Калькулятор индуктивности и емкости микрополосковой линии

Этим термином называют коэффициент, определяющий пропорциональное отношение между суммарным магнитным потоком (Фс) и электрическим током (I) в определенном контуре. Индуктивность проводника (L) и отмеченные параметры соединены в следующей формуле: Фc = I * L. Данная публикация поможет разобраться с тематическими вычислениями и применением теоретических знаний для расчета катушек, других специальных изделий.

Обозначение и единицы измерения

Упомянутый выше суммарный магнитный поток (Фс) также называется «потокосцеплением». Этот параметр определяет свойство определенного проводника препятствовать изменениям проходящего через него электрического тока. С его помощью можно найти величину созданной электродвижущей силы (Е), определить мощность (W):

• Е = -L* (dI/dt);
• W = (L*I2)/2.

Из приведенных выражений видно, что индуктивность проводника зависит от силы тока, который за определенное значение времени способен образовать ЭДС в замкнутом контуре.

К сведению. Следует учитывать тот факт, что при рассмотрении высокочастотного диапазона влияние индуктивности значительно даже при работе с прямыми участками проводников.

В стандартной международной системе единиц «СИ» данный параметр указывают в генри (Гн). 1 Гн соответствует контуру, который формирует в контрольных точках разность потенциалов 1V. Сила тока в катушке за одну секунду изменяется на 1 А.

Изготовление

Катушки индуктивности могут быть приобретены или изготовлены самостоятельно. Обычно приобретаются большие изделия. Наверное, никто не захочет самостоятельно наматывать дроссель для люминесцентной лампы. Небольшие обмотки для радиоэлектроники легко и с удовольствием изготавливаются своими руками. Навыки самостоятельного изготовления будут полезны при ремонте катушек или при изменении их рабочих параметров. Для увеличения их индуктивности используются специальные магнитные сердечники. Их изготавливают из смеси оксида железа с оксидами других металлов.

Воспользуйтесь другими онлайн калькуляторами:

Изолированная магнитная проволока наматывается непосредственно на магнитный сердечник, покрытый тонким слоем изолирующей бумаги. Перед изготовлением необходимо определить параметры с помощью специальных расчётных формул или программ. С их помощью будет определен размер и тип сердечника, число витков и диаметр проволоки.

Воспользуйтесь другими онлайн калькуляторами:

• Расчет веса электрического кабеля
• Онлайн расчет силы тока в цепи
• Перевод Ватт в Амперы
• Расчет потерь напряжения
• Онлайн расчет сечения кабеля

Теоретическое обоснование

Рассматриваемое явление основано на способности генерации магнитного поля проводником при пропускании через соответствующий контур электрического тока. Для облегчения расчетов возможны следующие допущения:

• слабость (медленное изменение) электрических полей;
• постоянная сила тока в каждой части контура;
• отсутствие емкостных составляющих проводника.

От чего зависит индуктивность

Для элементарно малых областей эксперимента берут точечное распределение токов (магнитных полей). Суммирование расчетных параметров позволяет уточнить зависимость векторного представления индукции (B) от потока, пронизывающего поверхность S. Ее край формирует контур, по которому пропускают ток.

Чтобы не усложнять вычисления, рассматривают суммарный поток, проходящий через S, без учета сложности определенной поверхности. Он будет примерно равен току. Уточняющий коэффициент (L) помогает узнать действительное значение.

К сведению. На основе приведенных рассуждений можно сделать промежуточный вывод о минимальном значении формы контура (при работе с низкими и средними частотами).

Свойства индуктивности

Следующие особенности индуктивности (L) надо учитывать в ходе подготовки конструкторской документации:

• L > 0;
• L зависит от размеров рабочего контура;
• на L оказывают влияние магнитные свойства окружающей среды.

Индуктивность одновиткового контура и индуктивность катушки

По приведенным выше формулам несложно сделать расчет базовых параметров для одного витка. Общее значение Фс (потокосцепление) равно сумме потоков через каждый из контуров, при одинаковых размерах рабочих элементов Ln = L1 * N2, где N – количество витков.

