Учебное пособие

Профессия СБОРЩИК РЭА

§ 43. Катушки индуктивности и дроссели высокой частоты

В высокочастотных узлах РЭА и приборов применяют самые разнообразные по назначению и устройству катушки индуктивности и дроссели.

В зависимости от назначения катушки индуктивности делят на: контурные, образующие вместе с постоянными конденсаторами колебательный контур, и связи, передающие высокочастотные колебания из одной цепи в другую.

По конструктивным признакам катушки выполняют однослойными и многослойными, цилиндрическими, спиральными, тороидальными, плоскими, с сердечником или без него, экранированными или неэкранированными (рис. 86).

Рис. 86. Конструкции катушек индуктивности:
а — однослойной с шагом, б — многослойной, в — плоской, г — тороидальной с круглым сечением; 1 — обмотка, 2 — каркас, 3 — изоляционное основание

Геометрические размеры катушек, их форма, способ намотки, толщина изоляции проволоки, материал каркаса различаются в зависимости от индуктивности и назначения. Конструкции катушек индуктивности, которые наиболее часто встречаются в высокочастотных узлах РЭА, показаны на рис. 87. Катушка состоит из обмотки, сердечника, каркаса, панели с лепестками и экрана.

Рис. 87. Катушки индуктивности высокочастотных контуров :
а, б — однослойные, в — с сердечником, г — с переменной индуктивностью

Основными параметрами высокочастотной катушки являются: индуктивность L, добротность Q_L. собственная емкость C_L и температурный коэффициент индуктивности ТКИ.

Индуктивность катушки зависит в основном от ее размеров, формы и числа витков: чем больше размеры катушки и чем больше содержит она витков, тем больше ее индуктивность. Ее выражают в генри (Г), миллигенри (1 мГ = 0,001 Г), микрогенри (1 мкГ = 0,001 мГ = 0,000001 Г) и наногенри (1 нГ = 0,001 мкГ = 0,000001 мГ = 0,000000001 Г). В цепях переменного тока катушки индуктивности ведут себя как резисторы, сопротивление которых растет с увеличением частоты.

Индуктивность однослойной катушки рассчитывается по формуле

где D_cp — диаметр окружности, образуемый осевой линией намоточного провода, п — число витков, / — длина катушки.

Для получения малогабаритных катушек с достаточно большими индуктивностью и добротностью применяют магнитные сердечники.

Индуктивность катушки с магнитным сердечником определяется соотношением:

L_c = μ_c L

где L — индуктивность катушки без сердечника, μ_c — действующая магнитная проницаемость сердечника.

В РЭА используют высокочастотные катушки с индуктивностью от долей микрогенри до десятков миллигенри.

Важным параметром, характеризующим качество катушки, является добротность, численно равная отношению ее индуктивного сопротивления переменного тока к сопротивлению постоянного тока. Чтобы увеличить добротность, пользуются разными конструктивными приемами, но наибольший эффект дает введение в катушку сердечника из специального магнитного материала.

Витки и слои обмотки катушки образуют емкость, которую можно рассматривать как конденсатор, подключенный параллельно катушке. Собственная емкость катушки ухудшает качественные показатели — снижает добротность и стабильность, уменьшает коэффициент перекрытия частот колебательного контура. Поэтому при конструировании катушек необходимо уменьшить их емкость.

Индуктивность катушки зависит от температуры окружающей среды. Относительное изменение индуктивности на 1 °С называется температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ). Для уменьшения ТКИ при конструировании катушек индуктивности стремятся применять теплоустойчивые высококачественные материалы (керамику, пластмассу, стеклопластики). В колебательных контурах для уменьшения влияния ТКИ на их работу параллельно к катушке контура подключают термокомпенсирующий конденсатор с отрицательным ТКИ.

Дроссели высокой частоты используют в РЭА в качестве элементов разветвляющих цепей. Основное назначение дросселей — оказывать большое сопротивление переменному току н в то же время — малое сопротивление постоянному току.

Для расширения рабочего диапазона частот дросселя применяют ферритовые сердечники.

Магнитные сердечники для высокочастотных катушек и дросселей изготовляют из магнитодиэлектриков и ферритов. В магнитодиэлектриках мельчайшие частички вещества, содержащего в своем составе железо, равномерно распределены в массе какого-либо диэлектрика (бакелита, стирола, аминопласта). Наиболее широко применяют сердечники из альсифера (сплав алюминия, кремния и железа). Ферриты, также получившие широкое распространение, представляют собой твердые оксиды металлов или их солей, прошедшие специальную термическую обработку (обжиг). Получающаяся при этом полупроводниковая керамика обладает очень хорошими магнитными свойствами и малыми потерями даже на очень высоких частотах.