Катушки индуктивности своими руками
Для того, чтобы создать магнитное поле и сгладить в нем помехи и импульсы, используются специальные накопительные элементы. Катушки индуктивности в цепи переменного тока и постоянного применяются для накопления определенного количества энергии и ограничения электричества.
Конструкция
Главное назначение катушек индуктивности ГОСТ 20718-75 – это накопление электрической энергии в пределах магнитного поля для акустики, трансформаторов и т. д. Их используют для разработки и конструирования различных селективных схем и электрических устройств. От конструкции (материала, количества витков), наличия каркаса зависит их функциональность, размеры и область использования. Изготовление устройств производится на заводах, но можно сделать их самостоятельно. Самодельные элементы несколько уступают по надежности профессиональным, но обходятся в разы дешевле.
Фото – схема
Каркас катушки индуктивности выполняется из диэлектрического материала. На него наматывается изолированный проводник, который может быть как одножильным, так и многожильным. В зависимости от типа намотки, они бывают:
- Спиральными (на ферритовом кольце);
- Винтовыми;
- Винтоспиральными или комбинированными.
Примечательной особенностью катушки индуктивности для электрических схем является то, что её можно намотать как в несколько слоев, так и нированно, т. е., с обрывками Если используется толстый проводник, то элемент может обматываться без каркаса, если тонкий – то только на рамку. Эти каркасы катушек индуктивности бывают различного сечения: квадратные, круглые, прямоугольные. Полученная намотка может вставляться в специальный корпус какого-либо электрического устройства или использоваться в открытом виде.
Фото – конструкция самодельного элемента
Для увеличения индуктивности используются сердечники. В зависимости от назначения элемента, варьируется используемый материал стержня:
- С ферромагнитным и воздушным сердечником применяются при высоких частотах тока;
- Стальные используются в условиях низкого напряжения.
Вместе с этим, в электротехнике активно используются индуктивные классические катушки без сердечника, которые можно сделать своими руками при помощи намотки на немагнитный контур.Такие устройства имеют некоторые преимущества перед «сердечными». У них большая линейность импеданса. Но, у тороидальной модели намотка на немагнитный каркас способствует появлению паразитной емкости.
Исходя из принципа работы, бывают такие типы:
- Контурные. Преимущественно используются в радиотехнике для создания колебательных контуров платы, работают вместе с конденсаторами. Для соединения используется последовательное подключение. Это современный вариант плоской контурной катушки Тесла;
- Вариометры. Это высокочастотные перестраиваемые катушки, индуктивностью которыми можно при необходимости управлять при помощи дополнительных устройств. Они представляют собой соединение двух отдельных катушек, при этом, одна подвижна, а вторая нет;
- Сдвоенные и подстроечные дроссели. Основные характеристики этих катушек: малое сопротивление постоянному току и высокое переменному. Дроссели изготавливаются из нескольких катушек, соединенных обмотками между собой. Их часто используют в виде фильтра для различных радиотехнических приборов, устанавливают для контроля помех в антенны и т. д.;
- Трансформаторы связи. Их конструктивной особенностью является то, что на одном стержне установлено от двух и более катушек. Они используются в трансформаторах для обеспечения определенной связи между отдельными компонентами устройства.
Маркировка катушек индуктивности определяется по количеству витков и цвету корпуса.
Фото – маркировка
Принцип действия
Схема работы катушек индуктивности активного действия основан на том, что каждый отдельный виток намотки пересекается с магнитными силовыми линиями. Этот электрический элемент необходим для того, чтобы извлекать электрическую энергию из источника питания и преобразовывая её сохранять в виде электрического поля. Соответственно, если ток цепи увеличивается – то расширяется и магнитное поле, но если он уменьшается – поле будет неизменно сжиматься. Эти параметры также зависят от частоты и напряжения, но в целом, действие остается неизменным. Включение элемента производит сдвиг фаз тока и напряжения.
Фото – принцип работы
Помимо этого, индуктивные (каркасные и бескаркасные) катушки обладают свойством самоиндукции, его расчет производится исходя из данных номинальной сети. В многослойной и однослойной обмотке создается напряжение, которое противоположно напряжению электрического тока. Это называется ЭДС, определение электродвижущей магнитной силы зависит от показателей индуктивности. Её можно рассчитать по закону Ома. Стоит отметить, что независимо от напряжения сети, сопротивление в катушке индуктивности не изменяется.
