Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Ноября 2015 в 19:23, реферат
Индуктивность - физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи. Ток в проводящем контуре создает в окружающем пространстве магнитное поле
Если предположить, что в сердечнике нет потерь, то добротность катушки с сердечником Qс увеличится в v мс раз:
Qс ? Qб/с v |
мс |
|
где Qб/с - добротность катушки без сердечника той же индуктивности;
мс - действующая магнитная проницаемость.
Основным методом повышения проницаемости сердечника является придание ему такой формы, при которой магнитные силовые линии практически полностью проходят путь по магнитному материалу с высокой проницаемостью. Это, например, броневой сердечник (Рисунок 4в).
Индуктивность катушки с сердечником с зазором (Рисунок 4г):
Lc= 12,6 ·10-3ScW2мс / lc= 12,6 ScW2мн·10-3 / lc(1+мн l3/
где Sc - площадь сечения сердечника.
Свойства катушек индуктивности при длительном функционировании
При длительном функционировании катушек индуктивности с сердечниками наиболее существенное влияние на их параметры оказывает сердечник.
Старение материала сердечника обычно описывается логарифмическим законом:
?мн (t) / мн = в?0 lg t/t0.
Тогда для среднего значения
m[?мн (t) / мн ] = m(в0 )lg t/t0
где мн - начальная магнитная проницаемость материала;
?мн (t) - отклонение магнитной проницаемости материала от начальной магнитной проницаемости;
в?0 - случайный коэффициент, показывающий скорость изменения магнитной проницаемости материала для каждой реализации;
m(в0 ) - математическое ожидание коэффициента, показывающего скорость изменения магнитной проницаемости материала;
t - время, в течение которого отсутствуют заметные изменения магнитной проницаемости.
Значения ?мн (t), в?0, m(в0), t0 получают из результатов эксперимента. В рассматриваемом примере для тороидальных сердечников m(в0) = 0,14% и t0 = 50 ч.
Среднеквадратическое отклонение также можно рассматривать как изменяющееся по логарифмическому закону:
D 1/2(?мн (t) / мн )= D1/2(в0 )lg t/t0.
Изменение стабильности при длительной эксплуатации катушек индуктивности в основном определяется изменением магнитной проницаемости сердечника мс . При небольших зазорах
мс |
= |
мн |
(4) |
|
1+мн(lз / lc) |
||||
где lc - длина магнитной силовой линии;
lз - "длина" зазора;
мн - номинальная магнитная проницаемость материала.
Следовательно, изменяя зазор,
можно получить разные значения мс < мн, Относительно
? Lc(t)/Lc (t)/мc
где Lc и мc - начальное значение индуктивности проницаемости сердечника;
?Lc(t) и ?мc (t)- их отклонения во времени.
Для описания закономерностей отклонений ?мc и ?Lc также следует воспользоваться логарифмической аппроксимацией. Тогда
?Lc(t) / Lc = ?мc (t) / мc = в?с lg t/t0
где вс - случайный коэффициент, показывающий скорость изменения магнитной проницаемости сердечника и индуктивности катушки.
Применение ферритовых сердечников позволяет значительно повысить индуктивность, а, следовательно, добротность катушки, при неплохих показателях по стабильности (например, при среднем уходе по индуктивности на 0,5% за три года). При этом необходимо так выбирать материал сердечника, чтобы потери при частоте, на которой работает катушка, были пренебрежительно малы. По полученной мc следует выбрать зазор, пользуясь (4).
Перспективы развития и использования катушек индуктивности в РЭА
Катушка индуктивности является элементом, сопряжение которого с интегральной схемой вызывает большие трудности. Основная причина состоит в сложности создания катушек малых габаритов с высокими индуктивностью и добротностью.
Все это объясняет наметившуюся тенденцию уменьшения количества катушек индуктивности в аппаратуре на интегральных схемах, не требующих катушек индуктивности, и замены их специальными схемами на транзисторах (гираторы).
Применительно к развитию катушек индуктивности общего назначения совершенствование их параметров в основном связано с новыми материалами, имеющими высокую магнитную проницаемость и стабильность на разных частотах, значительно превышающих по своим свойствам современные ферриты. Ферриты - магнитные материалы, представляющие собой соединение оксида железа (Fe2O3) с оксидами других металлов: FeOFe2O3(феррит железа и другие материалы типа M2+O Fe2O3), а также феррогранаты: Y3Fe5O12 и другие типа M2+Fe12O19 и RFeO3 , где R - редкоземельный элемент или Y, ортоферриты CaTiO3.
Катушки связи
Связь между отдельными цепями и каскадами может осуществляться с помощью катушек связи. Основными параметрами катушек связи являются индуктивность и коэффициент индуктивности связи. Индуктивность рассчитывают, как и для катушек индуктивности.
Коэффициент индуктивной связи
k=M / |
L1 L2 |
|
где L1 и L2 - индуктивности связанных катушек, Гн;
М - взаимная индуктивность между ними;
Катушки связи применяются для разделения по постоянному току сеточных и анодных цепей, цепи базы и коллектора и других.
Катушки индуктивности для гибридных интегральных схем
Основным требованием, предъявляемым к катушкам индуктивности для гибридных интегральных схем, является планарность их конструкции.
В гибридных микросхемах могут использоваться миниатюрные катушки индуктивности с сердечниками из ферритов. Их добротность порядка 50, они по габаритам должны быть совместимы с корпусами гибридных микросхем до 10 мм и меньше.
Индуктивность тороидальной катушки с магнитным сердечником прямоугольного сечения
L= 4,6 ·мсan2 ·10-4lg[(Dср+b)/(Dcp-b)
где n - число витков;
a и b - высота и ширина сечения сердечника, мм;
Dср - средний диаметр сердечника, мм.
Тонкопленочные катушки индуктивности имеют ограниченный частотный диапазон (10-100 МГц).
Поэтому тонкопленочные катушки обычно имеют на площади 1 см2 число витков не более 10 и выполняются в виде круглой или квадратной спирали (рисунок 7а,б). Индуктивность таких катушек определяют по формулам:
L= 24,75 Dcp N 5/3 lgDср·10-3/t
L= 55,5 N 5/3 lg8a·10-3/t
где Dср = (Dн +Dв)/2 - средний диаметр спирали, см;
a= (Aн +Aв)/2 - средняя длина стороны квадрата, см;
t = (Dн +Dв)/2 и t= (Aн +Aв)/
Тонкопленочные катушки обладают низкой добротностью (Q = 20 ? 30) и поэтому используются только в тех случаях, когда другие варианты технически невозможны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рычина Т.А. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы., Мн: Радио, 2011г.
2. Ефимов А.В, Микроэлектроника, Мн: ВШ, 2012г.
3. Свитенко В.И. Электрорадиоэлементы, Мн: Радио, 2011г.