Как на схеме обозначается катушка: Условные обозначения катушек индуктивности и дросселей

Содержание

ГОСТ 2.756-76 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Воспринимающая часть электромеханических устройств

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ

Единая система конструкторской документации

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ

ВОСПРИНИМАЮЩАЯ ЧАСТЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

ГОСТ 2.756-76
(CT СЭВ 712-77)

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва 1998

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Единая система конструкторской документации

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ.
ВОСПРИНИМАЮЩАЯ ЧАСТЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Unified system for design documentation.
Graphic designations in diagrams.

The receiving part of electromechanical devices

ГОСТ
2.756-76*

(CT СЭВ 712-77)

Взамен
ГОСТ 2.724-68,
ГОСТ 2.725-68**,
ГОСТ 2.738-68***,
ГОСТ 2.747-68*4

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28 июля 1976 г. № 1824 срок введения установлен

с 01.01.78

* Переиздание (октябрь 1997 г.) с Изменением №1, утвержденным в июле 1980 г. (ИУС 11-80)

** В части п. 9 (обозначения обмоток реле, контакторов и магнитных пускателей).

*** В части подпункта 7 табл. 1 (обозначения обмотки электромагнита искателя).

*4 В части подпунктов 22, 23 таблицы (обозначения обмотки реле, контактора, магнитного пускателя, электромагнита, обмотки электромагнита искателя).

*5 Обозначения исполнительных частей (контактов) электромеханических устройств установлены в ГОСТ 2.755-87.

1. Настоящий стандарт устанавливает условные графические обозначения воспринимающих частей электромеханических устройств (электрических реле, у которых связь воспринимающей части с исполнительной осуществляется механически, а также магнитных пускателей, контакторов и электромагнитов) в схемах*

5, выполняемых вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности.

Стандарт соответствует CT СЭВ 712-77.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2. Обозначения воспринимающих частей электромеханических устройств должны соответствовать приведенным в табл. 1.

3. Размеры условных графических обозначений должны соответствовать приведенным в табл. 2.

Таблица 1

Наименование

Обозначение

1. Катушка электромеханического устройства. Общее обозначение

Примечание. Выводы катушки допускается изображать с одной стороны прямоугольника

2. Катушка электромеханического устройства с одной обмоткой.

Примечание. Наклонную линию допускается не изображать, если нет необходимости подчеркнуть, что катушка с одной обмоткой

3. Катушка электромеханического устройства с двумя обмотками

Примечание. Допускается применять следующее обозначение

4. Катушка электромеханического устройства с п обмотками

Примечания к подпунктам 2-4:

1. Около прямоугольника или в прямоугольнике допускается указывать величины, характеризующие обмотку, например, катушка с двумя обмотками, сопротивление каждой 200 Ом

2. Если катушку электромеханического устройства с несколькими обмотками разносят на схеме, то каждую обмотку изображают следующим образом:

катушка с двумя обмотками

катушка с n обмотками

5. Катушка электромеханического устройства с двумя встречными обмотками

6. Катушка электромеханического устройства с двумя встречными одинаковыми обмотками (бифилярная обмотка)

7. Катушка электромеханического устройства с одним отводом

Примечание. Допускается применять следующее обозначение

8. Катушка электромеханического устройства трехфазного тока

9. Катушка электромеханического устройства с дополнительным графическим полем:

с одним дополнительным графическим полем

с двумя дополнительными графическими полями

Примечания:

1. Линию между двумя дополнительными графическими полями допускается опускать

2. В дополнительном графическом поле указывают уточняющие данные электромеханического устройства, например, электромагнит переменного тока

10. Катушка электромеханического устройства с указанием вида обмотки: обмотка тока

обмотка напряжения

обмотка максимального тока

обмотка минимального напряжения

Примечание к подпунктам 9, 10. При отсутствии дополнительной информации в основном поле допускается в этом поле указывать уточняющие данные, например, катушка электромеханического устройства с обмоткой минимального тока

11. Катушка поляризованного электромеханического устройства

Примечание. Допускается применять следующее обозначение

12. Катушка электромеханического устройства, обладающая остаточным намагничиванием

13. Катушка электромеханического устройства, имеющего механическую блокировку

14. Катушка электромеханического устройства, работающего с ускорением при срабатывании

15. Катушка электромеханического устройства, работающего с ускорением при срабатывании и отпускании

16. Катушка электромеханического устройства, работающего с замедлением при срабатывании

17. Катушка электромеханического устройства, работающего с замедлением при отпускании

18. Катушка электромеханического устройства, работающего с замедлением при срабатывании и отпускании

Примечание к подпунктам 14-18. Около условного графического обозначения допускается указывать временные характеристики электромеханического устройства 17, 18. (Измененная редакция, Изм. № 1).

19. Катушка электромеханического устройства, нечувствительного к переменному току

20. Катушка электромеханического устройства, работающего с механическим резонансом

Примечание. Допускается около обозначения указывать резонансную частоту

21. Воспринимающая часть электротеплового реле

Таблица 2

Наименование

Обозначение

1. Катушка электромеханического устройства

2. Катушка электромеханического устройства с одной обмоткой

3. Катушка электромеханического устройства с двумя встречными обмотками

4. Катушка электромеханического устройства с одним отводом

5. Катушка электромеханического устройства:

с одним дополнительным графическим полем

с двумя дополнительными графическими полями

6. Воспринимающая часть электротеплового реле

Схема твоего приемника | HamLab

Чтобы правильно соединить детали приемника, ты пользовался рисунками. На них катушку, телефоны, детектор и другие детали и соединения ты видел такими, какими они выглядят в натуре. Это очень удобно для начала, пока приходится иметь дело с совсем простыми радиоконструкциями, в которые входит мало деталей. Но если попытаться изобразить таким способом устройство современного приемника, то получилась бы такая «паутина» проводов, в которой невозможно было бы разобраться. Чтобы этого избежать, любой электроприбор или радиоаппарат изображают схематически, т. е. при помощи упрощенного чертежа — схемы. Так делают не только в электро- и радиотехнике. Посмотри, например, на географическую карту. Судоходная могучая красавица Волга со всеми ее грандиозными сооружениям изображена на карте извивающейся змейкой. Такие крупные города, как Москва, Ленинград, Куйбышев, Владивосток и др., показаны всего лишь кружками. Леса, равнины, горы, моря, каналы изображены на географической .карте тоже упрощенно — схематически.

Различают два вида схем: принципиальные электрические и монтажные. Принципиальные электрические схемы обычно называют просто принципиальными схемами. На принципиальной схеме условными знаками изображают все детали радиотехнического устройства и порядок их соединения. «Читая» принципиальную схему, как географическую карту или чертеж какого-то механизма, легко разобраться в цепях и работе устройства. Но она не дает представления о размерах и размещении его деталей.

Монтажная схема в отличие от принципиальной показывает, как расположены в конструкции детали и соединительные проводники. Собирая приемник, усилитель или любой другой радиоаппарат или прибор, радиолюбитель располагает детали и проводники примерно так, как на монтажной схеме. Но монтаж и проверку правильности всех соединений производит по принципиальной схеме.

Уметь читать радиосхемы совершенно обязательно для каждого, кто хочет стать радиолюбителем. На рис. 33 ты видишь уже знакомые тебе детали и устройства и некоторые другие, с которыми придется иметь дело в дальнейшем. А рядом в кружках — их символические графические изображения на принципиальных схемах. Любую катушку без сердечника, которым может быть металлический или ферритовых стержень, независимо от ее конструкции и числа витков на схеме изображают в виде волнистой линии. Отводы катушек показывают черточками. Если катушка имеет неподвижный ферритовых сердечник, увеличивающий ее индуктивность, его обозначают жирной линией вдоль всей. катушки. Если таким сердечником настраивают контур приемника, как это было в опытном приемнике, его на схеме обозначают так же, но вместе с катушкой пересекают стрелкой.

Рис. 33. Условные графические обозначения некоторых
радиотехнических деталей и устройств на принципиальных схемах.

Любой конденсатор постоянной емкости изображают двумя короткими параллельными линиями, символизирующими две изолированные одна от другой пластины. Конденсаторы переменной емкости изображают так же, как и конденсаторы постоянной емкости, но пересеченными наискось стрелкой, что символизирует переменность емкости этого прибора. Гнезда для подключения провода антенны, головных телефонов или каких-то других устройств или деталей обозначают значками в виде вилки, а зажимы (разборные контакты) — кружками.

Новым для тебя является переключатель. Вместо того чтобы при настройке приемника раскручивать и скручивать проводники, как ты это делал, проводя опыты с первым приемником, выводы и отводы катушки можно соединить с металлическими контактами, размещенными на панели приемника, и в дальнейшем переключение их производить простой перестановкой ползунка переключателя.

Проводники, которыми соединяют детали, обозначают прямыми линиями. Если линии сходятся и в месте их пересечения стоит точка, значит проводники соединены. Отсутствие точки в месте пересечения проводников говорит о том, что они не соединены.

На принципиальных схемах рядом с символическими обозначениями ставят буквы, присвоенные этим деталям или устройствам. Конденсаторам присвоена латинская буква С, резисторам (их раньше называли сопротивлениями) — латинская буква R, катушкам — латинская буква L, головным телефонам — русские буквы Тф, переключателям и выключателям источников тока — буква В, батареям — буква Б, лампам — Л и т. д. Если на схеме несколько конденсаторов, катушек, резисторов или других деталей, то их нумеруют: рядом с буквой ставят цифру, например С1, С2, L1, L2, R1, R2.

На схемах иногда не показывают антенну, заземление, телефоны, ограничиваясь только обозначениями зажимов или гнезд для их подключения. Тогда возле этих зажимов или гнезд ставят соответствующие буквы: АН, Тф. Вот теперь, зная условные обозначения деталей, все варианты детекторного приемника, с которыми ты экспериментировал, можно изобразить их принципиальными схемами.

Принципиальная схема первого варианта опытного приемника показана на рис, 34, а. Ты настраивал приемник переключением заземленного проводника. Поэтому в схему введен переключатель В. Вспомни нашу «прогулку» по цепям приемника и соверши ее еще раз, но уже по принципиальной схеме. От начала катушки L ты попадешь к диоду Д и через него — к телефонам Тф, далее через телефоны по заземленному проводнику, переключатель В и витки катушки L — к исходной точке н. Это — детекторная цепь. Для токов высокой частоты путь из антенны в землю проходит через витки катушки и переключатель В. Это — антенный контур. Настройка контура приемника на радиостанции осуществляется переключателем скачкообразным изменением числа витков, включаемых в контур. Параллельно телефонам подключен блокировочный конденсатор С.

Рис. 34. Принципиальные схемы опытных вариантов детекторного приемника.
а-с настройкой переключением отводов катушки;
б — с настройкой конденсатором переменной емкости;
в — с настройкой ферритовым стержнем.

На схеме штриховыми линиями показав еще конденсатор Са В приемнике такой детали не было. Но символизирующая его электрическая емкость присутствовала — она образовывалась антенной н заземлением и как бы подключалась к настраиваемому контуру.

Принципиальная схема второго варианта опытного, приемника показана на рис. 34, б. Его входной настраиваемый контур состоит из катушки L, имеющей один отвод, введенного тобой конденсатора переменной емкости С2 антенного устройства и антенного конденсатора С1. Включение в контур верхней секции катушки соответствует приему радиостанций средневолнового диапазона, а обеих секций — приему радиостанций длинноволнового диапазона. Таким образом, в приемнике переход с одного диапазона на другой осуществляется переключателем В, а плавная настройка в каждом диапазоне — конденсатором переменной емкости С2.

Третьим вариантом был приемник, настраиваемый ферритовым стержнем. Принципиальная схема такого приемника изображена на рис. 34, в. Он, как видишь, однодиапазонный. Для приема радиостанций другого диапазона катушку L надо заменить, что ты и делал при проведения опытов с этим приемником. Для подключения головных телефонов предусмотрены гнезда Тф.