Фото – соединение отдельных выводов элементов
Связь индуктивности и понятия (изменения) ЭДС можно найти по формуле εc = – dФ/dt = – L*dI/dt, где ε – это значение ЭДС самоиндукции. И если скорость изменения электрической энергии будет равна dI/dt = 1 A/c, то и L = εc.
Видео: расчет катушки индуктивности
Вычисление
Основные характеристики катушки индуктивности: добротность, индуктивность, потери, резонанс, паразитарная емкость и ЭДС. Также прибор зависит от ТИК – температурного коэффициента.
Для того чтобы рассчитать различные параметры, используются специальные физические формулы. К примеру, простейший колебательный контур состоит из катушки и конденсатора, он рассчитывается по следующей формуле:
Формула – формула колебательного контура
Где L – это сам элемент, накапливающая магнитную энергию.
В это же время, период свободных колебаний этого контура вычисляется по:
Формула – период свободных колебаний
Где C – это конденсатор, реактивный элемент схемы, отдающий накапливающий электрическую энергию конкретной цепи. Величина индуктивного сопротивления в такой цепи вычисляется по XL = U/I. Здесь X – это емкостное сопротивление. При расчете резистора в пример вставляются основные параметры этого элемента.
Индуктивность соленоида определяет формула:
Формула – индуктивность катушки-соленоида
Помимо этого, уровень индуктивности имеет определенную зависимость от температуры на плате. Параллельное подключение нескольких деталей, изменение плотности и размеров витков обмотки и прочие параметры влияют на основные свойства этого элемента.
Фото – зависимость от температуры
Чтобы узнать параметры катушки индуктивности, можно использовать различные методы: измерить мультиметром, испытать на осциллографы, проверить отдельно амперметром или вольтметром. Эти варианты очень удобны тем, что в них в качестве реактивных элементов применяются конденсаторы, электропотери которых очень малы и могут не учитываться в расчетах. Иногда с целью упростить задачу применяется специальная программа расчета и измерения нужных параметров. Это позволяет значительно упростить выбор нужных элементов для схем.
Купить катушки индуктивности (SMD 150 мкГн и другие) и провода для их намотки можно в любом электротехническом магазине, их цена варьируется от 2 долларов до нескольких десятков.
Катушка индуктивности
Что вы себе представляете под словом «катушка» ? Ну… это, наверное, какая-нибудь «фиговинка», на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции.
Изоляция может быть из бесцветного лака, из ПВХ-изоляции и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности своими руками, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!
Индуктивность
Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью. Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется с помощью LC — метра.
Что такое индуктивность? Если через провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:
А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение
И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:
Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с Силой тока (I), а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:
С научной же точки зрения, индуктивность — это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается , то магнитное поле сжимается.
Самоиндукция
Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.
Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома:
I — сила тока в катушке , А
U — напряжение в катушке, В
R — сопротивление катушки, Ом
Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.
И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности — источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.
То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть в разы больше, чем было до размыкания цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.
Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.
Типы катушек индуктивности
Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником. Снизу на фото катушка с немагнитным сердечником.
Но где у нее сердечник? Воздух — это немагнитный сердечник :-). Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.
А вот катушки индуктивности с сердечником:
В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.
Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:
Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.
Дроссель
Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель — это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.
Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:
Также существует еще один особый вид дросселей — это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.
Что влияет на индуктивность?
От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов. Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC — метр мне показывает ноль.
Имеется ферритовый сердечник
Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край
LC-метр показывает 21 микрогенри.
Ввожу катушку на середину феррита
35 микрогенри. Уже лучше.
Продолжаю вводить катушку на правый край феррита
20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине. Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности в переменных катушках индуктивности:
1 — это каркас катушки
2 — это витки катушки
3 — сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.
Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки
Индуктивность стала почти 50 микрогенри!
А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту
13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо «виток к витку».
Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.
Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз. Вывод: чем меньше количество витков — тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.
Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.
Отдалим витки катушки друг от друга
Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.
Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.
Офигеть! Увеличил количество витков в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.
Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от «витков в квадрате». Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.
Обозначение на схемах
Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности
При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.
А при параллельном соединении получаем вот так:
При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек. Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.
Резюме
Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.
Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:
Как выбрать катушку индуктивности?
Звуковые характеристики катушки определяются не только сердечником и качеством производства, но также и типом проводника. Чтобы получить соответствующие катушки для каждого типа применения, используются три материала высокой чистоты.
- Беcкислородная медь (OFC)
Катушки, в которых в качестве материала проводника использована беcкислородная медь (чистая медь 99,997%), характеризуются гармоничным и объемным воспроизведением музыки, богатым деталями, а также имеют отличное соотношение цена/качество. - Чистое серебро
Вследствие способности серебра передавать голоса и инструменты с большей динамикой, детальнее, с более широкой сценой и более насыщенными тембрами по сравнению с медью, катушки из чистого (99,99%) серебра высоко ценятся и являются предпочтением для большого числа ценителей хорошего звука. - Сплав золота с серебром
99% серебра + 1% золота = 100% музыки.
Этот сплав не только для конденсаторов самого высокого класса, таких как MCap® SUPREME Classic Silver-Gold.Oil, или аудиокабелей, но и для катушек индуктивности. Чистое золото (99,99%) изменяет кристаллическую структуру серебра и оптимизирует его высокую проводимость. Применение такого сплава позволяет раскрыть всю полноту тембров и характер голосов и инструментов, воспроизвести музыкальное произведение во всех мельчайших деталях без каких либо искажений оригинала. С одной стороны кристально чистое воспроизведение становится в тоже время живым и теплым, отображая ясную, четко локализованную музыкальную картину. Чистота и точность передачи, объединенная с живостью и насыщенностью тембров, отличает этот материал от других.
Воспроизведение музыки с катушками из цельных круглых в сечении проводов (также называемых SolidCore) отличается живостью и точностью, также как и высокой тональной нейтральностью. Еще одним преимуществом круглого проводника являются очень компактные размеры катушки. Как и все катушки MUNDORF, катушки из этих проводов собираются и наматываются вручную в Германии с использованием специальных машин, обеспечивающих наивысшую точность.
Они являются самыми экономически выгодными проводами для аудиокатушек индуктивности и доступны с диаметрами от 0,5 до 3,9 мм. Однако такие катушки не имеют дополнительной фиксации проводников и поэтому уступают другим типам катушек, производимых MUNDORF. При прохождении переменного сигнала возникает вибрация обмотки катушки. Вследствие микрофонного эффекта (преобразования механической энергии колебаний витков катушки обратно в электрические колебания) дополнительные колебания добавляются к основному сигналу, что приводит к искажениям деталей звукового сигнала. Это отражается как в ухудшении пространственного отображения звука, так и в неестественном воспроизведении тембров. Однако такой нежелательный эффект может быть полностью устранен при использовании запекания в лаке или вакуумной пропитки.
Проводник в спеченном лаке
Эти катушки имеют круглый в сечении проводник из чистой меди OFC, покрытый слоем лака. После намотки катушки она нагревается при помощи электрического импульса, что приводит к плавлению слоя лака. После охлаждения отдельные обмотки оказываются крепко связаны друг с другом спеченным лаком, что препятствует появлению вибраций обмоток и искажению сигнала. К сожалению, такой тип катушек доступен только с диаметром проводника от 0,5 до 1,4 мм. Для больших диаметров используется вакуумная пропитка.
Вакуумная пропитка представляет собой процедуру, настолько же эффективную как фиксация проводников при нагреве лака, но используемую для проводников с большим диаметром (от 2 до 3,9 мм). В ходе этой операции катушка пропитывается специальным лаком под действием вакуума вплоть до самых глубоких внутренних витков. Затем пропитанная катушка сушится при 130°С. Таким образом вся катушка превращается практически в монолитное сооружение.
Использование сборки, состоящей из семи отдельных изолированных и связанных друг с другом проводов, позволяет добиться живого и мягкого воспроизведения тембров, в то же время передавая все мельчайшие детали звука. За эти характеристики такие катушки высоко ценятся аудиолюбителями и проектировщиками аудиооборудования, особенно когда требуется сделать звучание акустической системы более детальным и четким без негативного влияния на прозрачность и тональную насыщенность.
