Сучасне визначення котушки індуктивності характеризує її як елемент електричного кола (двухполюсник), що забезпечує задану в ній індуктивність. Котушки індуктивності застосовуються в найрізноманітнішої радіоелектронної апаратури. Їх якість і параметри мають вплив на роботу радіоелектронних пристроїв. Котушки індуктивності застосовуються для настройки коливальних контурів на дану частоту (котушки налаштування, рис. 1.5), для передачі електричних коливань з одного контуру в інший (котушка зв'язку), для поділу або обмеження електричних сигналів різної частоти (дроселі) і т.д. У детекторних, ультра-і короткохвильових радіоприймачах досить часто використовують для налаштування на радіостанції варіометри. Варіометр являє собою пристрій плавного механічного зміни індуктивності котушки. У котушці, що складається з двох з'єднаних послідовно котушок, зміна індуктивності проводиться зміною їх положення відносно один одного. Якщо котушка має магнітний сердечник, то її індуктивність змінюється його переміщенням. Відомі різні конструкції варіометрів. У найбільш відомої конструкції варіометра одна котушка обертається усередині іншої.
Мал. 1.5. Конструкції контурних котушок індуктивності, виконані на феритових стрижнях: а - СВ і ДВ; 6 - КВ
Дросель від німецького слова - «скорочувати» є різновидом котушки індуктивності. Властивості такої котушки залежать від того, який частоти електричний струм потрібно «скорочувати» або «затримувати». Дросель включають в електричний ланцюг для придушення змінної складової струму в ланцюзі, або для поділу або обмеження сигналів різних частот. Залежно від призначення дроселі діляться на високочастотні і низькочастотні. Ця різниця відноситься і до конструктивного їх виконання. Дроселі високої частоти виготовляють у вигляді одношарових або багатошарових котушок без сердечників або з сердечниками. Для дроселів довгих і середніх хвиль застосовують секційну намотування. Дроселі на коротких і метрових хвилях мають одношарову намотування, суцільну або з примусовим кроком.
Для зменшення габаритів дроселів застосовують магнітні сердечники. Дроселі високої частоти з сердечниками з магнітодіе-лектріков і феритів мають меншу власну ємність і можуть працювати в більш широкому діапазоні частот. Низькочастотний дросель подібний до електричного трансформатора з декількома обмотками.
Котушка індуктивності характеризується номінальним значенням індуктивності. Основною одиницею в системі СІ є Генрі (Гн). На практиці користуються похідними від Генрі одиницями - міллігенрі (мГн), мікрогенрі (мкГн) і наногенрі (нГн), які пов'язані з основною одиницею в такий спосіб:
У літературі минулих років зустрічається одиниця виміру індуктивності - сантиметр:
1см = 10 ^ -9 Гн = 10 ^ -6 мГн = 10 ^ -3 мкГн.
Сердечники котушок індуктивності
Для зменшення втрат в сердечниках котушок використовуються маг-нітодіелектрікі - матеріали, у яких частки подрібненого фер-рітов речовини розділені між собою діелектриком. До числа таких матеріалів відносяться відомі альсифера і карбонильное залізо. Останнім часом в якості матеріалу для сердечників широко застосовують ферити: нікель-цинкові, марганець-нікелеві, літій-цинкові. Умовне позначення феритів: ПН - нікель-цинкові низькочастотні ферити, НМ - марганець-цинкові, ВТ - ферити з прямокутною петлею гістерезису. Цифри, які стоять перед літерними позначеннями, вказують середнє значення початкової магнітної проникності матеріалу сердечника. Переваги феритів - стабільність магнітних характеристик в широкому діапазоні частот, малі втрати на вихрові струми і простота виготовлення феритових деталей. Ферити майже не піддаються механічній обробці, вони обробляються тільки абразивами, такими як, наприклад, корунд. Вироби з феритів не можна обробляти на верстатах, так як це може призвести до втрати магнітних властивостей - різкого збільшення втрат, зниження проникності. Завдяки високому питомому опору, котушки з сердечниками з феритів можуть мати дуже велику добротність, на низьких частотах понад 500, а на частотах 500 ... 1000 кГц - 300.
Основною характеристикою магнітного матеріалу сердечника є магнітна проникність. На практиці вона оцінюється відносною величиною (по відношенню до магнітної проникності вакууму) і є безрозмірною. Магнітну проникність феритів можна вважати постійної лише при першому, грубому наближенні.
Стабільність котушок індуктивності з сердечниками з нікель-цинкових феритів з початковою магнітною проникністю 10 ... 50 (ферити марок ВЧ) складає 1 рік, при цьому індуктивність змінюється не більше ± 5%, а котушки з сердечниками з того ж матеріалу, але марок ПН - до ± 2%. Індуктивність котушок з сердечниками з Марго-нець-цинкових феритів (марки НМ) за рік змінюється до 5% і є менш стабільною, ніж попередні. Котушки на альсіферових кільцях змінюють свою індуктивність протягом року не більше ніж на ± 1%.
