Катушка индуктивности - 2. Если катушка с отводами –

1.   Катушка индуктивности - 2. Если катушка с отводами –

3.Катушка с сердечником:

-    

- магнитодиэлектрический сердечник; ферритовый;

4.Немагнитный материал;

-     Сердечник с зазором;  Вариометр;

-     Подстраиваемая катушка;

4. Индуктивная связь:(Точка показывает начало обмотки).

-    

катушки с общим сердечником;

- катушка с отдельными подстроенными сердечниками;

Основные параметры катушек индуктивности.

 

Рассмотрим принцип действия катушек индуктивности. Если через катушку индуктивности пропустить ток, то возникнет переменное магнитное поле, оно хар – ся магнитным потоком Ф , при изменении потока в проводнике возникает ЭДС – самоиндукции, и она направлена противоположно основной ЭДС, именно поэтому катушка и оказывает сопротивление переменному току – называемое реактивным сопротивлением.

Коэффициент пропорциональности между величиной этого реактивного сопротивления и частотой w переменного тока и называется индуктивностью L.

X_L = wL

1.Индуктивность L.

а). L = 2l(ln (4l/d) – 1) – индуктивность прямого проводника.

l – длина;

d – диаметр;

Если l = 1м, d = 1мм, то L = 1,2 мкГн.

Для увеличения индуктивности проводник можно свернуть в спираль, при этом в магнитном поле созданным каждым витком оказываются и другие витки, что соответственно приводит к увеличению индуктивности.

б). L - индуктивность однослойной цилиндрической катушки.

L = L₀ W² D ; L₀ = L₀(l/d)

D - диаметр катушки;

l – длина катушки;

Для дальнейшего увеличения индуктивности в катушку вводят сердечник.

в).L_c – индуктивность катушки с сердечником.

L_c= m_эфL;

m_{эф –} эффективная магнитная проницаемость сердечника, которая зависит от начальной магнитной проницаемости и конструкции сердечника.

2.   Допуск на индуктивность.

Допуск не нормируется, требуемая точность (±0,1%)¸(±30%).

Для регулирования в катушку вводят регулировочный сердечник.

3. Добротность Q – характеризует величину потерь (отношение реактивного сопротивления к активному сопротивлению).

Q=wL/r_L;

Реальные значения Q – (20¸600).

r_L = r₀ + R_q + R_C + R_CL + R_d

r₀  - омическое сопротивление катушки;

R_q – сопротивление потерь на вихревые токи;

R_C­ – сопротивление потерь в сердечнике;

R_CL – сопротивление потерь в собственной емкости;

R_d – сопротивление диэлектрических потерь;

4.Собственная емкость C_L – емкость, измеренная на выводах, ее наличие приводит к ограничению собственной частоты.

2.   Стабильность.

Температурная стабильность - a_L = DL/Dt * 1/ L₀;

Добротная стабильность - a_C = DQ/Dt * 1/ Q₀;

Временная стабильность - b = DL/DT * 1/ L₀;

Схема замещения катушки.

Особенности катушек индуктивности.

·    Однослойные катушки – они могут быть с шаговой и рядовой обмоткой, такие катушки обычно используются на высоких частотах до 100 МГц.

Для увеличения добротности используют бескаркасные катушки либо выполненные на ребристых каркасах.

Также для увеличения добротности часто используют серебрение проводника. Для увеличения стабильности однослойных катушек используют горячую намотку либо воженную намотку, но при этом снижается добротность.

·    Многослойные катушки выполняют рядовой намоткой, произвольной, синусонированной либо универсальной намоткой.

Наличие большой собственной емкости ограничивает частоту до 2 МГц. Для увеличения добротности используют провод - лицендрат (несколько проводников в жгут и на конце спаиваются).

·    Спиральные катушки - имеют невысокую добротность, не большая индуктивность.

 

Экранированные катушки индуктивности.

Экран необходим для снижения действия магнитного поля.

Эффективность экранирования оценивается отношением H в определенной точке пространства с экраном и без экрана.

Для повышения эффективности экранирования, нужно использовать экраны с меньшим r (экраны с посеребрением). Эффективность увеличится с увеличение толщины стенки экрана, она также увеличится с ростом частоты.