Такие характеристики этих катушек обусловлены использованием круглых в сечении проводников в сборке особого типа. Спеченная обмотка и усиленное шасси катушки образуют катушку индуктивности с наивысшей механической стабильностью и равновесием. Таким образом, искажения и изменения окраски звука полностью отсутствуют. Кроме того, большая площадь поверхности семи жил сборки увеличивает эффективную проводимость высокочастотного сигнала (вследствие скин-эффекта). Семижильная сборка 7×0,6 мм соответствует одножильному проводнику диаметром 1,6 мм.
Катушки из фольги
При использовании катушек из цельнометаллической фольги (также известных как ленточные катушки), воспроизведение музыки приобретает невероятную динамику, отличную детальность и объемность, при этом обладая самыми низкими искажениями звука. Даже самые тонкие нюансы звука передаются абсолютно реалистично, полностью раскрывая замысел исполнителя. Вследствие таких характеристик ленточные катушки MUNDORF стали неотъемлемой частью многих аудиокомпонентов высшего класса.
Витки такой катушки намотаны друг на друга, поэтому ленточные катушки гораздо ближе к физически идеальной катушке индуктивности, чем любые другие конструкции катушек. Это, к примеру, отражается на параметрах катушки, которые остаются неизменными вплоть до 100 кГц. Кроме того, эти катушки обладают низкой емкостью, несмотря на сходство конструкции обмотки с конденсатором, что препятствует искажению высоких частот. Большая площадь поверхности фольги увеличивает эффективную проводимость на высоких частотах (как следствие скин-эффекта).
Еще одной заметной особенностью является высокая механическая стабильность этого типа катушек, которые тщательно скрепляются вручную. Вследствие большой площади контакта между витками обмотки и использования пластичной изоляции колебания отдельных витков эффективно гасятся. Таким образом, ленточные катушки имеют самый низкий уровень вибрации из всех типов катушек. Ленточные катушки имеют несколько вариантов ширины фольги, соответствующих использованию круглого в сечении проводника с диаметрами 1,25 мм, 1,60 мм, 2,00 мм и 2,50 мм.
Выбор сердечника катушки
Качество воспроизведения при использовании катушки индуктивности зависит не только от материала проводника и качества изготовления, но также и от типа сердечника. Поскольку каждый материал сердечника имеет свои преимущества и недостатки, катушки имеют четыре различных материала сердечника, тем самым образуя семь различных типов сердечников. Это позволяет подобрать необходимую катушку для каждой отдельной задачи.
Чтобы предотвратить микрофонный эффект, все катушки MUNDORF наматываются на каркас катушки. Это обеспечивает необходимую стабильность катушки, механически развязывает катушку от платы (места установки) и вдобавок упрощает процесс производства.
Воздушные катушки (Air сoils)
Идеальным материалом сердечника для катушки является воздух. Катушки с воздушным сердечником превосходят по характеристикам все катушки с металлическими сердечниками, как по точности передачи импульса, так и по отсутствию искажений звукового сигнала. Они могут быть использованы в любой цепи, и для фильтра пропускающего высокие частоты, как катушку для басового динамика (с большой площадью сечения проводника) или для корректировки компонентов (с малой площадью сечения проводника).
Точность, динамика, тонкие тональные оттенки, высокая детальность и живое воспроизведение звука отличает катушки с воздушным сердечником от других. Таким образом, они являются основой реалистичного и гармоничного звучания акустических систем высокого класса.
Катушки с сердечником
Катушки с сердечником имеют металлический сердечник, который усиливает магнитное поле катушки. По сравнению с воздушными катушками они имеют меньшие размеры, меньшую стоимость, более высокую индуктивность и более низкое активное сопротивление. Однако катушки с металлическим сердечником оказывают негативное влияние на качество звука.
Ферритовый сердечник (Ferrite core)
Такие сердечники получают спеканием метало-пластиковой пудры. Сделанный в Германии материал феррита НР3616, используемый в этих сердечниках, имеет значительно более высокие характеристики, чем материал, произведенный в Азии, часто используемый в других катушках. Для этого материала характерны низкие искажения сигнала и высокая реверсивность магнитного поля (равно и изменение ориентации поля). Музыкальный сигнал имеет сильную задержку, поэтому катушки с ферритовыми сердечниками подходят для использования в цепях коррекции, а также в среднечастотном диапазоне. Однако, только протестированный материал НР3616, удовлетворяющий определенным требованиям по устойчивости и уровню искажений, может быть пригоден для использования в средне-низкочастотном диапазоне и даже в низкочастотной области для усилителей с более низкими характеристиками.
