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:

∆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;

β₀ – 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), β_0, 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 )= D^1/2 (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

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

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);