Экранированная катушка индуктивности (стр. 2 из 4)

3. Электрический и конструкторский расчет

Процесс проектирования катушки индуктивности состоит из:

- выбора материала и обоснования конструкции;

- расчета числа витков;

- определения конструктивных размеров и уточнения электрических параметров конструкции.

3.1 Выбор материала и уточнение конструкции

Материал для изготовления обмотки катушки индуктивности должен удовлетворять следующим требованиям:

- низкое удельное сопротивление для минимизации влияния на протекающий электрический ток;

- малые коэффициенты линейного и объемного расширения для обеспечения высокой температурной стабильности геометрических размеров катушки, а, следовательно, и индуктивности;

- низкая стоимость (годовая программа выпуска 50000 шт.).

Согласно справочным данным, наиболее подходящим материалом для изготовления обмотки катушки индуктивности является медь, имеющая:

удельное сопротивление

,

коэффициент линейного расширения

[3, табл. П.1].

Глубина скин-слоя для частоты 0.5 МГц составляет:

(3.1)

Для исключения влияния скин-эффекта на добротность катушки индуктивности и исключения разрывов материала при намотке катушки и монтаже выводов, выбираем медный обмоточный провод круглого сечения типа ПЭВ-1 диаметром 0,25 мм [3, табл. П.2]. Данная марка провода позволяет легко осуществить очистку и лужение выводов путем погружения их в ванночку (тигель) с расплавленным припоем.

3.2. Расчет числа витков

Расчет числа витков однослойной экранированной катушки с магнитным сердечником производим по методу, изложенному в [3].

Для сердечника из феррита 600НН с начальной магнитной проницаемостью

[3, таблица П.3] находим соответствующее значение относительной магнитной проницаемости [3, табл. П.4].

По заданному значению индуктивности

определяем расчетное значение индуктивности катушки без сердечника с учетом требуемой подстройки +5%

(3.2)

Помещение катушки в экран приводит к уменьшению ее индуктивности и добротности и увеличению собственной емкости. Поэтому при расчете индуктивности катушки необходимо учесть влияние экрана. Учет влияния экрана производится с помощью коэффициента

, который является функцией соотношения диаметра катушки и диаметра экрана. Для обеспечения стабильности индуктивности это соотношение должно выбираться из условия Чрезмерное увеличение данного соотношения приведет к возрастанию габаритов изделия, поэтому принимаем величину соотношения равной При этом диаметр экрана будет составлять:

Поскольку был выбран экран квадратного сечения, то размер стороны экрана будет равен:

(3.3)

где

– коэффициент формы.

Второй величиной, оказывающей влияние на коэффициент

, является параметр , в свою очередь являющийся функцией соотношения длины обмотки катушки и диаметра намотки . Для экранированных катушек оптимальным является соотношение из [3]. Для соотношения по графику [3, рис. П.1] находим значение Определяем значение коэффициента :

(3.4)

Расчетное значение индуктивности с учетом влияния экрана:

(3.5)

Для компенсации влияния экрана расчетное значение индуктивности должно составлять:

(3.6)

3.3 Расчет оптимального диаметра провода

Для намотки катушки выбираю провод ПЭВ-1 диаметром 0,25 мм без учета изоляционного покрытия. Определим диаметр данного провода в изоляции [3, табл. П.5]

(3.7)

Коэффициент неплотности

для данного значения [3, табл.П.6] равен

Определим число витков катушки, приходящихся на единицу длины намотки

:

(3.8)

Вычислим параметр

определяющий соотношение длины и диаметра намотки:

(3.9)

По графику [3, рис.П.2] определяем для

значение ,

Длина обмотки катушки будет составлять:

(3.10)

см

Число витков катушки будет равно:

(3.11)

витка.

3.4 Расчет фактических параметров катушки

При сплошной намотке фактическая геометрическая длина катушки будет равна:

(3.12)

Фактическое соотношение

при этом составляет:

По графику [3, рис. П.3] находим значение поправочного коэффициента

для , которое будет равно .

Определяем фактическую расчетную индуктивность катушки:

(3.13)

Рассчитываем скорректированное число витков:

(3.14)

витков

Принимаем скорректированное число витков равным 35. Для скорректированного числа витков фактическая расчетная индуктивность катушки будет равна:

а скорректированная длина намотки:

Минимальное значение индуктивности с учетом подстройки будет составлять:

Минимальное расчетное значение индуктивности при этом будет равно:

С учетом влияния экрана это значение уменьшится до величины:

Расчет оптимального диаметра провода производится графоаналитическим методом. По графику (из [3], рисунок П.4) для отношения

и числа слоев определяем значение поправочного коэффициента .