Аронитовый сердечник (Aronit core)
Эти сердечники (также известные как Р-сердечники) состоят из метало-керамической пудры высокой плотности. Сделанные в Германии ферритовые стержни «Wicon» обеспечивают очень низкий уровень искажений, даже при очень высоких нагрузках. Вследствие их компактных размеров, низкого активного сопротивления и отличного соотношения цена/качество они могут быть использованы даже в басовых секциях фильтров акустических систем и сабвуферов.
Фероновый сердечник (Feron core)
Он состоит из железно-кремниевого сплава (также называемый электрическими листами). Высококачественные трансформаторные пластины прокатаны и проштампованы несколько раз в ходе особых операций таким образом, что кристаллы становятся ориентированными в одном направлении, а также кристаллическая решетка становится более однородной. Таким образом, катушки MUNDORF с фероновым сердечником заметно отличаются от обычных катушек того же типа как по результатам измерений, так и по результатам прослушиваний.
Они выделяются вследствие минимальных искажений, минимальных потерь при изменении ориентации магнитного поля и стабильности параметров при высоких нагрузках. Таким образом, они хорошо подходят для различных задач.
Катушки с нулевым сопротивлением (ZOC)
Эти катушки производятся только компанией MUNDORF. Воздушный зазор между двумя наборами фероновых пластин в таких катушках калибруется и точно подстраивается вручную. Этот воздушный зазор определяет индуктивность катушки и требует большого внимания в процессе производства. Высокие затраты на производство этих катушек окупаются максимальной точностью передачи импульса, а также музыкального сигнала. Особая форма феронового сердечника позволяет получить более низкое внутреннее сопротивление по сравнению с другими типами сердечников.
Поделитесь статьёй: 
Как подобрать катушку индуктивности
Катушки индуктивности и расчеты
Катушки индуктивности, в отличии от проводников, не обладают стабильным сопротивлением. Однако, для них существует определенная математическая зависимость между напряжением и током :
Как видите, эта формула похожа на аналогичную формулу «Закона Ома» для конденсатора. Она связывает одну переменную (в нашем случае напряжение на катушке индуктивности) со скоростью изменения другой переменной (тока через катушку). И напряжение (u) и скорость изменения тока здесь (di/dt) мгновенны: они берутся в определенный момент времени. Величина скорости изменения тока (di/dt) выражается в амперах в секунду , и имеет положительное значение при увеличении тока, и отрицательное значение при его уменьшении.
Поведение катушки индуктивности (по аналогии с конденсатором) тесно связано с переменной времени. Если не учитывать внутреннее сопротивление катушки индуктивности (ради чистоты эксперимента мы принимаем его равным нулю), то напряжение на ее выводах будет зависеть от изменения тока во времени.
Давайте предположим, что мы подключили идеальную катушку индуктивности (имеющую нулевое сопротивление провода) к цепи, позволяющей измерить ток через эту катушку при помощи потенциометра:
Если механизм потенциометра находится в одном положении (ползунок неподвижен), то соединенный последовательно с ним амперметр зарегистрирует постоянный (неизменный) ток, а подключенный к катушке индуктивности вольтметр покажет 0 вольт. Так как ток в этом случае постоянен, скорость его изменения (di/dt) будет равна нулю. Посмотрев внимательно на вышеприведенное уравнение можно сделать вывод, что при нулевом значении du/dt мгновенное напряжение на катушке так же будет равно нулю. С точки зрения физики, если ток будет постоянным (неизменным), то постоянным будет и произведенное катушкой индуктивности магнитное поле. При отсутствии изменений магнитного потока (dΦ/dt = 0 Вебер в секунду) индуцированное напряжение будет равно нулю.
