Скачиваний:
2
Добавлен:
30.12.2023
Размер:
393.84 Кб
Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра микро– и наноэлектроники

ОТЧЁТ по лабораторной работе №6

по дисциплине «Компоненты электронной техники»

Тема: Исследование катушек индуктивности на ферритовых сердечниках

Студентка гр. 1283

 

Григорьева В.В.

Преподаватель

 

 

Гагарина А.Ю.

Санкт-Петербург

2023г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

По форме катушки индуктивности могут быть трех видов: цилиндрическая катушка или соленоид; катушка на сердечнике с замкнутым магнитным потоком ; плоская катушка. Индуктивность катушек первых двух видов может быть определена из выражения

L =kфμ0 μc w2 Sc/ lc

где kф ≤ 1 – коэффициент формы; μ0 = 4π·10–7 Гн/м; μс – магнитная проницаемость сердечника; w – число витков обмотки; Sc – сечение сердечника; lc – средняя длина магнитных силовых линий в сердечнике.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Схема измерительной установки приведена на рис. 1. Синусоидальное напряжение от генератора сигналов G подаётся с помощью переключателя S1 на одну из испытуемых катушек индуктивности L и последовательно соединённый с ней резистор R0 = 51,4 Ом. Вольтметр РU, в зависимости от положения переключателя S2, может измерять напряжение UR на резисторе R0, пропорциональное току I через обмотку и напряжённости магнитного поля Н, воздействующего на сердечник, или напряжение Uвх на входе схемы.

Падение напряжения на катушке индуктивности: UL = (Uвх 2 – UR 2 ) 0,5 = 2πf I L,

где I = UR / R0 – ток в обмотке, L – индуктивность катушки.

Рис. 1. Схема для измерения токовой и частотной зависимостей индуктивности катушек

2

Параметры катушек, используемых при определении токовых (полевых) и частотных зависимостей свойств, приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Исследуемая

Положение

Катушка

Марка

D х d х h,

w

зависимость

переключателя S1

феррита

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

L(I)

1

L1+L2

2000НМ

7 х 4 х 2

40

 

 

 

 

 

 

μ(H)

2

L3

20000НМ

10 х 6 х 3

40

 

 

 

 

 

 

L(f)

3

L2

2000НМ

7 х 4 х 2

20

 

 

 

 

 

 

μ(f)

2

L3

20000НМ

10 х 6 х 3

40

 

 

 

 

 

 

3

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1) Определим индуктивность катушек при различных токах в обмотке:

L = UL / (2πfI)

UL = (Uвх 2 – UR 2 ) 0,5

I = UR / R0

Таблица 2.

Марка

f, кГц

R0, Ом

UR, мВ

Uвх, мВ

UL, мВ

I, мА

L, мГн

феррита

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

26

16,613

0,389

0,680

 

 

 

100

140

97,980

1,946

0,802

 

 

 

150

200

132,288

2,918

0,721

 

 

 

200

260

166,132

3,891

0,680

 

 

 

300

390

249,199

5,837

0,680

 

 

 

400

520

332,265

7,782

0,680

2000НМ

10

6980

500

670

445,982

9,728

0,730

 

 

 

600

800

529,150

11,673

0,721

 

 

 

800

1050

680,074

15,564

0,695

 

 

 

1000

1410

994,032

19,455

0,813

 

 

 

1500

2000

1322,876

29,183

0,721

 

 

 

2000

2600

1661,325

38,911

0,680

 

 

 

3000

4100

2794,638

58,366

0,762

 

 

 

10

13

8,307

0,195

6,795

 

 

 

20

26

16,613

0,389

6,795

 

 

 

30

40

26,458

0,584

7,215

 

 

 

40

54

36,277

0,778

7,419

 

 

 

50

70

48,990

0,973

8,015

20000НМ

1

3

70

99

70,007

1,362

8,181

 

 

 

100

150

111,803

1,946

9,146

 

 

 

150

230

174,356

2,918

9,509

 

 

 

300

500

400

5,837

10,907

 

 

 

400

660

524,976

7,782

10,737

 

 

 

500

810

637,260

9,728

10,426

Пример расчёта для феррита 2000НМ при UR = 20В: R0 = 51,4 Ом

UL = (26 2 – 20 2 ) 0,5 = 16,61325 мВ

I = 20 мВ / 51,4 Ом = 0,38911 мА

L = 16,61325 мВ / (2*π*104 Гц * 0,38911 * 10-3 А) = 0,6795 мГн Значение немного отличается от полученного в таблице, потому что в

таблице программа считала больше знаков после запятой. Из-за отсутствия округлений, получаем более точный результат в таблице.

