излучения:
    • Ферритовая антенна
    • Рамочная антенна, кольцевая антенна
    • DDRR
    • Индукционная петля
  • Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.
  • Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах при перемещении ферромагнитного сердечника относительно обмотки.
  • Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля в индукционных магнитометрах[4]
  • Для создания магнитных полей в ускорителях элементарных частиц, магнитного удержания плазмы, в научных экспериментах, в ядерно-магнитной томографии. Мощные стационарные магнитные поля, как правило, создаются сверхпроводящими катушками.
  • Для накопления энергии.

См. также

Напишите отзыв о статье «Катушка индуктивности»

Примечания

  1. [www.convenientpower.com/resource/b.pdf Evaluation of the shielding effects on printed-circuit-board transformers]
  2. [www.electrosad.ru/Jornal/VidPom0.htm А. Сорокин — Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними.]
  3. [usht.ru/articles/add-on/electro_ext Электропитание аппаратуры]
  4. [www.earthsci.unimelb.edu.au/ES304/MODULES/MAG/NOTES/fluxgate.html Fluxgate Magnetometer] (недоступная ссылка с 22-05-2013 (2380 дней) — история, копия) (англ.)

Литература

  • Катушка, бобина // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
  • Котенёв С. В., Евсеев А. Н. Расчет и оптимизация тороидальных трансформаторов и дросселей. — М.: Горячая линия — Телеком, 2013. — 360 с. — 500 экз. — ISBN 978-5-9912-0186-5.

Ссылки

  • [electricalschool.info/main/osnovy/448-katushka-induktivnosti-v-cepi.html Катушка индуктивности в цепи переменного тока]
  • [coil32.ru Все о расчете индуктивности]
  • [www.compel.ru/FLGnW8/ Параметрический поиск по индуктивностям]
Активные
твердотельные
Активные вакуумные и
газоразрядные
Устройства отображения
Акустические
Термоэлектрические

: неверное или отсутствующее изображение

В этой статье не хватает ссылок на источники информации.

Отрывок, характеризующий Катушка индуктивности

– Вы чего просите? – спросил Аракчеев.
– Я ничего не… прошу, ваше сиятельство, – тихо проговорил князь Андрей. Глаза Аракчеева обратились на него.
– Садитесь, – сказал Аракчеев, – князь Болконский?
– Я ничего не прошу, а государь император изволил переслать к вашему сиятельству поданную мною записку…
– Изволите видеть, мой любезнейший, записку я вашу читал, – перебил Аракчеев, только первые слова сказав ласково, опять не глядя ему в лицо и впадая всё более и более в ворчливо презрительный тон. – Новые законы военные предлагаете? Законов много, исполнять некому старых. Нынче все законы пишут, писать легче, чем делать.
– Я приехал по воле государя императора узнать у вашего сиятельства, какой ход вы полагаете дать поданной записке? – сказал учтиво князь Андрей.
– На записку вашу мной положена резолюция и переслана в комитет. Я не одобряю, – сказал Аракчеев, вставая и доставая с письменного стола бумагу. – Вот! – он подал князю Андрею.
На бумаге поперег ее, карандашом, без заглавных букв, без орфографии, без знаков препинания, было написано: «неосновательно составлено понеже как подражание списано с французского военного устава и от воинского артикула без нужды отступающего».
– В какой же комитет передана записка? – спросил князь Андрей.
– В комитет о воинском уставе, и мною представлено о зачислении вашего благородия в члены. Только без жалованья.
Князь Андрей улыбнулся.
– Я и не желаю.
– Без жалованья членом, – повторил Аракчеев. – Имею честь. Эй, зови! Кто еще? – крикнул он, кланяясь князю Андрею.

