Как рассчитать катушку динамика?

Содержание

Расчёт катушки индуктивности под динамик

Данный расчет является примером для определения данных катушки индуктивности на воздушном сердечнике, нагруженной динамиком. В этом примере выбрана катушка без сердечника во избежание искажений, обусловленных перемагничиванием сердечника.

На рисунке показана оптимальная катушка индуктивности в смысле отношения индуктивности катушки и ее активному сопротивлению. Конструкция получается, когда внутренний диаметр цилиндрического слоя обмотки вдвое больше его высоты, а внешний диаметр в четыре раза больше высоты и в два раза больше внутреннего диаметра.

высота 1 см; внутренний диаметр 2 см; внешний диаметр 4 см.

Пример расчета

Современные программы по расчету пассивных фильтров для акустики, дают значение катушек индуктивности в мГн, здесь нужно перевести в мкГн, т.е. умножить на 1000.

Определим данные катушки с индуктивностью 1,25 мГн (или 1250 мкГн) разделительного фильтра, нагруженного динамиком сопротивлением 4 Ом. Активное сопротивление рассчитываемой катушки должно составлять 5% сопротивления динамика. Это соотношение можно считать вполне приемлемым. Активное сопротивление катушки: R = 0,05 х 4 = 0,2 Ом.

  1. откуда: L/R = 1250 / 0,2 = 6250 мкГн/Ом;
  2. далее имеем: h = √ ((L/R) / 8,6)= √ (6250 / 8,6) = 26,96 мм;
  3. длинна жилы:l = 187,3 х √ ( L х h) = 187,3 х √ (1250 х 26,96) = 34383 мм = 34,3 м;
  4. количество витков: ω = 19,88√(L / h) = 19,88 х √ (1250 / 26,96) = 135,36 витков;
  5. диаметр жилы:d =0,84h / √ ω = 0,84 х 26,96 / √ 135,36 = 1,95 мм;
  6. масса намотки: m = (h 3 х 10 -3 ) / 21,4 = (26,96 3 х 10 -3 ) / 21,4 = (19595,65 х 0,001) / 21,4= 0,9 кг.

Полученные значения должны быть округлены (в первую очередь диаметр жилы) до ближайшего стандартизированного. Окончательные значения индуктивности подгоняют путем отматывания нескольких витков обмотки, намотанной с некоторым превышением числа витков сравнительно с рассчитанным.

Итак имеем данные, которые понадобятся для расчета будущей катушки:

  1. высота намотки h = 26,96 мм;
  2. значит внутренний диаметр a = 53,92 мм;
  3. соответственно внешний: b = 107,84 мм;
  4. длинна жилы: 34,3 м;
  5. количество витков: 135;
  6. диаметр жилы, соответствует стандартизированному: 1,95 мм (по меди).

Статья специально подготовлена для сайта ldsound.ru

40 комментариев: Расчёт катушки индуктивности под динамик

Интересная статья но при расчете катушки 2,78 мГн получилась катушка h=40, a=80, b=160 ка кто большая слишком получилась.
У меня в 25 АС на 2,5 мГн гораздо меньше. Что делать не знаю.

Да, я знаю, что пересчет под индуктивность дает просто огромные размеры, но как указано в описании: “На рисунке показана оптимальная катушка индуктивности в смысле отношения индуктивности катушки и ее активному сопротивлению.”

пожалуйста рассчитайте катушку индуктивности в фильтр нч под динамик 20 ГДН-1-8 (10 ГД-30Б).прошу ВАС указать количество витков и диаметр оправки. В наличии имею провод диаметр 1,7 мм кв. длинной 36 метров.

Помогите пожалуйста рассчитать катушку индуктивности на 3.6 мГн проводом 1.18. Подскажите с размерами конструкции и количеством витков. Катушка на НЧ звено. Буду очень благодарен.

Данная статья поможет посчитать катушку под конкретный динамик и нужную индуктивность. Под диаметр жилы попробуйте здесь: http://coil32.ru/calc/multi-layer.html

Спасибо большое, по ссылке, что Вы дали выходит что-то более реальное.

Ещё-бы онлайн расчёт под эти формулы ) а так лет 20 мотаю по этой формуле, а в последнее время и фильтр для усилителей D класса тоже по ней делаю, что там максимум 22мкГн ))) звук как будто лучше!

