Катушка индуктивности - пассивный элемент РЭА, предназначенный для создания реактивного индуктивного сопротивления, которое позволяет регулировать процесс протекания тока по цепям и управлять распределением тока.
Индуктивное сопротивление определяется формулой:

X1 = 2πfL,

где L – индуктивность катушки; f – частота электрического сигнала.
Связь между током и напряжение на катушке определяется соотношением:

U = L(dI/dt).

Напряжение, приложенное к катушке индуктивности, вызывает нарастание протекающего через нее тока, причем изменение тока происходит по линейному закону. В отличие от резистора мощность, связанная с током через индуктивность, не преобразуется в тепло, а сохраняется в виде энергии магнитного поля.
Катушки индуктивности могут быть с неизменным значением индуктивности (рис.1.21), с меняющейся индуктивностью в процессе эксплуатации (подстраиваемые).

Рис.1.21 Катушка индуктивности

По конструктивным признакам катушки индуктивности подразделяются на следующие группы:

- катушки без магнитопроводов;
- катушки с магнитопроводами;
- катушки с экранами.

По форме катушки индуктивности подразделяются на цилиндрические, спиральные и кольцевые.
По типу намотки катушки индуктивности подразделяются на группы (рис.1.22): каркасные однослойные со сплошной намоткой (а), шаговой намоткой(б); каркасные многослойные с намоткой виток к витку типа "Универсаль"(в), внавал(г).

Рис.1.22 Типы намоток катушек индуктивности
В катушках индуктивности взаимозависимость электрических параметров и конструктивных форм намного больше, чем у других пассивных элементов РЭА. Ввиду этого создать универсальную конструкцию катушки, в полной мере удовлетворяющую всем требованиям в широком диапазоне частот, невозможно.
Правильный и всесторонний учет влияния различных конструктивных и других факторов на электрические параметры и характеристики катушек является трудной задачей и не позволяет в настоящее время провести стандартизацию катушек индуктивности. Это, в свою очередь, затрудняет ремонт РЭА, связанный с заменой катушек. Основными параметрами катушек индуктивности являются:

- номинальная индуктивность и отклонение или допуск индуктивности;
- добротность катушки;
- стабильность;
- собственная емкость.

Значение индуктивности зависит от размеров катушек и магнитной проницаемости среды и приближенно рассчитывается по формуле:

L = (4π w2 μS) / l ,

где w - количество витков;
μ - магнитная проницаемость;
S - сечение катушки;
l - длина катушки.
В зависимости от рабочей частоты и назначения индуктивность катушек может быть от нескольких наногенри до нескольких десятков миллигенри (1Г= 103 мГ = 106 мкГ = 109 нГ).
Допустимое отклонение (допуск) индуктивности также определяется назначением катушки. Точность катушек, предназначенных для колебательных контуров, должна быть в пределах (0,2 – 5) %, точность катушек связи, дросселей высокой частоты и других, работающих на частотах, далеких от резонансных, может составлять (10 – 15) %.
Добротность катушки (качество) - отношение индуктивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению на данной частоте, определяется уравнением:

Q = ωL / R = 2πfL / R,

где f - частота, Гц;
L - индуктивность, Г;
R - активное сопротивление, Ом.
Таким образом, при подборе конструкции катушки индуктивности, в особенности для колебательного контура, необходимо учитывать все условия, влияющие на величину активного сопротивления катушки в целях ее уменьшения.
Активное сопротивление катушки можно представить как сумму отдельных сопротивлений, эквивалентных различным потерям энергии в катушке:

R = Rм + Rд + Rу,

где Rм - сопротивление, эквивалентное потерям в меди, т.е. потерям
в проводе намотки при прохождении по нему тока данной час-
тоты и потерям на вихревые токи в соседних проводах;
Rд - сопротивление, эквивалентное потерям в диэлектриках, т.е. потерям в изоляции провода, материале каркаса, собственной емкости катушки;
Rу - сопротивление, эквивалентное установочным потерям, вызванным близко расположенным металлическими деталями (шасси, экраны).
Под стабильностью понимают изменение значения индуктивности катушки под влиянием внешних условий: температуры, влажности, механических воздействий.
Собственная емкость катушек приводит к изменению параметров емкости колебательных контуров и увеличению потерь. Значение собственной емкости зависит от типа намотки.
Конструкция катушек индуктивности должна удовлетворять требованиям технологичности, соответствовать условиям производства, иметь минимальную стоимость при удовлетворении требуемых электрических и эксплуатационных параметров.
В настоящее время наиболее распространенными типами намотки являются: бескаркасная, однослойная и многослойная.
Катушки с бескаркасной намоткой обладают малой собственной емкостью, малыми потерями в диэлектрике, высоким качеством.
Применяются эти катушки в диапазоне сантиметровых, дециметровых и метровых волн. Для обеспечения жесткости катушка выполняется из толстого медного провода, медной шины или даже трубки. Такие катушки имеют 5-10 витков с индуктивностью от 1 до 3 мкГ.
Катушки с однослойной намоткой обычно выполняются на цилиндрических каркасах из диэлектрических материалов.
Применяются однослойные катушки в диапазоне метровых волн (КВ, УКВ). Значение индуктивности у них лежит в пределах 10-500 мкГ.
Катушки с многослойной намоткой применяются в диапазоне средних и длинных волн (СВ, ДВ), когда необходимо при допустимо малых габаритах получить большую индуктивность (L = 500мкГ).
Для повышения влагостойкости многослойные катушки, как правило, пропитываются лаками или компаундами (церезин, галовакс).
Регулирование значения индуктивности может быть осуществлено:

- введением в катушку сердечника;
- изменением зазора в магнитопроводе катушки;
- изменением магнитной проницаемости магнитопровода катушки при подмагничивании постоянным током или постоянным магнитом;
- перемещением витков или секций катушки.

Для устранения влияния электромагнитного поля катушки на соседние элементы схемы, а также для защиты катушки от влияния посторонних полей применяется экранирование. Экраны выполняются в виде цилиндрических или прямоугольных стаканов из алюминия, меди или латуни.
Катушки индуктивности малых габаритных размеров выполняются на цилиндрических, кольцевых и броневых сердечниках из ферритов. Катушки на миниатюрных или кольцевых сердечниках с диаметром d = 4-5мм имеют небольшие размеры при достаточно больших значениях индуктивности (до 1000мкГ). Индуктивность такой катушки может быть рассчитана по формуле:

L (мкГ) = 2μмhω²ln(dн/dв)10-3 ,

где μм - магнитная проницательность материала;
h - высота сердечника;
dн, dв - наружный и внутренний диаметры сердечника, см.
Пара связанных индуктивностей образует еще один элемент электронной техники, называемый трансформатором, который в данном пособии не рассматривается.