Ожидая уведомления о зачислении его в члены комитета, князь Андрей возобновил старые знакомства особенно с теми лицами, которые, он знал, были в силе и могли быть нужны ему. Он испытывал теперь в Петербурге чувство, подобное тому, какое он испытывал накануне сражения, когда его томило беспокойное любопытство и непреодолимо тянуло в высшие сферы, туда, где готовилось будущее, от которого зависели судьбы миллионов. Он чувствовал по озлоблению стариков, по любопытству непосвященных, по сдержанности посвященных, по торопливости, озабоченности всех, по бесчисленному количеству комитетов, комиссий, о существовании которых он вновь узнавал каждый день, что теперь, в 1809 м году, готовилось здесь, в Петербурге, какое то огромное гражданское сражение, которого главнокомандующим было неизвестное ему, таинственное и представлявшееся ему гениальным, лицо – Сперанский. И самое ему смутно известное дело преобразования, и Сперанский – главный деятель, начинали так страстно интересовать его, что дело воинского устава очень скоро стало переходить в сознании его на второстепенное место.
Князь Андрей находился в одном из самых выгодных положений для того, чтобы быть хорошо принятым во все самые разнообразные и высшие круги тогдашнего петербургского общества. Партия преобразователей радушно принимала и заманивала его, во первых потому, что он имел репутацию ума и большой начитанности, во вторых потому, что он своим отпущением крестьян на волю сделал уже себе репутацию либерала. Партия стариков недовольных, прямо как к сыну своего отца, обращалась к нему за сочувствием, осуждая преобразования. Женское общество, свет , радушно принимали его, потому что он был жених, богатый и знатный, и почти новое лицо с ореолом романической истории о его мнимой смерти и трагической кончине жены. Кроме того, общий голос о нем всех, которые знали его прежде, был тот, что он много переменился к лучшему в эти пять лет, смягчился и возмужал, что не было в нем прежнего притворства, гордости и насмешливости, и было то спокойствие, которое приобретается годами. О нем заговорили, им интересовались и все желали его видеть.
На другой день после посещения графа Аракчеева князь Андрей был вечером у графа Кочубея. Он рассказал графу свое свидание с Силой Андреичем (Кочубей так называл Аракчеева с той же неопределенной над чем то насмешкой, которую заметил князь Андрей в приемной военного министра).
– Mon cher, [Дорогой мой,] даже в этом деле вы не минуете Михаил Михайловича. C’est le grand faiseur. [Всё делается им.] Я скажу ему. Он обещался приехать вечером…
– Какое же дело Сперанскому до военных уставов? – спросил князь Андрей.
Кочубей, улыбнувшись, покачал головой, как бы удивляясь наивности Болконского.
– Мы с ним говорили про вас на днях, – продолжал Кочубей, – о ваших вольных хлебопашцах…
– Да, это вы, князь, отпустили своих мужиков? – сказал Екатерининский старик, презрительно обернувшись на Болконского.
– Маленькое именье ничего не приносило дохода, – отвечал Болконский, чтобы напрасно не раздражать старика, стараясь смягчить перед ним свой поступок.
– Vous craignez d’etre en retard, [Боитесь опоздать,] – сказал старик, глядя на Кочубея.
– Я одного не понимаю, – продолжал старик – кто будет землю пахать, коли им волю дать? Легко законы писать, а управлять трудно. Всё равно как теперь, я вас спрашиваю, граф, кто будет начальником палат, когда всем экзамены держать?
– Те, кто выдержат экзамены, я думаю, – отвечал Кочубей, закидывая ногу на ногу и оглядываясь.
– Вот у меня служит Пряничников, славный человек, золото человек, а ему 60 лет, разве он пойдет на экзамены?…