Советую Вам калькуляторы сайта aie.sp.ru. Фильтры разных порядков: http://www.aie.sp.ru/Calculator_filter.html ; индуктивность: http://www.aie.sp.ru/Calculator_inductance_coil.html ; фазоинвертор: http://www.aie.sp.ru/Calculator_faz.html ; динамики, разные методики и многое другое. Правда, они тоже рекомендуют окончательную доводку по измерениям.

есть прекрасные программки, в которые забиты формулы из старого справочника радиолюбителя. Когда мотал огромную катушку, считал по этим формулам, совпало до долие мгн, удивился -не то слово. Вот ссылочка на кроссовер калькулятор этот https://cloud.mail.ru/public/rp1b/4Xrb82mhj

Бокарёв Александр Ростов-на-ДОНУ: Отличная программа. Теперь Excel с формулами под отечественные динамики не очень нужен(разве что для сверки полученных расчетов).

Осталось разгадать порядок рассчитанного кроссовера. R-L-C

“Легкая измена” номинала деталей, и крутой Чебышев легко мутирует в элипс, затем в плоского Баттерворта.(шутка с долей истины)

Константин, в этой программке сес считаем катушки, а есть другая программка LC_Filter , она считает номиналы фильтров и выдает ачх .https://cloud.mail.ru/public/Lyd1/S9m1hpsnW

имеет ли значение активное сопротивление катушки стоящей в фильтре параллельно ВЧ динамику

ПЕРЕМОТКА ДИНАМИКА

Наверно в каждого радиолюбителя, да и не только радиолюбителя есть дома сожженные динамики. Случиться такое может с каждым. Пробой выходных транзисторов,перегрузка, или заводской брак и многое другое может привести к выходу из строя катушки внутри динамика. Хочу вам рассказать о своем случае. Динамическая головка 25ГДН-3-4.

Покинула нас, уйдя в мир духов, при прослушивании тяжелого рока:) Уходила красиво. Сперва начала сильно хрипеть, а потом с нее повалил густой и вонючий дым. Оплавился пыле-защитный колпачок. После разборки выяснилось, что еще и сгорело пол катушки.

Перемотать его не тяжело, но работа требует терпения. У меня получилось только со второго раза намотать катушку. Итак, приступим к ремонту динамика.

Этап 1 – сбор информации. В справочниках или интернете. Нужно найти данные о самом динамике, а особенно о катушке. Ее надо будет делать с нуля. Паспортные данные динамической головки:

— Эффективный рабочий диапазон частот — 50 — 5000 Гц
— Уровень характеристической чувствительности — 84 Дб/Вт*м
— Неравномерность АЧХ — 14 Дб
— Полный коэффициент гармонических искажений — 3 — 6 %
— Номинальное электрическое сопротивление — 4 Ом
— Предельная шумовая (паспортная) мощность — 25 Вт
— Предельная долговременная мощность — 30 Вт
— Предельная кратковременная мощность — 70 Вт
— Частота основного резонанса — 55 ±10 Гц
— Эквивалентный обьем — 8 Vas Литр
— Полная добротность — 0,5 ±0,5 Qts
— Диаметр диффузора — 110 мм
— Размеры магнита — d110х16 мм
— Общие габаритные размеры — d125x79 мм (мои замеры — d125х73 мм)
— Масса — 2000 г
— ОСТ 4.383001-85

И данные о катушке динамика:

— Марка провода — ПЭТВ-1
— Диаметр провода — 0,224 мм
— Количество слоев намотки — 2
— Количество витков в 1-ом слое — 47
— Количество витков во 2-ом слое — 46
— Оммическое сопротивление — 3,1 ±0,4 Ом
— Высота звуковой катушки — 22,5 мм
— Внутренний диаметр — 25,4 мм
— Внешний диаметр, вместе с намоткой — 26,6 мм

Информация есть. Подбираем нужный диаметр провода и переходим ко второму этапу.