Графические изображения элементов в электрических схемах

Графические изображения элементов в электрических схемах представлены в нескольких соответствующих ГОСТах, по группам. Имеют избыточность для практической работы в КИП и А.
  Поэтому здесь сделана выборка из наиболее широко распространенных в КИП и А электрических и электронных элементов, с указанием ГОСТа в котором они определены.

ГОСТ 2.721-74 Обозначения общего применения
НаименованиеОбозначениеНаименованиеОбозначение
Линия электрической связи, провода, кабели, шины, линия групповой связи.Коаксиальный кабель
Заземление, общее обозначениеа) соединенный с корпусом
Защитное заземлениеб) заземленный
Электрическое соединение с корпусом (массой)Экранированная линия электрической связи
Группа линий электрической связи, осуществленная n скрученными проводами, например, шестью скрученными проводами, изображенная:
а) однолинейноб) многолинейно
ГОСТ 2.732-68 Источники света
Лампа накаливания осветительная и сигнальная. Общее обозначение.Лампа с импульсной световой сигнализацией
Лампа газоразрядная осветительная и сигнальная. Общее обозначениеПускатель для газоразрядных ламп
ГОСТ 2.755-87 Устройства коммутационные и контактные соединения
Контакт коммутационного устройства:
1) замыкающий3) переключающий
2) размыкающий4) переключающий с нейтральным
центральным положением
Контакт, чувствительный к температуре (термоконтакт):
1) замыкающий2) размыкающий
Контакт замыкающий нажимного кнопочного выключателя без самовозврата:
1) автоматически2) посредством вторичного нажатия кнопки
Выключатели:
Выключатель ручнойВыключатель термический саморегулирующий
Переключатель однополюсный многопозиционный Выключатель электромагнитный (реле)
Контакт разъемного соединения:
— штырь— гнездо
ГОСТ 2.742-68 Источники тока электрохимические
Элемент гальванический или аккумуляторныйБатарея из гальванических элементов или аккумуляторов
ГОСТ 2.768-90 Источники электрохимические, электротермические и тепловые
Гальванический элемент (первичный или вторичный)Батарея, состоящая из гальванических элементов
Термоэлемент (термопара)Источник тепла, основной символ
ГОСТ 2.727-68 Разрядники, предохранители
Предохранитель плавкийРазрядник
ГОСТ 2.756-76 Воспринимающая часть электромеханических устройств
Катушка электромеханического устройстваВоспринимающая часть электротеплового реле
Катушка электромеханического устройства с указанием вида обмотки:
Обмотка токаОбмотка напряжения
Обмотка максимального токаОбмотка минимального напряжения
ГОСТ 2.723-68 Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители
Обмотка трансформатора, автотрансформатора, дросселя и магнитного усилителя.
Форма IФорма II
Магнитопровод:
ФерромагнитныйМагнитодиэлектрический
Катушка индуктивности, подстраиваемая магнитодиэлектрическим проводомДроссель с ферромагнитным
магнитопроводом
Трансформаторы:
Трансформатор с магнитодиэлектрическим магнитопроводомТрансформатор, подстраиваемый общим магнитодиэлектрическим магнитопроводом
Трансформатор дифференциальный (с отводом от средней точки одной обмотки) Трансформатор однофазный с ферромагнитным магнитопроводом трехобмоточный
ГОСТ 2.730-73 Приборы полупроводниковые
Диоды, тиристоры:
Диод. Общее обозначениеСтабилитрон односторонний
Стабилитрон двухстороннийВарикап (диод емкостной)
Диод светоизлучающийТиристор диодный симметричный
Тиристор диодный, проводящий в обратном направленииТиристор диодный, запираемый в обратном направлении
Тиристор диодный симметричныйТиристор триодный. Общее обозначение
Тиристор триодный симметричный (двунаправленный) — триакТиристор триодный, проводящий в обратном направлении
Светочувствительные элементы:
ФоторезисторФотодиод
ФототиристорФототранзистор PNP
Фототранзистор NPNФотоэлемент
Оптроны:
Оптрон диодныйОптрон тиристорный
Оптрон резисторныйОптрон транзисторный
Однофазная мостовая выпрямительная схема:
а) развернутое изображениеб) упрощенное изображение (условное графическое обозначение)
Транзистор биполярные:
Транзистор типа PNPТранзистор типа NPN
Транзистор типа PNIP с выводом от I-областиМногоэмиттерный транзистор типа NPN
Транзисторы полевые:
Транзистор полевой с каналом типа NТранзистор полевой с каналом типа Р
Транзисторы полевые с изолированным затвором:
обогащенного типа с Р-каналомобогащенного типа с N-каналом
обедненного типа с Р-каналомобедненного типа с N-каналом
ГОСТ 2.728-74 Резисторы, конденсаторы
Резисторы:
Резистор постоянныйРезистор переменный
Резистор переменный в реостатном включении Резистор подстроечный
ТензорезисторBapистор
Терморезистор 
Конденсаторы:
Конденсатор постоянной емкостиКонденсатор электролитический, поляризованный
Конденсатор электролитический, неполяризованныйКонденсатор переменной емкости
ГОСТ 2.741-68 Приборы акустические
ТелефонМикрофон
ГромкоговорительСирена электрическая
ЗуммерГудок
РевунТрещетка электромагнитная

Калькулятор импеданса катушки индуктивности • Электротехнические и радиотехнические калькуляторы • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Отметим, что величина импеданса идеальной катушки индуктивности равна ее реактивному сопротивлению. Однако это не идентичные величины, так как между током и напряжением в индуктивной цепи существует фазовый сдвиг. Для расчетов используются указанная ниже формула:

Здесь

XL — реактивное сопротивление катушки в омах (Ом),

ZL — импеданс катушки в омах (Ом),

ω = 2πf — угловая частота в рад/с,

f — частота в герцах (Гц),

L — индуктивность в генри (Гн),

j — мнимая единица.

Для расчета выберите единицы измерения и введите индуктивность и частоту. Импеданс катушки индуктивности будет показан в омах.

Катушка индуктивности представляет собой пассивный электрический элемент с двумя выводами, изготовленный, как правило, из изолированного провода в форме спирали, намотанного на магнитный сердечник или на оправку (без сердечника). Магнитный сердечник обычно изготовляется из ферромагнитного металла, например, железа или ферромагнитной керамики (феррита) и используется для усиления магнитного поля и, таким образом, для увеличения индуктивности катушки. Как и конденсаторы, катушки индуктивности используются для накопления и сохранения энергии. Однако, в отличие от конденсаторов, энергия в катушке хранится в форме окружающего ее магнитного поля. Катушки индуктивности применяются, в частности, в фильтрах для сглаживания постоянного тока или для предотвращения передачи высокочастотных помех по кабелям. Катушки индуктивности широко используются в колебательных контурах радиопередатчиков и радиоприемников, а также для изготовления трансформаторов.

Высокодобротная катушка индуктивности без сердечника, установленная в радиопередатчике

В отличие от конденсаторов, которые препятствуют изменению напряжения, приложенного к их обкладкам, катушки индуктивности препятствуют изменению текущего в них тока. В отличие от конденсаторов, которые не пропускают постоянный ток, катушки индуктивности пропускают его легко. Они препятствуют только прохождению переменного тока или иного изменяющегося тока и их способность препятствовать прохождению тока и называется индуктивностью. Индуктивность обозначается символом L в честь российского физика Эмиля Ленца и измеряется в генри — единицах, названных в честь американского ученого Джозефа Генри.

В отличие от резисторов, которые препятствуют прохождению электрического тока вследствие падения напряжения на них, пропорционального протекающему току, катушки индуктивности препятствуют изменению протекающего через них тока. На них создается падение напряжения, прямо пропорциональное скорости изменения тока. Полярность индуцированного напряжения всегда такова, что это напряжение поддерживает изменяющийся ток в его текущем состоянии. Например, если ток растет, то напряжение препятствует этому росту и старается уменьшить ток. В то же время, если ток через катушку уменьшается, напряжение мешает этому уменьшению и поддерживает более высокий ток. Чем выше скорость изменения тока, тем больше амплитуда этого обратного напряжения. В связи с указанным свойством, это напряжение часто называют индуктивными выбросами или обратным током. Для того, чтобы как-то отличить это свойство от сопротивления, используют понятие реактивного сопротивления. Если к катушке индуктивности приложено синусоидальное напряжение, то при бóльших частотах катушка оказывает току большее сопротивление, следовательно, ее реактивное сопротивление также увеличивается, как показано на графике.

График зависимости реактивного сопротивления катушки XL индуктивности и текущего через нее тока I от частоты f для нескольких величин индуктивности показывает прямую пропорциональную зависимость от частоты реактивного сопротивления и обратную зависимость от частоты протекающего через катушку тока

Полное сопротивление Z, как и реактивное сопротивление, измеряется в омах (Ом) и состоит из двух частей — действительной и мнимой. Первая из них представляет собой активное сопротивление R, которое затрудняет протекание тока в материале с плохой проводимостью и зависит от формы этого материала. Вторая часть — это рассмотренное выше реактивное сопротивление X. Оно также затрудняет протекание тока, но не вследствие свойств и формы проводящего материала, а из-за того, что протеканию тока мешает электрическое и магнитное поля.

Если реальная катушка индуктивности подключена к источнику постоянного напряжения, через нее протекает постоянный ток, ограниченный только сопротивлением провода, из которого намотана катушка. Когда катушка подключается к источнику постоянного напряжения, ток через нее медленно повышается от нуля до максимального значения, которое определяется внутренним сопротивлением источника и внутренним сопротивлением витков катушки. ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке, препятствует резкому увеличению тока в ней. Эта ЭДС противодействует приложенному напряжению до тех пор, пока ток не достигнет максимального значения.

Если источник постоянного напряжения отключить от катушки, протекающий через нее ток постепенно падает до нуля. В этом случае опять возникает ЭДС самоиндукции, которая снова препятствует, на этот раз, уменьшению тока и которая старается поддержать ток в неизменном состоянии. В конце концов, ток постепенно уменьшается до нуля.

В чисто индуктивной цепи ток отстает от напряжения на π/2 радиан или 90°. 1 — в момент отрицательного максимума тока скорость его изменения нулевая и напряжение равно нулю; 2 — ток нулевой, скорость его изменения максимальная и напряжение равно положительному максимуму; 3 — ток положительный и максимальный, скорость его изменения нулевая и напряжение равно нулю; 4 — ток нулевой, скорость его изменения максимальная и напряжение равно отрицательному максимуму

Если к катушке индуктивности приложено переменное синусоидальное напряжение, ток отстает от напряжения на некоторый фазовый угол, как показано на графике. В идеальной катушке индуктивности этот угол будет равен точно 90° или четверти цикла. В точке (ωt = π/2), временнóй оси, где ток нулевой, напряжение на катушке достигает своего положительного максимума. Затем ток постепенно увеличивается и вокруг катушки создается магнитное поле, которое, в свою очередь, создает ЭДС самоиндукции, направленную противоположно току. Эта ЭДС является реакцией катушки на изменение протекающего через нее тока, и она максимальна, когда ток нулевой, так как в этой точке скорость изменения тока максимальная. Когда же ток достигает своего максимального значения (положительного или отрицательного), скорость изменения синусоидального тока становится нулевой и в этих точках максимумов ток ЭДС самоиндукции (определяемая этой скоростью) также равна нулю. Это приводит к тому, что синусоида напряжения не совпадает по фазе с током на угол 90° или π/2 радиан. То есть, напряжение опережает ток или ток отстает от напряжения.

Аналогичное явление можно наблюдать и в природе. Сравните: Солнце светит сильнее всего в астрономический полдень (солнечный свет — напряжение), однако самая жаркая часть дня обычно бывает через несколько часов после полудня (температура — ток). Или другой пример. День зимнего солнцестояния в северном полушарии (самый короткий день) — в конце декабря, однако самые холодные месяцы еще впереди. В зависимости от того, где вы живете, это будет январь или февраль. Вспомните поговорку «Солнце — на лето, зима — на мороз». Это как раз о поведении индуктивности, только в природной аналогии. Такой сезонный «сдвиг фаз» или отставание вызван поглощением энергии Солнца огромными массами воды в океанах. Они отдадут эту запасенную энергию, но позже — точно так же, как это делают катушки индуктивности.

