On visoke frekvencije Ispravnije je misliti o induktoru kao o dugačkom jednožičnom dalekovodu, namotanom u spiralu. Kao što je poznato, takva linija je struktura čija su induktivnost i kapacitet raspoređeni duž dužine. Kada je dužina takve linije jednaka λ/4 (λ je dužina elektromagnetnog talasa u zavojnici), ona je u rezonantnom modu i frekvencija koja odgovara ovoj talasnoj dužini naziva se samorezonantna frekvencija zavojnice . Zavojnice vrlo rijetko rade na frekvencijama blizu ili iznad vlastite rezonancije. Međutim, ako se to dogodi, na primjer u RF prigušnicama, preporučljivo je izračunati takav kalem u RF elektromagnetnim simulatorima.
U procesu razvoja radiotehnike više puta su se pokušavali pronaći empirijska formula za izračunavanje vlastite kapacitivnosti. U različitim referentnim knjigama možete pronaći različite formule, od različitih autora, ali češće bez navođenja izvora. Koja je od ovih formula tačnija i tačnija? Hajde da probamo da shvatimo...
- Počnimo s činjenicom da je problem vlastitog kapaciteta zavojnice prvi pokrenuo J. C. Hubbard 1917. godine. S. Butterworth, poznati inovator i dizajner frekventnih filtera (sjetite se Butterworthovih filtara), predložio je svoju formulu za proračun 1926. godine, ali je imala ozbiljna ograničenja i nije mogla izračunati kratke zavojnice (Šta se podrazumijeva pod pojmom "kratki"). , pročitajte članak posvećen faktoru kvalitete)
- Predložena je metoda za određivanje vlastite kapacitivnosti zavojnice korištenjem indirektnog mjerenja. Mjere se dvije rezonantne frekvencije kola sa dva različita eksterna kondenzatora, a zatim se iz rezultata mjerenja izračunavaju i vlastiti kapacitet zavojnice i njegova induktivnost. Evo online kalkulatora koji implementira ovu metodu. Metoda je tačna (ali ne apsolutno, kasnije će postati jasno zašto...). Međutim, to zahtijeva merni instrumenti. Osim toga, na ovaj način možete odrediti vlastiti kapacitet gotovog namotaja, a mi bismo željeli da procijenimo ovaj parametar u fazi razvoja dizajna.
- Formula koju je predložio inženjer A. J. Palermo 1934. godine u svom radu "Distributed Capacity of Single-Layer Coils":
Koeficijent k = 2 π / arccosh (p / d) GdjeC s = k * D - C s - intrinzična kapacitivnost (pF);
- D - prečnik zavojnice (cm);
- p - korak namotaja (cm);
- d - prečnik žice (cm);
Palermo je zamislio zavojnicu kao elektrostatičku strukturu u kojoj je vlastiti kapacitet dobiven kao serijski zbir kapacitivnosti između susjednih zavoja. Logičan zaključak je da pomicanjem zavoja smanjujemo ovaj ukupni kapacitet. Cs=H*D gdje je D prečnik zavojnice (cm), H je koeficijent koji karakteriše faktor oblika zavojnice, predstavljen je u obliku tabele:
l/D H l/D H l/D H 50 5.8 5 0.81 0.7 0.47 40 4.6 4.5 0.77 0.6 0.48 30 3.4 4 0.72 0.5 0.50 25 2.9 3.5 0.67 0.45 0.52 20 2.36 3 0.61 0.4 0.54 15 1.86 2.5 0.56 0.35 0.57 10 1.32 2 0.50 0.3 0.60 9 1.22 1.5 0.47 0.25 0.64 8 1.12 1 0.46 0.2 0.70 7 1.01 0.9 0.46 0.15 0.79 6 0.92 0.8 0.46 0.1 0.96 Ovo su jednostavno stvarni mjerni podaci. Kasnije su i sam Medhurst i nakon njega predložili različite formule koje aproksimiraju ove podatke. Međutim, najjednostavnija formula za procjenu intrinzičnog kapaciteta zavojnica, koju je sam Medhurst predložio, je poznatija:
Cs = 0,46 * D - C s - intrinzična kapacitivnost [pF];
- D - prečnik zavojnice [cm];
Formula se može koristiti u praksi za procjenu intrinzičnog kapaciteta većine praktičnih dizajna zavojnica na glatkim polistirenskim okvirima.
