Экранированная катушка индуктивности: рабочая частота – 5 МГц; индуктивность - 20 мкГн (стр. 1 из 3)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ПЭЭА
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
По дисциплине: “Элементная база ЭА”
Тема: “Экранированная катушка индуктивности:
рабочая частота – 5 МГц; индуктивность - 20 мкГн”
Выполнил: Руководитель:
ст. гр. ВЕЗз – 05 – 1 Григорьева О.В.
Александров Д. В.
2008
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ технического задания
2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
3. Расчет конструкции и необходимых деталей
3.1 Выбор материала и обоснование конструкции
3.2 Расчет числа витков
3.2.1 Определение фактической длины намотки
3.2.2 Расчет оптимального диаметра провода
3.3 Уточнение электрических параметров конструкции
3.4 Экранирование катушки
3.5 Определение температурного коэффициента индуктивности
4. Описание конструкции
Выводы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Катушка индуктивности является элементом радиоэлектронных средств, функционирование которой определяется эффектом перехода энергии электрического поля в энергию магнитного поля вследствие протекания по контуру катушки электрического тока. Величина индуктивности определяется конструкцией токопровода и его размерами.
В производстве электронной техники применяются различные конструкции катушек индуктивности, в зависимости от требований предъявляемым к изделию. Различают катушки индуктивности избирательных и апериодических цепей. Катушки индуктивности избирательных цепей входят в состав фильтров, линий задержки, колебательных контуров, катушек связи, дросселей высокой частоты и т. п. Катушки индуктивности апериодических цепей являются составными узлами различных трансформаторов и дросселей низкой частоты.
Различают катушки постоянной и переменной индуктивности. Катушки с большими изменениями индуктивности являются вариометрами, а с малыми изменениями индуктивности (10-15%) – подстроенными.
По конструктивному исполнению катушки делятся на цилиндрические и плоские. Цилиндрические катушки индуктивности бывают каркасные и бескаркасные (обладающие большей добротностью).
Различают катушки индуктивности с однослойной и многослойной намоткой. Многослойные катушки менее технологичны и менее надежны. Различают также экранированные и неэкранированные катушки индуктивности.
В катушках индуктивности применяют магнитные и немагнитные сердечники характер, которого влияет на добротность катушки и интервал варьирования величины индуктивности.
Перспектива развития катушек индуктивности связаны с разработкой новых материалов, имеющие высокие магнитные проницаемости и стабильность на радиочастотах, превосходящие по своим свойствам ферриты, а также развитием конструкции и технологии изготовления таких изделий.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Согласно технического задания необходимо спроектировать экранированную катушку индуктивности :
Рабочая частота – 5 МГц
L = 20 мкГн
Для обеспечения стабильности катушки индуктивности в указанных условиях эксплуатации, а именно: В 3.1 по ГОСТ 15150-69, всеклиматическое исполнение подразумевает рабочий интервал температур от +45 до -10°С необходимо чтобы температурный коэфициент индуктивности был минимален.
При заданной величине индуктивности, равной 20 мкГн, целесообразно применить однослойную намотку медным обмоточным проводом типа ПЭВ -2 (ГОСТ 16186-74) на каркас цилиндрической формы из полистирола, имеющим небольшой температурным коэффициент расширения для обеспечения малого температурного коэффициента индуктивности.
В данной конструкции необходимо применить сердечник из карбонильного железа P-100, в качестве подстройки, т. к. экранирование повлечёт некоторое изменение индуктивности.
Для обеспечения годовой программы выпуска, равной 1000 штук, необходимо сравнительно невысокая технологичность, но количество операций по сборке катушки индуктивности должно быть оптимальным.
2. ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Величина индуктивности промышленных катушек индуктивности колеблется в пределах от сотых долей до сотен микрогенри. Должна обеспечиваться точность в пределах 0,3...0,5%. На практике применяются катушки индуктивности цилиндрические и кольцевые. Для обеспечения высокой добротности в качестве каркаса используется керамика. Конструктивно керамические катушки представляют собой цилиндр на который наносится обмотка. В настоящее время применяются катушки индуктивности с каркасами из вакуумной керамики. Для уменьшения ТКИ и диэлектрических потерь каркасы имеют ребристую поверхность. Материалом для каркасов служит керамика и пресс- материал ДСВ-2Р-2М. Используются каркасы диаметром от 10...30 мм.