– Да, это затруднительно, понеже образование весьма мало распространено, но… – Граф Кочубей не договорил, он поднялся и, взяв за руку князя Андрея, пошел навстречу входящему высокому, лысому, белокурому человеку, лет сорока, с большим открытым лбом и необычайной, странной белизной продолговатого лица. На вошедшем был синий фрак, крест на шее и звезда на левой стороне груди. Это был Сперанский. Князь Андрей тотчас узнал его и в душе его что то дрогнуло, как это бывает в важные минуты жизни. Было ли это уважение, зависть, ожидание – он не знал. Вся фигура Сперанского имела особенный тип, по которому сейчас можно было узнать его. Ни у кого из того общества, в котором жил князь Андрей, он не видал этого спокойствия и самоуверенности неловких и тупых движений, ни у кого он не видал такого твердого и вместе мягкого взгляда полузакрытых и несколько влажных глаз, не видал такой твердости ничего незначащей улыбки, такого тонкого, ровного, тихого голоса, и, главное, такой нежной белизны лица и особенно рук, несколько широких, но необыкновенно пухлых, нежных и белых. Такую белизну и нежность лица князь Андрей видал только у солдат, долго пробывших в госпитале. Это был Сперанский, государственный секретарь, докладчик государя и спутник его в Эрфурте, где он не раз виделся и говорил с Наполеоном.
Сперанский не перебегал глазами с одного лица на другое, как это невольно делается при входе в большое общество, и не торопился говорить. Он говорил тихо, с уверенностью, что будут слушать его, и смотрел только на то лицо, с которым говорил.
Князь Андрей особенно внимательно следил за каждым словом и движением Сперанского. Как это бывает с людьми, особенно с теми, которые строго судят своих ближних, князь Андрей, встречаясь с новым лицом, особенно с таким, как Сперанский, которого он знал по репутации, всегда ждал найти в нем полное совершенство человеческих достоинств.
Сперанский сказал Кочубею, что жалеет о том, что не мог приехать раньше, потому что его задержали во дворце. Он не сказал, что его задержал государь. И эту аффектацию скромности заметил князь Андрей. Когда Кочубей назвал ему князя Андрея, Сперанский медленно перевел свои глаза на Болконского с той же улыбкой и молча стал смотреть на него.
– Я очень рад с вами познакомиться, я слышал о вас, как и все, – сказал он.
Кочубей сказал несколько слов о приеме, сделанном Болконскому Аракчеевым. Сперанский больше улыбнулся.
– Директором комиссии военных уставов мой хороший приятель – господин Магницкий, – сказал он, договаривая каждый слог и каждое слово, – и ежели вы того пожелаете, я могу свести вас с ним. (Он помолчал на точке.) Я надеюсь, что вы найдете в нем сочувствие и желание содействовать всему разумному.
Около Сперанского тотчас же составился кружок и тот старик, который говорил о своем чиновнике, Пряничникове, тоже с вопросом обратился к Сперанскому.
Князь Андрей, не вступая в разговор, наблюдал все движения Сперанского, этого человека, недавно ничтожного семинариста и теперь в руках своих, – этих белых, пухлых руках, имевшего судьбу России, как думал Болконский. Князя Андрея поразило необычайное, презрительное спокойствие, с которым Сперанский отвечал старику. Он, казалось, с неизмеримой высоты обращал к нему свое снисходительное слово. Когда старик стал говорить слишком громко, Сперанский улыбнулся и сказал, что он не может судить о выгоде или невыгоде того, что угодно было государю.
Поговорив несколько времени в общем кругу, Сперанский встал и, подойдя к князю Андрею, отозвал его с собой на другой конец комнаты. Видно было, что он считал нужным заняться Болконским.
