Котушка індуктивності Позначення, параметри та різновиди котушок індуктивності
Одним із найвідоміших і необхідних елементів аналогових радіотехнічних схем є котушка індуктивності. У цифрових електронних схемах індуктивні елементи практично втратили свою актуальність і застосовуються лише у пристроях живлення як фільтри, що згладжують.
Котушки індуктивності на принципових схемах позначаються латинською літерою "L " і мають таке зображення.
Різновидів котушок індуктивності існують десятки. Вони бувають високочастотні, низькочастотні, з підстроювальними сердечниками і без них. Бувають котушки з відводами, котушки, розраховані на велику напругу. Ось так, наприклад, виглядають безкаркасні котушки.
Котушки для НВЧ апаратури називаються мікросмужковими лініями. Вони навіть зовні не схожі на котушки. З котушками індуктивності пов'язаний такий ефект як резонанс та геніальний Нікола Тесла отримував на резонансних трансформаторах мільйони вольт.
Основний параметр котушки – це її індуктивність. Розмір індуктивності вимірюється вГенрі (Гн, англ. - «H»). Це досить велика величина і тому на практиці застосовують менші значення (мГн,mH - мілігенрі тамкГн,μH - мікрогенрі) відповідно 10 -3 та 10 -6 Генрі. Розмір індуктивності котушки вказується поруч із її умовним зображенням (наприклад, 100 μH). Щоб не заплутатися в мікрогенрі та мілігенрі, раджу дізнатися, що таке скорочений запис чисельних величин.
Багато чинників впливають індуктивність котушки. Це і діаметр дроту, і число витків, а на високих частотах, коли застосовують безкаркасні котушки з невеликим числом витків, індуктивність змінюють, зближуючи або розсуваючи сусідні витки.
Часто для збільшення індуктивності всередину каркаса вводять осердя з феромагнетика, адля зменшення індуктивності сердечник має бути латунним. Тобто можна отримати потрібну індуктивність не збільшенням числа витків, що веде до збільшення опору, а використовувати котушку з меншим числом витків, але використовувати феритовий сердечник. Котушка індуктивності з осердям зображується на схемах наступним чином.
Насправді котушка з сердечником може виглядати так.
Також можна зустріти котушки індуктивності з підбудовним сердечником. Зображуються вони так.
Котушка з підбудовним сердечником наживо виглядає так.
Така котушка, як правило, має осердя, положення якого можна регулювати в невеликих межах. У цьому величина індуктивності також змінюється. Підстроювальні котушки індуктивності застосовуються в пристроях, де потрібно одноразове підстроювання. Надалі індуктивність не регулюють.
Поряд із підстроювальними котушками можна зустріти і котушки з регульованою індуктивністю. На схемах такі котушки позначаються так.
На відміну від підстроювальних котушок, котушки регульовані індуктивності допускають багаторазове регулювання положення сердечника, а, отже, і індуктивності.
Ще один параметр, який зустрічається досить часто, це добротність контуру. Під добротністю розуміється відношення між реактивним та активним опором котушки індуктивності. Добротність зазвичай буває не більше 15 – 350.
На основі котушки індуктивності та конденсатора виконаний найнеобхідніший вузол радіотехнічних пристроїв, коливальний контур. На схемі зображено вхідний контур простого радіоприймача, розрахованого на роботу в діапазонах середніх і довгих хвиль.
В даний час у цих діапазонах станцій практично немає. Котушка індуктивності L1 має достатньовелика кількість витків, щоб перекрити діапазон максимум. Для покращення прийому до першої обмотки L1 підключається зовнішня антена. Це може бути простий шматок дроту завдовжки близько двох метрів.
Завдяки великій кількості витків в індуктивності L1 є цілий спектр частот і як мінімум п'ять — шість радіостанцій, що працюють. Дві індуктивності L1 і L2 намотані на одному каркасі являють собою високочастотний трансформатор. Для того щоб виділити на котушці індуктивності L2 станцію, що працює, допустимо на частоті 650 КГц, необхідно за допомогою змінного конденсатора C1 налаштувати коливальний контур на дану частоту.
Після цього виділений сигнал можна подавати на базу підсилювача транзистора високої частоти. Це одне із застосувань котушки індуктивності. Точно на такому ж принципі побудовано вихідні каскади радіо- та телевізійних передавачів лише навпаки. Антена не приймає слабкий сигнал, а віддає у простір ЕРС.
Прикладів використання котушки індуктивності безліч. На малюнку зображений дуже нескладний, але мережевий фільтр, що добре зарекомендував себе в роботі.
Фільтр складається з двохдроселей (котушок індуктивності) L1 та L2 та двох конденсаторів С1 та С2. на старих схемах дроселі можуть позначатися як ДР1 і ДР2. Нині це рідкість. Котушки індуктивності намотані дротом ПЕЛ-0,5 - 1,5 мм. на каркасі діаметром 5 міліметрів та містять по 30 витків кожна. Дуже добре паралельно мережі 220V підключити варистор. Тоді захист від кидків напруги буде практично повним. Як конденсатор краще не використовувати керамічні, а пошукати старі, але надійні МБМ на напругу не менше 400V.
Ось так виглядає дросель вхідного фільтра комп'ютерного блоку живлення ATX.
Як видно, він намотаний на кільцеподібному осерді. На схемі він позначається так. Точками відзначені місця початку намотування дроту. Це буває важливо, оскільки це впливають на напрямок магнітного потоку.
Вихідні випрямлячі сучасного імпульсного блоку живлення завжди конструюють за двонапівперіодними схемами. Широко відомий діодний випрямний міст, у якого великі втрати практично не використовують. У двонапівперіодних випрямлячах використовують збирання з двох діодів Шоттки. Найважливішою особливістю випрямлячів в імпульсних блоках живлення є фільтри, які починаються з дроселя (індуктивності).
Напруга, що знімається з виходу випрямляча, що володіє індуктивним фільтром, залежить, крім амплітуди, ще й від шпаруватості імпульсів, тому дуже легко регулювати вихідну напругу, регулюючи шпаруватість вхідної. Процес регулювання шпаруватості імпульсів називають широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ), а як керуюча мікросхема використовують ШІМ контролер.
Оскільки амплітуда напруги на входах всіх випрямлячів змінюється однаково, то стабілізуючи одну напругу, ШІМ контролер стабілізує все. Для збільшення ефекту дроселі всіх фільтрів намотані на загальному магнітопроводі.
Саме таким чином влаштовані вихідні ланцюги комп'ютерного блоку живлення форматуAT таATX. На його друкованій платі легко виявити дросель із загальним магнітопроводом. Отак він виглядає на платі.
Як мовилося раніше, цей дросель як фільтрує високочастотні перешкоди, а й грає значної ролі у стабілізації вихідних напруг +12, -12, +5, -5. Якщо випаяти цей дросель зі схеми, то блок живлення працюватиме, але вихідні напруги «гулятимуть» причому в дуже великих межах – перевірено напрактиці.
Так магнітопровід у такого дроселя загальний, а котушки індуктивності електрично не пов'язані, то на схемах такий дросель позначають так.
Тут цифра після точки (L1.1 ; L1.2 і т.д.) вказує на порядковий номер котушки на принциповій схемі .
Ще одне добре відоме застосування котушки індуктивності це використання їх у системах запалення транспортних засобів. Тут котушка індуктивності працює як імпульсний трансформатор. Вона перетворює напругу 12V з акумулятора на високу напругу близько кількох десятків тисяч вольт, якого достатньо для утворення іскри у свічці запалювання.
Коли через первинну обмотку котушки запалення протікає струм, котушка запасає енергію у своєму магнітному полі. При припиненні проходження струму в первинній обмотці магнітне поле, що пропадає, індукує у вторинній обмотці потужний короткий імпульс напругою 25 – 35 кіловольт.
Імпульсний трансформатор з тих самих котушок індуктивності є основним вузлом добре відомого пристрою для самооборони як електорошокер. Схем може бути кілька, але принцип один: перетворення низької напруги від невеликої батареї або акумулятора на імпульс слабкого струму, але дуже високої напруги. У серйозних моделей напруга може досягати 75-80 кіловольт.