День зимнего солнцестояния в северном полушарии — в конце декабря, однако самые холодные месяцы еще впереди. Именно так ведет себя ток в катушке индуктивности

Рассчитанный этим калькулятором импеданс представляет собой меру сопротивления катушки индуктивности протекающему через нее току на определенной частоте. Индуктивное реактивное сопротивление изменяется при изменении частоты приложенного переменного напряжения. Приведенные выше формула и график показывают, что реактивное сопротивление катушки индуктивности XL велико при высоких частотах и мало при низких частотах (конденсаторы ведут себя с точностью до наоборот). При высоких частотах индуктивное реактивное сопротивление становится очень большим и очень сильно противодействует протекающему току. С другой стороны, при очень низких частотах или при постоянном напряжении катушка индуктивности проводит очень хорошо — отсюда правило, которое мы выучили в школе: катушки индуктивности не пропускают переменный ток и пропускают постоянный. Если частота очень низкая, катушки индуктивности пропускают сигнал очень хорошо. Именно поэтому их устанавливают в фильтрах громкоговорителей (кроссоверах), чтобы высокие частоты не попадали на низкочастотные динамические головки.

Импеданс измеряется в омах, так же, как и сопротивление. Импеданс мешает прохождению электрического тока так же, как и сопротивление, и показывает как сильно катушка противодействует прохождению тока через нее. Но тогда возникает вопрос: в чем же разница между импедансом и сопротивлением? А разница заключается в зависимости импеданса от частоты приложенного сигнала. Сопротивление от частоты не зависит, а импеданс катушек индуктивности от частоты зависит. С увеличением частоты импеданс катушек уменьшается.

Этот калькулятор предназначен для расчета импеданса идеальных катушек индуктивности. Реальные катушки всегда имеют сопротивление, которое на эквивалентной схеме изображают включенным последовательно с индуктивностью. Для расчета импеданса реальных катушек индуктивности пользуйтесь калькулятором импеданса RL-цепей.

Катушки индуктивности в высокочастотном модуле телевизионного приемника

Автор статьи: Анатолий Золотков

9.2: Индуктивность и катушки индуктивности — Технические библиотеки

Для начала нам необходимо изучить взаимосвязь между электрическим током и магнитными полями в проводнике. Когда ток проходит через проводник, например провод, вокруг проводника создается магнитное поле, пропорциональное силе тока. Это показано на рисунке 9.2.1. .

Рисунок 9.2.1 : Магнитное поле вокруг проводника.

Магнитное поле можно представить в виде набора концентрических колец вокруг проводника, хотя для ясности на рисунке показаны только отдельные петли.Количество магнитных линий в данной области известно как магнитный поток и обозначается символом \(\Phi\) (греческая буква phi). Единицей магнитного потока является вебер, Вб, названный в честь Вильгельма Вебера, немецкого физика XIX века.

\[\text{Магнитный поток } \equiv \text{ количество магнитных линий, заключенных в данной области.} \label{9.1}\]

Обратите внимание, что магнитное поле проходит по всей длине проводника. Направление силовых линий соответствует правилу правой руки: если вы берете провод правой рукой так, что ваш большой палец указывает в направлении обычного тока, то ваши пальцы скручиваются в направлении магнитного поля.Это правило показано на рис. 9.2.2. .

Рисунок 9.2.2 : Правило правой руки. Источник изображения (модифицированный)

Если мы сформируем из проводника петлю, силовые линии соберутся в центр петли. Это показано на рисунке 9.2.3. . На этой диаграмме видно, что линии эффектно собираются в центре, уходя вглубь страницы.

Рисунок 9.2.3 : Магнитное поле вокруг петли.

Эффект улучшения можно усилить, добавив больше циклов в тандеме.Это называется соленоидом и показано на рис. 9.2.4. . Это самая основная форма индуктора.

Рисунок 9.2.4 : Соленоид.

Концентрирующее действие магнитного поля показано на рис. 9.2.5. . На этом рисунке катушка показана сбоку, как сечение отдельных петель. Точки внутри проводников указывают на то, что ток течет к вам, из страницы; в то время как кресты указывают на то, что ток течет на страницу.Линии потока выходят справа, зацикливаются и снова входят слева. Из-за ограниченного места вся петля для каждой линии не рисуется, и важно помнить, что линии магнитного потока не заканчиваются, а всегда создают петлю. Кроме того, хотя здесь оно показано в виде плоскости, это поле трехмерно, с линиями, петляющими как вглубь страницы, так и перед ней.

Рисунок 9.2.5 : Магнитное поле в соленоиде. Источник изображения

Так можно создавать электромагниты 1 .Северный полюс — это выходной конец (правая сторона) рисунка 9.2.5. в то время как южный полюс является входящим концом (левая сторона).

Если ток изменится, произойдет соответствующее изменение магнитного поля. Кроме того, это изменение поля индуцирует ток в проводнике, который создает магнитное поле, противодействующее первоначальному изменению поля. Это известно как закон Ленца. В качестве альтернативы можно сказать, что индуцированный ток, вызванный изменяющимся магнитным полем, будет противодействовать изменению исходного тока, вызвавшему это изменение исходного магнитного поля.

Здесь мы можем предложить правильное определение вебера:

\[1 \text{ weber } \equiv \text{ магнитный поток, который, действуя на одну петлю проводника, создает потенциал в 1 вольт, если поток уменьшается до нуля с равномерной скоростью в течение 1 секунды.} \метка{9.2}\]

В магнитных цепях нас также интересует плотность магнитного потока, которая представляет собой магнитный поток на единицу площади. Символ плотности потока \(B\) в единицах тесла (T), названный в честь Николы Теслы, сербско-хорватско-американского инженера и изобретателя.2 \метка{9.3}\]

Для справки: плотность магнитного потока Земли вблизи экватора составляет примерно 31 \(\мк\)Тл, а значение зазора звуковой катушки в громкоговорителе составляет примерно от 1 до 2 Тл, а медицинские МРТ-сканеры еще немного выше.

Наконец, мы подошли к определению индуктивности и ее единицы, генри:

\[\text{Индуктивность — это мера тенденции проводника сопротивляться изменению тока, протекающего по нему.} \label{9.2 \метка{9.6}\]

Где

\(Вт\) — энергия в джоулях,

\(L\) — индуктивность в генри,

\(I\) — сила тока в амперах.

Рисунок 9.2.6 : Простые размеры индуктора с воздушным сердечником.

Катушка индуктивности в простейшей форме состоит из ряда проволочных петель. Они могут быть намотаны на железный сердечник, хотя также может использоваться сердечник из цветного металла. Для простого однослойного индуктора, такого как изображенный на рисунке 9.2}{l} \метка{9.7}\]

Где

\(L\) — индуктивность в генри,

\(\mu\) — проницаемость материала заполнителя,

\(A\) — площадь поперечного сечения катушки,

\(N\) — количество витков или витков,

\(l\) — длина катушки.

Катушки индуктивности

также могут быть намотаны с использованием нескольких слоев или вокруг тороидального сердечника, и в этих конструкциях используются альтернативные формулы.

Типы индукторов и упаковка

Уравнение \ref{9.7} указывает, что для достижения высокой индуктивности нам нужен сердечник с высокой проницаемостью, причем проницаемость является мерой того, насколько легко установить магнитный поток в указанном материале. Вещества, такие как железо или феррит, обладают гораздо большей проницаемостью, чем воздух, и обычно используются для сердечников. У них есть недостаток в том, что они насыщаются раньше, чем воздушное ядро, и это может привести к искажению.

Рисунок 9.2.7 : Звукосниматель для электробас-гитары.

Другой подход состоит в том, чтобы упаковать как можно больше витков в пределах заданной длины.Один из способов сделать это — минимизировать толщину изоляции вокруг провода 2 . Этого можно добиться, используя тонкое эмалевое покрытие вместо обычной пластиковой изоляции. Второй метод заключается в использовании очень тонкой проволоки. Это приводит к двум проблемам, а именно к нежелательному увеличению эквивалентного последовательного сопротивления (известного в просторечии как сопротивление катушки или \(R_{катушка}\)) и ограниченной пропускной способности по току. Все эти эффекты должны быть сбалансированы для достижения наилучшей производительности для данного приложения.

Стоимость промышленных катушек индуктивности варьируется от долей наногенри для небольших «чиповых» катушек индуктивности для поверхностного монтажа до нескольких генри. Некоторые устройства имеют большую внутреннюю индуктивность, даже если они специально не используются в качестве катушек индуктивности. Одним из распространенных примеров является трансформатор. Другим примером является звукосниматель для электрогитары или баса, такой как показанный на рис. 9.2.7. со снятой крышкой. Такие устройства могут состоять из нескольких тысяч витков очень тонкой проволоки (обычно AWG 41–44) и достигать индуктивности более одного генри.

Различные катушки индуктивности показаны на рис. 9.2.9. , все из которых относятся к типу сквозных отверстий (индукторы для поверхностного монтажа не сильно отличаются от своих родственников резисторов и конденсаторов для поверхностного монтажа).

Рисунок 9.2.9 : Коллекция катушек индуктивности.

Два блока слева представляют собой литые катушки индуктивности и имеют стандартную цветовую маркировку, аналогичную той, что используется для резисторов и конденсаторов. Блок вверху (желтый) представляет собой сильноточный индуктор с низким \(R_{катушка}\).В трех катушках индуктивности в центре используются очевидные ферритовые сердечники, две из которых намотаны на прямые сердечники, а третья намотана на тороидальный сердечник. Блок справа использует материал с высокой проницаемостью в самом верху и обернут в пластиковую оболочку для защиты. Также возможны переменные катушки индуктивности, которые можно изготовить с использованием ферритового сердечника, который можно перемещать внутри катушек, эффективно изменяя проницаемость сердечника (частично ферритовый, частично воздушный).

Рисунок 9.2.10 : Схематические обозначения индуктора (сверху вниз): стандартный, регулируемый, железный/ферритовый сердечник.

Схематические обозначения катушек индуктивности показаны на рис. 9.2.10. . Стандартный символ находится вверху. Символ переменной катушки индуктивности находится посередине и представляет собой устройство с двумя выводами, чем-то напоминающее символ реостата. Внизу находится символ катушки индуктивности с железным, ферритовым или аналогичным сердечником с высокой магнитной проницаемостью. В общем, как и резисторы, одиночные катушки индуктивности не поляризованы и не могут быть вставлены в цепь задом наперед. Однако существуют специальные приложения, в которых несколько катушек могут быть намотаны на общий сердечник, и для них может иметь значение полярность их соединения.

Лист данных индуктора

Часть паспорта индуктора показана на рисунке 9.2.12. . На этой странице перечислены доступные размеры этой конкретной модели с соответствующими количествами. Мы видим, что эта модель доступна со значениями индуктивности в диапазоне от 1 \(\ мкГн) до 100 мГн. Допустимое отклонение меньших значений составляет \(\pm\)10%, а значений при 33 \(\mu\)H и выше составляет \(\pm\)5%. \(Q\) — это коэффициент качества, который особенно важен в цепях переменного тока (чем выше, тем лучше), наряду с соответствующей частотой \(f_Q\).Продолжая движение, мы находим \(I_R\). Это максимальный номинальный ток. Мы обнаружили, что для меньших значений они могут выдерживать более 2 ампер, в то время как более крупные устройства могут выдерживать только десятки миллиампер.