Но наличие экрана приведет увеличению собственной емкости и к некоторому уменьшению индуктивности, уменьшению добротности.

Принято использовать экраны с диаметром: D_э= 2D_к

D_к – наружный диаметр катушки;

При этом L уменьшиться на 15-18%.

При D_э= 2,5D_к - влияние экрана на параметры меньше, в этом случае L уменьшиться на 5%.

·      Катушки индуктивности с сердечником.

Сердечники бывают из магнитных и не магнитных материалов.

Для высокочастотных катушек используют следующие материалы:

-            магнитодиэлектрики;

-            ферриты;

1. Магнитодиэлектрик – смесь порошка магнитного материала и диэлектрической связки. Такая структура позволяет снизить потери.

Виды магнитодиэлектрических сердечников:

-  магнетитовые сердечники;

-  карбонильные сердечники;

-  альсиферовые сердечники;

Такие сердечники имеют высокую стабильность, малые потери и стоимость.

Ферритовые сердечники.

-      магнитомягкий феррит (имеет узкую петлю гистерезиса);

Используются никель – цинковые и марганце – цинковые ферриты.

Обозначение:

 

2000 Н Н 1;

В М

2000 – начальная намагниченность;

Первая Н – низкочастотные, В – высокочастотные;

Вторая Н - никель – цинковые, М - марганце – цинковые;

1 – порядковый номер разработки;

Немагнитные материалы.

Используется диамагнетик, они имеют m<1. Используются для подстройки индуктивностей. Материал: латунь, алюминий, медь. При таких сердечниках индуктивность и добротность ниже, но они высокостабильные и недорогие.

Показатель любого сердечника это m_эф .Эффективная магнитная проницаемость зависит от начальной намагниченности m₀ и конструкции (большая или меньшая длина магнитной силовой линии).

Типы сердечников:

-      цилиндрические;

-      кольцевые;

-      броневые;

 Цилиндрические – имеют малое m_эф, используются для подстройки_.

Кольцевые – обеспечивают максимальную m_эф, малые габариты и малые поля рассеяния. Недостаток это сложность намотки и подстройки.

Обозначение:

К10 ´ 6 ´ 3;

 К – кольцевой;

 10 – наружный диаметр (мм);

 6 – внутренний диаметр (мм);

 3 – высота (мм);

Броневой - обладает большой m_эф, для увеличения стабильности используют сердечники с зазором.

Обозначение:

Б – 6;

Б – броневой;

6 - наружный диаметр (мм);

СБ – 12а;

Материал – карбонильное железо;

а – зазор;

б – нет зазора;

Элементы индикации.

Это устройства предназначенные для преобразования электрического сигнала в видимое изображение.

Классификация:

1.     по принципу светоотдачи:

o   пассивные – модуляция светового потока под действием электрического сигнала, сами не светятся;

o    активные – преобразование электрической энергии в световую, сами светятся;

ü  по принципу действия:

ü  накаливаемые – свечение раскаленного тела в вакууме;

ü  газоразрядные – свечение газового разряда;

ü  электронно-лучевые – высоковольтная катодолюминесценция;

ü  вакуумные катодолюминесцентные – низковольтная катодолюминесценция;

ü  электролюминесценция – предпробойная электролюминесценция;

ü  полупроводниковые или светодиодные – инжекционная электролюминесценция;

ü  жидкокристаллические индикаторы;

ü  электрохромные индикаторы – изменение цвета под действием электрического поля

ü  электрофаритические индикаторы – на основе явления электрофореза;

ü  электромеханические индикаторы.

 

Основные параметры индикаторов:

1. Эргономические характеристики:

ü  допустимое расстояние наблюдения – L;

ü  высота знака – Н;

L и H завися друг от друга:

ü  угол обзора – угол, в пределах которого возможно считывание информации с индикатора.

2. Светотехнические характеристики:

ü  яркость – L – величина определяемая силой свет I₀, излучаемая единицей поверхности светящегося тела:

ü      контрастность – K – позволяет различить с точки зрения яркости 2-а соседних элемента:

ü  освещенность –E – характеризуется световым потоком Ф₀, падающим на единицу площади поверхности:

.