Важно! В реальных условиях структура магнитных полей значительно отличается в центральной части и на краях катушки.

Индуктивность соленоида

Этим термином называют катушку с длиной, намного большей, по сравнению с диаметром. Такое соотношение геометрических размеров формирует параллельные силовые линии в центре конструкции. Для этой части индукция определяется по формуле:

В = m * N*I, где m (магнитная постоянная) = 4*π*10-7 Гн.

Индуктивность определяют с помощью выражения:

L = (m*N2*S)/l,

где:

• S – площадь поперечного сечения катушки;
• l – длина конструкции.

При установке внутрь сердечника с ферромагнитными свойствами дополнительно применяют поправочный множитель (m1), который определяет влияние соответствующего материала.

Индуктивность тороидальной катушки (катушки с кольцевым сердечником)

Для расчета изделий такой формы допустимо применять стандартную формулу со следующими поправками:

L = N2 * (m*m1*S)/(2*π*r),

где r – радиус до центральной оси тора.

Индуктивность длинного прямого проводника

Такую конструкцию рассчитывают по формуле:

L = (m/(2*π))*l*(mc*ln(l/r) + mi*1/4),

где mc (mi) – относительные проницаемости среды (материала проводника), соответственно.

При отсутствии внешних помех коэффициент mc берут равным единице.

Программа позволяет производить расчет следующих типов катушек индуктивности:

• Одиночный круглый виток
• Однослойная виток к виткуВ качестве начальных параметров при расчете катушки можно выбрать два варианта:
  Известны диаметр каркаса и диаметр провода, длина намотки вычисляется.
• Известны диаметр каркаса и длина намотки, диаметр провода вычисляется
• Однослойная катушка с шагом
• Катушка с не круглой формой витков
• Многослойная катушка В качестве начальных параметров при расчете катушки можно выбрать два варианта:
  Известны диаметр каркаса, длина намотки и диаметр провода. Вычисляется число витков, попутно определяется толщина катушки, ее омическое сопротивление постоянному току и приблизительная длина провода для намотки («сколько надо отрезать»).
• Известны диаметр каркаса, длина намотки и предельное омическое сопротивление катушки. Вычисляется число витков, попутно определяется толщина катушки, нужный минимальный диаметр провода и приблизительная длина провода для намотки.
• Тороидальная однослойная катушка
• Катушка на ферритовом кольце
• Катушка в броневом сердечнике(Ферритовом и карбонильном)
• Тонкопленочная катушка(Плоская катушка на печатной плате с круглой и квадратной формой витков и в виде одиночного прямого проводника)

Подробнее о Coil32 …

Довольно часто перед радиолюбителем встает вопрос: » Как рассчитать индуктивность катушки?». Катушки используются и в высокочастотной связной аппаратуре, и при конструировании акустических систем, и даже взглянув на материнскую плату компьютера, Вы и там обнаружите индуктивные элементы. С помощью программы Coil32 можно быстро рассчитать индуктивность катушки. В программе учитываются наиболее распространенные варианты каркасов катушек. Можно рассчитать бескаркасную катушку в виде одиночного витка, на каркасах различной формы, на ферритовых кольцах и в броневых сердечниках, а также плоскую печатную катушку с круглой и квадратной формой витков. Для рассчитанной катушки можно «не отходя от кассы» рассчитать емкость конденсатора в колебательном контуре.

В чем преимущества программы перед аналогами?

• Программа рассчитывает индуктивность многих типов катушек. Можно подобрать оптимальный вариант, либо пересчитать катушку под имеющийся каркас.
• Результаты всех расчетов выводятся в текстовое поле, откуда их можно сохранить в файл. В дальнейшем Вы можете их просмотреть, чтобы не пересчитывать заново. Можно открыть этот файл в «MS Word» и распечатать.
• Есть возможность рассчитать добротность для радиочастотных однослойных катушек индуктивности.
• Рассчитываются основные параметры колебательного контура для однослойной катушки
• Можно рассчитать длину провода для намотки однослойной, многослойной катушки и катушки на ферритовом кольце
• Для катушек в броневых сердечниках есть возможность выбрать один из нескольких стандартных, что позволяет рассчитать катушку несколькими щелчками мыши.
• Для плоских катушек на печатной плате программа подскажет оптимальные размеры для достижения наивысшей добротности.
• В Сети часто встречаются программы для расчета индуктивности, работающие под DOS, о преимуществах Windows-интерфейса, думаю, говорить не приходится.
• Программа имеет возможность расширения функционала с помощью дополнительных плагинов для расчета индуктивностей
• Программа имеет мультиязычный интерфейс и скины, дополнительные наборы скинов можно найти на .

