------ R E K L A M A ------

Cewki indukcyjne - garść teorii przydatnej w praktyce

Cewki indukcyjne są jednym z podstawowych elementów używanych w technice radiowej. Jednocześnie ich dobór i wykonanie jest jednym z trudniejszych zadań dla elektronika – amatora. Zadaniem tego tekstu jest przybliżenie tego zagadnienia.

Niniejszy tekst ma charakter popularno-poradnikowy. Elementy teoretyczne zostały ujęte w sposób maksymalnie uproszczony i skrótowy. Skupiono się na praktycznych aspektach budowy i wykorzystania cewek indukacyjnych.


Każda cewka indukcyjna posiada kilka podstawowych własności. Są to: indukcyjność, reaktancja indukcyjna, impedancja, dobroć, pojemność własna, częstotliwość rezonansu własnego. Istotna jest także świadomość istnienia efektu naskórkowego.


Indukcyjność – to zdolność do wytwarzania strumienia pola magnetycznego wokół przewodnika przewodzącego prąd zmienny. Jest to podstawowa własność cewki. Jednostką indukcyjności jest Henr. 1 Henr (1H) jest wielkością bardzo dużą. W praktyce radiowej zwykle używa się cewek mających indukcyjność mierzoną w milihenrach ( mH) lub mikrohenrach (uH).

Indukcyjność cewki jest tym większa im:

-  większa jest liczba zwojów;

- większa jej średnica;

- mniejsza długość nawinięcia;

- w przypadku cewek w ekranie ma on wpływ na indukcyjność. Indukcyjność cewki w ekranie jest tym mniejsza im bliżej uzwojenia znajduje się ekran. Efekt ten jest pomijalny dopiero gdy średnica ekranującego kubka jest ok. 3 razy większa od średnicy cewki.

 Ze zwiększaniem ilości zwojów indukcyjność rośnie do kwadratu. Wykorzystuje się to przeliczając istniejące cewki na nową indukcyjność - rys. 1.

  

 Obliczając indukcyjność można posłużyć się programami, także dostępnymi on-line, np. tutaj (cewki jednowarstwowe) lub tutaj (cewki wielowarstwowe).

 

 

Reaktancja indukcyjna –(oporność indukcyjna, bierna) to oporność cewki wykazywana dla płynącego przez nią prądu zmiennego.  Zwykle oznacza się ją jako Xl.

Reaktancja (oporność) indukcyjna nie powoduje strat energii. Jest zależna od częstotliwości prądu oraz indukcyjności cewki - rys. 2.

 Przydatny kalkulator znajduje się np. tutaj.

 

 

 

Dobroć cewki – Q -  to parametr określający ilościowo ile razy amplituda sygnału o częstotliwości roboczej jest większa od amplitudy sygnału o innej częstotliwości. Pojęcie dobroci jest ściśle związane ze stratami zawsze występującymi w cewce. Biorą się one z oporności czynnej R występującej w cewce oraz obwodzie rezonansowym. 

Dobroć jest wyrażana przez ilościowy stosunek reaktancji indukcyjnej Xl do oporności strat. Sposób obliczania zależy od układu, w którym występuje cewka - rys. 3.

Dobroć jest tym parametrem cewki, który trudno określić na drodze obliczeń.Powodem trudności jest określenie wartości oporności czynnej - R. Jest ona mierzalna w prosty sposób – omomierzem – tylko w zakresie niskich częstotliwości. Wraz ze wzrostem częstotliwości w coraz większym stopniu trzeba uwzględniać m.in. efekt naskórkowości, straty na prądy wirowe, dielektryczne oraz wpływ otoczenia.  Wszystko to powoduje, że obliczenia Q w warunkach amatorskich mają charakter zbliżony.  Ważne jest, aby projektując cewkę być świadomym pewnych zależności:

- dobroć cewki można zwiększyć, zwiększając jej średnicę. W przypadku cewki jednowarstwowej bez rdzenia najkorzystniejsze Q wystąpi, gdy średnica cewki będzie zbliżona do podwójnej długości uzwojenia.