Ili još jednostavnije - samokapacitivnost jednoslojne zavojnice u pF numerički je približno jednaka polumjeru namota u cm.
Samo zapamtite da je to tačno na 0,5< l/D < 2, в противном случае надо брать коэффициент из таблицы. Как видим в формуле нет упоминаний о шаге намотки.
Da rezimiramo, možemo doći do sljedećih zaključaka:
Koncept vlastite kapacitivnosti direktno korelira sa frekvencijom samorezonancije zavojnice. Međutim, kada se razmatraju fizički procesi u jednoslojnoj zavojnici na frekvencijama bliskim njegovoj vlastitoj rezonantnoj frekvenciji, potrebno je napustiti model zbirnih elemenata kao neodrživ i smatrati kalem kao dalekovod.
Za konvencionalni, „ravni“ dalekovod sa malim gubicima, njegovi parametri kao što su linearni kapacitet i linearna induktivnost zavise isključivo od njegove geometrije. U spiralnoj liniji, zbog utjecaja zavoja jedan na drugi, ovi parametri su također funkcija frekvencije. Ova okolnost dovodi do sljedećih važnih posljedica:- Rezonantne frekvencije takve linije, iako su striktno povezane s ukupnom dužinom provodnika kojim je zavojnica namotana, nisu višestruke jedna drugoj.
- Vlastiti kapacitet kalem zavisi od frekvencije na kojoj je određen. Na niskim frekvencijama ovo je jedna vrijednost, na frekvencijama blizu rezonancije zavojnice druga. Zanemariti utjecaj frekvencije i govoriti o izračunavanju vlastitog kapaciteta zavojnice ima smisla samo kada zavojnica radi na frekvencijama koje ne prelaze 60-70% vlastite rezonantne frekvencije. Da budemo pošteni, treba napomenuti da se ovo odnosi i na proračun induktivnosti! Na kraju krajeva, formule za izračunavanje za oba se zasnivaju na pretpostavci da je gustoća struje u svim zavojima ista, što se ne javlja u rezonanciji.
- Na frekvencijama znatno nižim od frekvencije prve rezonancije, moguće je pojednostaviti model zavojnice grušanih elemenata. Međutim, ne treba zaboraviti da je intrinzična kapacitivnost u ovom slučaju integralni linearni kapacitet dugog voda i ovisi o dužini i obliku namota provodnika. To je ta "niskofrekventna" vrijednost vlastitog kapaciteta koju možete vidjeti u rezultatima proračuna Coil32. Ne može se koristiti za izračunavanje vlastite rezonancije zavojnice iz gore navedenog razloga.
Kako geometrija zavojnice utiče na njen sopstveni kapacitet?
Sljedeće tačke se također mogu primijetiti.
Induktivnost karakterizira količinu energije koju pohranjuje zavojnica dok teče kroz nju električna struja. Kako više induktivnosti zavojnice, to je više energije magnetsko polje na datoj trenutnoj vrijednosti. Induktivnost zavisi od oblika, veličine, broja zavoja zavojnice, kao i od veličine jezgra.
Faktor kvaliteta– omjer reaktanse zavojnice i njegove aktivne otpornosti na gubitke.
Stabilnost parametara Ima posebna značenja za strujne krugove, zbog promjena parametara s promjenama temperature i vlažnosti.