Этап 2 – разборка динамика. Отпаиваем многожильные проводки идущие от катушки к клеммам динамика. Для разборки нам понадобиться растворитель, кисточка и полиэтиленовый мешок. Растворитель для красок. На банке писало – 647. Купил в магазине, где продают авто-эмали. Нам нужно ним растворить клей, которым склеен динамик. Для этого кисточкой, смоченной в растворителе, обмазываем краи динамика. А также снизу полотняную центрующую шайбу, тоже по краям где проклеена. Пылезащитный колпачок тоже нужно отклеить. Но у меня он не сохранился. После пропитки кладем динамик в полиэтиленовый мешок и завязываем. Это для того чтоб растворитель не и испарялся так быстро. Ждем около десяти минут. Вынимаем и смотрим. Клей должен был растворится. Сверху диффузор можно снять руками, а снизу мембрану нужно поддеть ножом или скальпелем. Если он тяжело отстает, то повторяем процедуру с растворителем и пакетом. Все работы с растворителем и клеем надо проводить на улице. Я делал на балконе. Надеюсь все получилось.

Читайте также:  Тиристорные устройства регулирования мощности quadrac

Этап 3 – намотка новой катушки. Для этого нам понадобится тонкая и плотная бумага. Как видно высота катушки составляет 22,5 мм. Я вырезал полоску длинной 300 мм и высотой 22,5 мм. Подобрал трубку нужного диаметра. Диаметр можно подогнать намотав на нее несколько витков изоленты. Мерял штангенциркулем. Обкрутил бумагу кругом трубки, при этом промазывая каждый виток клеем или лаком. Использовал клей под маркой 505. Он быстро сохнет, а после становиться твердым. Вроде выдерживает температуру. Сняв поучившееся кольцо с трубки меряем, как оно входит в керн динамика. Должно легко заходить и выходить с небольшим зазором. Если все хорошо, то снова надеваем на трубку и приступаем к намотке провода. Намотка в два слоя. Первый слой 47, а второй – 46 витков. Витки укладывать один к одному. Первый виток надо закрепить клеем или лаком. После намотки первого слоя пропитать его клеем. Дальше второй слой, и снова клеем. После высыхания снимаем катушку с трубки, и меряем как она входит в керн. Должна легко входить внутрь и вынимаются. Если где то трет, или вовсе не налазит – переделываем наново.

Этап 4 – сборка. Намотанную катушку приклеиваем к диффузору. Нужно стараться как можно ровнее. На сей раз нужно использовать клей, который можно растворить. Вдруг его нужно будет еще раз разбирать. Для этого купил клей для клейки резины. Проводки катушки припаиваем к многожильным на диффузоре.

Дальше, согласно инструкции на тюбике клея, склеиваем весь динамик.

Катушку с керном динамика нужно отцентровать с помощью куска фотопленки, или тонкого пластика. Соединяем. Полотняную мембрану приглажеваем ножом, или каким нибудь плоским предметом. Для надежности скрепления диффузора с каркасом прикручываем динамик к ровной поверхности саморезами.

Припаиваем многожильный провод к клеммам динамика и ждем несколько часов.

Этап 5 – испытания динамика. Отвинчиваем его от доски. Вынимаем фотопленку с керна. Нажатием пальцами на диффузор слушаем нет ли трения катушки. Если она заклинивает, то возвращаемся к этапу 2. Проверяем омметром сопротивление катушки. Все в норме? Тогда подключаем к усилителю и слушаем. Нормально собранный динамик будет звучать как новый. Если есть небольшое трение между бумагой катушки и керном, то оно со временем должно пройти. В случае трения провода катушки с наружной железной шайбой – однозначно этап 2. Если испытания прошли нормально, то приклеиваем пылезащитный колпачок. В своём варианте отклеил растворителем с другого динамика.

Как видно, не чего сложного нет. Думаю что не целесообразно будет перематывать маломощные маленькие динамики. Но это зависит от вашего желания. Возможно можно что то упростить, или сделать лучше. Удачной всем перемотки. Динамик ремонтировал — Бухарь.

Как рассчитать индуктивность катушек с замкнутыми сердечниками?

Всем доброго времени суток. В прошлых статьях (часть 1, часть 2, часть 3) я рассказал о расчёте индуктивности индуктивных элементов без сердечников. Однако их применение ограниченно, вследствие, больших габаритных размеров. Поэтому для увеличения индуктивности и уменьшения размеров и улучшения других показателей индуктивные элементы устанавливают на сердечники из материалов с различными магнитными свойствами.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Особенности расчёта индуктивных элементов с сердечниками

В отличие от индуктивных элементов без сердечников, при расчёте которых учитывался магнитный поток пронизывающий только проводник с током, магнитный поток индуктивных элементов с сердечниками практически полностью замыкается на сердечники. Поэтому при расчёте индуктивности таких элементов необходимо учитывать размеры сердечника и материал, из которого он изготовлен, то есть его магнитную проницаемость.