Программа распространяется в стиле «Portable» и не имеет установщика. Для установки программы распакуйте архив программы в любой каталог и запустите на выполнение файл Coil32.exe. При постоянной работе с программой, желательно создать для нее специальную папку и вынести ярлык Coil32.exe на рабочий стол.

Таблица индуктивностей

Индуктивность: формула

Катушка индуктивности в цепи переменного тока проявляет себя различным образом. По мере увеличения частоты большее влияние начинает оказывать так называемый «скин» эффект. Его вызывают поверхностные токи. Для коррекции распределения полей применяют поправочные множители. В некоторых ситуациях приходится дополнительно учитывать воздействие вихревых составляющих.

Как рассчитать индуктивность многослойной катушки без сердечника с помощью линейки и омметра

• Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2012
• Петр Демченко, Литва
• EDN
• В статье показано, как рассчитать индуктивность многослойной катушки без сердечника, зная только ее размеры и сопротивление постоянному току
• Если размеры катушки выражены в миллиметрах, ее индуктивность в микрогенри может быть рассчитана по формуле:

где

• D – средний диаметр катушки,
• h – высота катушки,
• g – глубина (толщина намотки) катушки,
• N – количество витков (Рисунок 1).

Если количество витков неизвестно, индуктивность, все равно, можно рассчитать, используя значение сопротивления обмотки постоянному току. Предполагается, что катушка намотана аккуратно, виток к витку, цилиндрическим эмалированным проводом (Рисунок 2). В этом случае приближенное выражение для числа витков будет следующим:

1. где d – диаметр провода.
2. Однако, мы будем полагать, что диаметр нам неизвестен.

Датчики

От чего зависит сопротивление проводника

Изменение напряжения на катушке индуктивности используют для контроля параметров окружающей среды. Такие датчики чутко реагируют на приближение изделий с ферромагнитными свойствами. Их применяют для бесконтактной фиксации положения отдельных частей механизмов, створок ворот и других изделий.

В соответствующем исполнении они хорошо противостоят неблагоприятным внешним воздействиям. Потенциальных потребителей привлекают простота, разумная стоимость, долговечность. Функциональный датчик несложно сделать собственными руками при необходимости. Такие приборы без проблем совмещаются с другими компонентами систем автоматизации.

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности

Каждый дроссель можно представить в виде эквивалентной схемы.

Данная схема состоит из элементов:

• Rw – сопротивление обмотки с выводами;
• L – индуктивность;
• Cw – паразитная ёмкость;
• Rl – сопротивление потерь.

Изготавливая индуктивный элемент, стремятся снизить величину сопротивления потерь, паразитную ёмкость. При работе катушки на низкой частоте учитывают сопротивление её обмотки Rw. На таких частотах действуют токи большой величины.

Правильно рассчитанная катушка индуктивности будет иметь высокую добротность (180-300) и стабильность работы при влиянии внешних условий (температуры и влажности). Зная способы различной намотки и манипуляции с шагом, можно уменьшить влияние паразитных факторов.

Приложения для смартфона, NFC-меток и карточек

Если воспользоваться одним из многочисленных приложений, имеющихся в Google Play, можно закодировать NFC-метки для выполнения различных задач, например

• Изменить в смартфоне режимы работы GPS навигатора, Wi-Fi и Bluetooth (включить или выключить).
• Изменить настройки звуков и громкости (звонок, тихий, громкий, только вибрация, звук уведомления, громкость системных звуков и будильника, включение и выключение вибрации).
• Изменить настройки дисплея, например его яркость, автоматический поворот, время работы до выключения и другие.
• Взаимодействие с социальными сетями и социальными медиа, например можно быстро оправить фотографию в блог.
• Отправить сообщение по электронной почте или текстом.
• Открыть и закрыть приложения, открыть URL.
• Позвонить кому-либо.
• Создать различные другие задачи для NFC-меток.

