Το πηνίο αποτελείται από έναν αγωγό (συνήθως από χαλκό) με σπειροειδή μορφή, ο οποίος παρουσιάζει αντίσταση σε διερχόμενο ρεύμα μεταβαλλόμενης έντασης. Η αντίσταση αυτή λέγεται «επαγωγική αντίσταση», ΧL, και μεταβάλλεται με την μεταβολή της συχνότητας του διερχόμενου ρεύματος:
Ο συντελεστής ποιότητας Q
Ο συντελεστής ποιότητας είναι βασικό χαρακτηριστικό ενός πηνίου και αρκετά σημαντικό για πηνία ραδιοσυχνοτήτων. Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα Q, είναι ο λόγος της επαγωγικής (XL) προς την αντίσταση (Rs) του πηνίου.
Στις χαμηλές συχνότητες η επιδερμική αντίσταση είναι μικρή και το Q αυξάνεται με την συχνότητα γραμμικά. Από ένα σημείο και μετά όσο αυξάνεται η συχνότητα, αυξάνεται δραματικά η «επιδερμική» αντίσταση και σε συνδυασμό με την ενδοχωρητικότητα το Q μειώνεται στο μηδέν στη συχνότητα (αυτο- )συντονισμού Fr του πηνίου.
Το Q δεν έχει μονάδες και παίρνει συνήθως τιμές από μηδέν έως 300. Όσο λιγότερες οι απώλειες, τόσο μεγαλύτερη τιμή παίρνει το Q. Σε ένα ιδανικό πηνίο, η τιμή Q είναι άπειρη. Όταν το πηνίο συνδεθεί σε κύκλωμα, τότε το συνολικό Q του κυκλώματος θα είναι μικρότερο από το Q του πηνίου (συνήθως στο 1/50). Aρα η τιμή Q ενός πηνίου δεν μπορεί άμεσα να μας προσδιορίσει το πόσο στενή είναι η καμπύλη συντονισμού σε ένα κύκλωμα LC, για παράδειγμα. Όμως τα πηνία παρουσιάζουν συνήθως (όχι πάντα!) χαμηλότερο Q από άλλα εξαρτήματα και έτσι όσο πιο μεγάλο Q έχει ένα πηνίο, τόσο πιο στενή είναι η καμπύλη συντονισμού του κυκλώματος.
Το Q ενός κυκλώματος LC μπορεί να υπολογιστεί με τις παρακάτω εξισώσεις. Η fc είναι η συχνότητα συντονισμού και fl και f2 οι συχνότητες όπου η απόκριση είναι -3 dB από το μέγιστο της καμπύλης συντονισμού (ζώνη διέλευσης).
XL = 2 π f L
| Σε ιδανικό πηνίο (Σχ.1) η μεταβολή αυτή είναι γραμμική για όλο το φάσμα συχνοτήτων και η επαγωγική αντίσταση εξαρτάται από τη συχνότητα του ρεύματος και την αυτεπαγωγή του πηνίου. Η αυτεπαγωγή (L), εξαρτάται από το πώς είναι κατασκευασμένο, το σχήμα και το υλικό του πυρήνα του. Σε πραγματικό πηνίο, όμως, ο αγωγός από τον οποίο είναι φτιαγμένο το πηνίο παρουσιάζει και αυτός μια αντί*σταση, η οποία είναι ωμική και εξαρτάται από το μήκος του αγωγού. |  |
 | Επίσης υπάρχει επιπλέον η «επιδερμική αντίσταση» για ραδιοσυχνότητες πάνω από 1 kHz περίπου, λόγω του ότι το σήμα που περνάει από το πηνίο ταξιδεύει κατά μήκος της επιφάνειας του σύρματος. Οι δύο αυτές αντιστάσεις μας κάνουν την Rest. Στο Σχ.2 έχουμε το ισοδύναμο κύκλωμα του πραγματικού πηνίου. Η ωμική αντίσταση συμβολίζεται ως Rs. Η Rs με την σειρά της, δημιουργεί διαφορά δυναμικού (ΔV) μεταξύ δύο οποιoνδήποτε σημείων κατά μήκος του σύρματος. Έτσι π.χ. για κάθε σημείο πάνω στην πρώτη σπείρα υπάρχει ΔV μεταξύ του αντιστοίχου σημείου στην δεύτερη σπείρα. Εφόσον μεταξύ των δυο σημείων υπάρχει μονωτικό υλικό (π.χ. αέρας, βερνίκι κ.τ.λ.), τα σημεία αυτά παρουσιάζουν χωρητικότητα μεταξύ τους. Εάν προσθέσουμε την χωρητικότητα από όλα τα σημεία πάνω στο πηνίο, έχουμε την ενδοχωρητικότητα του πηνίου. Αυτή στο Σχ.2 συμβολίζεται ως Cd. Η τελική σύνθετη αντίσταση πλέον, εξαρτάται από την επαγωγική, χωρητική και ωμική αντίσταση του πηνί*ου (Σημ.: Όλα τα εξαρτήματα παρουσιάζουν σύνθετη αντίσταση.). |
