Расчет катушек на печатной плате

катушка на печатной плате Плоские печатные катушки чаще всего применяют в диапазонах метровых и дециметровых волн для уменьшения габаритов устройства. Обычно их выполняют с круглой, квадратной формой витков или в форме меандра, хотя можно и в виде многоугольника. В последнее время с появлением технологии многослойных печатных плат, появились и многослойные катушки на печатной плате. Применение сердечника из магнитного материала малоэффективно, - так как такой сердечник удален от витков катушки и может менять ее индуктивность на 3 - 5 %, что в большинстве случаев недостаточно. Поэтому печатные катушки индуктивности применяются в большинстве случаев тогда, когда не требуется подстройка и величина индуктивности не превышает единиц микрогенри.

 

Добротность плоских печатных катушек обычно ниже добротности катушек, имеющих обмотку из провода и меньше, чем у цилиндрических катушек с металлизированными дорожками. У катушек на фольгированном стеклотекстолите добротность начинает заметно снижаться уже с частоты 100 Мгц. Собственная емкость печатных катушек индуктивности зависит от ширины спиральных витков, расстояния между ними и материала платы и может достигать 3 - 5 пф, что довольно значительно на таких частотах. Все вышесказанное говорит не в пользу плоских катушек, однако компактность конструкции наряду с применением SMD-компонентов часто играет решающую роль. В тоже время печатные катушки имеют лучшие показатели добротности и меньшую паразитную емкость по сравнению с SMD-катушками.

На нашем сайте можно воспользоваться онлайн калькулятором для расчета катушек на печатной плате


Катушка на печатной платеВ программе Coil32, начиная с версии 9.6, плоские печатные катушки с круглой и квадратной формой витков формой витков рассчитываются по общей эмпирической формуле:

Расчет круглой печатной катушки

,где

  • L- индуктивность (мкГн)
  • D - наружный диаметр спирали (мм)
  • d - внутренний диаметр спирали (мм)
  • N - число витков
  • Davg - средний диаметр катушки (мм)
  • φ - коэффициент заполнения

Коэффициенты c1 - c4 сведены в таблицу:

КатушкаC1C2C3C4
Квадратная 1.27 2.07 0.18 0.13
Круглая 1.00 2.46 0.00 0.20

Шаг намотки на рисунке обозначен как "s". При неизменном "s", если увеличивать ширину витка - увеличивается добротность катушки и ее собственная емкость. Обычно для минимизации размеров катушки ширину печатного проводника делают близкой к расстоянию между проводниками, поэтому в формуле влияние "s" на величину индуктивности не учитывается. Оптимальное значение d/D = 0.4 для круглой катушки и его программа выбирает автоматически. Для квадратной катушки оптимальное значение d/D = 0.362 и его программа также выбирает автоматически.

Погрешность расчета индуктивности по этой формуле не превышает 8% при s не более 3w, т.е. если промежуток между полосками не более двойной ширины полоски.


Индуктивный элемент в виде прямого печатного проводника рассчитывается по следующей эмпирической формуле:

Расчет идуктивности в виде прямого печатного проводника

Индуктивность прямого печатного проводника, где:

  • L - индуктивность (мкГн)
  • l - длина проводника (мм)
  • b - ширина проводника (мм)

Такие индуктивные элементы часто применяют в фильтрах ДМВ диапазона. Поскольку собственная емкость такого индуктивного элемента довольно велика, необходимо иметь в виду, что более корректно представлять его в виде отрезка длинной линии с распределенными параметрами. Однако для приблизительных расчетов принятое здесь упрощение модели вполне приемлемо.

Ссылки:

  1. Simple Accurate Expressions for Planar Spiral Inductances - Sunderarajan S. Mohan, Maria del Mar Hershenson, Stephen P. Boyd, and Thomas H. Lee, 1999
  2. Lumped Elements for RF and Microwave Circuits - Inder Bahl, ©2003 ARTECH HOUSE INC.

Назад...