2.4.3 Добротность катушки q

Добротность катушки определяет резонансные свойства и кпд колебательных контуров, поэтому для сравнения этих параметров различных колебательных контуров используют именно этот параметр. На рисунке10 представлены типовые резонансные кривые контуров, катушки которых имеют разные добротности.

Рисунок 10 - Резонансные кривые контуров с катушками разных добротностей

Добротность катушки Q в общем виде представляет собой отношение мощности реактивной энергии электромагнитного поля, накоп­ленного в катушке, к мощности актив­ных потерь , рассеиваемых в катушке в виде тепла

. (4.6)

Формула (4.6) неудобна для практических расчетов. Воспользовавшись упрощенной эквивалентной схемой (рисунок 4) высокочастотной катушки, представляющую последовательно включенные идеальную катушку индуктивности с начальной индуктивностью и сопротивление потерь, выражение (4.6) для добротности катушки можно записать в виде

,

где – частота переменного тока i, протекающего через катушку, рад/c;

– обобщенное сопротивление активных потерь в катушке, Ом.

Следовательно, добротность высокочастотной катушки индуктивности рассчитывается как отношение реактивного сопротивления катушки переменному току высокой частоты к обобщенному сопротивлению активных потерь в катушке.

Такое же определение добротности дается в ГОСТ 20718-75. Добротность катушки индуктивности - отношение индуктивного сопротивления катушки индуктивности к ее активному сопротивлению. Этим же стандартом предусмотрена номинальная добротность катушки индуктивности – это добротность при номинальном значении индуктивности, являющееся исходным для отсчета отклонений. Чем выше добротность, тем меньше величина потерь в катушке и выше ее качество. Значение Q определяется выбором типа обмотки, материала каркаса, конструкцией катушки и влиянием окружающих катушку других деталей при ее монтаже в аппаратуре.

Максимальное значение добротности высокочастотных катушек индуктивности обычно не превышает значение от 300 до 400 единиц.

Добротность катушки пропорциональна ее размерам. Для получения малогабаритных катушек с достаточно вы­сокой добротностью применяют магнитные сердечники. Катушки с сердечниками имеют меньшее число витков при заданной индуктивности, меньшее сопротивление провода и меньшие размеры. Запас добротности позволяет уменьшить размеры катушки и приблизить к ней экраны, т. е. получить малога­баритную катушку с добротностью до 150—250 и выше. Цен­ным свойством катушек с сердечниками является возможность подстройки, т. е. изменения индуктивности в небольших пре­делах, осуществляемого перемещением сердечника. Если бы в сердечнике не было потерь, то добротность катушки с сердечником также увеличилась бы в раз. Однако из-за наличия потерь в сердечнике это увеличение не­сколько меньше. Приближенно можно считать, что доброт­ность катушки с сердечником в раз больше добротности катушки с такой же индуктивностью, но без сердечника. От­ношение добротности катушки с сердечником к добротности этой же катушки, но без сердечника, характеризует потери, вносимые сердечником в катушку. Это отношение зависит от коэффициента использования магнитных свойств материала, от его коэффициентов потерь и очень сильно — от частоты. С увеличением частоты потери в сердечнике возрастают, а про­ницаемость падает; это приводит к падению добротности. Отно­шение добротности катушки с сердечником к добротности той же катушки без сердечника может служить мерой для определения диапазона рабочих частот. Верхней границей ра­бочего диапазона является частота, при которой это отноше­ние достигает единицы, хотя допустимо применение сердеч­ника для регулировки индуктивности и при несколько более высоких частотах.

Добротность экранированной катушки оказывается ниже добротности той же катушки при отсутствии экрана. Влияние экрана на параметры катушки проявляется тем сильнее, чем ближе его стенки расположены к обмотке.

Для того чтобы индуктивность и добротность катушки падали не более чем на 10%, рекомендуются следующие соотношения между диаметрами экрана и катушки: для однослойных катушек равно от 1,6 до 2,5, причем для ко­ротких катушек равно от 1,5 до 1,8. Эти соотношения при­годны и для многослойных катушек, если заменить на Для стабильных катушек рекомендуется брать больше 2,5. С повышением частоты эти соотношения можно умень­шать.