Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником
Шрифт:
Катушки индуктивности и трансформаторы
Согласно терминологическим словарям, катушка индуктивная — это элемент электрической цепи, предназначенный для использования его индуктивности и выполненный из провода, намотанного на каркас. Хотя наличие каркаса и не обязательно в контуре мощного радиопередатчика или ТВЧ-генератора, катушка, как правило, бескаркасная и выполняется из толстого медного посеребренного (подумайте зачем) провода (шины или трубки). Кроме того, катушка может быть и плоской спиралью, выполненной на печатной плате.
В приведенном выше
Основополагающие работы по катушкам индуктивности провел впервые Майкл Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции. Фарадей использовал катушки в качестве электромагнитов и называл их соленоидами (от греческих слов, означающих трубка и вид). Практически одновременно с ним закон самоиндукции был открыт Джозефом Генри, по фамилии которого и была впоследствии названа единица индуктивности («генри»).
Электрическими характеристиками катушек индуктивности служат: значение индуктивности, максимальный ток, активное сопротивление провода обмотки. Для контурных катушек также важны: величина добротности, характеризующей потери энергии в катушке, собственная емкость и частотный диапазон использования.
В катушках индуктивности электромагнитная энергия запасается в виде магнитного поля, концентрирующегося внутри катушки. Индуктивность зависит от числа витков и общей геометрии катушки (рис. 6).
Рис. 6. Катушки индуктивности:
а — внешний вид; б — УГО; в — компоненты EWB
Магнитопровод (называемый в обиходе, в нарушение ГОСТ, сердечником), помещенный внутрь катушки, приводит к увеличению ее индуктивности пропорционально магнитной проницаемости материала, из которого он выполнен.
В подстраиваемых индуктивных катушках предусматривают возможность регулировки той части длины стержня из ферромагнетика, которая вводится внутрь катушки. Катушки индуктивности выполняют как одно-, так и многослойными. При изготовлении катушек индуктивностью от 100 мкГн до 100 мГн для областей низких и средних частот применяют чашечные ферритовые броневые магнитопроводы.
Одной из разновидностей катушек индуктивности является дроссель (от нем. Drossel — сокращать), используемый чаще всего как элемент фильтров выпрямителей. Индуктивности дросселей имеют типичные значения от 0,1 до 1 Гн.
Для устранения влияния внешних полей на работу катушки индуктивности или, напротив, полей их рассеяния на окружающие компоненты, катушки часто помещают в специальные экраны.
Катушки индуктивности могут быть одиночными или секционированными (с отводами). Несколько катушек индуктивности могут быть связаны также электромагнитными полями (взаимоиндукцией), образуя «связанные» контуры. Развитием подобных устройств являются трансформаторы.
Магнитные головки
Так называют небольшие катушки с магнитопроводом (сердечником, точнее — двумя С-образными полусердечниками), имеющим тонкий поперечный
зазор, заполняемый твердым немагнитным материалом (например, бериллиевой бронзой). Это один из основных элементов разнообразной аппаратуры для магнитной записи и воспроизведения информации. Магнитное поле рассеяния вблизи зазора, взаимодействуя с движущимся в нем магнитным носителем, используется для записи, воспроизведения или стирания информации.Магнитная запись была изобретена и впервые осуществлена датским инженером В. Паульсеном в 1898 г. В качестве носителя информации он использовал тонкую стальную проволоку; позже стали применять магнитные ленты и диски (гибкие и жесткие).
Ширина зазора у современной магнитной головки составляет 0,1…10 мкм. Сердечник изготавливают из специальных магнитно-мягких (не сохраняющих остаточную намагниченность) материалов: пермаллоя, сендаста или некоторых ферритов. Магнитный же носитель содержит слой магнитно-жесткого материала (например, магнитный порошок оксида железа или диоксида хрома), способного сохранять остаточную намагниченность. Для защиты от помех головки заключают в специальные экраны.
При записи сигнал в катушке создает соответствующее поле в зазоре, и оно намагничивает те участки носителя, которые к нему примыкают в данный момент. При воспроизведении, наоборот, эти участки, двигаясь в области зазора, создают в нем магнитное поле, характеристики которого несут информацию о создавшем их ранее сигнале при записи. В результате электромагнитной индукции в обмотке головки наводится ЭДС, являющаяся сигналом воспроизведения информации.
В зависимости от назначения различают аудио- и видеоголовки (рис. 7).
Рис. 7. Магнитные головки:
а — аудио; б — видео; в — УГО
Конструкции головок очень разнообразны, например, для обеспечения записи стереозвука универсальная головка имеет четыре рабочих зазора.
Головки характеризуют числом витков обмотки, шириной рабочего зазора и шириной дорожки, резонансной частотой, амплитудой тока записи и выходным напряжением воспроизведения, магнитной проницаемостью и индукцией насыщения.
В настоящее время, помимо чисто магнитных (индукционных) устройств, применяют и более сложные магнитоэлектронные головки (магнитооптические, магниторезистивные, магнитодиоды, элементы Холла и Виганда). Особый интерес представляют миниатюрные тонкопленочные магнитные головки, изготовляемые по интегральной технологии.
Электрический трансформатор (от лат. transformare — преобразовывать) является статическим (без подвижных частей) электромагнитным аппаратом, предназначенным для преобразования одного переменного напряжения в другое той же частоты.
Простейший трансформатор представляет собой две индуктивные катушки (обмотки), связанные своими магнитными полями через общий (замкнутый) магнитопровод. Если первичную обмотку подключить к источнику переменного синусоидального напряжения некоторой частоты (например, 50 Гц), то переменный ток, протекающий по этой обмотке, создаст в магнитопроводе переменный магнитный поток, также изменяющийся по синусоидальному закону с той же частотой. Этот переменный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней переменную ЭДС той же частоты.