Что же происходит, если приблизить телефон с включенным NFC режимом к NFC-метке? Предположим, что вы собрались спать и прикоснулись телефоном к метке «Будильник», наклеенной на прикроватной тумбочке. Телефон периодически активизирует микросхему NFC, которая посылает сигнал переменного тока с частотой 13,56 МГц в петлевую антенну на задней стенке телефона. Антенна создает слабое электромагнитное поле. Это поле наводит в петлевой антенне NFC-метки переменный ток, который выпрямляется и заряжает конденсатор метки. Энергия, сохраняемая в конденсаторе, используется для питания микросхемы метки, которая, в свою очередь, также генерирует переменный ток, содержащий команду включения будильника на телефоне. Микросхема смартфона обнаруживает электромагнитное поле петлевой антенны NFC-метки и декодирует полученную информацию. После декодирования в телефоне запускается программа будильника, которая включает его.

NFC-метка

Преимущества индуктивностей от Bourns

Компания Bourns на протяжении десятилетий является лидером в производстве катушек индуктивности. Bourns – это имя, которому доверяют, и продукцию компании следует иметь в виду при разработке новых DC/DC-преобразователей или преобразователей иной конструкции, требующих компонентов для поверхностного монтажа. Вероятность найти нужный компонент в линейке продукции, включающей 2000 наименований, весьма велика, причем найденное изделие, возможно, будет превосходить ваши требования.

При этом не стоит забывать, что расчет потерь в сердечнике для конкретного применения может зависеть от таких факторов, как плотность магнитного потока, потери в сердечнике и изменение температуры. Специалисты Bourns и программные продукты компании всегда помогут при расчетах и выборе нужного изделия.

Дроссели с плоским проводом серий SRP03\4\5\6* разработаны для приложений, требовательных к габаритам конечного изделия, особенно к его высоте. Индуктивности данного семейства относятся к классу низкопрофильных – их высота не превышает уровня 2 мм, что является конкурентным преимуществом при выборе катушек для DC/DC, используемых в портативной и миниатюрной электронике. При этом дроссели SRP03\4\5\6* позволяют получить достаточно высокий уровень индуктивности – до 10 мкГн – и высокие рабочие токи – до 15,5А. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 1.

Таблица 1. Дроссели серий SRP03\4\5\6* с плоским проводом

Дроссели с плоским проводом серий SRP*FA и SRP*CA разработаны для приложений, требовательных к высокой токовой нагрузке, например для DC/DC, питающих CPU\GPU\ARM, где рабочие токи могут достигать десятков ампер. Сердечник у дросселей данного семейства выполнен из металл-композитного материала (а не феррита), что позволяет получить сверхвысокие токи насыщения, не зависящие от температурного режима. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 2.

Таблица 2. Дроссели серий SRP*FA и SRP*CA с плоским проводом

Дроссели с плоским проводом и ферритовым сердечником серии PQ26* разработаны для приложений с высокой токовой нагрузкой и требованием очень низких активных потерь. Отличительной особенностью данного семейства является экстремально низкое значение параметра DCR (сопротивление на постоянном токе), которое не превышает уровня 2 мОм. Именно с применением дросселей этого семейства можно построить DC/DC-преобразователь с максимальным КПД и минимальными потерями. Основные параметры данного семейства представлены в таблице 3.

