Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Экранированная катушка индуктивности

Экранированная катушка индуктивности

Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет радиоэлектроники


Кафедра ПЭЭА


КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Элементная база ЭА

на тему:

Экранированная катушка индуктивности


Харьков 2009

Содержание


Введение

1. Анализ технического задания

1.1 Анализ условий эксплуатации

1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров

2. Обзор аналогичных конструкций

3. Электрический и конструкторский расчет

3.1 Выбор материала и обоснование конструкции

3.2 Расчет числа витков

3.3 Расчет оптимального диаметра провода

3.4 Расчет фактических параметров катушки

3.5 Расчет добротности катушки

3.6 Расчет температурного коэффициента индуктивности

4. Описание конструкции

Паспорт катушки индуктивности

Выводы

Список использованной литературы

Приложение

Введение


Катушка индуктивности относится к моточным изделиям радиоэлектронных средств и является важным элементом, без которого не может обойтись большая часть радиоэлектронных устройств. Функционирование катушки индуктивности определяется эффектом взаимного перехода энергии электрического поля источника напряжения, приложенного к ее выводам, в энергию магнитного поля, охватывающего контур катушки, и обратно под действием протекающего по контуру катушки электрического тока. Величина индуктивности определяется конструкцией токопровода и его размерами.

В настоящее время четко прослеживается процесс миниатюризации электронных средств, что требует создания миниатюрных катушек индуктивности. Однако уменьшение размеров катушек встречает определенные трудности, связанные с увеличением потерь в элементах конструкции и уменьшении добротности при уменьшении габаритов. В отдельных случаях, где это возможно, катушки индуктивности заменяют их аналогами – элементами на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и гираторами – специальными радиоэлектронными схемами, в которых определенными мерами создается отставание на Экранированная катушка индуктивности тока в гираторе по отношению к приложенному к нему напряжению.

Очевидно, что полный отказ от применения катушек индуктивности при производстве радиоэлектронной аппаратуры невозможен. Поэтому перспективы развития катушек индуктивности связаны с разработкой новых материалов, имеющих высокие электромагнитные свойства и стабильность, превосходящие существующие, а также развитием конструкции и технологии изготовления этих изделий. В данном курсовом проекте будем проектировать экранированную катушку индуктивности.

1. Анализ технического задания


Заданием данного курсового проекта является проектирование экранированной катушки фильтра промежуточной частоты (ФПЧ) диапазона УКВ бытового приёмника со следующими параметрами:

Индуктивность, мкГн – 215

диапазон регулировки индуктивности, % – Экранированная катушка индуктивности5

рабочая частота, МГц – 0.5

обеспечить температурную стабильность

годовая программа выпуска, тыс. шт. – 10000

Данная величина индуктивности и подстройка ее величины в интервале от 204,75 мкГн до 225,75 мкГн (Экранированная катушка индуктивности5%) может быть реализована однослойной намоткой на каркас с магнитным сердечником, изменяя положение которого относительно обмотки можно достичь указанных пределов изменения индуктивности.


1.1 Анализ условий эксплуатации


Условия эксплуатации по УХЛ 4.2 предусматривают работу изделия в диапазоне температур от Экранированная катушка индуктивности до Экранированная катушка индуктивности.

Для выбора направления проектирования произведем обзор аналогичных конструкций. Общие нормы климатических воздействий на РЭА для исполнения УХЛ приведены в таблице 1.1.


Таблица 1.1 – Общие нормы климатических воздействий на РЭА

Исполнение

Категория

размещения

Воздействия температуры, °С Воздействия относительной влажности, %


Рабочие Предельные 98% при 25°С


Верхн. Нижн. Ср. Верхн. Нижн.
УХЛ 4.2 +35 +10 +20 +40 +1

Проектируемая катушка должна выдерживать нормативные воздействия, приведенные в таблице 1.2.


