Войти Регистрация

Войти в аккаунт

Логин *
Пароль *
Запомнить меня

Создать аккаунт

Поля отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.
Максимальная длина имени и логина 16 символов
Имя *
Логин *
Пароль *
Подтверждение пароля *
Email *
Подтверждение email *
Captcha *
Language:
Сайт существует
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 [0 Голоса (ов)]

Добротность катушек на ферритовых кольцах

ferriteФерриты были изобретены в 1930 году двумя японскими учеными из Токийского технологического института. С тех пор область применения этих материалов в радиотехнике расширилась от импульсных источников питания и вплоть до диапазона СВЧ. В этой статье рассматриваются вопросы определения добротности радиочастотных контурных катушек на ферритовых кольцах. При этом предполагается, что катушки работают в режиме малого сигнала на начальном участке кривой намагничивания. В этом случае можно пренебречь зависимостью относительной магнитной проницаемости от амплитуды сигнала и считать, что она равна начальной магнитной проницаемости феррита. Кроме того можно не учитывать и зависимость потерь в феррите от амплитуды сигнала, а также от температуры при разогреве феррита мощными полями.

В радиотехнической литературе магнитная проницаемость феррита определяется как комплексная величина:

µ=µs'-jµs'' [1]

В таком случае импеданс катушки, намотанной на ферритовом кольце можно определить следующим образом:

Z = jωL0µ = jωL0s'-jµs'') =
jωL0µs'+ ωL0µs'' = jXL + r
[2]
  • L0  - индуктивность катушки без феррита.
  • ω = 2πf - круговая частота.

Как видно из формулы [2], действительная часть импеданса определяет всевозможные активные потери в сердечнике r (на гистерезис, на вихревые токи, объемное поглощение и т. д.), а мнимая часть определяет индуктивное сопротивление катушки XL:

r = ωL0µs'' [3]
XL=ωL0µs' [4]

Таким образом µs' является магнитной проницаемостью в привычном нам смысле и определяет магнитные свойства материала, а µs'' определяет потери в феррите. Если принять во внимание, что на радиочастотах потери в проводе катушки (включая скин-эффект) обычно на порядок меньше потерь в сердечнике, то из формул [3] и [4] следует, что добротность такой катушки приближенно можно определить как:

Q = µs' / µs'' [5]

 Комплексная магнитная проницаемость феррита зависит от частоты. Большинство серьезных производителей, TDK и ее европейский партнер EPCOS AG, FERROXCUBE,  публикуют графики этой зависимости — так называемые магнитные спектры ферритов:q ferrite Пользующаяся большой популярностью у радиолюбителей американская Amidon™ Inc., к сожалению, на своем официальном сайте таких графиков не публикует. Не делает этого и ее европейский клон. Однако у американцев есть аффилированный партнер — фирма Fair-Rite corp., которая использует те же «true-амидоновские» материалы и для большинства из них публикует графики магнитных спектров. Эти графики собраны в один файл в дополнении к статье [см. ссылку под статьей].q ferrite

Используя эти графики, мы можем по формуле [5] рассчитать добротность катушки на определенной частоте. Но польза от этих графиков не только в определении добротности. Обычно индуктивность катушки на «амидоновских» кольцах рассчитывается исходя из публикуемого в даташитах параметра AL.  При этом не учитывается зависимость магнитной проницаемости феррита от частоты. Если мы возьмем из графиков параметр µs' для определенной частоты и будем использовать его как магнитную проницаемость кольца в программе Coil32 или в нашем универсальном онлайн-калькуляторе, мы сможем более точно определить индуктивность такой катушки, особенно на высоких частотах. Кроме того, можно, пользуясь графиками, выбрать самый оптимальный материал для данной рабочей частоты, с максимальной магнитной проницаемостью при минимальных потерях.

В заключении хотелось бы еще раз обратить внимание, что подобный алгоритм учета потерь в ферритовых сердечниках справедлив только на радиочастотах и при малом уровне сигнала. Для радиочастотных цепей с высокими уровнями мощности или для силовых цепей такой способ не пригоден.

Дополнение к статье:

Ссылки по теме:

  1. Ферриты: понятия, определения, термины, параметры
  2. Свойства ферритов на примере продукции TDK
  3. Магнитные спектры ферритов, физика явления
  4. Добротность однослойной катушки

Дополнительные ссылки:

  1. A collection of ferrite toroid related hobby research by PE1ABR
  2. Losses in ferrite rod antennas by G3RBJ
Ферриты: понятия, определения, термины, параметры

Добавить комментарий

Все посты от анонимов предварительно модерируются. Посты, подписанные несуществующим E-mail опубликованы не будут.