Glavni faktori, što treba uzeti u obzir pri odabiru induktora:
a) potrebna vrijednost induktivnosti (H, mH, μH, nH);
b) maksimalna struja kalemovi. Velika struja je vrlo opasna zbog prevelike topline koja oštećuje izolaciju namotaja. Štaviše, i kada visoka struja može doći do zasićenja magnetskog kruga magnetskim tokom, što će dovesti do značajnog smanjenja induktivnosti;
c) tačnost induktivnosti;
d) temperaturni koeficijent induktivnosti;
e) stabilnost, određena zavisnošću induktivnosti od spoljašnjih faktora;
e) aktivni otpor žice za namotaje;
g) faktor kvaliteta zavojnice. Obično se definira na radnoj frekvenciji kao omjer induktivnog i aktivni otpor;
h) frekvencijski opseg zavojnice.
Trenutno se proizvode induktori radio frekvencije za fiksne frekvencijske vrijednosti sa induktivitetima od 1 μH do 10 mH. Za podešavanje rezonantnih kola poželjno je imati zavojnice sa podesivom induktivnošću.
Magnetna jezgra kao da se "zadebljaju", koncentrišu polje zavojnice i povećavaju njegovu induktivnost. To omogućava smanjenje broja zavoja zavojnice, a time i njegove veličine i dimenzija cijelog radio uređaja.
Vrste, primjena
Električne karakteristike induktora određuju se njihovim dizajnom, svojstvima materijala magnetskog kola i njegovom konfiguracijom, te brojem zavoja namotaja.
Po dizajnu su podijeljeni: cilindrični, ravni (spiralni) i toroidni, jednoslojni i višeslojni sa i bez jezgra, oklopljeni i ne.
a – induktor unutar metalnog ekrana: 1–utikač,
2 –ekran, 3–zgrada, 4–namotavanje, 5–okvir, 6–trim štap, 7–core cup, 8–baza, 9–ispuniti;
b – snažni oklopljeni CHIP induktori serije SPRH.
Višeokretni krugovi se koriste za primanje ili prijenos radio signala u srednjem i dugovalnom opsegu. jednoslojni I višeslojni zavojnice postavljene na okvir od papira ili plastike.
Jednoslojni namotaji se izrađuju namotavanjem sa prinudnim korakom ili kontinuiranim. Jednoslojni cilindrični namotaji se izrađuju sa ili bez dielektričnih okvira.
Višeslojni cilindrični induktori se koriste za induktivnosti veće od 30÷50 mH.
Višeslojni bez preseka zavojnice sa običnim namotom karakterišu smanjeni faktor kvaliteta i stabilnost, i veliki sopstveni kapacitet.
Najbolja izvedba imaju višeslojne kalemove namotane sa "padajućim" namotajem, tj. haotično. Za namotavanje se koriste žice PELSHO, PEWSHO itd. (emajl izolacija i dodatna svila).
Sectioned coils– faktor visokog kvaliteta, niži vanjski prečnik, smanjen vlastiti kapacitet. Svaka sekcija je višeslojna zavojnica s malim brojem zavoja. Broj sekcija se bira od 2 do 6.
Zavojnice niske induktivnosti za kratke i ultrakratke talase oscilatorna kola Vrlo je lako prepoznati: broj zavoja je mali, a žica je prilično debela. Neki od njih nemaju okvir.
Flat coils – spirale napravljene namotavanjem Cu žica za namotavanje ili štampanim ožičenjem od folije hetikoka ili tekstolita (oblik – krug, kvadrat, itd.)
Ravno štampane zavojnice na fiberglasu odlikuju se mehaničkom čvrstoćom i koriste se na frekvencijama do 100 MHz.
Zavojnice sa cilindrična jezgra– jezgra od karbonilnog gvožđa i ferita.
Jezgra sa navojem koristi se u cilindričnim jednoslojnim i višeslojnim zavojnicama (pri podešavanju induktivnosti, u procesu podešavanja opreme.)