Таблица 1.2 – Бытовая РЭА. Нормы климатических и механических воздействий для 1-й группы

Вид воздействия, характеристики Нормы воздействий

Прочность при транспортировании:

ускорение, g

длительность ударного импульса, мс

число ударов, не менее


15

11

1000

Теплоустойчивость:

рабочая температура, °С

предельная температура, °С


40

55

Пониженное атмосферное давление, кПа 70

Холодоустойчивость:

предельная температура, °С


-40

Влагоустойчивость:

влажность, %

температура, °С


93

25


1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров


Для намотки катушки индуктивности используем стандартный цилиндрический каркас из полистирола с внешним диаметром Экранированная катушка индуктивности и внутренней резьбой. Подстройку индуктивности в пределах Экранированная катушка индуктивности5% будем осуществлять продольным перемещением сердечника относительно обмотки катушки путем его вращения внутри каркаса.

В качестве сердечника используем цилиндрический стержень из феррита 600 НН, рабочий диапазон частот которого находится в пределах 0,2-7 МГц, предназначен для применения в радиотехнических устройствах. Феррит не обладает значением тангенса угла диэлектрических потерь, практически неизменной магнитной проницаемостью в рабочем диапазоне частот и хорошей температурной стабильностью.

Тип намотки катушки выбираем сплошной (виток к витку) однослойный.

Для нанесения провода на каркас используем метод горячей намотки (разогретым проводом). Данный метод намотки повышает механическую прочность катушки, улучшает ее временную и температурную стабильность.

Закрепление выводов катушки на каркасе будем осуществлять пайкой к луженным латунным выводам, запрессованным в основание каркаса при изготовлении.

Для экранирования катушки будем использовать электростатический экран из алюминия, имеющего меньшую стоимость по сравнению с медью и латунью. Закрепление экрана (монтаж) на плате будем производить пайкой за луженные латунные выводы, запрессованные в экран у основания при изготовлении.

2. Обзор аналогичных конструкций


Конструктивное разнообразие катушек индуктивности весьма велико.

Катушки индуктивности могут быть классифицированы по следующим признакам:

- по характеру индуктивности – постоянные, переменные и подстроечные;

- по конструктивному исполнению – объемные (цилиндрические) и плоские (печатные);

- по наличию экрана – экранированные и неэкранированные;

- по типу экрана – электростатический, магнитный, электромагнитный, немагнитный (защитный);

- по наличию сердечника – с сердечником и без сердечника;

- по типу сердечника – постоянный, построечный (перемещаемый);

- по материалу сердечника – магнитный и немагнитный;

- по свойствам магнитного сердечника – магнитотвердый и магнитомягкий;

- по режиму работы сердечника – с насыщением и без насыщения;

- по наличию каркаса – каркасные и бескаркасные;

- по типу исполнения обмотки – однослойные сплошные, однослойные с шагом намотки, многослойные, секционные, “универсаль”, пирамидальные, внавал и т.д.

Отечественной промышленностью выпускается достаточно много радиоприемников с УКВ диапазоном и существует масса аналогичных конструкций подобных катушек индуктивности, весьма подробно описанных в справочной литературе, например [1,2]. Накопленный опыт за годы производства радиоприемников выражается в использовании:

- цилиндрических каркасов с внутренней резьбой, составляющих с основанием квадратного профиля 10Экранированная катушка индуктивности10 мм единое целое и прессуемых из специальных пресс-материалов типа ДСВ-2Р-2М, полистирола и т.п., квадратный профиль основания позволяет повысить плотность монтажа ВЧ-ПЧ блока радиоприемника и уменьшить его габариты, используемый диаметр каркаса – 6,8 мм, высота корпуса катушек с основаниемЭкранированная катушка индуктивности18-40 мм, латунные луженые выводы запрессовываются в основание каркаса при изготовлении;

- обмоточного медного провода круглого сечения диаметромЭкранированная катушка индуктивности0,12-0,25 мм марок ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2, позволяющего осуществить быструю и легкую зачистку и лужение выводов путем погружения их в ванночку (тигель) с расплавленным припоем;

- цилиндрических подстроечных сердечников из феррита марки 600НН диаметром 2,8 мм и длинной 12 мм, запрессованных одним концом в такой же пресс-материал, наружная цилиндрическая поверхность которого формируется в виде винта с соответствующей резьбой под каркас;

- металлических электростатических экранов, большей частью из алюминия, реже из меди или латуни с гальваническим покрытием;

- количества витков от 20 до 40.