Обобщённую формулу для расчёта индуктивных элементов с сердечниками можно выразит с помощью следующего выражения

где ω – количество витков катушки,

RM – сопротивление магнитной цепи,

μа – абсолютная магнитная проницаемость вещества, из которого изготовлен сердечник,

SM – площадь поперечного сечения сердечника,

lM – длина средней магнитной силовой линии,

Таким образом, зная размеры сердечника можно достаточно просто вычислить индуктивность. Однако в связи с такой простотой выражения и разбросом магнитной проницаемости материала сердечника, погрешность в расчёте индуктивности составит 25 %.

Для сердечников, имеющих сложную конструктивную конфигурацию, вводится понятие эффективных (эквивалентных) размеров, которые учитывают особенности формы сердечников: эффективный путь магнитной линии le и эффективная площадь поперечного сечения Se сердечника. Тогда индуктивность катушки с сердечником будет вычисляться по формуле

где ω – количество витков катушки,

μ – магнитная постоянная, μ = 4π*10 -7 ,

μr – относительная магнитная проницаемость вещества,

Se – эффективная площадь поперечного сечения сердечника,

le – эффективный путь магнитной линии сердечника.

Таким образом, расчёт индуктивности индуктивных элементов с сердечниками сводится к нахождению эффективных размеров сердечника. Для упрощения нахождения данных размеров сердечника ввели вспомогательные величины, называемые постоянные сердечников:

С1 – первая постоянная сердечника, которая равна сумме отношений длины однородных по сечению участков сердечника к поперечного сечения сердечника, измеряется в мм -1 ;

С2 – вторая постоянная сердечника, которая равна сумме отношений длин однородных по сечению участков сердечника к квадрату своего сечения, измеряется в мм -3 ;

где N – количество разнородных участков сердечника,

lN – длина N – го участка сердечника,

SN – площадь N – го участка сердечника.

Тогда величины Se и le определятся из следующих выражений

Кроме индуктивности с помощью постоянных С1 и С­2 определяют эффективный объём Ve, который требуется для определения параметоров силовых индуктивных элементов – трансформаторов и дросселей. Если же есть необходимость рассчитать только индуктивность L, то используют только постоянную С1 по следующему выражению

где ω – количество витков катушки,

μ – магнитная постоянная, μ = 4π*10 -7 ,

μr – относительная магнитная проницаемость вещества,

С1 – первая постоянная сердечника, которая равна сумме отношений длины однородных по сечению участков сердечника к поперечного сечения сердечника.

Несмотря на довольно сложные формулировки и формулы, вычисление индуктивности по ним достаточно простое.

Выпускается достаточно много типов сердечников, которые обладают различными конструктивными особенностями и свойствами, рассмотрим некоторые из них.

Расчёт катушки с тороидальным сердечником

Тороидальные (кольцевые) сердечники, благодаря своей простоте изготовления находят широкое применение в различных импульсных трансформаторах, фильтрах и дросселях и обеспечивают небольшую потребляемую мощность при минимальных потерях.


Тороидальный сердечник.

Для расчёта индуктивности достаточно знать три конструктивных параметра такого магнитопровода: D1 – внешний диаметр, D2 – внутренний диаметр, h – высота сердечника.

Расчёт эффективных параметров сердечника, как сказано выше, основан на двух величинах С1 и С2, которые составляют

где he – эффективная высота сердечника,

D1 – внешний диаметр сердечника,

D2 – внутренний диаметр сердечника.

Расчёт эффективной высоты he сердечника зависит от конструктивных особенностей.


Расчёт эквивалентной высоты тороидального сердечника: прямоугольное сечение (вверху) и трапецеидальное сечение (снизу).