– Я не успел поговорить с вами, князь, среди того одушевленного разговора, в который был вовлечен этим почтенным старцем, – сказал он, кротко презрительно улыбаясь и этой улыбкой как бы признавая, что он вместе с князем Андреем понимает ничтожность тех людей, с которыми он только что говорил. Это обращение польстило князю Андрею. – Я вас знаю давно: во первых, по делу вашему о ваших крестьянах, это наш первый пример, которому так желательно бы было больше последователей; а во вторых, потому что вы один из тех камергеров, которые не сочли себя обиженными новым указом о придворных чинах, вызывающим такие толки и пересуды.
– Да, – сказал князь Андрей, – отец не хотел, чтобы я пользовался этим правом; я начал службу с нижних чинов.
– Ваш батюшка, человек старого века, очевидно стоит выше наших современников, которые так осуждают эту меру, восстановляющую только естественную справедливость.
– Я думаю однако, что есть основание и в этих осуждениях… – сказал князь Андрей, стараясь бороться с влиянием Сперанского, которое он начинал чувствовать. Ему неприятно было во всем соглашаться с ним: он хотел противоречить. Князь Андрей, обыкновенно говоривший легко и хорошо, чувствовал теперь затруднение выражаться, говоря с Сперанским. Его слишком занимали наблюдения над личностью знаменитого человека.
– Основание для личного честолюбия может быть, – тихо вставил свое слово Сперанский.
– Отчасти и для государства, – сказал князь Андрей.
– Как вы разумеете?… – сказал Сперанский, тихо опустив глаза.
– Я почитатель Montesquieu, – сказал князь Андрей. – И его мысль о том, что le рrincipe des monarchies est l’honneur, me parait incontestable. Certains droits еt privileges de la noblesse me paraissent etre des moyens de soutenir ce sentiment. [основа монархий есть честь, мне кажется несомненной. Некоторые права и привилегии дворянства мне кажутся средствами для поддержания этого чувства.]
Улыбка исчезла на белом лице Сперанского и физиономия его много выиграла от этого. Вероятно мысль князя Андрея показалась ему занимательною.
– Si vous envisagez la question sous ce point de vue, [Если вы так смотрите на предмет,] – начал он, с очевидным затруднением выговаривая по французски и говоря еще медленнее, чем по русски, но совершенно спокойно. Он сказал, что честь, l’honneur, не может поддерживаться преимуществами вредными для хода службы, что честь, l’honneur, есть или: отрицательное понятие неделанья предосудительных поступков, или известный источник соревнования для получения одобрения и наград, выражающих его.
Доводы его были сжаты, просты и ясны.
Институт, поддерживающий эту честь, источник соревнования, есть институт, подобный Legion d’honneur [Ордену почетного легиона] великого императора Наполеона, не вредящий, а содействующий успеху службы, а не сословное или придворное преимущество.
– Я не спорю, но нельзя отрицать, что придворное преимущество достигло той же цели, – сказал князь Андрей: – всякий придворный считает себя обязанным достойно нести свое положение.
– Но вы им не хотели воспользоваться, князь, – сказал Сперанский, улыбкой показывая, что он, неловкий для своего собеседника спор, желает прекратить любезностью. – Ежели вы мне сделаете честь пожаловать ко мне в среду, – прибавил он, – то я, переговорив с Магницким, сообщу вам то, что может вас интересовать, и кроме того буду иметь удовольствие подробнее побеседовать с вами. – Он, закрыв глаза, поклонился, и a la francaise, [на французский манер,] не прощаясь, стараясь быть незамеченным, вышел из залы.