Zavojnice sa oklopna jezgra– slabo vanjsko magnetsko polje. Zavojnice su namotane na posebne okvire koji sadrže 2÷4 sekcije. Prečnik žice u emajl izolaciji je 0,1÷0,2mm ili upredena žica koja se sastoji od 2÷5 žila - prečnika 0,07÷0,1mm, u emajlu. Jezgra su napravljena od ferita i karbonilnog gvožđa.
Zavojnice sa toroidnim jezgrama– minimalna veličina, praktično bez magnetnog polja. Mana– složenost namotaja, nedostatak podešavanja induktivnosti, loša stabilnost induktivnosti. Primjenjivo: u krugovima srednje frekvencije, prijemnici malih dimenzija; u krugovima koji se mogu podesiti magnetizacijom, prigušnicama itd.
a B C
a – kalem sa toroidnim jezgrom;
b, c – MCoil CFC induktori sa vazdušnim jezgrom, izrađeni od folije
Proizvedena jezgra od ferita i alsifera, koristite namotavanje žice povećane maksimalne čvrstoće, sa dodatnom svilenom izolacijom. Prije namotavanja, omotajte ga trakom od lakiranih tkanina. Zavojnice feromagnetnog jezgra imaju jezgre napravljene od magnetodielektrika i ferita.
Feritna toroidna jezgra su efikasna za izradu filtera i transformatora na frekvencijama iznad 30 MHz. U ovom slučaju, namotaji se sastoje od samo nekoliko zavoja.
Induktori vam omogućavaju pohranjivanje električne energije u magnetskom polju. Tipične primjene su anti-aliasing filteri i različita selektivna kola.
U udžbenicima elektrodinamike možete pronaći opis rada spiralnih valovoda s površinskim elektromagnetnim (EM) valovima koji se šire duž spiralne žice. Takvi talasovodi se koriste kao sporotalasne strukture u spiralnim antenama i lampama putujućih talasa. Dužina jednog zavoja i korak namotaja su uporedivi sa talasnom dužinom. Konkretno, spiralna antena ima dužinu okreta L jednaka talasnoj dužini i koraku namotaja str jednak četvrtini talasne dužine.
Fazna brzina talasa duž ose spiralnog talasovoda je znatno niža od brzine svetlosti, na čemu se zasniva njegova upotreba kao sporotalasne strukture.- v ax - brzina talasa duž ose spirale
- c - brzina svjetlosti
Relativna fazna brzina talasa duž ose takvog talasovoda zavisi samo od geometrije spirale i ne zavisi od frekvencije, jer je uticaj zavoja jedan na drugog minimalan i EM talas se širi duž žice takvog talasa. spirala, baš kao u vibratoru. Imajte na umu da je fazna brzina EM talasa u odnosu na spiralnu žicu u takvom talasovodu bliska brzini svetlosti.
U našoj zavojnici, dužina pojedinačnog zavoja, pa čak i dužina cijelog namota, i još više, korak namota je mnogo manji od valne dužine. U ovom slučaju, pored glavnog moda u takvom spiralnom talasovodu, postoje viši modovi vibracija koji se šire direktno duž njegove ose. Drugim riječima, EM val ne samo da se širi duž dužine žice, već dio "skače iz okreta u zavoj". Relativna fazna brzina duž ose zavojnice određena je sljedećim približnim izrazom:
- λ 0 - talasna dužina radne frekvencije u slobodnom prostoru
Kao što se vidi iz formule, brzina zavisi od prečnika zavojnice, koraka namotaja i talasne dužine. U suštini, zavojnica je isti spiralni talasovod sa sporim talasima, ali radi u drugačijem modu oscilovanja. Da bismo izbjegli razne spekulacije, bilježimo činjenicu da zbog prisutnosti viših modova, val "dolazi" do drugog kraja zavojnice brže nego direktno duž žice. Stoga je fazna brzina vala u odnosu na žicu veća od brzine svjetlosti, i to nekoliko puta. Ovo nije u suprotnosti sa teorijom relativnosti. Dovoljno je napomenuti da je u šupljim talasovodima fazna brzina talasa takođe veća od brzine svetlosti. Da bismo razumjeli ovaj prividni paradoks, moramo razlikovati faznu i grupnu brzinu elektromagnetnog talasa. Zašto vas upućujem na udžbenike...