Рисунок 9.2.12 : Лист данных индуктора. Предоставлено ТДК

Наконец, мы приходим к \(R_{max}\). Это также известно как \(R_{катушка}\). Он представляет собой эквивалентное последовательное сопротивление катушки индуктивности. В общем, чем меньше, тем лучше. Для этой модели он колеблется от долей ома до нескольких сотен ом.Эта тенденция типична для индукторов; При прочих равных, чем больше индуктивность, тем больше значение соответствующего последовательного сопротивления. Во многих схемах нельзя игнорировать значение \(R_{coil}\).

Катушки индуктивности последовательно и параллельно

Предположим, мы возьмем две одинаковые катушки индуктивности и поместим их последовательно. Это эффективно удваивает как длину, так и количество петель. Из уравнения \ref{9.7} мы видим, что удвоение количества витков и длины удвоит индуктивность.2\) увеличивается в четыре раза, а длина уменьшается вдвое. Следовательно, катушки индуктивности добавляют значения так же, как последовательно соединенные резисторы. В более широком смысле, параллельные катушки индуктивности ведут себя как параллельные резисторы. Эквивалент параллельных катушек индуктивности можно найти, используя либо правило произведения суммы, либо взяв обратную величину суммы их обратных величин.

Пример 9.2.1

Найдите эквивалентную индуктивность сети, показанной на рис. 9.2.11. .

Рисунок 9.2.11 : Схема для примера 9.2.1 .

Катушки индуктивности 6 мГн и 12 мГн включены параллельно. Эквивалентное значение пары:

\[L_{параллельно} = \frac{L_2 L_3}{L_2+L_3} \не число\]

\[L_{параллельный} = \frac{6 mh22 mH}{6 mH+12 mH} \nonumber\]

\[L_{параллельно} = 4 мГн \не число\]

Эта комбинация включена последовательно с катушкой индуктивности 5 мГн. Таким образом, общая эквивалентная индуктивность составляет 4 мГн + 5 мГн или 9 мГн.

Зависимость тока от напряжения

Основное отношение тока к напряжению катушки индуктивности является зеркальным отражением отношения конденсатора:

\[\mathcal{v} = L \frac{di}{dt} \label{9.8}\]

Указывает, что напряжение на катушке индуктивности зависит от скорости изменения тока. Если ток не меняется (т. Е. В установившемся режиме), то напряжение на катушке индуктивности равно нулю. В этом случае индуктор ведет себя как короткое замыкание или, точнее, как его значение \(R_{катушка}\). Напротив, при быстром начальном изменении тока напряжение катушки индуктивности может быть большим, и поэтому катушка индуктивности ведет себя как разомкнутая.

Если мы изменим уравнение \ref{9.8} и находим скорость изменения тока, находим, что:

\[\frac{di}{dt} = \frac{\mathcal{v}}{L} \label{9.9}\]

Таким образом, если индуктор питается от источника постоянного напряжения, ток будет возрастать с постоянной скоростью, равной \(\mathcal{v}/L\). Например, рассматривая схему на рис. 9.2.11. , мы видим источник напряжения, питающий один индуктор. Если бы мы построили график зависимости тока катушки индуктивности от времени, мы бы увидели график, подобный рисунку 9.2.12. .

Рисунок 9.2.11 : Индуктор с источником напряжения.

Рисунок 9.2.12 : Ток индуктора в зависимости от времени.

С течением времени ток через индуктор увеличивается, протекая сверху вниз. С теоретически идеальными катушкой индуктивности и источником это будет продолжаться до тех пор, пока цепь находится под напряжением. В действительности эта линия либо начала бы отклоняться горизонтально, когда источник достиг своих пределов, либо катушка индуктивности вышла бы из строя, как только был бы достигнут максимальный допустимый ток или мощность.Наклон этой линии определяется размером приложенного источника напряжения и индуктивностью.

Пример 9.2.2

Определить скорость изменения тока через дроссель в цепи рис. 9.2.13 . Также определите ток катушки индуктивности через 10 мкс после включения питания.

Рисунок 9.2.13 : Схема для примера 9.2.2 .

Из уравнения \ref{9.9} скорость изменения тока составляет:

\[\frac{di}{dt} = \frac{\mathcal{v}}{L} \nonumber\]

\[\frac{di}{dt} = \frac{10V}{50 мГн} \nonnumber\]

\[\frac{di}{dt} = 200 A \text{ в секунду} \nonumber\]

Другими словами, каждую секунду ток увеличивается еще на 200 ампер.Таким образом, всего через 10 микросекунд он возрастет до 200 А/с, умноженных на 10 \(\мк\)с, или 2 мА.

Уравнение \ref{9.8} является ключом к пониманию поведения катушек индуктивности. Как отмечалось ранее, если катушка индуктивности управляется источником фиксированного напряжения и игнорирует \(R_{катушка}\), ток через нее возрастает с постоянной скоростью \(\mathcal{v}/L\). Это изменение тока через индуктор не безгранично. Мгновенное изменение требует, чтобы \(di/dt\) было бесконечным, и, следовательно, напряжение, управляющее катушкой индуктивности, также должно быть бесконечным, что совершенно невозможно.Поэтому мы можем указать особенно важную характеристику конденсаторов:

\[\text{Ток через индуктор не может измениться мгновенно.} \label{9.10}\]

Это наблюдение будет центральным при анализе работы катушек индуктивности в цепях постоянного тока.

Ссылки

1 Одно из самых крутых изобретений всех времен: магнит с выключателем.

2 Обмотанная проволока должна быть изолирована, иначе каждая петля закоротится на соседние с ней петли, и мы получим трубку вместо ряда петель.

Влияет ли монтажная ориентация катушки индуктивности SMPS на выбросы?

Спектр электромагнитных излучений, создаваемых импульсными источниками питания (SMPS), зависит от ряда параметров, включая размер горячего контура, скорость переключения (скорость нарастания) и частоту, входную и выходную фильтрацию, экранирование, компоновка и заземление. Одним из потенциальных источников выбросов является коммутационный узел, на многих схемах обозначаемый как SW. Медь узла SW может действовать как антенна, передавая шум, создаваемый быстрыми и эффективными событиями переключения высокой мощности.Это основной источник выбросов для большинства импульсных регуляторов.

Количество медных кабелей SW узла верхнего уровня, безусловно, должно быть сведено к минимуму, чтобы ограничить размер антенны. В монолитном импульсном регуляторе (переключатель питания внутри ИС) узел SW проходит от ИС до катушки индуктивности с короткой дорожкой на верхнем слое. С контроллером (переключатель питания, внешний по отношению к ИС контроллера коммутатора) узел ПО может быть автономным на коммутаторах, вдали от ИС. Медь узла SW подключается к одной стороне катушки индуктивности в топологиях понижающего и повышающего коммутатора.Из-за ряда задействованных параметров производительности размещение узла SW уровня 1 в плоскости XY печатной платы или на внутренних слоях является чем-то вроде черной магии (см. рис. 1).

Рисунок 1. Выделение узла SW в плоскости XY уровня 1 на драйвере светодиодов DC3008A LT8386 с низким уровнем электромагнитных помех. Рис. 2. Белая полоса на индукторе Coilcraft XAL отмечает короткий вывод катушки, поскольку выводы катушки не видны. Он указывает направление клемм и короткого провода. Подсоедините сюда высокое значение dv/dt для снижения уровня электромагнитных помех.

Геометрия индуктора

Конечно, узел SW также простирается вертикально (в плоскости Z), если рассматривать клеммы индуктора.Вертикальная ориентация выводов индуктора может усилить антенный эффект SW-узла и увеличить излучение. Кроме того, внутренние обмотки индуктора могут быть несимметричными. Даже если симметричные выводы катушки индуктивности указывают на скрытую в корпусе симметричную конструкцию, индикатор полярности в верхней части компонента говорит о другом. На рис. 2 показана внутренняя структура обмотки катушки индуктивности серии XAL компании Coilcraft. Намотка плоского провода начинается снизу компонента и заканчивается вверху, поэтому одна клемма оказывается намного короче другой в плоскости Z.

Кроме того, катушки индуктивности с открытым SW-узлом сбоку могут работать хуже, чем катушки с экранированным вертикальным металлом, как показано на рис. 3. Разработчик платы может выбрать катушки индуктивности с наименьшим количеством вертикальных и открытых выводов для снижения электромагнитных помех, но как насчет этого? ориентация двух выводов индуктора и относительное влияние на выбросы?

Выбросы рассказывают историю

Производительность тестируемой платы с низким уровнем выбросов представляет собой сочетание характеристик эмиссии микросхемы и компоновки.Даже при использовании монолитной ИС с низким уровнем выбросов необходимо соблюдать осторожность в отношении компоновки, а также учитывать сборку компонентов, критически важных для выбросов. Чтобы доказать это, мы исследовали ориентационные эффекты на плате основной катушки индуктивности L1 демонстрационной схемы LT8386 (см. рис. 4). В этом случае производитель катушки индуктивности, компания Coilcraft, указывает на коротком выводе катушки индуктивности серии XAL6060 белую линию на верхней метке компонента. Стандартные испытания кондуктивных помех (CE) и излучаемых помех (RE) согласно стандарту CISPR 25 в камере электромагнитных помех показывают, что направление размещения (см. рис. 5) этого индуктора критически влияет на рабочие характеристики.

Рис. 3. Обратите внимание на тип клеммы катушки индуктивности в конструкциях, чувствительных к электромагнитным помехам, а не только на ориентацию. Рисунок 4. Узел SW, выделенный на схематическом изображении драйвера светодиодов DC3008A LT8386 с низким уровнем электромагнитных помех. Поместите клемму короткой стороны в Ориентацию 1 и Ориентацию 2, чтобы сравнить полные результаты выбросов. Рисунок 5. Тестирование излучения катушки индуктивности Coilcraft XAL6060-223MEB с ориентацией на излучение с драйвером светодиодов DC3008A LT8386. Ориентация L1 1 (слева) с коротким терминалом на узле SW и ориентация L1 2 (справа) с длинным терминалом на узле SW.Результаты эмиссии показаны на рисунках с рис. 6 по рис. 8.

На рис. 6, рис. 7 и рис. 8 показано, что на характеристики эмиссии DC3008A напрямую влияет ориентация L1 на демонстрационной схеме без каких-либо других изменений компонентов. В частности, низкочастотный RE (от 150 кГц до 150 МГц) и FM-диапазоны CE (от 70 МГц до 108 МГц) имеют более низкие электромагнитные помехи с ориентацией 1, т. е. клемма короткой стороны размещена на узле SW. Нельзя игнорировать разницу от 17 дБмкВ/м до 20 дБмкВ/м в диапазоне AM.

Не все катушки индуктивности созданы одинаково. Направление намотки, форма клемм, форма клеммных соединений и даже материал сердечника могут варьироваться. Сила H-поля и E-поля с различными материалами сердечника и различиями в конструкции могут играть роль в различных излучениях среди индукторов. Тем не менее, это тематическое исследование выявляет проблемную область, которую можно использовать в наших интересах.

Рисунок 6. Излучаемые помехи показывают, что ориентация катушки индуктивности на DC3008A оказывает значительное влияние на результаты.С терминалом на короткой стороне, прикрепленным к узлу SW для самой маленькой антенны SW (красный), излучаемые излучения (RE) резко улучшаются. Рис. 7. Кондуктивная эмиссия (CE) методом измерения тока показывает улучшение (>3 МГц) при подключении короткой стороны катушки индуктивности к переключающему узлу по сравнению с альтернативной полярностью. Рис. 8. Кондуктивная эмиссия методом напряжения (CE) демонстрирует улучшение на частотах выше 3 МГц при подключении короткой стороны катушки индуктивности к переключающему узлу по сравнению с альтернативной полярностью.Катушки индуктивности

без индикатора поляризации

Ориентацию легко определить, если производитель катушки индуктивности указывает разницу во внутреннем размере клеммы с помощью шелкографии или точки сверху. Если для конструкции выбран один из этих индукторов, целесообразно указать маркировку на трафаретной печати печатной платы, монтажной схеме и даже на принципиальной схеме. К сожалению, некоторые катушки индуктивности не имеют индикатора поляризации или короткого замыкания. Структура обмотки внутри может быть близкой к симметричной, или может иметь место известная структурная разница.Здесь нет злого умысла — производители могут не знать об этом особом компромиссе в направлении сборки, присущем их продукту. Несмотря на это, мы предлагаем оценивать выбросы в обеих ориентациях в сертифицированной камере выбранного индуктора, чтобы обеспечить воспроизводимые высокоэффективные измерения.