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 Экранированная катушка индуктивности,

коэффициент линейного расширения Экранированная катушка индуктивности [3, табл. П.1].

Глубина скин-слоя для частоты 0.5 МГц составляет:


Экранированная катушка индуктивности (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 Экранированная катушка индуктивности [3, таблица П.3] находим соответствующее значение относительной магнитной проницаемости Экранированная катушка индуктивности [3, табл. П.4].

По заданному значению индуктивности Экранированная катушка индуктивности определяем расчетное значение индуктивности Экранированная катушка индуктивности катушки без сердечника с учетом требуемой подстройки +5%


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


Экранированная катушка индуктивности


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


Экранированная катушка индуктивности (3.3)

Экранированная катушка индуктивности


где Экранированная катушка индуктивности– коэффициент формы.

Второй величиной, оказывающей влияние на коэффициент Экранированная катушка индуктивности, является параметр Экранированная катушка индуктивности, в свою очередь являющийся функцией соотношения длины обмотки катушки Экранированная катушка индуктивности и диаметра намотки Экранированная катушка индуктивности. Для экранированных катушек оптимальным является соотношение Экранированная катушка индуктивности из [3]. Для соотношения Экранированная катушка индуктивности по графику [3, рис. П.1] находим значение Экранированная катушка индуктивности Определяем значение коэффициента Экранированная катушка индуктивности:


Экранированная катушка индуктивности (3.4)

Экранированная катушка индуктивности


Расчетное значение индуктивности с учетом влияния экрана:


Экранированная катушка индуктивности (3.5)

Экранированная катушка индуктивности

Для компенсации влияния экрана расчетное значение индуктивности должно составлять:


Экранированная катушка индуктивности (3.6)

Экранированная катушка индуктивности


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]


Экранированная катушка индуктивности (3.7)

Экранированная катушка индуктивности


Коэффициент неплотности Экранированная катушка индуктивности для данного значения Экранированная катушка индуктивности [3, табл.П.6] равен Экранированная катушка индуктивности

Определим число витков катушки, приходящихся на единицу длины намотки Экранированная катушка индуктивности:


Экранированная катушка индуктивности (3.8)

Экранированная катушка индуктивности


Вычислим параметр Экранированная катушка индуктивности определяющий соотношение длины и диаметра намотки:

Экранированная катушка индуктивности (3.9)

Экранированная катушка индуктивности


По графику [3, рис.П.2] определяем для Экранированная катушка индуктивности значение Экранированная катушка индуктивности,


Длина обмотки катушки будет составлять:


Экранированная катушка индуктивности (3.10)

Экранированная катушка индуктивностисм


Число витков катушки будет равно:


Экранированная катушка индуктивности (3.11)

Экранированная катушка индуктивности витка.


3.4 Расчет фактических параметров катушки


При сплошной намотке фактическая геометрическая длина катушки будет равна:


Экранированная катушка индуктивности (3.12)

Экранированная катушка индуктивности


Фактическое соотношение Экранированная катушка индуктивности при этом составляет:


Экранированная катушка индуктивности

По графику [3, рис. П.3] находим значение поправочного коэффициента Экранированная катушка индуктивности для Экранированная катушка индуктивности, которое будет равно Экранированная катушка индуктивности.

Определяем фактическую расчетную индуктивность катушки:


Экранированная катушка индуктивности (3.13)

Экранированная катушка индуктивности


Рассчитываем скорректированное число витков:

Экранированная катушка индуктивности (3.14)

Экранированная катушка индуктивности витков


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


Экранированная катушка индуктивности


а скорректированная длина намотки:


Экранированная катушка индуктивности


Минимальное значение индуктивности с учетом подстройки будет составлять:

Экранированная катушка индуктивности


Минимальное расчетное значение индуктивности при этом будет равно:


Экранированная катушка индуктивности


С учетом влияния экрана это значение уменьшится до величины:


Экранированная катушка индуктивности


Расчет оптимального диаметра провода производится графоаналитическим методом. По графику (из [3], рисунок П.4) для отношения Экранированная катушка индуктивности и числа слоев Экранированная катушка индуктивности определяем значение поправочного коэффициента Экранированная катушка индуктивности.

