 |
Выбор материала и обоснование конструкции
|
|
|
|
Материал, из которого изготовлена обмотка катушки индуктивности, должен обладать низким удельным сопротивлением во избежание влияния на протекающий электрический ток, и сравнительно не большой коэффициент линейного расширения – этим требованиям вполне удовлетворяют серебро и медь. Для большей доступности этот материал должен иметь не высокую стоимость. Наиболее всего этим требованиям удовлетворяет медь имея: 
; 
.
Намотку осуществим обычным проводом круглого диаметра. Примем к расчету следующий провод: ПЭЛ-0,5 ГОСТ 16186 – 74.
В качестве материала каркаса используем керамику для уменьшения потерь в диэлектрике каркаса и увеличения добротности. Для уменьшения собственной емкости, но достижения высокой добротности используем каркас диаметром 10 мм.
Для подстройки индуктивности катушек КВ и УКВ часто применяются немагнитные сердечники из меди или латуни. Проанализировав рабочие частоты мы примем немагнитный сердечник выполненный из меди.Это приведет к уменьшению индуктивности и понизит ее добротность.
Для упрощения расчёта сопротивления проводника переменному току вводят понятие "глубина проникновения тока", под которой понимают некоторую величину слоя x э, на протяжении которой плотность тока уменьшается до 0,37 от его значения на поверхности проводника. Величину проникновения тока определяют по формуле (3.1)
, где (3.1)
r -удельное сопротивление материала проводника, 0,017 Ом. мм2/м;
f - частота тока. МГц.
Тогда конструкция экрана будет представлять достаточно прочную конструкцию с высокой проводимостью. В принципе для обеспечения большей жесткости экрана было бы лучше изготовить из материалов с высокой прочностью (большей, чем прочность бронзы, латуни), но это будет связано с дополнительными технологически операциями и затруднит обработку. Толщина стенок экрана на практике не превышает 2 мм.
|
|
|
Примем толщину стенок – 0,5 мм.
Диаметр экрана примем равный 8 мм, тогда диаметр внутренней поверхности составит 7 мм.
Длину экрана примем равной 12мм.
Тип намотки выбирается сплошным с шагом – для уменьшения длины намотки и свести габариты к минимуму. Данный тип намотки выбран как наиболее простой, а значит для условий массового производства, наиболее подходящим.
Конструктивные элементы катушки (каркас, кольцо, прокладка и т.д.) – должны обладать высоким омическим сопротивлением, высокой диэлектрической проницаемостью (малым тангенсом угла диэлектрических потерь) и слабой зависимостью диэлектрической проницаемости от частоты и температуры, малый коэффициент линейного расширения. Из курса материаловедения известно, что к таким материалам относятся: керамики, стекла и фторопласт. Для повышения технологичности необходимо использовать материал, выполняющий из керамики у которого e =4÷6; 
.
Конструкция катушки индуктивности определяется назначением и условиями эксплуатации. Проанализировав принятые материалы для данной катушки индуктивности можно указать конструктивное решение: выполнить однослойную обмотку на каркасе, выполненного из керамики, фиксировать положение катушки относительно оси симметрии будут основание (снизу), в котором будут предусмотрены отверстия для выводов, и прокладка (сверху), выполненные из мягкого материала, примем полистирол; в качестве подстроечника используем немагнитный сердечник; на нижнее кольцо помещается каркас с намоткой, выводы от намотки крепятся к выводам катушки, которые помещены в прокладке и закреплены – залиты эпоксидным компаундом.
Это конструктивное решение позволит свести габариты к минимуму.
|
|
|
Требуемый интервал изменения индуктивности (±5%) планируется достичь как: минимальное значение индуктивности (1,65 мкГн) будет соответствовать положению магнитного сердечника, находящегося, частично, вне рабочей области катушки индуктивности; максимальное (2,35 мкГн) – когда, немагнитный сердечник находится в рабочей области катушки. Влияние сердечника приведет к уменьшению требуемой индуктивности катушки (медной намотки). Немагнитный сердечник должен обеспечить требуемый верхний предел величины индуктивности. Значит, требуемая величина индуктивности будет определяться по формуле (3.2):
(3.2)
Введение сердечника числено уменьшило требуемую величину индуктивности, что привело к уменьшению количества витков.
Диаметр сердечника выбирается как можно меньшим, из стандартного ряда ГОСТ 11082 –64 – примем D = 6 мм, для обеспечения минимальных размеров катушки и собственной емкости.
Расчет числа витков
Расчет числа витков однослойной обмотки осуществляем по методу предложенному В.А. Волговым и изложенному в [1].
Число витков можно определить, если известны диаметр и длина намотки:
, (3.3)
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 – диаметр обмотки катушки индуктивности будет соответствовать, внешнему диаметру стандартного корпуса катушки D = 10 мм. Умножим и разделим правую часть выражения 
, на 
.
Получим формулу (3.4):
, (3.4)
Величину 
обозначим 
- определяет количество витков, приходящихся на единицу длины намотки, которое определяется как
(3.5)
где a - коэффициент не плотности намотки, определяется из условия выбранного диаметра в изоляции;
- диаметр провода в изоляции.
Так, для выбранного провода d = 0,5; 
(из источника [2]), данному значению соответствует a =1,3 (из источника [1]). Тогда принимая во внимание формулу (3.3) получим:
(3.6)
Произведение 
обозначим как 
- определяется соотношение длины и диаметром намотки. Учтя принятые обозначения, получим формулу (3.7)
|
|
|
, (3.7)
Из формулы (3.7) следует формула (3.8)
, (3.8)
Учитывая выражения (3.2) и (3.6) подставляя числовые значения в (3.6), получим:
(3.9)
Определено отношение длины намотки к диаметру намотки 
. Для данного случая оно составляет 
. По полученному значению определяем длину намотки по формуле (3.10)
, (3.10)
По известной длине намотки определяем число витков, пользуясь формулой (3.11):
(3.11)
|
|
|