Рассмотрим несколько случаев:

а) прямоугольное поперечное сечение с острыми кромками

б) прямоугольное поперечное сечение со скруглёнными кромками и радиусом скругления rs

в) трапецеидальное поперечное сечение с острыми кромками

Читайте также:  Простой прибор для проверки транзисторов своими руками

г) трапецеидальное поперечное сечение со скруглёнными кромками

Пример. В качестве примера рассчитаем индуктивность тороидальной катушки, имеющий ω = 50 витков, намотанных на равномерно на магнитопровод со следующими размерами D1 = 20 мм, D2 = 10 мм, h = 7 мм, сечение магнитопровода прямоугольное со скруглёнными кромками, радиус скругления rs = 0,5 мм, относительная магнитная проницаемость материала сердечника μr = 1000.

Так как рассчитываем только индуктивность, то в расчёте коэффициента С2 нет необходимости

Расчёт катушки с П–образным сердечником прямоугольного сечения

В отличие от тороидальных сердечников, П – образные сердечники выполняются разборными и состоят из двух частей. Существует две модификации таких сердечников: состоящие из двух П – образных частей и из П – образной и прямоугольной замыкающей пластины.

Такие сердечники применяются в импульсных трансформаторах и трансформаторах строчной развертки и, обладая большой магнитной проницаемостью, обеспечивают малую потребляемую мощность.


П-образный сердечник с прямоугольным сечением: из двух П-образных частей (слева) и П-образной части с замыкающей прямоугольной пластиной (справа).

Для расчёта параметров сердечника рассмотрим сечение замкнутого П-образного сердечника


Сечение П-образного прямоугольного сердечника.
Данный сердечник состоит из нескольких участков l1, l2, l3, l4, l5 имеющих различное сечение S1, S2, S3, S4, S5,. Тогда коэффициенты С1 и С2 составят

Неизвестные величины можно найти следующим образом

Пример. Необходимо рассчитать индуктивность обмотки трансформатора, выполненного на П-образном сердечнике фирмы Epcos типа UU93/152/16, выполненного из двух П-образных половинок, материал сердечника N87 μr = 1950, количество витков ω = 150.


Сердечник Epcos U93/76/16.

Таким образом, расчётные параметры сердечника составят

Таким образом коэффициент С1 и индуктивность L составят

Расчёт катушки с П-образным сердечником круглого сечения

Кроме П-образных катушек с прямоугольным сечение, широко применяются П-образные катушки с круговым сечением. Они также состоят из двух П-образных частей


П-образный сердечник с круговым сечением.

Для расчёта рассмотрим сечение замкнутого сердечника состоящего из двух пловинок.


Сечение П-образного сердечника с круговым сечением.

Аналогично сердечнику с прямоугольным сечением выделим пять участков длины сердечника с различным сечением и расчёт соответственно тоже. Площадь круговых участков считается по известной формуле для площади круга, влиянием технологических пазов и отверстий можно пренебречь

Пример. В качестве примера рассчитаем индуктивность катушки, выполненной на сердечнике. Сердечник из двух частей типа SDMR 40 UY20 (μr = 2500), количество витков ω = 60.


Сердечник типа SDMR 40 UY20.

Параметры сердечника для расчёта составят

Таким образом коэффициент С1 и индуктивность L составят

На сегодня всё. Продолжение смотри в следующей статье.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Как рассчитать индуктивность катушки

20 октября 2019

Время на чтение:

Катушка индуктивности является спиральным или винтовым проводником, который преобразовывает энергию электрополя в магнитное поле. Каково более полное определение этого элемента электроцепи, как сделать расчёт катушки индуктивности и что влияет на ее индуктивность? Об этом далее.

Описание устройства

Катушка индуктивности бывает винтовой, спиральной или винтоспиральной, имеющей свернутый изолированный проводник, который обладает значительным показателем индукции при малой емкости с активным сопротивлением. Как следствие, ток протекает через источник тока со значительной инерционностью.

Главный компонент электроцепи

Обратите внимание! Применяется, чтобы подавлять помехи, сглаживать биения, накапливать энергию, ограничивать переменный ток или резонансный/частотно-избирательный контур цепи.

Стоит указать, что ее применение разнообразно. Называется она дросселем, вариометром, соленоидом и токоограничивающим реактором. При этом основные технические характеристики варьируются. Могут отличаться силой тока, сопротивлением потерь, добротностью, емкостью и температурным добротным коэффициентом.

Полное определение из физики

Факторы, влияющие на индукцию

Влияет на индукцию число проводниковых витков, площадь поперечного сечения, длина и материалы. Благодаря увеличению витков повышается индукция и наоборот. Что касается сечения, чем больше источник, тем больше показатель. Также чем больше магнитный вид проницаемости, тем больше индуктивный показатель.