4

Построим зависимость L(I) для обеих катушек:

Рис. 2. Зависимость индуктивности от тока для феррита 2000НМ

Рис. 3. Зависимость индуктивности от тока для феррита 20000НМ

2)Построим кривые намагничивания Bm(Hm) и зависимости магнитной проницаемости от напряжённости поля μ(Hm) для исследованных образцов ферритов

Амплитудное значение напряжённости магнитного поля в кольцевом сердечнике катушки индуктивности: Hm = 21.5 I w /π(D + d)

Магнитная проницаемость кольцевого сердечника равна:

μ = L π(D + d) / μ0 w2 h(D – d) μ0 = 4π·10–7 Гн/м

Амплитудное значение магнитной индукции в сердечнике: Bm = μ0μHm

5

Таблица 3.

Марка

D,

d,

h,

w

I, мА

Hm, А/м

L, мГн

μ

Bm, Тл

феррита

мм

мм

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,389

1,274

0,680

1946,567

0,003

 

 

 

 

 

1,946

6,369

0,802

2296,045

0,018

 

 

 

 

 

2,918

9,554

0,721

2066,676

0,025

 

 

 

 

 

3,891

12,739

0,680

1946,567

0,031

 

 

 

 

 

5,837

19,108

0,680

1946,567

0,047

 

 

 

 

 

7,782

25,478

0,680

1946,567

0,062

2000НМ

7

4

2

40

9,728

31,847

0,730

2090,22

0,084

 

 

 

 

 

11,673

38,216

0,721

2066,676

0,099

 

 

 

 

 

15,564

50,955

0,695

1992,098

0,128

 

 

 

 

 

19,455

63,694

0,813

2329,406

0,186

 

 

 

 

 

29,183

95,541

0,721

2066,676

0,248

 

 

 

 

 

38,911

127,388

0,680

1946,567

0,312

 

 

 

 

 

58,366

191,082

0,762

2182,976

0,524

 

 

 

 

 

0,195

0,438

6,795

14156,85

0,008

 

 

 

 

 

0,389

0,876

6,795

14156,85

0,016

 

 

 

 

 

0,584

1,314

7,215

15030,37

0,025

 

 

 

 

 

0,778

1,752

7,419

15456,46

0,034

 

 

 

 

 

0,973

2,189

8,015

16698,51

0,046

20000НМ

10

6

3

40

1,362

3,065

8,181

17044,58

0,066

 

 

 

 

 

1,946

4,379

9,146

19054,48

0,105

 

 

 

 

 

2,918

6,568

9,509

19810,14

0,164

 

 

 

 

 

5,837

13,137

10,907

22723,79

0,375

 

 

 

 

 

7,782

17,516

10,737

22367,72

0,492

 

 

 

 

 

9,728

21,895

10,426

21721,43

0,598

Пример расчётов для феррита 2000НМ при UR = 20В: Hm = 21.5*0,38911*10-3А*40 / π(7 + 4)*10-3м = 1,2739 А/м

μ= 0,68*10-3Гн π(7 + 4)мм / 4π·10–7 Гн/м 402*2*10-3м(7 – 4)мм Упростим запись:

μ= 0,68*(7 + 4) / 4·10–7*402*2*(7 – 4) = 1947,9166

Bm = 4π·10–7 Гн/м* 1,2739 А/м * 1947,9166 = 0,00311 Тл

6

Рис. 4. Кривые намагничивания для исследуемых ферритов

Из графика для феррита 2000НМ исключили две последние точки, чтобы лучше просматривался график феррита 20000НМ. Эти 2 исключённые точки так же лежат на продолжении прямой, их отсутствие не мешает анализу зависимости.

Рис. 5. Зависимость магнитной проницаемости от напряженности поля для феррита 2000НМ

7

Рис. 6. Зависимость магнитной проницаемости от напряженности поля для феррита 20000НМ

3)Вычислим значения индуктивности катушек и магнитной проницаемости ферритов при разных частотах

I = UR / R0

UL = (Uвх 2 – UR 2 ) 0,5

L = UL / (2πfI)

L = kфμ0 μc w2 Sc/ lc μc = L lc / kфμ0 w2 Sc kф = 1

μ0 = 4π·10–7 Гн/м

μс = μ

Sc = (D – d)*h lc = (D + d)*π

μ = L π(D + d) / μ0 w2 h(D – d)

Пример расчётов для феррита 2000НМ при f = 100кГц:

UR = 15 мВ

I = 15/51,4 = 0,2918 мА

UL = (33 2 – 15 2 ) 0,5 = 29,3939 мВ

L = 29,3939 / (2π*102*0,2918) = 0,1603 мГн

μ= 0,1603*10-3Гн π(10 + 6)мм / 4π·10–7 Гн/м 402*3*10-3м(10 – 6)мм Упростим запись:

μ= 0,1603*(7 + 4) / 4·10–7*202*2*(7 – 4) = 1836,7708

8

Таблица 4.

Марка

D,

d,

h,

w

f,

Uвх,

UL, мВ

L,

μ

феррита

мм

мм

мм

кГц

мВ

мГн

 

 

 

 

 

 

 

 

1

19,5

12,460

6,795

14156,85

 

 

 

 

 

2

28,2

23,880

6,512

13565,93

 

 

 

 

 

4

52

49,790

6,788

14142,59

 

 

 

 

 

6

72

70,420

6,401

13335,11

20000НМ

10

6

3

40

8

96

94,821

6,464

13466,81

10

120

119,059

6,493

13527,34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

250

249,550

6,805

14176,78

 

 

 

 

 

40

490

489,770

6,678

13911,8

 

 

 

 

 

60

720

719,844

6,543

13631,31

 

 

 

 

 

80

900

899,875

6,135

12780,36

 

 

 

 

 

100

33

29,394

0,160

1836,836

 

 

 

 

 

150

50

47,697

0,173

1987,069

 

 

 

 

 

200

70

68,374

0,186

2136,359

 

 

 

 

 

400

150

149,248

0,203

2331,644

2000НМ

7

4

2

20

600

220

219,488

0,200

2285,983

800

290

289,612

0,197

2262,245

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1000

350

349,678

0,191

2185,155

 

 

 

 

 

1500

550

549,795

0,200

2290,463

 

 

 

 

 

2000

670

669,832

0,183

2092,904

 

 

 

 

 

3000

900

899,875

0,164

1874,452

4) Определим удельное сопротивление ферритов

ρ = RSR / hR

 

 

 

 

Таблица 5.

 

 

 

 

 

Марка феррита

R, Ом

SR, мм2

hR, мм

ρ, Ом*м

 

 

 

 

 

2000НМ

6980

30

2

104,7

 

 

 

20000НМ

3

0,045

 

 

 

 

 

 

 

Пример расчёта для феррита 2000НМ:

ρ = 6980*30*10-3 / 2 = 104,7 Ом*м

9

5)Построим частотные зависимости индуктивности и магнитной проницаемости μ(lg f) для исследованных образцов

 

 

 

Таблица 6.

 

 

 

 

Марка феррита

f, кГц

lgf

μ

 

 

 

 

 

1

3

14156,85

 

2

3,301

13565,93

 

4

3,602

14142,59

 

6

3,778

13335,11

20000НМ

8

3,903

13466,81

10

4

13527,34

 

 

20

4,301

14176,78

 

40

4,602

13911,8

 

60

4,778

13631,31

 

80

4,903

12780,36

 

100

5

1836,836

 

150

5,176

1987,069

 

200

5,301

2136,359

 

400

5,602

2331,644

2000НМ

600

5,778

2285,983

800

5,903

2262,245

 

 

1000

6

2185,155

 

1500

6,176

2290,463

 

2000

6,301

2092,904

 

3000

6,477

1874,452

Рис. 7. Частотная зависимость индуктивности и магнитной проницаемости для феррита 20000НМ

10

Соседние файлы в предмете Материалы и компоненты электронной техники