Zavojnica čiji je jedan kraj uzemljen rezonira na frekvencijama nλ 0 /4 , Gdje n – cijeli broj, λ 0 - talasna dužina radne frekvencije i f srf = v ax /λ 0 . Stoga se povećanje frekvencije vlastite rezonancije svodi na povećanje vrijednosti v ax . Zbog prisustva viših modova EM talasa, frekvencija prve rezonancije zavojnice je uvek veća od frekvencije izračunate na osnovu dužine žice. Iz istog razloga, rezonancije najviše frekvencije nisu višekratnici prve i jedne druge. Prilikom promjene koraka namotaja v ax ima maksimum pri nagibu spirale približno jednakom poluprečniku namota (radijus a = D/2). Međutim, zavojnice s velikim korakom namota ( p ≈ a) nisu od praktičnog interesa jer imaju nisku induktivnost. Kako se korak namota povećava, sopstvena rezonantna frekvencija zavojnice se povećava (na str< a ), ali ovo povećanje nastaje zbog smanjenja vrijednosti induktivnosti. Sa fiksnom induktivnošću, ako povećamo korak namotaja, moramo dodati zavoje i ne dobivamo praktički nikakav dobitak.
Posebno bih želeo da primetim sledeću tačku. Na niskim frekvencijama, gdje, kako smo saznali, vrijedi RLC model, možemo pretpostaviti da i induktivnost i samokapacitivnost zavojnice ne zavise od frekvencije, već su određene samo geometrijom namotaja. To je dobro poznata činjenica, koja je zabilježena, na primjer, u formuli Nagaoka. Međutim, u stvarnosti parametri duge spiralne linije zavise od frekvencije. Ne samo v ax , ali i linearni kapacitet i linearnu induktivnost i, kao posljedicu, vrijednosti samoinduktivnosti i kapacitivnosti zavojnice u cjelini. Samo na niskim frekvencijama ova ovisnost je zanemariva, ali već na frekvencijama blizu prve rezonancije, vrijednosti induktivnosti i samokapacitivnosti zavojnice počinju primjetno "lebdjeti" u frekvenciji. Kao rezultat toga, suočeni smo sa situacijom da ove vrijednosti, mjerene ili izračunate na niskim frekvencijama, nisu prikladne za izračunavanje frekvencije samorezonancije zavojnice kao LC rezonance koristeći Thomsonovu formulu. Izračun će dati pogrešan rezultat! Nevjeran, Karl! Dakle, dolazimo do zaključka da proračuni zasnovani na konceptu LC rezonancije u zavojnici potpuno gube smisao, a za izračunavanje prirodne rezonantne frekvencije potrebno je pribjeći složenijoj numeričkoj metodi iz rada, koja uključuje Beselove funkcije, a to je ono što Coil32 .
Kao što se može vidjeti iz HFSS modela, i prva rezonancija zavojnice i sve naredne rezonancije povezane su isključivo s talasnim pojavama u zavojnici. Mogući su praktični slučajevi kada zavojnica radi u frekvencijskom području, koje uključuje ne samo njegovu prvu rezonancu, već i više. Ovaj slučaj je vrlo dobro opisan u članku I. Gončarenka o anodnoj prigušnici kratkotalasnog predajnika. Ovaj primjer jasno pokazuje da je za ispravno razumijevanje mehanizma rezonantnih pojava u zavojnici potrebno koristiti teoriju dugih vodova.