Индикатор накаливания.

Разновидности:

-      сегментный индикатор ( несколько нитей накаливания );

-      обычная лампа накаливания;

-      с подсветкой в торец ( каждый знак подсвечивается ).

Достоинства:

-      высокая яркость свечения ( до 5000 – 6000 канделл );

-      широкий угол обзора;

-      цветовая гибкость ( широкий спектр излучения );

-      малая стоимость.

Недостатки:

-      малый КПД ( большая часть энергии расходуется на тепло );

-      наличие стеклянного баллона ( блики, хрупкость );

-      выделение тепла.

Газоразрядные индикаторы.

Свечение газового разряда, первый индикатор был использован в 1910 г. Рассмотрим ВАХ газоразрядной лампы:

- АБ – участок характеризуется, тем что через прибор протекает ток, из-за наличия в газе электронов и ионов, полученных за счет внешнего космического излучения;

- БВ – участок насыщения, то есть все носители задействованы в протекании тока;

- ВГ – участок характеризуется возникновением заряда, энергии электронов достаточно для ионизации атомов газа, появляются новые носители;

- ГД – участок самостоятельного газового разряда, лавинообразный процесс;

- ДЕ – участок нормального тлеющего разряда, на поверхности катода появляется тлеющий разряд;

- ЕЖ – участок анормального тлеющего разряда, весь катод покрыт тлеющим разрядом, рабочий участок;

- ЖЗ – участок дугового разряда, возникает электрическая дуга.

Участки ВГ и ГД свечения не дают. Разновидности газоразрядных индикаторов:

o   сигнальные неоновые лампы;

o   цветные люминисцентные индикаторы;

o   индикаторные тиратроны;

o   знаковые индикаторы;

o   шкальные индикаторы;

o   газоразрядные индикаторные панели.

Сигнальные неоновые лампы.

Простейший индикатор: анод и катод, под колпаком неон – добавляется для уменьшения напряжения зажигания. Используются на переменном и постоянном токах ( соблюдая полярность).

Основные параметры: I_раб., U_раб., U_заж..

Например:

МН-6

ТН-02-2

Цветные люминисцентные индикаторы.

Обычная неоновая лампа – внутри анод с катодом, но внутренняя поверхность баллон покрыта слоем люминофора. Под действием тлеющего заряда люминофор светиться. Промышленностью выпускается 4-е цвета.

Достоинства: возможность получения различных цветов, большая равномерность свечения, больший угол обзора.

Недостатки: различные яркости индикаторов различных цветов, малый срок службы.

Индикаторные тиратроны.

Тиратроны используются с токовым и электростатическим управлением. Тиратрон с токовым управлением ( недостаток: большая мощность управления):

МТХ-90.

С электростатическим управлением:

ТХ-4Б.

С1 – электрод подготовительного разряда, вызывает тлеющий разряд, но не на катоде, служит для начальной ионизации газа.

С2 – управляющая сетка, она включает индикатор.

Тиратроны с несколькими сетками способны выполнять некоторые логические функции.

Шкальные индикаторы.

Существует две разновидности: дискретного и аналогового типа.

Аналоговый тип:

Использует участок нормального тлеющего разряда. Можем получить начальную точку ( за счет малого нароста ) и изменяя ток можно получать растущий светящийся столб. Для стартовой точки: приближают анод к катоду или добавляют в этом месте дополнительный электрод.

Дискретный тип:

Индикатор с динамическим управлением, первоначальное напряжение подается на первый анод, возникает свечение напротив этого анода, далее работа происходит в 3 такта:

1. напряжение подается на 1-ю шину, возникает свечение на первом аноде этой шины, так как он ближе к источнику ионизации;

2. снимаем напряжение на 1-ой шине, подаем на 2-ю шину, горит первый индикатор в этой шине;

3. подается напряжение на 3-ю шину, при снятом напряжении на 2-ой шине.

Большая точность отображения информации, точность около 1%.

Индикаторы.

 

Индикаторы также могут быть фигурными и сегментными.

4).Фигурные – это пакет катодов, каждый из катодов имеет форму какого – либо знака, сегментные – это катоды в форме сегментов - для знаков и букв.