Иногда нет внешней маркировки, и направление сборки индуктора неизбежно произвольное, но по другим параметрам индуктор желателен. Например, силовые катушки индуктивности из металлического сплава Würth Elektronik WE-MAPI имеют небольшие размеры и эффективны.У них есть терминалы, которые находятся только на нижней стороне корпуса. Каждая часть имеет точку сверху рядом с логотипом WE, но точка не указана в техпаспорте как индикатор начала намотки (см. рис. 9). Хотя поначалу это вызывает некоторую путаницу, ожидается, что деталь будет работать одинаково в обеих ориентациях сборки с довольно симметричной внутренней структурой обмотки. Таким образом, точка на верхней части микросхемы не должна указываться на шелкографии сборки. Тем не менее, при использовании в цепи, критичной к электромагнитным помехам, может быть целесообразно проверить в обоих направлениях, чтобы быть уверенным.

Другой пример: Würth WE-XHMI

Мы протестировали DC3008A с высокоэффективным индуктором Würth, начало обмотки которого указано точкой на упаковке и в паспорте (см. рис. 10). Катушка индуктивности 74439346150 15 мкГн отлично подходит для форм-фактора LT8386 и требований по току. Опять же, для сравнения с Coilcraft, тесты на выбросы проводятся с этой катушкой индуктивности, установленной в обоих направлениях (см. Рисунок 11).

Результаты (см. рис. 12) аналогичны индуктору Coilcraft.Результаты эмиссии показывают нам, что ориентация индуктора в сборке оказывает значительное влияние на эмиссию. В этом случае Ориентация 1 на Рисунке 11 явно является лучшим направлением для самых низких выбросов. Низкочастотный диапазон AM (RE) и диапазон FM (CE) явно лучше с ориентацией 1.

Рис. 9. В спецификации индуктора WE-MAPI точка начала обмотки не указана, хотя точка начала обмотки есть на верхней маркировке компонента. Эти катушки индуктивности могут не иметь эффектов направленного излучения, но их следует проверить, чтобы быть уверенным.Рис. 10. Начало обмотки индуктора серии WE-XHMI обозначено маркировкой на верхней части. Рис. 11. Тестирование излучения с ориентацией индуктора Würth 74439346150 («WE 150») с драйвером светодиодов DC3008A LT8386. Ориентация L1 1 (слева) с коротким окончанием обмотки на узле SW и ориентация L1 2 (справа) с длинным окончанием на узле SW. Результаты выбросов на рисунке 12 показывают, что для достижения наилучших результатов начало обмотки должно быть подключено к узлу SW.

2-Switch-Node Buck-Boost IC (следующие результаты)

Очевидно, что ориентация катушки индуктивности может влиять на излучение в драйвере повышающего светодиода с одним коммутационным узлом.Можно предположить, что вольтодобавочные регуляторы напряжения имеют одинаковые характеристические выбросы от узла SW, поскольку преобразование мощности и переключающие элементы одинаковы как в схемах регулятора напряжения, так и в схемах драйвера светодиодов.

Мы также можем предположить, что понижающие регуляторы имеют схожие приоритеты при проектировании узлов SW в отношении минимизации антенного эффекта выводов катушки индуктивности. Тем не менее, поскольку SW-узел понижающего стабилизатора находится ближе к входной стороне преобразователя, дальнейшая работа может помочь определить, одинаковы ли эффекты ориентации катушки индуктивности в областях RE и CE, что и у повышающего регулятора.

Для повышающе-понижающих преобразователей с двумя переключателями возникает некоторая проблема. Популярные повышающе-понижающие преобразователи, такие как в семействе синхронных повышающе-понижающих контроллеров с 4 переключателями LT8390, 60 В, имеют важные функции с низким уровнем электромагнитных помех, такие как SSFM и малая архитектура горячего контура. Конструкция с одним индуктором создает менее четкую картину того, как ориентация индуктора может влиять на выбросы. Если короткий терминал размещен на одном узле SW, то длинный терминал действует как антенна на другом узле SW.В этих проектах, какая ориентация лучше? Что происходит, когда все четыре переключателя переключаются в области работы с 4 переключателями (V IN близко к V OUT )?

Мы рассмотрим этот вопрос в следующей статье, где 4-переключательный повышающе-понижающий контроллер с двумя программными узлами тестируется на электромагнитные помехи относительно ориентации катушки индуктивности. Пища для размышлений: может быть, для этой топологии существует более двух вариантов, отстоящих друг от друга на 180°?

Рисунок 12. Излучаемые и кондуктивные помехи показывают, что ориентация сборки высокопроизводительного индуктора Würth 74439346150 оказывает значительное влияние на результаты эмиссии.

Заключение

Монтажная ориентация катушки индуктивности в импульсных стабилизаторах имеет значение. При измерении выбросов обратите внимание как на ориентацию индуктора, так и на его воспроизводимость — помните о любых различиях в отношении выбранного индуктора, проверяйте в обоих направлениях и четко сообщайте производителю платы о любых возможных ловушках при сборке, если ориентация не может быть определена. Улучшенные выбросы могут быть достигнуты простым поворотом индуктора на 180°.

Катушка тока — обзор

8.4.1 Вывод линейных моделей

Мы предполагаем, что смещения столба плазмы малы и осесимметричны, и игнорируем электрическое сопротивление и вязкость плазмы. Другими словами, мы ограничимся рассмотрением идеальной неинерционной плазмы в рамках классической магнитогидродинамической (МГД) теории. Мы также предполагаем, что плазма устойчива на альфвеновском временном масштабе и что наша линейная модель описывает только процессы на временном масштабе, сравнимом с постоянными времени проводящих структур.Нашей целью является получение матриц линейных уравнений (МЛУ), описывающих поведение плазмы и токов в окружающих проводящих структурах в равновесных условиях. В общем случае интересующая нас эволюция описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, а именно уравнением равновесия Грэда–Шафранова и электротехническими уравнениями для плазменных и контурных токов. Для решения используем численные методы. Для линеаризации используется модель реакции равновесной плазмы со свободной границей на возмущение токов в окружающих проводниках.Здесь мы следуем подходам, описанным в [1, 2].

Чтобы линеаризовать любые уравнения, мы должны определить набор состояний или переменных, которые определяют динамику линейной модели. Положение и эволюция формы плазмы зависят от токов в катушках полоидального поля и пассивных цепях.

Поэтому естественно использовать отклонения этих токов относительно начальных (базовых) значений в качестве состояний линейной модели: t и I 0 относятся к токам для исходной (базовой) конфигурации ( t  = 0).

Динамика токов (состояний) цепи выражается электротехническими уравнениями вида

(8.2)dΨdt+RI=U,

где ψ — вектор полоидального потока, осредненный по сечению цепи, Р — матрица сопротивлений цепей, а U — вектор внешних напряжений, приложенных к цепям. В линейном случае вектор ψ может быть выражен как

(8.3)Ψr,z,t≅Ψr0,z0,0+∂Ψ(i)∂I(j)I=I0δI,

, где ∂Ψ(i) ∂I(j)I=I0 – матрица с элементами ( I , j ), определяющая отклонение потока в цепи i при единичном отклонении тока в цепи j в момент времени t  = 0 .

Принимая во внимание уравнение (8.3), линеаризованное уравнение (8.2) записывается следующим образом:

(8.4)ddt∂Ψi∂IjI=I0δI   +RδI=δU,

для описания динамики отклонений тока в цепях δI ( t ).

ψ Flux — это линейное сочетание потока через цепь, ψ Ext , от внешних токов и собственного тока, а поток из плазмы, ψ P .Величина ψ p определяется изменением формы плазмы и собственного тока плазмы (здесь и далее изменения формы относятся к движению и деформации столба плазмы). В линейном приближении

(8.5)Ψpr,z,t≅Ψpr0,z0,0+∂Ψp∂IpI=I0δI+∂Ψp∂IpI=I0δIp,

, где ∂Ψpi∂IjI=I0 – матрица с элементами ( i ,j ), определяющий отклонения потока в контуре i за счет изменения формы плазмы при единичном отклонении тока в контуре j в момент времени t  = 0, а ∂Ψp∂IpI=I0 – вектор с элементами ( i ), который определяет изменение отклонения потока в контуре i при единичном отклонении тока плазмы в момент времени t  = 0.

Из уравнения. (8.5) видим, что линейная модель должна включать состояние δI p – отклонение тока плазмы от начального значения. Затем уравнение (8.4) принимает вид

(8.6)∂Ψexti∂IjI=I0ddtδI+∂Ψp∂II=I0ddtδI+∂Ψp∂IpI=I0ddtδIp+RδI=δU,

, где ∂Ψexti∂IjI=I0 — матрица с элементами ( ∂Ψexti∂IjI=I0) j ), который определяет отклонение потока в цепи i при единичном отклонении тока в цепи j в момент времени t  = 0 (матрица статической индуктивности).Введем обозначения

L1=∂Ψexti∂IjI=I0; L2=∂Ψpi∂IjI=I0; Mp=∂Ψp∂IpI=I0; L3=L1+L2

, чтобы привести уравнение. (8.6) с образованием

(8.7)L3ddtδI+MpddtδIp+RδI=δU.

В линейной системе (8.7) на одно уравнение не хватает числа состояний. Его следует дополнить уравнением, описывающим изменение тока плазмы δI p . Для этого примем в соответствии с МГД-теорией, что полоидальный поток «вморожен» в плазму в течение рассматриваемых периодов времени, так что

(8.8)Ψ¯=1Ip∫sjΨds=const,

, где j — распределение тока плазмы, S — сечение плазменного шнура. Мы линеаризуем уравнение (8.8) В отношении Δi и и P P P P состояния и получите

(8.9) ∂ψ¯∂iΔi + ∂ψ¯∂ipδip = 0,

или

(8.10) ΔIP =−∂Ψ¯∂IδI/∂Ψ¯∂Ip.

Путем замены уравнения. (8.10) в уравнение. (8.7) последнее принимает вид

(8.11)L∗ddtδI+RδI=δU,

, где L∗=L3−Mp(∂Ψ¯/∂I)/(∂Ψ¯/∂Ip).Эта линейная система отражает текущее поведение в активных и пассивных цепях, и уравнение. (8.9) описывает динамику тока плазмы.

Для описания эволюции формы плазмы введем вектор g ( t ), характеризующий параметры формы и положения плазмы. Этот вектор может включать такие параметры, как вытянутость и треугольность плазмы, положение точки X , расстояние между границей плазмы и заданными точками на первой стенке и т.д.Тогда

gt=∂g∂IδI+∂g∂IpδIp,

, что приводит к уравнению. (8.10), к

(8.12)gt=∂g∂I−∂g∂Ip∂Ψ¯∂I/∂Ψ¯∂IpδI.

Обозначим C≡(∂g∂I−∂g∂Ip∂Ψ¯∂I/∂Ψ¯∂Ip) и, таким образом, получим

(8.13)gt=CδI.

Таким образом, мы получаем требуемую МЛЭ, описывающую динамику токов цепи и эволюцию формы плазмы:

(8.14)L∗ddtδI+RδI=δUgt=CδI.

Экв. (8.14) позволяет анализировать эффективность пассивной стабилизации структур, окружающих плазму.Характеристикой, обычно используемой в этом контексте для вертикально вытянутой плазмы, является скорость роста неустойчивости плазмы (приращение), γ . Он определяется как сингулярное положительное собственное значение матрицы -L*-1R, связанное с неустойчивой вертикальной модой. Эта величина во многом определяет параметры источников питания для управления активными катушками. Как правило, чем выше это значение, тем выше частотные характеристики источника питания и требуемая мощность для управления. Другой характеристикой, обычно используемой в анализе пассивной стабилизации, является запас устойчивости, 90 277 м 90 278 90 253 90 277 с 90 278 90 254 .Давайте внимательно посмотрим на это.