Pored fazne brzine talasa u zavojnici, na frekvenciju samorezonancije utiče i takozvani krajnji efekat, sličan poznatom analognom konceptu iz teorije antena, od kojeg zavisi koeficijent skraćivanja vibratora. Ovaj efekat nastaje jer EM polje oko zavojnice zauzima veći prostor od samog zavojnice. Prisustvo krajnjeg efekta smanjuje rezonantnu frekvenciju i ovaj efekat je izraženiji kod kratkih namotaja velikog prečnika, što još jednom potvrđuje vezu između rezonantnih pojava u zavojnici i u vibratoru. Uzimajući u obzir faznu brzinu duž ose zavojnice i fenomen krajnjeg efekta, možemo izračunati frekvenciju samorezonancije zavojnice koristeći sljedeću vrlo približnu formulu iz G3RBJ:
- f srf - frekvencija prirodne rezonancije [MHz]
- ĺw - dužina žice zavojnice uzimajući u obzir krajnji efekat [m]
- l w - stvarna dužina žice zavojnice [m]
- D, p, l - prečnik, korak i dužina namota, respektivno [m]
- 0,25 - koeficijent koji određuje četvrtvalnu rezonanciju (za poluvalnu rezonanciju - 0,5)
Ako projektant treba da napravi zavojnicu minimalnih dimenzija i maksimalne frekvencije samorezonancije za datu induktivnost, tada bi najoptimalnije bilo namotavanje s razmakom između zavoja jednakim promjeru žice, s omjerom l/D ≈ 1..1.5.
U zaključku, treba napomenuti da ne postoji striktno analitičko rješenje za Maxwellove jednadžbe za cilindričnu žičanu spiralu, stoga je, u teoriji, spiralni valovod predstavljen kao ekvivalentni model čvrstog cilindra tankih stijenki s anizotropnom vodljivošću. Međutim, numeričke metode za rješavanje Maxwellovih jednadžbi (što u osnovi čini HFSS) dovode nas do sasvim nedvosmislenih rezultata. Kao rezultat toga, treba imati na umu da je gornja jednostavna analitička formula vrlo približna i ne može se primijeniti ni na jednu zavojnicu s proizvoljnom geometrijom namota. Stoga, u Coil32 izračunavanje frekvencije prirodne rezonancije nije zasnovano na analitičkoj, već na numeričkoj metodi iz rada, što je potvrđeno praktičnim mjerenjima. Ovo ne uzima u obzir uticaj ekrana, okvira i drugih faktora. Izračun ima tačnost od oko 10% na 0,04< l/D < 40. Для некоторых катушек, например для очень длинных соленоидов с большим числом витков, этот метод может давать неверный результат. На практике же следует придерживаться следующего jednostavno stanje: Ako je dužina žice koja obavija zavojnicu manja od četvrtine valne dužine na najvišoj radnoj frekvenciji, zavojnica će raditi ispod svoje prve rezonance.
Za početnike radio-amatere, želio bih malo govoriti o karakteristikama dizajna induktora. Osnova bilo koje zavojnice je okvir na koji je žica namotana u obliku spirale. Obično radio-amater početnik ponavlja dizajn, u čijem opisu stoji da je potrebno namotati N-zavoje na okvir promjera D. Ali vrlo često potreban okvir nije dostupan, ali je dostupan još jedan. Tada se postavljaju sljedeća pitanja:
- Koliko zavoja treba namotati na drugi okvir?
- Hoće li ovaj okvir biti prikladan i kako će se promijeniti karakteristike uređaja?
Program Coil32 lako rješava prvo pitanje. Poznavajući parametre kruga u koji je zavojnica uključena, odnosno njegove projektne dimenzije i broj zavoja iz opisa uređaja, možete izračunati njegovu induktivnost, a znajući induktivnost izračunati broj zavoja za novi okvir, tj. preračunaj induktor.