Факторы, влияющие на преобразование энергии в магнитное поле

Расчет

Вычислить число витков, зная конструкцию, можно по формуле нахождения энергии и ее магнитного поля W = LI2/2, где L является индукцией, I — силой тока. Витки находятся из формулы L/d, где d является проводным диаметром. Стоит указать, что есть специальный калькулятор, в который нужно только подставить необходимые параметры. При этом можно определить, однослойный или многослойный проводник.

Схематическое расположение витков в катушке

С сердечником

Стоит отметить, что со стержнем, намоткой, обмоткой индукция вычисляется через замкнутый магнитный поток индуктивных элементов, в то время как без него учитывается поток, который пронизывает только проводник с токовой энергией. Расчитывая индуктивность подобных элементов, необходимо учесть размеры и материал центральной части. Обобщенно можно представить формулу схематично. При этом требуется взять в расчет источник с сопротивлением магнитной цепи, абсолютной магнитной проницаемостью вещества, площадью поперечного сердечникового сечения и длиной средней силовой линии. Зная это, можно посчитать индукцию. Стоит учитывать погрешность. Она будет равна 25%.

Без сердечника

Стоит указать, что без ферритового, геометрического и цилиндрического сердечника с мощным каркасом источник имеет небольшую индукцию, а с ним она повышается. Это связано с тем, что имеется материальная магнитная проницаемость. Форма бывает разная. Есть броневой, стержневой и тороидальный материал.

Обратите внимание! Рассчитать можно, используя метод эллиптических максвелловских интегралов и специальную онлайн программу.

Катушка — незаменимый компонент любой электросети, который имеет вид скрученного или обвивающего элемента с проводником. Влияет на ее индукцию число проводных витков, площадь сечения, длина и материал сердечника. Отыскать количество витков и посчитать индуктивность с сердечником и без него несложно, главное — руководствоваться приведенными выше рекомендациями.

Электромагнитный расчет и оптимизация планарных катушек на печатных платах

Планарные катушки используются в самых различных устройствах — от датчиков артериального давления до платежных карт. Они располагаются на печатных платах и хорошо подходят для создания взаимных индуктивных связей, особенно при ограниченном пространстве. При проектировании таких катушек важно точно рассчитать как индуктивность, так и активное сопротивление, так как эти факторы играют ключевую роль в производительности устройства. Для эффективного описания катушек на плоскости инженеры могут использовать технологию задания многослойных оболочек (layered shell), доступную в пакете COMSOL®.

Планарные катушки: преимущества и примеры использования

Планарные катушки названы так из-за того, что все их части (витки) находятся практически на одной плоскости (т. е. они почти плоские). Они занимают намного меньше места, чем другие индукторы, и поэтому подходят для любых практических приложений с ограничениями по размерам, что очень актуально, к примеру, в микроэлектромеханических системах (МЭМС) или в имплантированных медицинских устройствах, например, сердечных насосах. Такие катушки могут изготавливаться как на жестких, так и на упругих подложках, и следовательно могут быть интегрированы как на классические печатные платы, так и на элементы для т.н. гибкой электроники. Планарные катушки также могут изготавливаться серийно, что является экономически выгодным.

Благодаря этим качествам, планарные катушки находят применение в различных областях, в основном, в высокочастотных приложениях. Некоторые примеры использования:

  • Дистанционный мониторинг состояния здоровья (например, датчики кровяного давления)
  • Беспроводная передача энергии (например, носимые/имплантируемые медицинские устройства)
  • Радиочастотная идентификация (например, платежные карты)
  • Индукционный нагрев (например, индукционные варочные панели)


Планарные катушки могут использоваться на печатных платах в портативных устройствах типа фитнес-трекеров.

В контексте разработки и проектирования планарных катушек наиболее важные характеристики — это индуктивность и сопротивление. Последнее определенно должно быть очень низким (в идеальном случае нулевым), так как любое сопротивление уменьшает эффективность катушки. Индуктивность, напротив, для эффективной связи с другими системами должна быть высокой. Определение сопротивления и индуктивности может являться достаточно сложной задачей, так как необходимо учитывать материал катушки, количество витков, связь между электрическими и магнитными полями.