Первое время своего пребыванья в Петербурге, князь Андрей почувствовал весь свой склад мыслей, выработавшийся в его уединенной жизни, совершенно затемненным теми мелкими заботами, которые охватили его в Петербурге.
С вечера, возвращаясь домой, он в памятной книжке записывал 4 или 5 необходимых визитов или rendez vous [свиданий] в назначенные часы. Механизм жизни, распоряжение дня такое, чтобы везде поспеть во время, отнимали большую долю самой энергии жизни. Он ничего не делал, ни о чем даже не думал и не успевал думать, а только говорил и с успехом говорил то, что он успел прежде обдумать в деревне.
Он иногда замечал с неудовольствием, что ему случалось в один и тот же день, в разных обществах, повторять одно и то же. Но он был так занят целые дни, что не успевал подумать о том, что он ничего не думал.
Сперанский, как в первое свидание с ним у Кочубея, так и потом в середу дома, где Сперанский с глазу на глаз, приняв Болконского, долго и доверчиво говорил с ним, сделал сильное впечатление на князя Андрея.
Князь Андрей такое огромное количество людей считал презренными и ничтожными существами, так ему хотелось найти в другом живой идеал того совершенства, к которому он стремился, что он легко поверил, что в Сперанском он нашел этот идеал вполне разумного и добродетельного человека. Ежели бы Сперанский был из того же общества, из которого был князь Андрей, того же воспитания и нравственных привычек, то Болконский скоро бы нашел его слабые, человеческие, не геройские стороны, но теперь этот странный для него логический склад ума тем более внушал ему уважения, что он не вполне понимал его. Кроме того, Сперанский, потому ли что он оценил способности князя Андрея, или потому что нашел нужным приобресть его себе, Сперанский кокетничал перед князем Андреем своим беспристрастным, спокойным разумом и льстил князю Андрею той тонкой лестью, соединенной с самонадеянностью, которая состоит в молчаливом признавании своего собеседника с собою вместе единственным человеком, способным понимать всю глупость всех остальных, и разумность и глубину своих мыслей.
Во время длинного их разговора в середу вечером, Сперанский не раз говорил: «У нас смотрят на всё, что выходит из общего уровня закоренелой привычки…» или с улыбкой: «Но мы хотим, чтоб и волки были сыты и овцы целы…» или: «Они этого не могут понять…» и всё с таким выраженьем, которое говорило: «Мы: вы да я, мы понимаем, что они и кто мы ».
Этот первый, длинный разговор с Сперанским только усилил в князе Андрее то чувство, с которым он в первый раз увидал Сперанского. Он видел в нем разумного, строго мыслящего, огромного ума человека, энергией и упорством достигшего власти и употребляющего ее только для блага России. Сперанский в глазах князя Андрея был именно тот человек, разумно объясняющий все явления жизни, признающий действительным только то, что разумно, и ко всему умеющий прилагать мерило разумности, которым он сам так хотел быть. Всё представлялось так просто, ясно в изложении Сперанского, что князь Андрей невольно соглашался с ним во всем. Ежели он возражал и спорил, то только потому, что хотел нарочно быть самостоятельным и не совсем подчиняться мнениям Сперанского. Всё было так, всё было хорошо, но одно смущало князя Андрея: это был холодный, зеркальный, не пропускающий к себе в душу взгляд Сперанского, и его белая, нежная рука, на которую невольно смотрел князь Андрей, как смотрят обыкновенно на руки людей, имеющих власть. Зеркальный взгляд и нежная рука эта почему то раздражали князя Андрея. Неприятно поражало князя Андрея еще слишком большое презрение к людям, которое он замечал в Сперанском, и разнообразность приемов в доказательствах, которые он приводил в подтверждение своих мнений. Он употреблял все возможные орудия мысли, исключая сравнения, и слишком смело, как казалось князю Андрею, переходил от одного к другому. То он становился на почву практического деятеля и осуждал мечтателей, то на почву сатирика и иронически подсмеивался над противниками, то становился строго логичным, то вдруг поднимался в область метафизики. (Это последнее орудие доказательств он особенно часто употреблял.) Он переносил вопрос на метафизические высоты, переходил в определения пространства, времени, мысли и, вынося оттуда опровержения, опять спускался на почву спора.
Вообще главная черта ума Сперанского, поразившая князя Андрея, была несомненная, непоколебимая вера в силу и законность ума. Видно было, что никогда Сперанскому не могла притти в голову та обыкновенная для князя Андрея мысль, что нельзя всё таки выразить всего того, что думаешь, и никогда не приходило сомнение в том, что не вздор ли всё то, что я думаю и всё то, во что я верю? И этот то особенный склад ума Сперанского более всего привлекал к себе князя Андрея.
Первое время своего знакомства с Сперанским князь Андрей питал к нему страстное чувство восхищения, похожее на то, которое он когда то испытывал к Бонапарте. То обстоятельство, что Сперанский был сын священника, которого можно было глупым людям, как это и делали многие, пошло презирать в качестве кутейника и поповича, заставляло князя Андрея особенно бережно обходиться с своим чувством к Сперанскому, и бессознательно усиливать его в самом себе.
В тот первый вечер, который Болконский провел у него, разговорившись о комиссии составления законов, Сперанский с иронией рассказывал князю Андрею о том, что комиссия законов существует 150 лет, стоит миллионы и ничего не сделала, что Розенкампф наклеил ярлычки на все статьи сравнительного законодательства. – И вот и всё, за что государство заплатило миллионы! – сказал он.
– Мы хотим дать новую судебную власть Сенату, а у нас нет законов. Поэтому то таким людям, как вы, князь, грех не служить теперь.
Князь Андрей сказал, что для этого нужно юридическое образование, которого он не имеет.
– Да его никто не имеет, так что же вы хотите? Это circulus viciosus, [заколдованный круг,] из которого надо выйти усилием.