Magnituda induktivnost obično direktno proporcionalan prečniku zavojnice i kvadratu broja zavoja. Za smanjenje dimenzija zavojnice i broja zavoja koriste se magnetna jezgra - prstenasta, oklopna. Na slici je prikazan dio oklopnog jezgra. Međutim, oni imaju ograničenja u frekvenciji i snazi. Na primjer, njihova upotreba u filterima za akustiku je neprihvatljiva, jer kada velike snage Zbog karakteristika magnetskog materijala, vrijednost induktivnosti će ovisiti o amplitudi signala i, shodno tome, bit će u velikoj mjeri izobličena. U izlaznim stupnjevima predajnika i akustičnih filtera, dimenzije zavojnica se ne mogu smanjiti, jer će to povećati gubitke, a ne želite da se snaga pojačala koristi za zagrijavanje žice.
Faktor kvaliteta važno za zavojnice petlje. Obrnuto je proporcionalan vrijednosti otpora na gubitke u njemu. Da vas podsjetim da je program Coil32 omogućava približan izračun faktora kvalitete jednoslojnih namotaja. Jednog dana, bio sam iznenađen kada sam otkrio da je moja stranica "guglala" za zahtjev - "Jedinica mjerenja faktora kvaliteta induktora."
Faktor kvaliteta se mjeri u relativnim jedinicama i nema posebnu mjernu jedinicu (kao što su Ohm, Kg). Strogo govoreći, faktor kvalitete je omjer reaktanse zavojnice (2πƒL) na njegovu otpornost na gubitke.
Često na Internetu možete pronaći online kalkulatore za izračunavanje jednoslojnih zavojnica, koji također izračunavaju njegov faktor kvalitete. Međutim, oni uzimaju u obzir samo omske gubitke u zavojnici, što nije sasvim tačno.
Gubici se sastoje od gubitaka u žicama, dielektriku, jezgri i ekranu, kao i gubitaka radijacije.
Gubici žice izazvana iz tri razloga- Prvo, žice za namotaje imaju omski otpor, tako da zavojnicu treba namotati žicom s najmanjim otporom (bakar, srebro)
- Drugo, otpor žice za namotavanje naizmjenična struja raste sa povećanjem frekvencije, što je zbog površinskog efekta, čija je suština da struja ne teče kroz cijeli poprečni presjek vodiča, već duž vanjskog prstenastog dijela poprečnog presjeka.
- Treće, u žicama namota, uvijenim u spiralu, očituje se efekat blizine, čija je suština pomicanje struje na periferiju žice koja se nalazi uz okvir, zbog čega je poprečni presjek kroz koji struja teče poprima karakter polumjeseca, što dovodi do dodatnog povećanja otpora žice. Gubici uzrokovani efektom blizine mogu se smanjiti korištenjem koraka namotaja. Postoji optimalan korak namotaja u zavisnosti od geometrije zavojnice.
Na frekvencijama koje ne prelaze 1,5..2 megaherca, gubici u žicama se mogu smanjiti upotrebom Litz žice, koja se sastoji od većeg broja jezgara upletenih u snop. S malim promjerom tankih vena, površinski efekat je oslabljen, a uvijanje vena u uže slabi efekat blizine.
Na veoma visokim frekvencijama javlja se uticaj hrapavosti žice, jer nepravilnosti na njegovoj površini povećavaju njegovu dužinu za visokofrekventnu struju i, shodno tome, otpornost na gubitke.Dielektrični gubici zbog činjenice da elektromagnetni talas, prolazeći duž zavojnice, gubi energiju pri interakciji s materijalom okvira.
Ovi gubici su slični onima u kondenzatorima ili koaksijalnim kablovima i ovise o kvaliteti materijala okvira (tgδ). Ovi gubici se mogu smanjiti upotrebom rebrastih okvira, kao rezultat toga oblik zavojnice postaje poligonalni, ili potpuno odbijanje iz okvira.Gubitak jezgre su direktno proporcionalne frekvenciji i snazi koja prolazi kroz zavojnicu i ovise o materijalu jezgre. Na visokim frekvencijama, nemagnetna mesingana jezgra za podešavanje se koriste za smanjenje gubitaka ili se uopće ne koriste. Posvećen problemu obračuna gubitaka u feritnim jezgrama.