Определяем вспомогательный коэффициент Экранированная катушка индуктивности:


Экранированная катушка индуктивности (3.15)

Экранированная катушка индуктивности


Вычисляем вспомогательный параметр Экранированная катушка индуктивности:


Экранированная катушка индуктивности (3.16)

Экранированная катушка индуктивности


По графику рис. 4-16 Z=2

Рассчитываем оптимальный диаметр провода:


Экранированная катушка индуктивности (3.18)

Экранированная катушка индуктивности


Полученное значение округляем к стандартному 0,27мм, который и принимаем как окончательную величину.


3.5 Расчет добротности катушки


Для расчета добротности катушки необходимо предварительно определить суммарное сопротивление потерь катушки, вычисляемое по формуле:


Экранированная катушка индуктивности (3.19)


где Экранированная катушка индуктивности– сопротивление провода току высокой частоты, Ом;

Экранированная катушка индуктивности– сопротивление потерь, вносимое экраном, Ом;

Экранированная катушка индуктивности – сопротивление потерь, вносимое сердечником, Ом;

Экранированная катушка индуктивности– сопротивление потерь в диэлектрике каркаса, Ом.

Определим каждую составляющую сопротивления потерь Экранированная катушка индуктивности.

Сопротивление провода току высокой частоты:

Экранированная катушка индуктивности (3.20)

Экранированная катушка индуктивности Ом


Сопротивление потерь, вносимое экраном:


Экранированная катушка индуктивности (3.21)

Экранированная катушка индуктивности Ом


Ферритовый сердечник не имеет потерь, поэтому он не вносит сопротивления.

Для вычисления сопротивления потерь, обусловленного потерями в материале каркаса, необходимо предварительно рассчитать значение емкости Экранированная катушка индуктивности:


Экранированная катушка индуктивности (3.24)

Экранированная катушка индуктивности


Для расчета емкости через диэлектрик Экранированная катушка индуктивности потребуется коэффициент Экранированная катушка индуктивности, значение которого для провода круглого сечения на гладком каркасе составляет Экранированная катушка индуктивности=0,08, и относительная диэлектрическая проницаемость полистирола, из которого изготавливается каркас, равная Экранированная катушка индуктивности Определяем значение Экранированная катушка индуктивности:


Экранированная катушка индуктивности (3.25)

Экранированная катушка индуктивности


Рассчитаем сопротивление потерь, обусловленное диэлектрическими потерями в материале каркаса:


Экранированная катушка индуктивности (3.26)


где Экранированная катушка индуктивности– тангенс угла диэлектрических потерь для полистирола (из [3], таблица П.7).


Экранированная катушка индуктивности Ом


Таким образом, суммарное сопротивление потерь катушки индуктивности будет составлять:


Экранированная катушка индуктивности


Определяем значение добротности катушки индуктивности:

Экранированная катушка индуктивности (3.27)

Экранированная катушка индуктивности


3.6 Определение температурного коэффициента индуктивности


Температурный коэффициент индуктивности (ТКИ) представляет собой сумму нескольких слагаемых и определяется по формуле:

Экранированная катушка индуктивности (3.28)


где Экранированная катушка индуктивности– высокочастотная составляющая, учитывающая влияние эффекта близости, Экранированная катушка индуктивности

Экранированная катушка индуктивности– составляющая, вносимая сердечником, Экранированная катушка индуктивности

Экранированная катушка индуктивности– геометрическая составляющая, Экранированная катушка индуктивности

Экранированная катушка индуктивности– составляющая, вносимая емкостью через диэлектрик, Экранированная катушка индуктивности

Экранированная катушка индуктивности– составляющая, вносимая экраном, Экранированная катушка индуктивности

Воздействие температуры приводит к изменению удельного сопротивления материала обмотки. В результате происходит изменение глубины проникновения тока высокой частоты, что эквивалентно изменению диаметра витка обмотки. Данная высокочастотная составляющая ТКИ определяется через добротность катушки для значения коэффициента Экранированная катушка индуктивности для провода круглого сечения [3].


Экранированная катушка индуктивности (3.29)

Экранированная катушка индуктивности Экранированная
    <div class=

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: