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磁芯线圈结构设计及等效电路

发布时间：

2023-08-26

磁芯线圈结构设计及等效电路

磁芯式Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈结构，线圈芯架内部的闭合磁环采用高频铁氧体材料，相对磁导率μｒ约为２０００，饱和磁感应强度犅ｓ为０．３８Ｔ，高频响应能力在５０ＭＨｚ以上。磁环横截面为矩形，磁芯外部紧裹绝缘膜制成的芯架，线圈绕线均匀紧绕在芯架上。信号电阻犚０采用美国ＣＯＤＤＯＣＫ公司生产的Ｍｐ８５０型高频功率型无感电阻，焊接在线圈绕线末端。在线圈绕线上均匀焊接２０个阻值均为１ｋΩ的金属膜电阻，作为阻尼电阻犚ｎ，与信号电阻并联，以抑制信号电压中的高频寄生振荡。整个线圈置于开缝的金属屏蔽壳内部，信号电压由犙９接头引出。在实际的Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈中，对地电容犆０、线圈绕组匝间电容犆ｐ、信号电阻寄生电感犔Ｒ等参数为分布参数。直接对分布参数电路进行分析非常困难，且得不到有意义的结论，可以按照文献的方法，用等效的集总参数去替代分布参数，得到近似度较高的集总参数等效电路，这样可大大简化计算，准确反映线圈内在规律。设线圈绕线电阻为犚Ｌ，与线圈绕线电感犔０串联，绕线匝间电容犆ｐ与犔０支路是并联关系，信号电阻犚０与其生电感犔Ｒ串联，再与线圈对地电容犆０并联。

磁芯线圈绕组匝间等效电容

　由于相邻的两匝绕线之间距离较近，电容效应较明显，而非相邻线匝之间距离很远，电容效应可忽略。为便于分析，采用估算方法，用一个并联于相邻两匝绕线的集中参数电容犆ｐｉ来代替邻匝间分布电容，即犆ｐｉ＝ε０（ｏ－ｉ＋２犎）犱１／Δ犱１（１）式中：犱１为线圈绕组绕线直径；Δ犱１为相邻两匝绕线之间平均间距；ε０为真空中的介电常数；ｉ为芯架内的直径；ｏ为其外直径；犎为高度。犖－１个犆ｐｉ串联后，可求得绕组总的匝间分布电容犆ｐ＝ε０（ｏ－ｉ＋２犎）犱１／（犖－１）Δ犱１（２）从式（２）可知，在密绕时，Δ犱１很小，这将导致犆ｐ明显增大。

对地电容

　线圈的金属外壳要接地，以便于对壳体外部的电磁干扰进行屏蔽，而线圈绕组内置于外壳之中，与壳体壁之间存在电容效应，即线圈对地电容犆０。先计算线圈单匝绕线与外壳之间的电容犆０ｉ，犖匝绕线共计有犖个犆０ｉ，再将它们并联起来，即可得到线圈总的等效对地电容犆０。设屏蔽壳内表面与线圈绕线的平均距离为Δ犱，单匝绕线对地正对面积约为（ｏ－ｉ＋２犎）犱１，则线圈总的等效对地电容犆０＝ε０（ｏ－ｉ＋２犎）。

绕组自感

　在线圈绕得较密时，磁芯线圈内部磁场可用均匀螺线管内部磁场来等效［３］，由于磁芯μｒ１，通过线圈与磁芯之间的部分的磁链可忽略不计，有ψ＝犔０ｉ＝μ０μｒ犖犛犎ｉ（４）式中：ψ为磁链；犻为线圈感应电流；犛为磁芯的横截面积；犎ｉ为磁芯内部磁场强度，且均匀分布；μ０为真空磁导率，犔０＝μ０μｒ犖犛犎ｉ／犻。设磁环内直径为ｍｉ，外直径为ｍｏ，高度犎ｍ，线圈内部的点与线圈对称轴的距离为狉，根据安培环路定理，犎ｉ＝犖ｉ／２π狉，若磁芯宽度远小于磁芯截面到线圈中轴线的距离，即ｍｏ－ｍｉｍｏ，则狉可以用（ｍｏ＋ｍｉ）／４来替代。得到犔０＝２μ０μｒ犖２犛π（ｍｏ＋ｍｉ）（５）犛＝（ｍｏ－ｍｉ）犎ｍ／２，代入式（５）得犔０＝２μ０μｒ犖２犎ｍ（ｍｏ－ｍｉ）π（ｍｏ＋ｍｉ）（６）从式（６）可知，由于μｒ１，在较小的犖值情况下便可得到较大的犔０，以满足线圈自积分条件，即犔０ｄ犻／ｄ狋犻（犚Ｌ＋犚０）。再根据式（２）和（３），绕组匝数犖减小后，线圈匝间电容犆ｐ与对地电容犆０均可大大减小，从而减小线圈寄生电容对信号电压的不利影响。线圈在非密绕时，可利用精密ＲＬＣ仪直接对犔０进行测量，得到较准确的结果。

磁芯线圈加工厂家

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