Инженеры могут получить данные о сопротивлении и индуктивности планарных катушек на печатных платах численно, используя возможности модуля AC/DC для электромагнитных расчетов, являющегося расширением пакета COMSOL Multiphysics. Это модуль содержит в числе прочих физический интерфейс Electric Currents, Layered Shell (Электрические токи в многослойных оболочках), который позволяет эффективно описывать и моделировать в т.ч. конструкции плоских катушек. В качестве примера давайте рассмотрим простую модель планарной катушки.

Читайте также:  Типы мигающих светодиодов

Представление планарной катушки как многослойной оболочки с помощью модуля AC/DC

Модель представляет собой медную катушку, размещенную на печатной плате. Катушка содержит три витка, два межслойных соединения (перемычки), два контакта-терминала, один из которых служит источником тока, а второй заземлён. Ток с терминала начинает течь по верхнему слою. Затем он переходит по соединительной перемычке (via) на нижний слой, далее – по нему под витками, обратно на верхний слой по второй перемычке (via), и, наконец, проходит по всем виткам к контакту заземления. Протекая по катушке, ток индуцирует магнитное поле, причем отношение тока к магнитному полю как раз определяет индуктивность.


Геометрия планарной катушки, цветом на изображении показано распределение электрического потенциала.

Так как медная катушка является очень тонкой (толщина 0.1 мм, длина и ширина 0.5 мм), её предпочтительней моделировать в качестве граничного, а не объёмного компонента. Для того, чтобы описать топологию катушки в плоскости можно воспользоваться функционалом физического интерфейса Electric Currents, Layered Shell, который доступен с версии 5.4 программного обеспечения COMSOL®. К тому же, данный интерфейс можно использовать совместно с физическим интерфейсом Magnetic Fields (Магнитные поля), что позволит провести анализ растекания токов, генерации магнитных полей и, следовательно, вычислить не только сопротивление, но и индуктивность катушки. Процесс такого совместного расчета будет состоять из двух этапов:

  1. В рамках физического интерфейса Electric Currents, Layered Shell проводится расчёт как сосредоточенного сопротивления, так и поверхностной плотности тока в области катушки. Собственно данный интерфейс и предназначен для решения закона сохранения тока, протекающего по двумерному слою.
  2. Физический интерфейс Magnetic Fields затем использует рассчитанную в интерфейсе Electric Currents, Layered Shell поверхностную плотность тока для расчёта распределения магнитного поля вокруг катушки.

Не смотря на то, что конкретно этот пример довольно простой, вы можете использовать точно такой же подход для других более сложных геометрий и постановок. Чтобы узнать все детали и настройки выполненные при моделировании, ознакомьтесь с учебным примером Planar PCB Coil. По ссылке вы найдёте pdf-файл с пошаговыми инструкциями по сборке. А если у вас есть действующая лицензия, то сможете скачать и соответствующий MPH-файл модели.

Визуализация результатов электромагнитного расчета

После проведения расчета в результатах автоматически сгенерируются дефолтные графики с наиболее характерными визуализациями и величинами. В данной модели выведены графики распределения электрического потенциала (показан выше), а также магнитного поля, которое создаётся током, протекающим по катушке (показано ниже). В дополнение к графическим результатам, также можно рассчитать числовые выражения, в т.ч. на основе классических формул. В нашем случае, проведен расчет сопротивления и индуктивности. Для рассмотренной конструкции индуктивность равна 0.06 мкГн, а сопротивление — 21.6 мОм.


Распределение магнитной индукции вокруг катушки (цветом) и плотность тока (стрелки).

В данном примере мы продемонстрировали преимущества использования технологии по заданию многослойных оболочек в модуле AC/DC. С её помощью легко реализовать модель планарной катушки и определить сосредоточенные параметры — сопротивление и индуктивность. Используя расчетные данные, инженеры могут проводить оптимизацию топологий катушек для определенных сфер применения, например, добавляя больше витков для увеличения индуктивности. Результаты расчета предсказывают увеличение индуктивности с 0.06 мкГн до 0.11 мкГн при добавлении 4 го витка.


Сравнение сопротивления и индуктивности для катушек с тремя и четырьмя витками. Визуализация распределения магнитной индукции приведена для случая четырёхвитковой катушки.