| Στο Σχ.4 έχουμε την γραφική παράσταση της σύνθετης αντίστασης ενός ιδανικού και ενός πραγματικού πηνίου. Όπως φαίνεται, το πραγματικό πηνίο παρουσιάζει διαφορετική συμπεριφορά σε σχέση με το ιδανικό. Ενδεικτικά, στη συχνότητα Fr, το πηνίο λειτουργεί ως ένα κύκλωμα LC σε κατάσταση συντονισμού. Έως αυτή την συχνότητα η σύνθετη αντίσταση του πηνίου είναι επαγωγική, δηλαδή λειτουργεί κανονικά ως πηνίο, από την συχνότητα συντονισμού και μετά η σύνθετη αντίσταση του πηνίου είναιχωρητική, λειτουργεί δηλαδή ως πυκνωτής! Η συχνότητα Fr εξαρτάται από την αυτεπαγωγή και την ενδοχωρητικότη*τα του πηνίου. Στην ωμική αντίσταση Rs οφείλονται οι απώλειες ισχύος του πηνίου. Στα πηνία με πυρήνα από υλικό διαφορετικό του αέρος το ισοδύνα*μο κύκλωμα φαίνεται στο Σχ.3. Οι απώλειες ισχύος που παρουσιάζει ο πυρήνας συμβολίζονται με την αντίσταση Rp. |  |
 | Αυτά τα δύο είδη απώλειας γίνονται αντιληπτά περισσότερο στα πηνία εξόδου πομπών, τα οποία παρουσιάζουν αυξημένη θερμοκρασία στον αγωγό και στον πυρήνα. Υπάρχουν επιπλέον και άλλα είδη απώλειας από την παρουσία διάφορων υλικών κοντά στο πηνίο, πουπολλές φορές δεν είναι εύκολο ναυπολογιστούν. Αυτές προέρχονται π.χ. από τη θωράκιση του πηνίου και από το μονωτικό υλικό πάνω στο οποίο είναι τυλιγμένο (π.χ. τύμπανο), εάν υπάρχει. |
Ο συντελεστής ποιότητας Q
Ο συντελεστής ποιότητας είναι βασικό χαρακτηριστικό ενός πηνίου και αρκετά σημαντικό για πηνία ραδιοσυχνοτήτων. Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα Q, είναι ο λόγος της επαγωγικής (XL) προς την αντίσταση (Rs) του πηνίου.
Στις χαμηλές συχνότητες η επιδερμική αντίσταση είναι μικρή και το Q αυξάνεται με την συχνότητα γραμμικά. Από ένα σημείο και μετά όσο αυξάνεται η συχνότητα, αυξάνεται δραματικά η «επιδερμική» αντίσταση και σε συνδυασμό με την ενδοχωρητικότητα το Q μειώνεται στο μηδέν στη συχνότητα (αυτο- )συντονισμού Fr του πηνίου.
Το Q δεν έχει μονάδες και παίρνει συνήθως τιμές από μηδέν έως 300. Όσο λιγότερες οι απώλειες, τόσο μεγαλύτερη τιμή παίρνει το Q. Σε ένα ιδανικό πηνίο, η τιμή Q είναι άπειρη. Όταν το πηνίο συνδεθεί σε κύκλωμα, τότε το συνολικό Q του κυκλώματος θα είναι μικρότερο από το Q του πηνίου (συνήθως στο 1/50). Aρα η τιμή Q ενός πηνίου δεν μπορεί άμεσα να μας προσδιορίσει το πόσο στενή είναι η καμπύλη συντονισμού σε ένα κύκλωμα LC, για παράδειγμα. Όμως τα πηνία παρουσιάζουν συνήθως (όχι πάντα!) χαμηλότερο Q από άλλα εξαρτήματα και έτσι όσο πιο μεγάλο Q έχει ένα πηνίο, τόσο πιο στενή είναι η καμπύλη συντονισμού του κυκλώματος.
Το Q ενός κυκλώματος LC μπορεί να υπολογιστεί με τις παρακάτω εξισώσεις. Η fc είναι η συχνότητα συντονισμού και fl και f2 οι συχνότητες όπου η απόκριση είναι -3 dB από το μέγιστο της καμπύλης συντονισμού (ζώνη διέλευσης).
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου