螺旋线圈的分布电容及其磁电容效应

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1、AppliedPhysics应用物理,2013,3,44-49doi:10.12677/app.2013.32009PublishedOnlineMarch2013(http://www.hanspub.org/journal/app.html)DistributedCapacitanceofSpiralCoilsandItsMagneto-CapacitanceEffect12111*YingyingWang,JiansenGao,XiaobinLuo,YingZhang,NingZhang1JiangsuKeyLaboratoryonOpt

2、o-ElectronicTechnology,MagneticElectronicsLaboratory,NanjingNormalUniversity,Nanjing2BasicTeachingDepartment,SuqianCollegeofJiangsuProvince,Suqian*Email:zhangning@njnu.edu.cnthstthReceived:Feb.20,2013;revised:Mar.1,2013;accepted:Mar.14,2013Abstract:Thecharacteristicsofdistri

3、butedcapacitanceandimpedanceofhollowcoilsarestudiedtheoreticallyandexperimentally.Thefrequencycharacteristic,thenumberofturnsandwindingmodedependentcapacitorofthecoil,andtheimpedanceversusnumberofturnsofhollowcoilshavebeenmeasured,respectively.Thedistributedcapaci-tancehasbe

4、enobservedalmostirrelevanttothenumberofturnsandthewindingwaysofthecoilswhenthenumberofturnsisgreaterthan10.Bymeasuringthemagneto-capacitanceeffectofspiralcoil,itwasfoundthatthedistributedcapacitanceofcoilrelatestothecoilmaterial,suggestingtheinfluenceofskineffect.Fromthecoil

5、equivalentcircuit,combiningwiththeskineffect,anapproximateformulaofdistributedcapacitanceandimpedancehavebeenworkedout.Analysisshowedthatthedistributedcapacitanceofcoilmainlyoriginatesfromlinecapacitanceandthecapacitancebetweenturns.Keywords:SpiralCoil;DistributedCapacitance

6、;Magnetocapacitance螺旋线圈的分布电容及其磁电容效应12111*王莹莹，高建森，罗小彬，张颖，张宁1南京师范大学磁电子学实验室，江苏省光电技术重点实验室，南京2江苏省宿迁学院基础教学部，宿迁*Email:zhangning@njnu.edu.cn收稿日期：2013年2月20日；修回日期：2013年3月1日；录用日期：2013年3月14日摘要：本文对空心螺旋线圈的分布电容及阻抗特性进行了理论和实验研究，测量了螺旋线圈分布电容的频率特性及其与线圈匝数和绕线方式的依赖关系，以及螺旋线圈阻抗随匝数的变化规律。观察到当线圈匝数大于10时

7、，分布电容的数值与匝数和绕线方式几近无关。通过测量线圈的(器件型)磁电容效应发现，线圈的分布电容与线圈材质有关，其机理可从趋肤效应得到解释。从线圈的等效电路出发，结合趋肤效应推出分布电容及阻抗的表达式。分析显示，线圈的分布电容主要来源于匝间电容。关键词：空心线圈；分布电容；磁电容1.引言近年来螺旋线圈的研究始终较多地关注于磁芯线圈[10-12]。由于磁性材料的磁性能极易受外界干扰，因此螺旋线圈作为电感原件和传感器的研究可以追磁芯线圈可展现更加丰富多彩的行为。但是，研究磁[1-4]溯到大约一个世纪之前。由于螺旋线圈可以广泛用芯线圈并不能彻底阐明线

8、圈的本征行为。在高频电磁[5-9]于制造现代仪器设备，从而相关研究至今不衰。但场环境下，线圈的本征行为将变得突出，因此有必要*对空心线圈给予仔细研究。