Таблица 3. Дроссели серии PQ26* с плоским проводом

RFID и NFC — в чем разница

Итак, что же такое RFID и NFC? И то, и другое — близко связанные друг с другом способы передачи информации, имеющие многочисленные области применения. Примерами являются управление материально-техническими ресурсами, проведение бесконтактных платежей, обмен контактной информацией, фотографиями и видео, электронная оплата проезда по платным дорогам и мостам и многое другое. Радиочастотная идентификация (RFID, англ. Radio Frequency Identification) — это технология, использующая электромагнитные поля для идентификации и отслеживания перемещения меток, прикрепленных к различным объектам. Ближняя бесконтактная связь (NFC, англ. Near-Field Communication) — технология, основанная на существующих стандартах радиочастотной идентификации, позволяющая осуществлять связь между двумя расположенными рядом на расстоянии менее 10 см электронными устройствами. Обычно это два смартфона или считывающее устройство и смартфон, или смартфон и RFID-метка. Для организации связи с помощью NFC используется диапазон со средней частотой 13,56 МГц. Эта же частота стандартизирована и для RFID-устройств.

Микросхема и катушка антенны RFID-метки

Радиочастотная идентификация (RFID)

позволяет осуществлять одностороннюю или двухстороннюю связь между RFID-метками и RFID-приемником. Метки могут быть пассивными (без собственного источника питания), активными (со своей батареей) и полупассивными (также с батареей). Приемники имеют собственное питание и могут быть пассивными (работающими в режиме только чтения меток) и активными (они могут не только считывать, но и передавать информацию на метки). RFID-метки можно считывать на больших расстояниях, до 200 метров без прямой видимости между считывателем и меткой. Поэтому их можно использовать, например, для обработки багажа в аэропорту. RFID использует несколько радиочастотных диапазонов, показанных в таблице ниже. Связь между устройством чтения и метками осуществляется с использованием стандартизированных протоколов. Для разных диапазонов частот применяются различные протоколы.

Ближняя бесконтактная связь (NFC)

работает в частотном диапазоне 13,56 МГц и является расширением стандарта и протоколов RFID. В связи с этим многие физические свойства NFC совпадают со свойствами высокочастотных RFID-устройств. NFC позволяет осуществлять двухстороннюю связь между двумя близко расположенными (на расстоянии менее 5 см) электронными устройствами, одно из которых обычно бывает смартфоном, а другое — смартфоном, считывателем платежных карт или NFC-меткой. NFC объединяет интерфейс смарт-карты и считывателя смарт-карт в одном устройстве. Как высокочастотная связь RFID, так и NFC работают в одном и том же частотном диапазоне с центральной частотой 13,56 МГц. В отличие от RFID, которая работает хорошо на расстояниях 100 м и более, NFC работает на максимальном расстоянии всего 10 см.

Примерами связи между двумя мобильными телефонами является обмен файлами с помощью приложения Android Beam, сопряжения (паринга) между двумя Bluetooth-устройствами и установления соединения между ними без необходимости ввода паролей. Можно привести множество примеров связи между мобильным телефоном и меткой, которую можно легко запрограммировать с телефона: вызов сайта социальной сети, запуск приложения Google Maps или иного приложения с картами и маршрутом для возвращения домой, открытие ссылки на видеосюжет, отправка почтового сообщения, организация связи постеров с онлайн-объектами и многое другое. Возможно, одним из основных применений NFC является прием платежей с установлением соединения между мобильным телефоном и платежным терминалом. Телефон с возможностями установки NFC-соединения может открывать и закрывать двери. Отметим, что при подготовке этой статьи (лето 2022 г.) устройства Apple поддерживали только прием платежей. Всё остальное для яблофонов пока недоступно.

Ключ зажигания автомобиля Honda: 1 — литиевая батарея, 2 — корпус пульта дистанционного управления с RFID-транспондером, 3 — задняя стенка ключа, 4 — передняя стенка корпуса ключа с металлическим ключом, 5 — уплотнительная прокладка, 6 — ключ Honda в сборе, 7 — передняя крышка пульта управления с кнопками, 8 — печатная плата пульта дистанционного управления, 9 — увеличенное изображение печатной платы, 10 — кварцевый генератор, 11, 15, 16, 17 — кнопки, 13 — катушка индуктивности 2,63 мГн 25 Ом, используемамя в качестве катушки транспондера, 14 — микросхема пульта дистанционного управления и RFID-транспондера

Ниже в таблице приведены различия между технологиями высокочастотной RFID и NFC