Cievka
Definícia, značky, základné vlastnosti a rozdelenie
Cievka (solenoid) je dvojpólová reaktančná súčiastka, realizujúca veličinu resp. vlastnosť – vlastnú indukčnosť (ďalej v texte iba indukčnosť).
Pozn.: často sa v textoch pojmy cievka a indukčnosť stotožňujú, správne je cievka konštrukcia – súčiastka, indukčnosť – ňou realizovaná vlastnosť.
Jednotkou indukčnosti je henry (H), menšie jednotky: mH, µH. Cievka s masívnym jadrom a veľkou indukčnosťou (>xH) sa nazýva tlmivka. Indukčnosť je prejavom platnosti indukčného zákona v magnetickom poli, ktoré cievka vytvára prechodom vlastného prúdu. Ak tečie cievkou jednosmerný prúd I, vytvára v okolí mg. pole a v dutine celkový magnetický tok φ. Fyzikálny definičný vzťah pre indukčnosť je:
Obrázok 1: kde n je počet závitov cievky
Aj keď vo vzorci vystupuje prúd I, lineárna indukčnosť je od prúdu nezávislá, pretože veľkosť magnetického toku je úmerná prúdu. Indukčnosť sa niekedy definuje aj z indukčného zákona, konkrétne z veľkosti indukovaného napätia na cievke pri striedavom prúde.
Indukčnosť cievky spôsobuje niektoré účinky – vlastnosti, napr. vznik zdanlivého odporu – reaktancie pre striedavý prúd a fázový posun medzi prúdom a napätím.
Reaktancia priamo závisí od frekvencie, preto je ideálna cievka reaktančný prvok.
Ideálna cievka (indukčnosť) je charakterizovaná menovitou hodnotou indukčnosti, vinutie cievky má nulový odpor, nemá parazitnú kapacitu, je lineárna a nemá straty ani v jadre. V okolí budí magnetické pole v ktorom je akumulovaná energia.
Technická cievka má ohmický odpor, straty vo vinutí a v jadre (hysterézne a vírivými prúdmi), nie je dokonale lineárna a má kapacitu. Straty cievky sa vyjadrujú stratovým činiteľom alebo činiteľom kvality.
Lineárna cievka je taká, ktorej indukčnosť je konštantná, nezávislá od veľkosti napätia alebo prúdu.
Uvedené fyzikálne definície nie sú pre prax veľmi užitočné, pretože tok a jeho zmeny sa merajú ťažko. V praxi sú potrebné vzorce pre indukčnosť vyjadrené konštrukčnými parametrami (počet závitov, tvar, rozmery) a vlastnosťami jadra cievky. U cievok neexistuje univerzálne platný vzorec pre všetky druhy a ich presnosť je niekedy malá. Vo všeobecnosti však platí, že indukčnosť závisí od: štvorca (mocniny) počtu závitov a úmerne od permeability materiálu jadra µ.
Obrázok 2: Značky cievok
Cievky rozdeľujeme podľa rôznych hľadísk: tvaru, počtu závitov, konštrukcie a jadra.
Najzákladnejšie delenie je podľa jadra:
- cievky bez jadra-vzduchové a cievky s magnetickým obvodom – jadrom.
Cievky s jadrom majú väčšiu indukčnosť ale aj nelinearitu. Cievka u ktorej sa využívajú silové účinky mg. poľa jadra sa nazýva elektromagnet.
Konštrukcia cievky sa skladá z : vinutia – závitov izolovaného vodiča navinutých na kostričke, magnetického obvodu – deleného jadra z tenkých plechov z feromagnetického materiálu alebo feritu a ďalších pomocných konštrukčných dielov (kostry, držiaky, svorkovnice, izolačné materiály..). Existujú aj jednoduchšie konštrukcie (samonosné cievky), ale aj zložitejšie, najmä pre meracie účely – etalóny indukčnosti. Indukčnosť možno získať aj bez uvedenej konštrukcie, čisto elektronickým obvodom (tzv. syntetická indukčnosť).
Oblasti používania cievok ako elektronických súčiastok sú rovnaké ako u kondenzátorov. Treba však zdôrazniť určité rozdiely medzi nimi. Na rozdiel od kondenzátorov a rezistorov, sa cievky nevyrábajú v radoch hodnôt pre nejaké všeobecné neurčité použitie a teda pre obchodné zásobovanie. Cievky sa vyrábajú pre konkrétny výrobok, napr. rozhlasový prijímač, oscilátor a pod. V prípade potreby použitia cievky v novom zariadení treba zistiť, či sa podobný typ už nevyrába a prejednať modifikáciu s výrobcom, alebo objednať vývoj a výrobu novej cievky u výrobcu, alebo pri kusovej výrobe zabezpečiť vlastný návrh a výrobu.
Preto učebnice elektroniky obsahujú aj state o výpočte (návrhu) indukčnosti cievok. V súčasnosti je cievka s veľkou indukčnosťou jedna z najdrahších, najväčších a najťažších súčiastok. Preto ak je to možné, sa jej použitie obmedzuje.