Если ползунок потенциометра медленно перемещать вверх, то его сопротивление будет медленно уменьшаться. Ток в цепи при этом будет возрастать, что можно увидеть по медленному отклонению стрелки амперметра:
Если ползунок потенциометра перемещать с постоянной скоростью, то ток в цепи будет нарастать равномерно, а значит, отношение di/dt будет иметь фиксированное значение. Это значение, умноженное на индуктивность (так же имеющую фиксированную величину), даст нам постоянное напряжение некоторой величины. С точки зрения физики, постепенное увеличение тока приведет к росту магнитного поля. Увеличивающийся магнитный поток поля создаст в катушке индуцированное напряжение, выраженное уравнением Фарадея: e = N(dΦ/dt). Это напряжение принимает такую полярность, которая пытается противодействовать изменению тока. Другими словами, полярность напряжения, индуцированного в результате увеличения тока, будет ориентирована против направления этого тока, чтобы сохранить его величину на прежнем уровне. Это явление демонстрирует более общий принцип физики, известный как Правило Ленца , который гласит : Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.
В этом случае катушка индуктивности выступает в качестве нагрузки. Она имеет отрицательную полярность индуцированного напряжения со стороны входа потока электронов, и положительную полярность — со стороны выхода.
Если мы будем двигать ползунок потенциометра в том же направлении, но с различной скоростью, то получим следующий график:
Обратите внимание: напряжение на катушке индуктивности в любой момент времени пропорционально скорости изменения (наклону линии) тока. Когда линия тока на графике растёт быстро (крутой подъем), напряжение имеет большое значение. Когда линия тока растет медленно (пологий подъем), напряжение имеет маленькое значение. В одном месте графика можно увидеть строго горизонтальный отрезок линии тока (нулевой наклон, представляющий период времени, когда ползунок потенциометра не двигался вообще), при котором напряжение упало до нулевой отметки.
Если мы будем двигать ползунок потенциометра вниз, то его сопротивление увеличится, а ток в цепи уменьшится (отрицательное значение для di/dt). Катушка индуктивности всегда выступает против любого изменения тока, полярность индуцированного ей напряжения будет противоположна направлению этого изменения:
Величина производимого катушкой индуктивности напряжения конечно же зависит от скорости уменьшения тока. Как гласит Закон Ленца, индуцированное напряжение будет противоположно изменению тока. При уменьшении тока полярность напряжения будет ориентирована таким образом, чтобы попытаться сохранить величину этого тока на прежнем уровне. В данном случае катушка выступает в качестве источника. Она имеет положительную полярность индуцированного напряжения со стороны входа потока электронов, и отрицательную полярность — со стороны выхода. Чем быстрее уменьшается ток, тем больше напряжения будет производить катушка индуктивности за счет высвобождения накопленной энергии.
Запомните, величина индуцированного идеальной катушкой индуктивности напряжения прямо пропорциональна скорости изменения протекающего через нее тока. Единственным различием между эффектами снижения увеличения тока является полярность индуцированного напряжения. При одинаковой скорости уменьшения/увеличения тока, величина напряжения будет одинаковой. Например, при скорости изменения тока (di/dt) -2 ампера в секунду будет произведено такое же количество индуцированного напряжения, как и при di/dt +2 ампера в секунду , только полярность этих напряжений будет противоположной .
Если ток через катушку индуктивности изменяется очень быстро , то она произведет очень высокое напряжение . В качестве примера давайте рассмотрим следующую схему :
В этой схеме лампа подключена параллельно катушке индуктивности . Переключатель используется для управления током в цепи , а питание подается от 6 -вольтовой батареи. При включении выключателя, катушка индуктивности окажет кратковременное сопротивление изменению тока от нуля до некоторой величины, на ее выводах сгенерируется небольшое напряжение. Так как для ионизации газа внутри неоновой лампы необходимо напряжение порядка 70 вольт, шести вольт источника питания, а тем более низкого мгновенного напряжения катушки индуктивности в момент включения выключателя будет явно недостаточно, чтобы зажечь эту лампу:
Если выключатель разомкнуть, то в цепи мгновенно возникнет очень высокое сопротивление (сопротивление воздушного зазора между контактами). Это сопротивление спровоцирует почти мгновенное уменьшение тока. Математически, значение di/dt будет очень большим отрицательным числом. Такое быстрое изменение тока (с некоторой величины до нуля, в короткий промежуток времени ) приведет к возникновению очень высокого напряжения на катушке индуктивности ( пытающегося противодействовать понижению тока). Этого напряжения , как правило, более чем достаточно чтобы зажечь неоновую лампу , хотя бы на короткое время , пока ток не упадет до нуля :
Для достижения максимального эффекта , индуктивность катушки должна быть как можно больше (по крайней мере один Генри ).