При длительном функционировании катушек индуктивности с сердечниками наиболее существенное влияние на их параметры оказывает сердечник.
Старение материала сердечника обычно описывается логарифмическим законом:
∆μ н (t) / μ н = β 0 lg t/t 0.
Тогда для среднего значения
m [ ∆μ н (t) / μ н ] = m (β 0 )lg t/t 0
где μ н – начальная магнитная проницаемость материала;
∆μ н (t) – отклонение магнитной проницаемости материала от начальной магнитной проницаемости;
β0 – случайный коэффициент, показывающийскорость изменения магнитной проницаемости материала для каждой реализации;
m (β 0 ) – математическое ожидание коэффициента, показывающего скорость изменения магнитной проницаемости материала;
t – время, в течение которого отсутствуют заметные изменения магнитной проницаемости.
Значения ∆μ н (t), β0, m (β 0), t 0получают из результатов эксперимента. В рассматриваемом примере для тороидальных сердечников m (β 0) = 0,14% и t 0 = 50 ч.
Среднеквадратическое отклонение также можно рассматривать как изменяющееся по логарифмическому закону:
D 1/2 (∆μ н (t) / μ н )= D1/2 (β 0 )lg t/t 0.
Изменение стабильности при длительной эксплуатации катушек индуктивности в основном определяется изменением магнитной проницаемости сердечника μ с. При небольших зазорах
μ с | = | μ н | (4) |
1+μ н (l з / l c ) |
где l c – длина магнитной силовой линии;
l з– "длина" зазора;
μ н – номинальная магнитная проницаемость материала.
Следовательно, изменяя зазор, можно получить разные значения μ с < μ н, Относительное изменение индуктивности
∆ L c (t)/L c (t)/μ c
где L c и μ c – начальное значение индуктивности проницаемости сердечника;
∆L c (t) и ∆μ c (t) – их отклонения во времени.
Для описания закономерностей отклонений ∆μ c и ∆L c также следует воспользоваться логарифмической аппроксимацией. Тогда
∆L c (t) / L c = ∆μ c (t) / μ c = β с lg t/t 0
где β с– 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 μ c 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.
Рисунок 6 – Катушки связи с обмотками:
a – двумя однослойными (k=0,9);
б – однослойной и многослойной (k=0,5);
в – однослойной (раздвоенной) и многослойной (k=0,7);
г – двумя многослойными (k=0,8);