Катушки на керамических каркасах изготавливают тремя способами:
1) на каркас наматывают с натяжением медный провод;
2) на горячий каркас наматывают с натяжением медную ленту;
3) на каркас наносят воженное серебро в виде витков обмотки и покрывают их гальвано способом слоем меди.
Практически величина добротности находится в пределах 100...1000, лучшая добротность однослойных цилиндрических катушек достигается при
. Величина добротности зависит от частоты, геометрических размеров и конструкции, числа витков и типа провода. Так, на частотах до 
3...4 МГц преимущественно следует использовать провод типа литцендрат (ЛЭШО, ЛЭЛО, ЛЭВ, ЛЭТ), так как это позволяет получить более высокую добротность. При более высоких частотах применяют одножильный провод (ПЭВ, ПЭМ, ПЭЛО, ПЭЛ)Добротность катушек на кольцевых каркасах относительно меньше, чем у таких же катушек на цилиндрических каркасах.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ И КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ
Создание оптимальной катушки индуктивности является довольно сложной задачей из-за противоречивого характера предъявляемых к ним требованиям и состоит в следующем:
1) выбор материала и обоснование конструкции;
2) расчета числа витков;
3) определение конструктивных размеров и уточнение электрических параметров конструкции.
3.1 Выбор материала и обоснование конструкции
Материал, из которого изготовлена обмотка катушки индуктивности, должен обладать низким удельным сопротивлением и сравнительно не большим коэффициентом линейного расширения. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет медь имея:
; 
.Намотку следует осуществлять проводом типа ПЭВ, так как он применяется на высоких частотах. Примем к расчету следующий провод:
ПЭВ-2 ГОСТ 16186 – 74.
Данный тип провода выбран из следующих соображений; при увеличении частоты глубина проникновения токов уменьшается, этот процесс, для средней частоты рабочего диапазона равный 5 МГц, можно описать как
,отсюда следует, что нет смысла для данного рабочего диапазона использовать провод большего диаметра.
В качестве материала каркаса используем полистирол диаметром 10мм.
Конструкция катушки индуктивности определяется назначением и условиями эксплуатации. Так для данной катушки индуктивности (данные которой приведены в техническом задании) нужно указать ряд конструктивных решений:
1) выполнить обмотку на каркасе с сердечником – это даст возможность подстройки величины индуктивности, в зависимости от того магнитный или немагнитный сердечник величина добротности увеличится либо уменьшится;
2) выполнить экранирование катушки индуктивности – это конструктивное решение снизит влияние внешних полей, уменьшит добротность.
3.2 Расчет числа витков
Расчет числа витков и определение размеров катушки с цилиндрическим сердечником произвели по формулам, применяемым для расчёта катушки без сердечника. Обеспечили подстройку индуктивности (номинальная – 20 мкГн) на
5%.Приняли расчетную индуктивность равную 21 мкГн.
Расчет числа витков однослойной обмотки осуществили по методу предложенному В.А. Волговым и изложенному в [1]. Число витков можно определить, если известны диаметр и длина намотки по формуле
, (3.1)где D – диаметр обмотки (данный параметр выбираться из производственных возможностей), в см;
L – индуктивность катушки (заданная величина), в мкГн;
L0 - коэффициент формы (табличное значение).
Диаметр обмотки выбран из соображений целесообразности, а именно: диаметр обмотки катушки индуктивности будет соответствовать, внешнему диаметру стандартного сердечника из карбонильного железа Р-100.
Умножим и разделим правую часть выражения
, на 
. Получим 
, (3.2)Величину
обозначим через 
– определяет количество витков, приходящихся на единицу длины намотки, которое определяется как 
(3.3)