Конструкція каркасів котушок індуктивності
Конструкції котушок індуктивності дуже різноманітні. Основними конструктивними елементами котушок є каркас, обмотка, а допоміжними - сердечник, екран і т.д. Намотування котушок проводиться проводом на спеціальних каркасах, які надають обмотці механічну міцність. За формою каркаси бувають трубчасті (з фланцями і без них), шпулі, ребристі, плоскі, тороїдальні і інші. Каркаси в залежності від робочого діапазону частот і призначення виготовляються з різних матеріалів: кабельного паперу, електрокартону, текстоліту, гетінакоа, пресспорошка, кераміки, слюди, полістиролу, органічного скла, ескапона та інших. Вибір матеріалу для каркаса залежить від пропонованих до нього вимог по електричної міцності, допустимої величини діелектричних втрат, термостійкості, вологостійкості і т. Д. Найбільшу стабільність мають котушки на керамічних каркасах, а найменшу - багатошарові котушки, намотані на каркасах з гетинаксу і пресспорошка. Іноді котушки УКВ і КВ діапазонів роблять безкаркасними. При їх виготовленні, наприклад, для контурів малопотужних короткохвильових передавачів, витки для жорсткості скріплюють планками з органічного скла товщиною З ... 4 мм. Кінці обмоток котушок на каркасі закріплюють нитками або вплавляют паяльником в каркас, якщо він зроблений з полістиролу або органічного скла. Іноді плоскі каркаси після намотування дроту згинають в кільце.
Намотування котушок індуктивності
Обмотки котушок можуть бути одношаровими або багатошаровими (рис. 1.6). Обмотка характеризується кількістю витків, кроком намотування t-густо. Під витком котушки розуміють відрізок проводу, що охоплює всю окружність каркаса. Крок - відстань між сусідніми витками.
Мал. 1.6. Конструкції котушок індуктивності з різним типом намотування: а - з кроком t, б - виток до витка, в - тип «універсаль»
Ряд - кількість витків дроту, яке укладається на всю ширину обмотки. Найбільш прості за конструкцією одношарові рядові обмотки котушок. Вони мають малу величину власної ємності і високу добротність. Однак виходять при виготовленні великі габарити обмежують їх застосування. Найчастіше застосовують багатошарові обмотки: звичайна багатошарова, секціонірованная індукційна і безіндукціонная, галетна, універсальна і тороїдальна. Укладання багатошарової секціонірованной індукційної обмотки проводиться на каркаси-шпулі з проміжними щоками. Кількість секцій може бути будь-яким, а число рядів у секціях має бути парним. Секціонування індукційної обмотки використовується для високовольтних і високочастотних трансформаторів, дроселів високої частоти. Для отримання котушок індуктивності малих розмірів і з малою власною ємністю при великій величині індуктивності користуються способом універсальної намотування. У цьому випадку провід укладається під кутом до площини обертання і перегинається на торцях. Найбільший кут укладання можна отримати під час намотування котушки проводом в шовкової ізоляції.
Умовні позначення марок феритів і магнітодіелектриків
Умовне позначення ферритового стрижня складається з чотирьох елементів:
1. Буква М вказує, що виріб зроблено з фериту.
2. Цифра - початкове значення магнітної проникності.
3. Букви і кілька цифр - марка фериту (В - ферит для роботи на частотах вище 5 МГц, Н - для роботи на низьких частотах).
4. Скорочене позначення конструктивного виду сердечника і його розмірів в міліметрах.
На додаток до названих буквах третього елемента іноді додається ще одна буква з зазначенням характеристики магнітного поля, в якому може працювати цей феррит: З ^ феррит для роботи в сильних магнітних полях, І - спеціальний феррит для роботи в імпульсних магнітних полях, якщо цієї літери немає , то феррит призначений для роботи в слабких магнітних полях. Після четвертого елемента іноді може стояти цифра, яка характеризує відмінність властивостей фериту. Після зазначених елементів слід риса, яка виділяє найменування вироби виготовленого з фериту (позначається літерою) і його конструктивні розміри (позначаються цифрами):
- Б - броньовий сердечник, що складається з двох чашок з циліндричним підлаштування стрижнем (число після букви вказує зовнішній діаметр чашки);
- Г -Г-подібний для телеапаратури, числа послідовно відповідають довжині, ширині і товщині вироби;
- К - кільцевої сердечник, числа відповідають зовнішньому діаметру, внутрішньому діаметру і висоті кільця;
- ОС - кільцевої сердечник для відхиляє кінескопа, числа позначають типорозмір сердечника;
- ПК - П-подібний, круглого перетину осердя для трансформатору рядкової розгортки, числа вказують відстань між діаметрами та їх діаметр;
- ПП - П-подібний, прямокутного перетину сердечник, числа вказують відстань між стрижнями, ширину стрижня, висоту стрижня (тільки для ТВС кінескопа з відхиленням променя 70е перше число 53 вказує ширину сердечника);
- СС - для циліндричних стрижнів не більше 3,5 мм, числа вказують діаметр і довжину сердечника (циліндричні стержні діаметром 8 мм і 10 мм в позначенні не містять букв СС, в стрижнях прямокутного перетину числа вказують ширину, товщину і довжину сердечника);
- Ш - Ш-подібний сердечник, числа позначають ширину і товщину середнього виступу;
- 3 - замкнутий
- О-подібний сердечник, числа позначають висоту вироби, висоту вікна, ширину вироби і ширину вікна.
М100НН-2-СС 2,8 × 12: М - ферит; 100 -100; Н - низькочастотний; Н - нікель-цинковий; 2 - різні властивості; СС - стрижень; 2,8 мм - діаметр; 12 мм - довжина.
М700НМ-Б9: М - ферит; 700 - ц = 700; Н - низькочастотний; М - марганець-цинковий; Б - броньовий; 9 мм - діаметр.
Література: В.М. Пестриков. Енциклопедія радіоаматора.