Gubitak ekrana zbog činjenice da struja koja teče kroz zavojnicu indukuje struju u ekranu. Da biste ih smanjili, ekran mora biti dalje od zavojnice. Prečnik ekrana mora biti veći od prečnika zavojnice za najmanje 2,5 - 3 puta. Pod uticajem ekrana, induktivnost zavojnice se smanjuje. Stepen ovog smanjenja može se procijeniti korištenjem dodatka za ekran
Gubici zračenja su uzrokovani zračenjem elektromagnetnog polja zavojnice (efekat antene). Oni zavise od oblika zavojnice i utiču na njen faktor kvaliteta.
Za jednoslojni kalem, kako se njegova veličina povećava, uz zadržavanje induktivnosti i oblika namota konstantnim, faktor kvalitete je približno proporcionalan kvadratnom korijenu prečnika zavojnice. Osim toga, faktor kvalitete ovisi o omjeru dužine namota i njegovog prečnika i ima tupi maksimum pri l/D ≈ 1. Za takav namotaj, optimalni korak namotaja je skoro jednak dva promjera žice (ili drugim riječima , razmak između zavoja treba biti jednak prečniku žice).
Za jednoslojne zavojnice, intrinzična kapacitivnost je proporcionalna prečniku zavojnice, a takođe zavisi od omjera dužine namota i njegovog prečnika i ima tupi minimum pri l/D ≈ 1. Povećanje koraka između zavoja smanjuje induktivnost takvog namotaja, dok intrinzična kapacitivnost ostaje gotovo nepromijenjena.
Možete se upoznati s fizikom fenomena i metodologijom za izračunavanje intrinzične kapacitivnosti jednoslojnih zavojnica.
Okviri za kolutove ovisno o radnom frekventnom opsegu i namjeni, može se izvesti najviše Različiti putevi i od razni materijali(papir, prespan, organsko staklo, visokofrekventna keramika i razni visokofrekventni materijali). Materijal okvira utječe na faktor kvalitete zavojnice. U vezi električne karakteristike Najbolji su okviri od polistirena koji ne zahtijevaju impregnaciju i premaz otporan na vlagu. Zatim, po redoslijedu pogoršanja dielektričnih svojstava, možemo imenovati sledeći materijali za okvire: visokofrekventna keramika, ultra-porculan, bakelizirane kablovske papirne cijevi.Vlastiti kapacitet višeslojni namotaji mnogo više, da biste ga smanjili, koristite namotaj univerzalnog tipa ili sekcijski namotaj. Kod sekcijskih namotaja, kapaciteti pojedinih sekcija su povezani u seriju, što smanjuje ukupnu kapacitivnost. Upotreba žice u svilenoj izolaciji također smanjuje ovaj kapacitet.Za zavojnice u master oscilatorima parametar je na prvom mjestu temperaturna nestabilnost induktivnosti i mehaničku čvrstoću zavojnice. U ovom slučaju poželjno je imati dobar faktor kvalitete. Najviši kvaliteti Ovi parametri se postižu namotajima na čvrstom okviru od visokofrekventne keramike sa namotajem koji se nanosi spaljivanjem srebra u okvir.
Flat Printed Reels koristi se na visokim frekvencijama kako bi se smanjila veličina uređaja. Do frekvencija od 100-150 MHz može se koristiti folijska stakloplastika. Vanjski terminal u takvim zavojnicama treba biti uzemljen. Ako je štampana ploča dvostrana, onda sa poleđina Nasuprot zavojnici ne bi trebalo biti metalizacije.
Ukratko, može se primijetiti da dizajn zavojnice ovisi o karakteristikama uređaja u kojem radi. Međutim, može se izvući jedan glavni zaključak - smanjenje dimenzija zavojnice uvijek dovodi do pogoršanja parametara same zavojnice i, shodno tome, općih parametara uređaja čiji je dio. Na primjer, minijaturizacija zavojnica u ulaznim fazama prijemnika pogoršava njegovu selektivnost duž kanala ogledala.