Фигурные – недостаток, каждый знак находится на разной глубине.

 

5.1.   ГИП постоянного тока с внешней адресацией;

5.2.   ГИП постоянного тока с самосканированием;

5.3.   ГИП переменного тока с запоминанием;

1).

1.     Металлические электроды напыленные на внутреннюю поверхность пластины.

2.     Стеклянная пластина.

3.     Перфорированная матрица, на перекрестии анода и катода отверстия, внутри газ.

Недостаток ГИП – это большая инерционность, отсутствие внутренней памяти, сложность управления.

2).

1.     Стеклянная пластина с анодами индикации.

2.     Перфорированная диэлектрическая матрица.

3.     Катоды сканирования.

4.     Катод сброса.

5.     Проволочные катоды сканирования.

Катоды объедены в три группы, на электрод 5 - напряжение подается постоянно.

Цикл работы:

1.     Подача напряжения на катод сброса, возникает газовый разряд под катодом сброса.

2.     Напряжение на первую группу катодов, при этом разряд перемещается от первого катода первой группы.

3.     Напряжение на вторую группу катодов.

4.     Напряжение на третью группу катодов.

5.     Повторение со второго пункта, пока не дойдет до конца панели.

Для получения изображения нужно в нужный такт подать напряжение на аноды.

Здесь повышается быстродействие из – за дежурного разряда, упрощается аппаратное управление, но нет памяти.

3). В ГИП переменного тока с запоминанием, катод и анод наносятся на наружный слой стекла.

 

Эквивалентная схема одной ячейки.

С_Г – емкость газа;

С_д – емкость диэлектрика;

Амплитуда импульса Е меньше напряжения зажигания, для того чтобы зажечь ячейку подается поджигающий импульс с амплитудой достаточной для зажигания ячейки, емкость С_Г закорачивает, а емкость С_д  заряжается, U_под - заканчивается ячейка гаснет. После этого приходит импульс противоположной полярности – его сумма с напряжением на С_д  - и этой суммы достаточно для зажигания ячейки – ячейка светится.

Ячейка будет светится долго, для ее гашения подается гасящий импульс U_ГАС, импульс прошедший после него погасит ячейку.

Катодолюминесцентные индикаторы.

Конструкция:

Каждый анод покрывается люминофором, сетка это разрешающий электрод.

Такие индикаторы обладают высокой яркостью свечения: 300 – 700 Кд/м².

Обычно это знаковые индикаторы сегментного типа, либо шкальные индикаторы, либо многоразрядные индикаторы (иногда их делают с динамическим управлением – один катод, сетка и сегменты знаков объединены).

Полицветные индикаторы – аноды сделаны в виде точек, которые светятся разными цветами.

Электронно-лучевые индикаторы.

 

Основаны на явлении высоковольтной катодолюминисценции, люминофор светится при высоких энергиях электронов. Выпускают монохромные и цветные индикаторы.

Катод К - либо прямого, либо косвенного канала (с подогревом).

М – модулятор, на него подается положительное напряжение, через модулятор пройдут только те электроны, которые летят с нужным вектором скорости, модулятор служит также для регулировки яркости.

УФ и ФЭ - это ускоряющая и фокусирующая электронная линзы.

Для формирования изображения используется отклоняющая система ОС, электростатического или электромагнитного типа. Сам экран покрыт слоем люминофора, с некоторым послесвечением.

Цветные индикаторы, разновидности:

-     с дискретной структурой люминофорного экрана;

-     с энергетическим переключением цветов;

-     с внешним переключением цветов;

1.     Индикаторы с дискретной структурой люминофорного экрана делятся:

·        с дельтовидным расположением пушек ( красная, зеленая, синяя). Экран покрыт люминофором трех разных цветов, перед экраном имеется маска напротив каждой триады – для точной фокусировки луча.

·       с планарным расположением электронных пушек. Экран покрывают полосами, маска кинескопа имеет щелевидные отверстия, размер отверстия больше (больше яркость без потерь качества).

·       Одна электронная пушка (с индексным люминофором, на экран наносится 4 полосы, одна из которых индексная).