Дальнейшие шаги

Поработайте самостоятельно с рассмотренным примером расчета планарной катушки на печатной плате. По нажатию на кнопку вы перейдете в Библиотеку моделей и приложений (Application Gallery,), в которой сможете загрузить MPH-файл и документацию к рассмотренной модели.

Параметры Тиля — Смолла (Fs, Qts, Vas)

Параметры сабвуфера Fs, Qts, Vas. Параметры Тиля — Смолла

Тиль и Смолл

Тиль и Смолл это два ученых, которые сформировали единый, общепринятый подход к вычислению характеристик низкочастотных динамиков на основе основных параметров (Fs, Qts, Vas).

Невил Тиль/A. Neville Thiele (слева), Ричард (Рихард) Смолл/Richard Small (справа)

Параметры Тиля — Смолла определяют поведение динамика в диапазоне низких частот

Для нас с вами эти параметры очень важны, так как они используются для расчета правильного акустического оформления динамика или проще — для расчета корпуса сабвуфера. Все необходимые данные вы можете найти в технической документации на саб, часто они указываются и на коробках. Ниже мы подробнее рассмотрим основные параметры для понимания звуковых процессов и нюансов при выборе сабвуфера.

Параметры (Fs, Qts, Vas)

Fs — резонансная частота динамика

Резонансная частота (Fs) — частота резонанса сабвуфера без акустического оформления (без корпуса).

Fs меньше 25 Гц считается низкой, а больше 40 Гц — высокой. Резонансная частота зависит от общей жесткости подвеса сабвуфера и массы его подвижной системы. Общая жесткость, в свою очередь, зависит от жесткости центрирующей шайбы и жесткости подвеса диффузора.

Сms — гибкость подвеса подвижной системы динамика, м/Н,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг.

Qts — полная добротность

Полная добротность (Qts) — это упругость (контроль) динамика в районе резонансной частоты (Fs).

Другими словами — чем выше добротность, тем сильнее «болтается» саб в районе своей резонансной частоты (Fs), а чем ниже, тем эффективнее колебания гасятся (контролируются).

Складывается из механической добротности, которая зависит в основном от материала центрирующей шайбы, а не подвеса диффузора, как многие думают и электрической добротности, зависящей от величины магнита, длины обмотки катушки и ширины зазора в магнитной системе. От полной добротности механическая составляет 10-15%, а электрическая 90-85%, соответственно.

Низкой добротностью считается значение 0.3-0.35, высокой — 0.5-0.6.

Qts — полная добротность на частоте Fs,

,

  • Qms — механическая добротность на частоте Fs,

,

Fs — резонансная частота динамика, Гц,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,

Rms — механическое сопротивление подвеса подвижной системы (определяет «потери» в подвесе), Н·с/м,

  • Qes — электрическая добротность на частоте Fs,

,

Mms — масса подвижной системы (включая массу двигаемого воздуха), кг,

Fs — резонансная частота динамика, Гц,

Re — сопротивление звуковой катушки, Ом,

Bl — коэффициент электромеханической связи (индукция поля в магнитном зазоре умноженная на длину провода звуковой катушки), Тл·м.

Vas — эквивалентный объем

Эквивалентный объем (Vas) — объем воздуха в корпусе, обладающий той же упругостью, что и сабвуфер. Зависит от жесткости подвеса и площади диффузора (диаметра) динамика.

Чем больше диаметр и мягче сабвуфер, тем больше Vas.

Нужно отметить особенность связи Vas и Fs. Так как, резонансная частота (Fs) определяется жесткостью подвеса и массой подвижной системы, а эквивалентный объем (Vas) — диаметром диффузора и той же массой подвижки, может получится, что два сабвуфера одного диаметра и с одинаковой Fs будут совершенно разными — один тяжелый и жесткий, другой легкий и мягкий. Соответственно, эквивалентный объем для этих динамиков будет совершенно разным, как и размер правильного корпуса — вот почему данный параметр очень важен при расчетах короба для саба.

Vas — эквивалентный объем, л,

,

  • ρ— 1,18421 кг/м³ — плотность воздуха при температуре 25 °C и влажности 0 %,
  • с— 346,1 м/с — скорость звука при 25 °C,
  • Sd— площадь диффузора, м.

Видео

Читать еще:

Жмите на кнопку чтобы поделиться материалом:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector