2.4. Индуктивные элементы

Индуктивные элементы делятся на катушки индуктивности и трансформаторы [45,46].

По назначению катушки индуктивности можно разделить на четыре группы:

а) катушки контуров,

б) катушки связи,

в) дроссели высокой частоты и

г) дроссели низкой частоты.

По конструктивному признаку катушки могут быть разделены на однослой-ные и многослойные; цилиндрические, спиральные и тороидальные; экранированные и неэкранированные; катушки без сердечников и катушки с сердечниками и др.

Катушки индуктивности характеризуются следующими основными параметрами: индуктивностью и точностью, добротностью, собственной емкостью и стабильностью.

Однослойные катушки применяются на частотах выше 1500 кГц. Намотка может быть сплошная и с принудительным шагом. Однослойные катушки с принудительным шагом отличаются высокой добротностью (Q=150...400) и стабильностью;

применяются в основном в контурах коротких (KB) и ультракоротких (УКВ) волн [47]. Высокостабильные катушки, применяемые в контурах гетеродинов на KB и УКВ, наматываются при незначительном натяжении проводом, нагретым до 80...120°С.

Для катушек с индуктивностью выше 15... 20 мкГн применяется сплошная од-нослойная намотка. Целесообразность перехода на сплошную намотку определяется диаметром катушки. Ориентировочные значения индуктивности, при которых целесообразен переход на сплошную намотку:

Диаметр каркаса (в мм) 6 10 15 20 25 Индуктивность (в мкГн) 1,8 4 10 20 30

Катушки со сплошной намоткой также отличаются высокой добротностью и широко используются в контурах на коротких, промежуточных и средних волнах, если требуется индуктивность не выше 200... 500 мкГн. Целесообразность перехода на многослойную намотку определяется диаметром катушки. Ориентировочные значения индуктивности, при которых целесообразен переход на многослойную намотку:

Диаметр каркаса (в мм) 10 15 20 25 30 Индуктивность (в мкГн) 30 50 100 200 500

Индуктивность однослойной катушки рассчитывается по формуле:

L=0,01DN2/(1/D+0.44), где L — индуктивность (в мкГн), D — диаметр катушки (в см), 1 — длина намотки (в см), N — число витков.

Добротность однослойных катушек определяется в основном диаметром провода и шагом намотки (расстоянием между витками) х. Установлено [47], что на высоких частотах оптимальное значение диаметра намоточного провода определяется из выражения: d=0,707x.

Многослойные катушки разделяются на простые и сложные. Примерами простых намоток являются рядовая многослойная намотка и намотка "кучей" (или вна-вал). Несекционированные многослойные катушки с простыми намотками отличаются пониженной добротностью и стабильностью, большой собственной емкостью, требуют применения каркасов. Индуктивность многослойной катушки рассчитывается по формуле: L=0,08(DN)2/(ЗD+91+10t), где L — индуктивность катушки, мкГн; D — средний диаметр намотки, см; 1 — длина намотки, см; t — толщина катушки, см; N — число витков.

Если задана индуктивность и нужно рассчитать число витков, то следует задать величины D, 1 и t и подсчитать необходимое число витков. После этого следует произвести проверку толщины катушки по формуле: t=zNd2/1, где d — диаметр провода с изоляцией (в мм), z=l,05...1,3 — коэффициент неплотности намотки при d=1...0,08 соответственно.

Секционированные катушки индуктивности характеризуются достаточно высокой добротностью, пониженной собственной емкостью, меньшим наружным диаметром и допускают в небольших пределах регулировку индуктивности путем смещения секций. Они применяются как в качестве контурных в контурах длинных и средних волн, так и в качестве дросселей высокой частоты. Каждая секция представляет собой обычную многослойную катушку с небольшим числом витков. Число секций может быть от двух до восьми, иногда даже больше. Расчет секционированных катушек сводится к расчету индуктивности одной секции. Индуктивность секционированной катушки, состоящей из п секций: L= Lc[n+2k(n-l)], где Lс — индуктивность секции, k — коэффициент связи между смежными секциями (k=0,3 при расстоянии между секциями, равном половине ширины секции, которая равна среднему радиусу катушки).

Собственная емкость катушки понижает добротность и стабильность настройки контуров. В диапазонных контурах эта емкость уменьшает коэффициент перекрытия диапазона. Величина собственной емкости определяется типом намотки и размерами катушки. Наименьшая собственная емкость (несколько пФ) у однослой-ных катушек, намотанных с принудительным шагом. Многослойные катушки обладают большей емкостью, величина которой зависит от способа намотки. Так, емкость катушек с универсальной намоткой составляет 5...25 пФ, а с рядовой многослойной намоткой может быть выше 50 пф.

Дросселем высокой частоты называют катушки индуктивности, используемые в цепях питания в качестве фильтрующих элементов. Индуктивность дросселя должна быть достаточно большой, а собственная емкость — малой. Конструктивно дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойных или многослойных катушек. Для дросселей длинных и средних волн применяется секционированная многослойная намотка. Дроссели для коротких волн и для метровых волн обычно имеют однослойную намотку — сплошную или с принудительным шагом. В качестве каркаса часто используются керамические стержни от резисторов. Расчет числа витков дросселя производится так же, как и расчет числа витков катушек индуктивности.

В катушках с большой индуктивностью применяются сердечники из ферромагнитных материалов. Индуктивность катушки с замкнутым стальным сердечником L=0.0126MSN2/Ic [мкГн], где ц — магнитная проницаемость материала (для электротехнических сталей находится в диапазоне 200...500), S — сечение сердечника (в см2), N — число витков катушки, Iс — средняя длина магнитного пути, см (например, для круглого сердечника — длина его средней окружности).