Через неделю князь Андрей был членом комиссии составления воинского устава, и, чего он никак не ожидал, начальником отделения комиссии составления вагонов. По просьбе Сперанского он взял первую часть составляемого гражданского уложения и, с помощью Code Napoleon и Justiniani, [Кодекса Наполеона и Юстиниана,] работал над составлением отдела: Права лиц.

Года два тому назад, в 1808 году, вернувшись в Петербург из своей поездки по имениям, Пьер невольно стал во главе петербургского масонства. Он устроивал столовые и надгробные ложи, вербовал новых членов, заботился о соединении различных лож и о приобретении подлинных актов. Он давал свои деньги на устройство храмин и пополнял, на сколько мог, сборы милостыни, на которые большинство членов были скупы и неаккуратны. Он почти один на свои средства поддерживал дом бедных, устроенный орденом в Петербурге. Жизнь его между тем шла по прежнему, с теми же увлечениями и распущенностью. Он любил хорошо пообедать и выпить, и, хотя и считал это безнравственным и унизительным, не мог воздержаться от увеселений холостых обществ, в которых он участвовал.
В чаду своих занятий и увлечений Пьер однако, по прошествии года, начал чувствовать, как та почва масонства, на которой он стоял, тем более уходила из под его ног, чем тверже он старался стать на ней. Вместе с тем он чувствовал, что чем глубже уходила под его ногами почва, на которой он стоял, тем невольнее он был связан с ней. Когда он приступил к масонству, он испытывал чувство человека, доверчиво становящего ногу на ровную поверхность болота. Поставив ногу, он провалился. Чтобы вполне увериться в твердости почвы, на которой он стоял, он поставил другую ногу и провалился еще больше, завяз и уже невольно ходил по колено в болоте.
Иосифа Алексеевича не было в Петербурге. (Он в последнее время отстранился от дел петербургских лож и безвыездно жил в Москве.) Все братья, члены лож, были Пьеру знакомые в жизни люди и ему трудно было видеть в них только братьев по каменьщичеству, а не князя Б., не Ивана Васильевича Д., которых он знал в жизни большею частию как слабых и ничтожных людей. Из под масонских фартуков и знаков он видел на них мундиры и кресты, которых они добивались в жизни. Часто, собирая милостыню и сочтя 20–30 рублей, записанных на приход, и большею частию в долг с десяти членов, из которых половина были так же богаты, как и он, Пьер вспоминал масонскую клятву о том, что каждый брат обещает отдать всё свое имущество для ближнего; и в душе его поднимались сомнения, на которых он старался не останавливаться.
Всех братьев, которых он знал, он подразделял на четыре разряда. К первому разряду он причислял братьев, не принимающих деятельного участия ни в делах лож, ни в делах человеческих, но занятых исключительно таинствами науки ордена, занятых вопросами о тройственном наименовании Бога, или о трех началах вещей, сере, меркурии и соли, или о значении квадрата и всех фигур храма Соломонова. Пьер уважал этот разряд братьев масонов, к которому принадлежали преимущественно старые братья, и сам Иосиф Алексеевич, по мнению Пьера, но не разделял их интересов. Сердце его не лежало к мистической стороне масонства.
Ко второму разряду Пьер причислял себя и себе подобных братьев, ищущих, колеблющихся, не нашедших еще в масонстве прямого и понятного пути, но надеющихся найти его.
К третьему разряду он причислял братьев (их было самое большое число), не видящих в масонстве ничего, кроме внешней формы и обрядности и дорожащих строгим исполнением этой внешней формы, не заботясь о ее содержании и значении. Таковы были Виларский и даже великий мастер главной ложи.
К четвертому разряду, наконец, причислялось тоже большое количество братьев, в особенности в последнее время вступивших в братство. Это были люди, по наблюдениям Пьера, ни во что не верующие, ничего не желающие, и поступавшие в масонство только для сближения с молодыми богатыми и сильными по связям и знатности братьями, которых весьма много было в ложе.
Пьер начинал чувствовать себя неудовлетворенным своей деятельностью. Масонство, по крайней мере то масонство, которое он знал здесь, казалось ему иногда, основано было на одной внешности. Он и не думал сомневаться в самом масонстве, но подозревал, что русское масонство пошло по ложному пути и отклонилось от своего источника. И потому в конце года Пьер поехал за границу для посвящения себя в высшие тайны ордена.

Летом еще в 1809 году, Пьер вернулся в Петербург. По переписке наших масонов с заграничными было известно, что Безухий успел за границей получить доверие многих высокопоставленных лиц, проник многие тайны, был возведен в высшую степень и везет с собою многое для общего блага каменьщического дела в России. Петербургские масоны все приехали к нему, заискивая в нем, и всем показалось, что он что то скрывает и готовит.

Каждый электрик должен знать:  Как разобрать водонагреватель видео с инструкцией
Добавить комментарий