Для неустойчивых плазменных конфигураций τ γ , обратное приращению, определяется как сингулярное положительное собственное значение MLE (8.14), то есть

(8.15)−L∗xu≡S−L1xu =τγRxu,

, где матрица L*≡L1−S; матрица S≡−[L2−Mp(∂Ψ¯/∂I)/(∂Ψ¯/∂Ip)]; матрица L1=∂Ψexti∂IjI=I0; R – матрица сопротивлений, а x u – распределение токов, индуцированных неустойчивым режимом, то есть собственный вектор, соответствующий приращению.Из уравнения (8.15) следует

(8.16)τγ=xuTL1xuxuTRxuxuTSxuxuTL1xu−1.

Теперь введем «резистивный» запас устойчивости

(8.17)μ=xuTSxuxuTL1xu−1,

и старшую постоянную времени пассивной структуры

(8.18)τS=xuTL1xuxuTRxu−1.

Тогда τ γ  =  τ S μ . Из уравнения Из (8.18) следует, что старшая постоянная времени пассивной структуры является усредненной величиной, которая может быть однозначно определена как x u .Отметим, что µ зависит от сопротивления проводников через x u .

Для перехода к «индуктивному» варианту запаса устойчивости подставим матрицу R в уравнение (8.15) с матрицей L1=∂Ψexti∂IjI=I0 и найти собственные значения m i и собственные векторы x i в задаче:

S−L1 xi=miL1xi,

, где индекс i пробегает значения от 1 до количества состояний в системе.Из уравнения (8.19) следует, что

(8.20)m1=xiTSxixiTL1xi−1.

Если любую матрицу (включая L *) умножить на положительно определенную матрицу (L1−1 или R ), количество положительных или отрицательных собственных значений не изменится, поэтому будет только одно положительное m i значение для одной положительной неустойчивой моды τ γ . Обозначим его как запас устойчивости м с .Если м с   < 0, то плазма либо устойчива по шкале постоянной времени пассивных структур, либо неустойчива по шкале альфвеновского времени.

Из уравнения. (8.20) можно показать, что м с зависит только от геометрии проводников. Собственный вектор x s , соответствующий запасу устойчивости m s , определяет распределение токов в проводнике за счет мгновенного смещения плазмы в направлении «неустойчивости».В физическом выражении м с , если нормировать, отражает различие между стабилизирующей силой, действующей на плазму токами, наведенными в идеально проводящих пассивных конструкциях при мгновенных вертикальных смещениях плазмы, и дестабилизирующей силой, обусловленной плазмой «удлинение» полоидальным полем. Следовательно, значение м с определяет, насколько близко должна располагаться пассивная структура для стабилизации плазмы: чем больше м с , тем ближе структура к плазме.При проектировании системы управления в настоящее время допустимо м с ≈ 0,5. Заметим, что даже при больших м с параметр τ γ (более важный для стабилизации плазмы) может быть мал из-за плохой проводимости пассивной структуры. m s и τ γ должны быть достаточно высокими, чтобы обеспечить приемлемый уровень стабилизации плазмы.Проще говоря, хорошо проводящая пассивная структура должна быть как можно ближе к плазме, насколько это позволяет конструкция.

Линейная модель (уравнение (8.14)) используется как основа для синтеза регуляторов замкнутых систем управления. Таким образом, он позволяет получить передаточную матрицу K ( s ), которая связывает сигналы датчика, определяющие положение, ток и форму плазмы, с напряжениями катушки управления ( s ), где s обозначает переменную Лапласа.

При проектировании системы управления положением, током и формой плазмы также важно определить возможные возмущения плазмы, которые должны подавляться системой управления. К ним относятся возмущения внутренней индуктивности плазмы l i и параметра β p , вызванные перестройкой профилей температуры и тока при «малых срывах». Такие возмущения мы вводим в нашу линейную модель. .

Пусть δξ — вектор возмущения. Затем электротехническое уравнение. (8.7) становится

(8.21)L3ddtδI+MpddtδIp+∂Ψ∂ξddtδξ+RδI=δU.

Экв. (8.9) отражающее вариации тока плазмы принимает вид

(8.22)∂Ψ¯∂IδI+∂Ψ¯∂IpδIp+∂Ψ¯∂ξδξ=0,

и уравнение, описывающее геометрию плазмы, принимает вид

(8.23)gt=∂g ∂IδI+∂g∂IpδIp+∂g∂ξδξ.

Замена δI p из уравнения (8.22) в уравнения (8.21) и (8.23), получаем искомое МЛЭ, учитывающее возможные возмущения параметров плазмы:

(8.24)L∗ddtδI+Mξddtδξ+RδI=δUg=CδI+Fδξ,

, где

Mξ≡∂Ψ∂ξ−Mp∂Ψ¯∂ξ/∂Ψ¯∂Ip,

∂∂2g,

2 и

2 и

2 ∂ξ−∂g∂Ip∂Ψ¯∂ξ/∂Ψ¯∂Ip.

В теории синтеза регуляторов уравнения объекта управления принято записывать в форме А, В, С, D. Из уравнения (8.24) следует, что в нашем случае они примут вид -1, D — нулевая матрица, а E≡−L*−1Mξ.

Исключая переменную (d/dt)δξ заменой x≡δI−Eδξ, получаем уравнение(8.25) к окончательному виду

(8.26)x˙=Ax+BδU+AEδξg=Cx+DδU+CE+Fδξ.

Теперь опишем процедуру расчета матричных коэффициентов линейной модели для заданной конфигурации плазмы. На рис. 8.1 показан пример конфигурации плазмы и положения точек на сепаратрисе, которые используются в качестве мишеней для управления формой плазмы. Схематически пассивная конструкция представлена ​​комбинацией внутреннего и внешнего осесимметричных колец внутри вакуумного сосуда и двойной оболочкой сосуда.Что касается катушек управления, то в линейной модели они описываются 11 цепями. Внутреннее и внешнее кольца разделены на три петли каждое. Внутренняя и внешняя оболочки вакуумного сосуда разделены на 25 осесимметричных петель каждая. В результате линейная модель содержит 67 состояний (контуров).

Рисунок 8.1. Петли в линейной модели, описывающие конфигурацию плазмы ИТЭР.

(Авторские права Организации ИТЭР, 2017 г.).

После идентификации состояний вычисляем матричные коэффициенты по следующему алгоритму:

а.

Расчет базовой конфигурации плазмы с использованием заданных токов полоидальной катушки и параметров плазмы. Как правило, базовые конфигурации получаются из моментальных снимков сценариев разряда. Базовая конфигурация рассчитывается с использованием кодов равновесия со свободной границей.

б.

Вычисление коэффициентов для матрицы L3=∂Ψ¯∂II=I0(см. уравнение 8.7)

через соотношение L3i,j≡∂Ψi∂IjI=I0≅ΔΨiΔIjпутем изменения j 9 ток цепи относительно базового значения.Здесь Δ ψ i — изменение потока в цепи ith , связанное с изменениями тока в цепи jth Δ I j 9 Лучшая точность достигается, когда берутся и затем усредняются несколько Δ I j вариаций тока, как положительных, так и отрицательных. Изменения тока не должны приводить к качественному изменению конфигурации плазмы. Например, при решении задачи со свободной границей конфигурация плазмы размером 90 277 X 90 278 точек не должна становиться ограничительной конфигурацией, и наоборот.Поскольку L 3  =  L 1  +  L 2 , в принципе достаточно определить коэффициенты матрицы L2=∂Ψp∂II=I0. Матрица L1=∂Ψext∂II=I0 выражается через статические индуктивности, которые зависят только от геометрии проводников. Следовательно, эту матрицу можно рассчитать заранее.

Коэффициенты матрицы Mp=∂Ψp∂IpI=I0 в уравнении (8.7) рассчитываются аналогично с той разницей, что ток плазмы варьируется: Mpj≡∂Ψp,j∂IpI=I0≅∆Ψp,j∆Ip.Коэффициенты, определяемые аналогичным образом, равны =I0≅ΔgiΔIp (см. уравнение 8.12).

Коэффициенты матриц для возмущений, учитываемых в линейной модели, равны Изменения Δ Ip и Δ ξ также не должны приводить к качественному изменению конфигурации плазмы.

г.

После завершения шага б) получить желаемую линейную модель в виде уравнения. (8.25) или уравнение (8.26). Параллельно анализировать характеристики линейной модели по критериям пассивной стабилизации или активной стабилизации (путем определения приращения, запаса устойчивости и т. д.).

Лаборатория 7 — схемы LR

Введение

Английский физик Майкл Фарадей обнаружил в 1831 году, что когда ток через катушку изменяется, катушка создает изменяющееся магнитное поле (в дополнение к полю изменяющегося тока), которое индуцирует электродвижущую силу («ЭДС») в самой катушке. .В 1834 году немецкий физик Генрих Ленц уточнил это, показав, что индуцированный ток, вызванный этой ЭДС, будет иметь направление, противоположное изменению первоначального тока. Мы называем это явление самоиндукцией, а катушки — индукторами. Когда Фарадей объявил о своем открытии, его спросили, какая возможная польза от такого знания? Его ответ был: «Какая польза от новорожденного?» Как и в случае со многими, казалось бы, загадочными открытиями, исследования Фарадея в области индукции привели к созданию нескольких распространенных и полезных современных электрических устройств.Катушки индуктивности, как и конденсаторы, влияют на временные характеристики цепи переменного тока (переменного тока) и поэтому используются для настройки радиоцепей, фильтрации нежелательных шумов и т. д. В телефонной трубке используется тип катушки индуктивности, как и в стереодинамике. системы и микрофоны. В этой лабораторной работе вы изучите влияние катушки индуктивности на ток и напряжение в простой цепи.

Обсуждение принципов

Индуктивность цепи, обычно обозначаемая как L и измеряемая в генри (Гн), представляет собой тенденцию цепи сопротивляться любым изменениям тока.Это противодействие изменению тока проявляется в замедлении роста или падения тока в цепях. Индуктивность является свойством электрических устройств. Устройства, обладающие этим свойством, называются индукторами . Индуктивность устройства, подобно сопротивлению и емкости, зависит от геометрических факторов, таких как размер устройства и материал, из которого оно изготовлено. Это не зависит от тока в устройстве. Рассмотрим простую схему, состоящую из переключателя, резистора R и батареи.Когда переключатель замкнут, ток I в цепи будет очень быстро увеличиваться до устойчивого значения, определяемого законом Ома,

I = ΔV / R,

, где

ΔV

— напряжение или ЭДС батареи. Рассмотрим ту же схему с добавлением катушки индуктивности, как показано на рис. 1.

Рисунок 1 : Цепь LR

Когда переключатель находится в положении 1, как показано на рис. 1 (а), нарастающий ток создает нарастающий магнитный поток в индукторе.Этот индуцированный магнитный поток создает электродвижущую силу (ЭДС), полярность которой противоположна полярности батареи, в результате чего возникает индуцированный ток, противоположный току батареи. Таким образом, ток нарастает медленнее, чем без катушки индуктивности. Насколько медленнее увеличивается ток, зависит от величины индуктивности и величины сопротивления. Несмотря на то, что время, необходимое току для достижения его конечного значения, больше, фактическое конечное значение такое же, как и то, которое было бы достигнуто без катушки индуктивности.Рассмотрим ситуацию, когда переключатель некоторое время находился в положении 1, а в цепи течет постоянный ток. Если теперь переключатель переместить в положение 2, как на рис. 1(b), батарея больше не является частью цепи. Катушка индуктивности предотвратит мгновенное падение тока до нуля. Так же, как индуктор сопротивлялся быстрому увеличению тока, он также сопротивляется быстрому уменьшению тока. Для схемы, показанной на рис. 1(а), петлевое уравнение Кирхгофа можно записать в виде Решение уравнения(1)

 

( 2 )

I = I f
1 − e (−R/L)t
где I f представляет конечный установившийся ток, протекающий в цепи через бесконечное время, R — сопротивление цепи, а L — индуктивность катушки. Из этого выражения видно, что ток увеличивается экспоненциально. Это показано на рис.2(а). Когда переключатель переводится в положение 2, для схемы, показанной на рис. 1(b), уравнение контура Кирхгофа теперь имеет вид Решение уравнения (3)

 

есть где I 0 представляет начальный максимальный ток в цепи при t = 0. Из этого выражения видно, что ток убывает экспоненциально. См. рис. 2(б).

Рисунок 2 : График зависимости тока от времени

Постоянная времени

Математический анализ простой LR-цепи подобен анализу простой RC-цепи (цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора и конденсатора).В цепи RL постоянная времени

τ  

определяется выражением Постоянная времени также определяется как время, за которое ток достигает 63% или

(1 − e −1 )

своего конечного значения. Обратите внимание, что уравнение (2) I = I f
1 − e (−R/L)t
имеет тот же вид, что и уравнение, описывающее зарядку конденсатора. Поскольку ток меняется со временем, разность потенциалов на резисторе также должна меняться со временем.Уравнение для разности потенциалов на резисторе получается с использованием закона Ома,

ΔV = IR,

( 6 )

ΔV R = ΔV f
1 − e (−t/ τ )
где

ΔV f  

— конечная или максимальная разность потенциалов на резисторе, равная ЭДС батареи. Обратите внимание, что при

t = 0, (1−e −t/ τ ) = 0

, а ток в цепи и разность потенциалов на резисторе равны нулю.Следовательно, падение потенциала происходит полностью на катушке индуктивности. При t = бесконечность (длительное время после того, как переключатель находился в положении 1),

(1 − e −t/ τ ) = 1 

, а также ток в цепи и разность потенциалов на резисторе максимальны на I f и

ΔV R .

Следовательно, падение потенциала полностью приходится на резистор, а падение потенциала на катушку индуктивности равно нулю. Без индуктора в цепи ток в резисторе очень быстро упадет до нуля, как только переключатель переместится в положение 2.Когда индуктор находится в цепи, он препятствует этому изменению тока, поэтому ток падает медленнее. Ток и напряжение на резисторе t секунд после извлечения батареи из цепи путем перевода переключателя в положение 2 определяются следующим образом.

( 8 )

ΔV R = ΔV 0 e (−t/ τ )  

Здесь

τ  

— время, необходимое для уменьшения тока до 33% от его первоначального значения при t = 0.Рассмотрим уравнение (7)

I = I 0 e (−t/ τ )  

и уравнение (8)

ΔV R = ΔV 0 e (−t/ τ )  

. При

t = 0, e −t/ τ = 1,

и ток через цепь и разность потенциалов на резисторе максимальны. Следовательно, падение потенциала полностью приходится на резистор, а падение потенциала на катушку индуктивности равно нулю. При t = бесконечность (длительное время после того, как переключатель находился в положении 2),

e −t/ τ = 0,

, а ток в цепи и разность потенциалов на резисторе равны нулю.Следовательно, падение потенциала полностью на катушке индуктивности, а падение потенциала на резисторе равно нулю. В любой момент времени t сумма падений потенциала на резисторе и катушке индуктивности будет равна ЭДС батареи.

( 9 )

эдс батарея = ΔV R + ΔV L  

Разность потенциалов

ΔV R

на резисторе как функция времени показана здесь на рис. 3 и рис.4 показано падение напряжения на катушке индуктивности в зависимости от времени. Обратите внимание, что когда напряжение на резисторе максимальное, напряжение на катушке индуктивности равно нулю, и наоборот, как обсуждалось ранее.

Рисунок 3 : Напряжение на резисторе как функция времени

Рисунок 4 : Напряжение на дросселе как функция времени

уравнение (6) ΔV R = ΔV F F F
1 — E (-T / τ )
могут быть алгебраически переставлены как: где

τ  

заменено на L / R .Взяв натуральный логарифм обеих частей этого уравнения и умножив на –1, мы получим

( 11 )

−ln
= t.

 

Если вы рассматриваете левую часть уравнения как одну переменную, скажем, y , тогда уравнение принимает вид

y = (R/L)t,

, что является линейным уравнением вида

y = mx.

Индуктивность можно определить по наклону этой линии. Точно так же уравнение(8)

ΔV R = ΔV 0 e (−t/ τ )  

можно записать как

( 12 )

−ln
= t.

 

График зависимости −ln
от времени t для уменьшающегося тока (вскоре после размыкания переключателя) даст прямую линию с наклоном R/L 9 можно определить индуктивность.

Использование прямоугольной волны для имитации роли переключателя

В этом эксперименте вместо переключателя мы будем использовать генератор сигналов, который может генерировать периодические волны различной формы, такие как синусоида, треугольная волна и прямоугольная волна. Также можно регулировать как частоты, так и амплитуды волновых форм. Здесь мы будем использовать генератор сигналов для создания изменяющегося во времени напряжения прямоугольной формы на катушке индуктивности, подобной показанной на рис. 5.

Рисунок 5 : Прямоугольная волна с периодом T

Выходное напряжение генератора сигналов изменяется туда и обратно от постоянного положительного значения до постоянного нуля вольт через равные промежутки времени t .Время

T = 2t

является периодом прямоугольной волны. В течение первой половины цикла, когда напряжение положительное, это похоже на то, что переключатель находится в положении 1. Во время второй половины цикла, когда напряжение равно нулю, это то же самое, что и переключатель в положении 2. Таким образом, прямоугольная волна, представляющая собой постоянное напряжение, которое периодически включается и выключается, служит одновременно и батареей, и переключателем в схеме, показанной на рис. Генератор сигналов позволяет выполнять это переключение многократно, и можно оптимизировать сбор данных, регулируя частоту повторения.Эта частота будет зависеть от постоянной времени цепи RL. Когда время t больше, чем постоянная времени

τ  

цепи RL, ток в цепи будет иметь достаточно времени для достижения установившегося состояния, а напряжение на дросселе будет таким, как показано на рис. 4. .

Цель

Цель этого эксперимента — изучить динамическое поведение цепи LR с помощью осциллографа для визуализации напряжения на резисторе как при возрастании, так и при уменьшении тока.Вы также определите постоянную времени и индуктивность катушки.

Оборудование

  • печатная плата ПАСКО
  • Программное обеспечение Capstone
  • Сигнальный интерфейс с выходной мощностью
  • Соединительные провода
  • Мультиметр

Процедура

Пожалуйста, распечатайте рабочий лист для этой лабораторной работы.Этот лист понадобится вам для записи ваших данных.

Настройка цепи LR

Печатная плата RLC, которую вы будете использовать, состоит из трех резисторов и одной катушки индуктивности среди других элементов. Номинал индуктора можно изменить, вставив в катушку железный сердечник. См. рис. 6 ниже. Теоретически у вас могут быть разные комбинации резисторов и конденсаторов. В этом эксперименте вы будете использовать резистор 10 Ом и катушку индуктивности.

Рис. 6 : Печатная плата RLC

1

Подключите крайнюю правую выходную клемму сигнального интерфейса к индуктору в точке 9.

2

Подключите точку 1 ко второй выходной клемме сигнального интерфейса, чтобы замкнуть цепь.

3

Подключите пробник напряжения к аналоговому каналу А.

4

Чтобы измерить напряжение на резисторе, подключите один провод пробника напряжения к точке 8, а другой — к точке 1. Убедитесь, что земля интерфейса (вывод «–») подключена к той же стороне резистора, что и земля генератора сигналов (выход питания). Ваша схема подключения должна выглядеть так, как показано на рис.7.

Рисунок 7 : Принципиальная схема

Контрольная точка 1:
Попросите вашего ТА проверить ваши подключения, прежде чем продолжить.

Процедура A: Определение

L по постоянной времени Компьютер будет работать как осциллограф для записи

ΔV R

и как генератор сигналов.

5

Откройте файл Capstone, связанный с этой лабораторией.Отображается экран, аналогичный рис. 8.

Рисунок 8 : Открытие экрана файла схемы LR

6

Файл должен открываться с генератором сигналов, настроенным на создание положительной прямоугольной волны.

7

Если это еще не установлено, установите напряжение на амплитуду 7 В с частотой на любое значение в диапазоне от 120 до 180 Гц и установите смещение напряжения на 7 В.

8

Включите генератор сигналов, нажав ON в окне генератора сигналов, и контролируйте сигнал, нажав МОНИТОР в главном окне.Должна получиться кривая сигнала, подобная той, что показана на рис. 9. Это позволит вам наблюдать, как напряжение на резисторе изменяется в зависимости от времени. Нажмите STOP через несколько секунд. Данные останутся в окне осциллографа до тех пор, пока не будет нажата кнопка START в следующий раз.

Рисунок 9 : Образец сигнала

9

Отрегулируйте шкалы напряжения (разности потенциалов) и времени так, чтобы в окне осциллографа отображалась примерно одна длина волны, поместив курсор на значения каждой шкалы и перетащив их влево-вправо или вверх-вниз в зависимости от ситуации.

10

Выберите кнопку Показать координаты из кнопок над графиком. См. рис. 10.

11

Используя Показать координаты , определите время начала (т. е. когда разность потенциалов начинает увеличиваться с 0 вольт) и запишите его на листе.

12

Рассчитайте 63% максимальной разности потенциалов (0,63

ΔV f ).

13

Используйте Показать координаты , чтобы определить время возникновения этой разности потенциалов.Запишите это время в рабочий лист.

Рисунок 10 : Показать координаты

14

Из двух значений времени, полученных на шагах 11 и 13, определите и запишите время, необходимое для перехода сигнала от

ΔV R = 0 до ΔV R = 0,63 ΔV f .

Это экспериментальное значение постоянной времени

τ .

15

Используйте мультиметр для измерения комбинированного сопротивления катушки и резистора последовательно.Это полное сопротивление цепи. См. Приложение К. Для этого удалите любые другие выводы проводов с печатной платы PASCO, а затем подключите мультиметр к комбинации резистора и катушки индуктивности, как показано на рис. 11.

Рисунок 11 : Физическая проводка для измерения полного сопротивления цепи RL

16

Рассчитайте экспериментальное значение индуктивности по уравнению. (5)

τ = Л/П.

и экспериментальные значения

τ

и R .Запишите это значение в рабочий лист.

17

Используйте значение индуктивности, напечатанное рядом с катушкой индуктивности на печатной плате PASCO, в качестве принятого значения и запишите его в рабочем листе.

18

Рассчитайте процентную ошибку между экспериментальным и принятым значениями индуктивности и запишите ее в рабочий лист. См. Приложение Б.

Контрольный пункт 2:
Попросите вашего ассистента проверить ваши данные и расчеты.

Процедура B: Измерение напряжения для увеличения тока

19

По записанной осциллограмме измерьте напряжение

ΔV R

на резисторе и время t для шести точек на восходящей части кривой.Запишите эти значения в Таблицу данных 1.

20

Из окончательной разности потенциалов и значений

ΔV R  

, которые вы только что записали, рассчитайте величины для оставшихся двух столбцов в таблице данных 1.

21

Используйте Excel для построения графика

−ln[(ΔV f − ΔV R )/ΔV f

по сравнению с t для шести точек. См. Приложение G.

22

Используя параметр линии тренда в Excel, чтобы нарисовать линию, наиболее подходящую для ваших данных, определите наклон линии.См. Приложение H. Запишите это в рабочий лист.

23

Используйте значение наклона, чтобы найти индуктивность, и запишите его в рабочий лист.

24

Рассчитайте процентную ошибку между принятым значением индуктивности и значением, полученным из наклона графика. Запишите это значение в рабочий лист.

Контрольная точка 3:
Попросите вашего ассистента проверить ваши данные, график Excel и расчеты.

