Расчет контуров
18.02.2016 11:08| Радио - начинающим |
Приводимые ниже соображения справедливы не только для контуров автогенераторов, но и для любых других, применяемых в радиотехнических устройствах, например, в радиоприемниках. Формулу для частоты настройки контура мы уже приводили, и ею с успехом можно пользоваться, подставляя все данные в основных единицах: емкость — в фарадах, индуктивность — в генри. Ответ получится, естественно, в герцах. Для упрощения вычислений можно подставить емкость в нанофарадах (тысячах пикофарад), а индуктивность — в миллигенри, тогда ответ будет в мегагерцах: f = 0,16/(LC)1/2
Радиочастотные колебательные контуры часто перестраивают по частоте с помощью конденсаторов переменной емкости (КПЕ). Типовые диапазоны изменения емкости таких конденсаторов — 5...180, 5...360 или 17...500 пФ. При расчетах надо учесть еще небольшие собственные емкости катушки, монтажа и входную емкость каскада, подключенного к контуру. Они относительно мало добавляют к максимальной емкости КПЕ, но значительно увеличивают минимальную емкость контура, сужая диапазон перестройки.
Чтобы выровнять минимальные емкости у нескольких одновременно перестраиваемых контуров, параллельно секциям блока КПЕ присоединяют подстроечные конденсаторы (С1 и СЗ на рис. 52). Практически емкость настраиваемого контура изменяется не более чем в 10 раз, что дает лишь трехкратное изменение частоты. Совпадения настроек контуров на низкочастотном краю диапазона добиваются изменением индуктивности катушек, для чего их снабжают подстроечниками из магнитодиэлектрика (феррит, магнетит и т. д.). Типичные значения индуктивности средневолновых катушек — около 200 мкГн, длинноволновых — 2 мГн.
Наибольшие трудности у радиолюбителей вызывает расчет числа витков катушек. Точная формула выведена для соленоида с длиной намотки, много большей диаметра: L = μμ0N2S/L1 где μ — магнитная проницаемость магнитодиэлектрика; μ0 = 4π· 10-7 Гн/м — магнитная постоянная; N — число витков; S — площадь поперечного сечения катушки; (— длина намотки. При подстановке размеров в метрах ответ получается в генри. Эта же формула дает очень хорошие результаты для тороидальных катушек, намотанных на кольцах из феррита. Длина намотки в этом случае — это длина окружности средней линии кольца.
Для ферритовых антенн формула тоже годится, но поскольку магнитопровод не замкнут, надо брать эффективное значение μ, которое для широко распространенных стержней с магнитной проницаемостью 400—1000 составляет всего 50...150. Типичные значения числа витков катушек магнитных антенн СВ диапазона — 50...70, ДВ — 200...250.
Как уже упоминалось в разделе 7.3, для повышения добротности ДВ и СВ катушки наматывают проводом ЛЭШО, скрученным из нескольких (от 7 до 81) тонких изолированных проводников. При отсутствии такого провода его можно изготовить самостоятельно из провода ПЭЛ диаметром 0,07—0,1 мм. При распайке выводов их зачищают, скручивают и пропаивают вместе. Оборванные или непропаянные проводники снижают добротность катушки.
Коротковолновые катушки наматывают одножильным медным проводом диаметром 0,4—1,5 мм, желательно посеребренным, но можно использовать и провод марки ПЭЛ. Индуктивность однослойной цилиндрической катушки (в мкГн) можно определить по эмпирической формуле: L = DN2/(102L/D+45), в которую диаметр D и длину намотки L подставляют в см. Для повышения добротности намотку следует вести с шагом (т. е. зазором между витками), примерно равным диаметру провода. Не надо стараться сделать катушку слишком маленькой — добротность малогабаритных катушек меньше! Число витков KB катушек обычно не превышает 10...20.
Нередко радиолюбителям приходится применять готовые катушки, например, от контуров старых радиовещательных приемников или телевизоров. Возникает вопрос, как перестроить контур на другую частоту? Здесь полезно сказать о нескольких простых закономерностях: индуктивность катушки при фиксированных размерах всегда пропорциональна квадрату числа витков, поэтому, чтобы увеличить индуктивность, например, вдвое, надо увеличить число витков в 1,4 раза. Частота настройки контура при фиксированной емкости при этом понижается в 1,4 раза — она обратно пропорциональна числу витков. Любопытно, что длина волны, на которую настроен контур, прямо пропорциональна числу витков катушки, а значит, и длине провода.
В заключение отметим, что нелепо выглядят и плохо работают контуры с очень большой индуктивностью при малой емкости, или наоборот. Действительно, при малой емкости контура большую роль начинают играть всевозможные паразитные емкости: междувитковая емкость катушки, емкость монтажа, собственная емкость подключенных к контуру деталей и т. д. Слишком малая индуктивность контура при большой емкости приводит к возрастанию роли паразитной индуктивности соединительных проводов, а также понижению резонансного сопротивления контура, равного pQ. Характеристическое сопротивление контура p=(LC)1/2 выбирают обычно от сотен Ом до нескольких кОм.
В.Поляков