- dobroć można zwiększyć zwiększając indukcyjność bez zwiększania R, tzn. bez zwiększania liczby zwojów (co przy okazji powoduje wzrost R). Można to osiągnąć m.in. stosując rdzenie z materiałów ferromagnetycznych.

- również materiał wykorzystany na karkas cewki wpływa na jej dobroć. Wykonany ze złego dielektryka lub chłonący wilgoć (np. papierowy) karkas powoduje zwiększenie strat. Podobnie straty mogą powodować lakiery lub kleje powlekające cewkę. W przypadku, gdy drut posiada izolację cewek nie należy dodatkowo zalewać lakierem lub innym materiałem.

- na dobroć cewek, szczególnie w zakresie w.cz., wpływa zjawisko naskórkowości. Wraz ze wzrostem częstotliwości prąd płynie coraz bardziej po zewnętrznej części przekroju przewodnika. Dlatego warto budować cewki ze srebrzanki, a tam gdzie to niemożliwe dbać o zabezpieczenie powierzchni przewodnika przed utlenianiem. Im wyższa częstotliwość i większe moce, tym większa powinna być średnica drutu.

- zjawisko naskórkowości  może nie wystąpić w przypadku gdy średnica drutu jest bardzo mała. Prąd może wtedy płynąć całym przekrojem przewodnika.

- dobroć cewki może zmniejszać się w skutek strat na prądy wirowe w pobliskich przedmiotach metalowych, ekranach, itp.

- w zakresie do ok 1MHz korzystne dla Q jest stosowanie tzw. licy. Jest to linka złożona z izolowanych od siebie bardzo cienkich żyłek. Łączy się je elektrycznie tylko na początku i na końcu. Powierzchnia przewodząca licy jest wielokrotnie większa niż jednego przewodu, przewodzącego przecież naskórkowo. Do pewnej częstotliwości lica wykorzystuje cały lub niemal cały przekrój przewodnika.

 Większa dobroć to większe nachylenie zboczy np. filtrów a więc lepsza skuteczność. Pisząc o nachyleniu zboczy należy wprowadzić pojęcie pasma przepuszczania. Jest to taki zakres częstotliwości w którym napięcie w.cz. wynosi min. 0,7 wartości maksymalnej osiąganej w rezonansie (czyli -3dB). Aby określić pasmo przepuszczania należy podzielić częstotliwość rezonansową przez dobroć. Np.: dla f = 3,5MHz oraz Q = 100 obliczenia przyjmą postać :

3500 / 100 = 35kHz

 

Impedancjajest wartością zespoloną dwóch rodzajów oporności danej cewki: rezystancji (oporności czynnej ) R oraz reaktancji indukcyjnej Xl. W związku z tym, że obydwa parametry są zależne od częstotliwości, także impedancja cewki będzie zmieniała się w zależności od częstotliwości.  

Impedancję można obliczyć korzystając w wzoru (moduł impedancji):

 

 

 

 

Pojemność własna cewkikażda cewka oprócz indukcyjności posiada także własną pojemność. Jej wartość jest wprost proporcjonalna do średnicy uzwojenia oraz odwrotnie proporcjonalna do odległości pomiędzy zwojami. Pojemność zawarta w cewce skutkuje tym, że można traktować jako równoległy obwód rezonansowy. Częstotliwość rezonansowa takiego  „obwodu”  nazywa się rezonansem własnym cewki. Znajomość tej częstotliwości jest ważna, ponieważ wraz ze zbliżaniem się do niej spada skuteczność obwodu. Dlatego też dla skutecznego pomiaru dobroci częstotliwość na której bada się cewkę nie może być wyższa niż 0,1 częstotliwości rezonansu własnego.

 

 

W praktyce, przy budowie układu zawierającego cewki znaczenie mają przede wszystkim trzy parametry: indukcyjność, impedancja oraz dobroć.

 

 

 

 

 

 

 

 

By: Joomla Free Templates