Процедура C: Измерение напряжения для снижения тока

25

По записанной осциллограмме измерьте напряжение

ΔV R

на резисторе и время t для шести точек на падающей части кривой.Запишите эти значения в Таблицу данных 2. Обратите внимание, что

ΔV 0  

для падающей части кривой совпадает с

ΔV f  

для восходящей части кривой.

26

Из начальной разности потенциалов

ΔV 0  

и значений

ΔV R  

, которые вы только что записали, рассчитайте величины для оставшихся двух столбцов в таблице данных 2.

27

Используйте Excel для построения графика

−ln[(ΔV R )/ΔV 0 ]

против t для ваших шести точек.

28

Используя параметр линии тренда в Excel, чтобы нарисовать линию, наиболее подходящую для ваших данных, определите наклон линии и запишите это значение на листе.

29

По значению наклона найдите индуктивность и запишите ее в рабочий лист.

30

Рассчитайте процентную ошибку между принятым значением индуктивности и значением, полученным из наклона графика

−ln[(ΔV R )/ΔV 0 ]

по сравнению с t . Запишите это значение в рабочий лист.

Контрольная точка 4:
Попросите вашего ассистента проверить ваши данные, график Excel и расчеты.

Copyright © 2012 Advanced Instructional Systems, Inc. и Университет штата Северная Каролина | Кредиты

Символы схем электронных компонентов

Символы схем электронных компонентов Главная | Карта | Проекты | Строительство | Пайка | Исследование | Компоненты | 555 | Символы | Часто задаваемые вопросы | Ссылки
Провода | расходные материалы | устройства вывода | Переключатели | Резисторы | конденсаторы | Диоды | Транзисторы | Аудио и радио | Метры | Датчики | Логические ворота | Скачать символы

Следующая страница: Электричество и электрон
См. также: Принципиальные схемы

Символы цепи используются в принципиальных схемах, которые показывают, как электрическая цепь связаны вместе.Фактическое расположение компонентов обычно сильно отличается от схемы. диаграмма. Для построения схемы вам понадобится другая схема, показывающая расположение частей на картон или печатная плата.

Провода и соединения

Компонент  Обозначение цепи  Функция компонента
Проволока Очень легко пропускать ток из одной части цепи в другую.
Провода соединены «Клякса» должна быть нарисована там, где соединяются (соединены) провода, но иногда ее опускают. Провода, соединенные на «перекрестках», должны располагаться в шахматном порядке, образуя два Т-образных соединения. как показано справа.
Провода не соединены В сложных схемах часто необходимо рисовать пересекающиеся провода, даже если они не связанный.Я предпочитаю символ «мост», показанный справа, потому что простой переход на левое может быть неправильно истолковано как объединение, где вы забыли добавить «кляксу»!

Конденсаторы

Компонент  Обозначение цепи  Функция компонента
Конденсатор Конденсатор накапливает электрический заряд.Конденсатор используется с резистором в цепи синхронизации. Его также можно использовать в качестве фильтра, чтобы блокировать сигналы постоянного тока, но пропускать сигналы переменного тока.
Конденсатор, поляризованный Конденсатор накапливает электрический заряд. Этот тип должен быть подключен правильно. Конденсатор используется с резистором в цепи синхронизации. Его также можно использовать в качестве фильтра, чтобы блокировать сигналы постоянного тока, но пропускать сигналы переменного тока.
Переменный конденсатор В радиотюнере используется переменный конденсатор.
Подстроечный конденсатор Переменный конденсатор этого типа (подстроечный) управляется небольшой отверткой или подобным инструментом. Он предназначен для настройки, когда цепь создана, а затем оставлена ​​без дальнейшей настройки.

Диоды

Компонент  Обозначение цепи  Функция компонента
Диод Устройство, пропускающее ток только в одном направлении.
Светодиод
Светодиод
Преобразователь, преобразующий электрическую энергию в свет.
Стабилитрон Специальный диод, который используется для поддержания постоянного напряжения на его выводах.
Фотодиод Светочувствительный диод.

Транзисторы

Компонент  Обозначение цепи  Функция компонента
Транзистор NPN Транзистор усиливает ток.Его можно использовать с другими компонентами для создания усилителя или схемы переключения.
Транзистор PNP Транзистор усиливает ток. Его можно использовать с другими компонентами для создания усилителя или схемы переключения.
Фототранзистор Светочувствительный транзистор.

Датчики (устройства ввода)

Компонент  Обозначение цепи  Функция компонента
LDR Преобразователь, преобразующий яркость (свет) в сопротивление (электрическое свойство).
LDR = Светозависимый резистор
Термистор Преобразователь, преобразующий температуру (тепло) в сопротивление (электрическое свойство).

Наборы схемных обозначений для скачивания

Вы можете скачать полные наборы всех символов схемы, показанных выше. Наборы заархивированы для удобства и представлены в трех форматах:
  • Символы схемы WMF (32 КБ) — Метафайлы Windows.
    Эти векторные рисунки являются лучшим форматом для печати документов на большинстве компьютерные системы, включая Windows, где их можно использовать, например, в документах Word. Их можно увеличивать без потери качества. Если вы не уверены, какой формат лучше для вас, я предлагаю вам сначала попробовать этот.
  • Символы схемы GIF (43K) — Формат обмена графикой.
    Эти растровые изображения являются лучшим форматом для веб-страниц, но они плохо печатаются и их растровая природа станет очевидной, если их увеличить.Вы можете скачать отдельные символов, сохранив изображения, использованные выше на этой странице.
  • Символы схемы Drawfile (29K) — для компьютеров с ОС RISC (Acorn).
    Эти высококачественные векторные рисунки подходят практически для всех документов на Компьютер с ОС RISC. Все символы изначально были нарисованы в этом формате. Они отлично печатаются и могут быть увеличены без потери качества. К сожалению, этот формат НЕ подходит для компьютеров с ОС Windows.

Следующая страница: Электричество и электрон | Изучение электроники

© John Hewes 2007, Клуб электроники, www.kpsec.freeuk.com
Этот сайт был взломан с помощью ПРОБНОЙ версии WebWhacker. Это сообщение не появляется в лицензионной копии WebWhacker.

схемных символов — основные символы, которые вы должны знать

Чтобы иметь возможность читать схемы, вы должны знать символы схемы.Но вам не нужно запоминать их все. Для начала обычно достаточно знать аккумулятор, резистор, конденсатор, транзистор, диод, светодиод и переключатель.

Позже, когда вы столкнетесь с незнакомыми символами, вы сможете вернуться сюда, чтобы определить, что это такое.

Ниже приведен обзор наиболее часто используемых символов на принципиальных схемах.

Аккумулятор

Символ батареи показан ниже.

Предполагается, что большая и маленькая линии представляют собой один элемент батареи, поэтому на изображении ниже можно предположить двухэлементную батарею на 3 В.Но обычно люди просто рисуют символ батареи с одной или двумя ячейками, независимо от того, какое это напряжение.

Конденсатор

Конденсаторы либо поляризованы, либо нет. Символы, которые обычно используются для этих двух, показаны ниже.

Поляризованный конденсатор маркируется знаком «+». Важно различать эти два, потому что поляризованный конденсатор должен быть правильно размещен в соответствии со знаком «+».

Схематические обозначения поляризованных и неполяризованных конденсаторов

Резистор

Схематическое обозначение резистора рисуется двумя разными способами.Резистор американского типа нарисован в виде зигзагообразного резистора, а резистор европейского типа — в виде прямоугольного резистора.

Несмотря на то, что я из Европы, мне нравится рисовать зигзагообразную версию. Я думаю, что это легче рисовать и выглядит лучше.

Резистор американского типа Резистор европейского типа.

Потенциометр

Потенциометр рисуется по-разному. Символ обычно изображается в виде резистора со стрелкой на нем или направленным вниз, как показано ниже.

Диод

Семейство диодов имеет несколько различных символов, поскольку существует несколько различных типов диодов. Ниже представлены стандартный диод, стабилитрон, диод Шоттки и светоизлучающий диод (СИД).

Различные обозначения диодов

Схематические обозначения транзистора

Наиболее распространенными типами транзисторов являются транзистор с биполярным переходом (BJT), транзистор Дарлингтона и полевой транзистор (FET). Схематические символы для этих типов показаны ниже:

Символы транзисторов

Интегральная схема

Интегральная схема (ИС) обычно изображается в виде прямоугольной коробки с контактами.Ниже показан пример КМОП IC 4017.

Схематический символ для 4017 IC

Логические элементы

Вот схематические обозначения логических вентилей:

Логические ворота

Индуктор

Символ катушки индуктивности выглядит как спиральный провод, так как это, по сути, катушка индуктивности.

Трансформатор

Символ трансформатора выглядит как две катушки индуктивности с чем-то между ними. Это потому, что это в основном то, чем является трансформатор.

Символ трансформатора

Переключатель

Переключатель можно изобразить на принципиальной схеме различными способами. Ниже приведены несколько примеров:

Три разных символа переключателя

Операционный усилитель

Операционный усилитель или «операционный усилитель» представлен в виде треугольника с двумя входами и одним выходом. В некоторых случаях контакты блока питания удалены, но вам все равно нужно подключить их, чтобы он работал.

Силовые символы

На больших принципиальных схемах обычно имеется много подключений к источнику питания.Для упрощения обычно используются символы питания для земли и VDD (или VCC), как показано ниже.

Символы питания для земли и VDD

В цепях с двойным питанием, то есть положительным, нейтральным и отрицательным, у вас обычно есть третий символ питания, который выглядит как символ VDD, только перевернутый.

Фоторезистор

Символ фоторезистора или светозависимого резистора (LDR) выглядит как резистор в круге со стрелками, указывающими внутрь.

Кристалл

Кристалл — это компонент, используемый для создания стабильной тактовой частоты, часто для микроконтроллеров.На принципиальных схемах это выглядит так:

Предохранитель

Предохранители

часто используются в высоковольтных цепях. Символ предохранителя выглядит так:

.

Возврат от условных обозначений к электронным схемам

Обозначения индукторов/катушек/дросселей

Обозначения индукторов/катушек/дросселей/реакторов/индуктивностей

Символ Описание Символ Описание
Индуктор/катушка
Общий символ
+ Информация
  Индуктор/катушка
Индуктор/катушка
+ информация
  Индуктивность
+ Информация
 
Катушка индуктивности с сердечником FeSi   Стационарный индуктор с пылезащитным сердечником
Катушка индуктивности с сердечником FeSi
+ Информация
  Катушка индуктивности с ферритовым сердечником
Катушка индуктивности с ферритовым сердечником
+ информация
Индуктор с фиксированными соединениями   Бифилярный индуктор / Бифилярная катушка
+ Информация
Экранированный индуктор   Катушка индуктивности с сердечником насыщения
Реактор насыщения
+ Информация
Индуктивность с точками питания   Нелинейная индуктивность
Полярность катушки индуктивности
Если не указано, обычно катушки индуктивности не имеют полярности
+ Информация
  Реактор или дроссель
+ Информация

Обозначения переменных и регулируемых катушек индуктивности

Переменная катушка индуктивности
+ Информация
  Катушка индуктивности со ступенчатой ​​регулировкой
Переменный индуктор с сердечником ferroxcube   Катушка индуктивности со ступенчатой ​​регулировкой
Переменный индуктор с сердечником ferroxcube   Катушка индуктивности непрерывного действия с сердечником FeSi
Регулируемый индуктор   Регулируемый индуктор
Вариометр
+ информация
     

Символы устройств с катушками

Соленоид / дроссель
+ Информация
  Электромагнитная отклоняющая катушка
+ Информация
Электромагнит
Электромагнитный привод
  Линия задержки
+ Информация
Электромагнит   Катушки индуктивности / обмотки электродвигателя
+ Информация
Гониометр   Катушка зажигания двойного типа
Катушка зажигания одинарная      
Картинная галерея катушек индуктивности
Скачать символы
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2022 © Все права защищены.