Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Сворень Рудольф Анатольевич. Страница 22
Для характеристики затухания колебаний существует специальная величина, называемая добротностью (лист 77).
Добротность обозначается буквой «Q» и представляет собой относительное число, показывающее, во сколько раз энергия, запасаемая в конденсаторе или катушке за четверть периода. больше, чем энергия, теряемая на сопротивлениях Rк и Rш за то же время. Совершенно очевидно, что, чем выше добротность Q, тем медленнее будут затухать колебания в контуре (лист 78).
Добротность реальных колебательных контуров обычно лежит в пределах от 30 (в контуре каждый раз теряется одна тридцатая часть, то есть около 3 % перекачиваемой энергии) до 300 (потери около 0,3 % от запасенной энергии). Добротность специальных колебательных систем (кварцевые пластины, объемные резонаторы) достигает нескольких десятков и даже сотен тысяч.
Ухудшить добротность контура (иногда возникает и такая необходимость) можно очень просто: достаточно увеличить потери в контуре, увеличив Rк или уменьшив Rш. Для этого можно, например, включить в контур обычные сопротивления.
Что же касается повышения Q (как правило, нам нужны контуры с высокой добротностью), то это довольно сложная задача, которая в основном решается путем уменьшения потерь в контурной катушке.
Индуктивность контурных катушек, применяемых на коротких и ультракоротких волнах (лист 81), очень мала и составляет единицы и даже десятые доли микрогенри (лист 66). Катушки такой маленькой индуктивности содержат лишь несколько витков сравнительно толстого (диаметр 0,6–1,2 мм) медного провода, как правило, без всякой изоляции или покрытого тонким слоем эмали (провод ПЭ, лист 79). Диаметр провода в миллиметрах указан в его названии цифрой, которая следует сразу же после букв, определяющих марку провода.
Для уменьшения потерь в таких катушках иногда применяют провод, покрытый тонким, толщиной в несколько микрон, слоем серебра. Дело в том, что при прохождении переменного тока по проводнику наблюдается интересное явление, получившее название поверхностного эффекта (лист 80) или скин-эффекта («скин» в переводе на русский язык значит «кожа»). Сущность этого явления состоит в том, что переменный ток не распределяется равномерно по всему проводнику, а проходит лишь по наружному его слою. Чем выше частота, тем сильнее проявляется поверхностный эффект, тем тоньше наружный слой проводника, по которому проходит ток. Поэтому для уменьшения потерь в высокочастотных катушках их не нужно целиком делать из серебряного провода (серебро, как известно, лучше всех других металлов пропускает ток, то есть обладает наименьшим удельным сопротивлением — лист 16), а достаточно применить посеребренный провод.
Катушки КВ и УКВ контуров выполняют на керамических или полистироловых каркасах, причем шаг намотки часто в полтора-два раза превышает диаметр провода, то есть между соседними витками имеются значительные просветы. Это, между прочим, и хорошо и плохо. Хорошо потому, что, сближая либо раздвигая соседние витки, можно подгонять индуктивность катушки, а плохо потому, что при недостаточно тугой намотке или недостаточно жестком каркасе витки сместятся и индуктивность катушки изменится.
Индуктивность катушек, применяемых в колебательных контурах на длинных и средних волнах (лист 82), составляет сотни и тысячи микрогенри. Такие катушки обычно содержат несколько десятков и даже сотен витков и выполняются из тонкого (диаметром 0,1–0,2 мм) медного провода. Чаще всего используют провод марки ПЭ — провод эмалированный или ПЭШО — провод эмалированный в шелковой оплетке. Намотку производят на каркасах из картона, эбонита, полистирола и других изоляционных материалов, причем всю обмотку часто делят на несколько секций что позволяет несколько снизить потери. В ряде фабричных приемников, особенно старых выпусков, широко применялась намотка «Универсаль», выполняемая на специальных станках. Намотка «Универсаль» характеризуется тем, что провод укладывается ровными рядами, несколько «перекрещенными», то есть повернутыми один относительно другого. В настоящее время намотка «Универсаль» применяется редко — вместо нее производят намотку «внавал», укладывая провод между двумя щечками.
Раньше для намотки ДВ и СВ катушек широко применялся провод литцентрат (ЛЭШО — литцентрат эмалированный в шелковой оплетке), состоящий из нескольких тонких (диаметром 0,05—0,07 мм), изолированных друг от друга медных проводов. Общая поверхность всех этих проводов получается довольно большой, и поэтому на высоких частотах сопротивление литцентрата оказывается несколько меньше, чем у обычного провода такого же диаметра. Следует отметить, что в случае применения литцентрата необходимо тщательно зачищать и пропаивать все его проводники. Одна непропаянная жилка может во много раз ухудшить добротность катушки.
Несмотря на то что литцентрат позволяет заметно уменьшить потери в катушке, в настоящее время он почти не применяется. Уменьшение потерь в катушке получают более эффективным и в то же время более простым и дешевым способом — путем применения ферромагнитных сердечников (лист 83).
Как уже говорилось, ферромагнитный сердечник резко увеличивает индуктивность катушки. Поэтому, если изготовить две катушки с одинаковой индуктивностью — одну из них с сердечником, а другую без него, то у катушки с сердечником будет намного меньше витков, и поэтому сопротивление ее тоже будет меньше (сопротивление проводника зависит от его длины: чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление).
Для катушек, по которым течет переменный ток, нельзя использовать сердечник из целого куска стали, так как изменяющееся магнитное поле катушки наведет в таком сердечнике вихревой ток, потеряв на это большую часть энергии. Таким образом, сердечник, с помощью которого мы хотели уменьшить потери в катушке, сам становится источником потерь, которые возрастают с увеличением частоты переменного тока в контуре.
Для борьбы с этим видом потерь сердечники низкочастотных катушек (то есть катушек, по которым проходит ток низкой частоты) собирают из отдельных, изолированных друг от друга пластин. Ток, наведенный в каждой такой пластине, создает свое магнитное поле, которое… ослабляет токи в соседних пластинах. В результате токи в пластинах сердечника оказываются очень слабыми, и он «отбирает» у катушки мало энергии. Чем тоньше пластины, из которых собран сердечник, тем меньше потери в нем.
В высокочастотных катушках собирать сердечник из тонких пластин уже оказывается недостаточным. Сердечники для этих катушек прессуют из ферромагнитного порошка, смешанного со специальными связующими веществами (бакелитовый лак, полистирол и др.). Связующее вещество обволакивает отдельные крупинки ферромагнитного порошка и изолирует их друг от друга. Спрессованные подобным образом ферромагнитные порошки плохо проводят электрический ток, и поэтому они получили название магнитодиэлектриков. Для изготовления сердечников высокочастотных катушек чаще всего используются следующие магнитодиэлектрики: магнетит, альсифер, карбонильное железо и ферриты. Наиболее широко в последнее время используются ферриты, большинство которых увеличивает индуктивность катушки намного сильней, чем другие магнитодиэлектрики. Обычно сердечник выполняют в виде стержня с резьбой, который ввинчивается в каркас катушки. Выпускаются также сердечники типа СБ (сердечник броневой), имеющие форму закрытой чашки (горшка), внутрь которой вставляется сама катушка. В горшкообразном сердечнике также имеется подвижной стерженек, снабженный резьбой. Применение ввинчивающихся сердечников имеет одно большое достоинство: перемещая такой сердечник внутри катушки, можно в значительных пределах менять ее индуктивность, а это часто бывает очень важно.