Что происходит с сердечником в катушке индуктивности. Катушки и трансформаторы

В катушках индуктивности широко применяются магнитные и немагнитные сердечники . Конструкции катушек обычно предусматривают возможность продольного перемещения сердечника относительно катушки. Это достигается нарезанием резьбы во внутреннем отверстии каркаса катушки, что дает возможность регулировать величину индуктивности и позволяет проводить настройку РЭА.

Сердечники из немагнитных материалов , характеризующиеся высокой стабильностью, широко применяются в контурах гетеродинов, широкополосных усилителях промежуточной частоты. Материалом таких сердечников являются – медь, латунь, алюминий и его сплавы. При введении в катушку металлического сердечника уменьшается ее индуктивность (до 20%) и добротность. Причем добротность уменьшается сильнее. Так введение в катушку медного сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, вызывает уменьшение добротности на 45%. При введении же алюминиевого сердечника, уменьшающего индуктивность на 15%, снижение добротности происходит в 3…4 раза. Поэтому для уменьшения влияния немагнитного сердечника на добротность катушки необходимо изготавливать сердечник из материалов с хорошей проводимостью – меди или латуни.

Сердечники из магнитных материалов применяются для уменьшения числа витков и габаритов катушек при заданной ее индуктивности, а также повысить добротность катушки. Однако использование магнитных сердечников снижает стабильность параметров катушек. Кроме того, значение индуктивности и добротности зависят от амплитуды переменного напряжения на катушке и значения постоянного тока, протекающего через обмотку. Для снижения этого эффекта используют броневые сердечники с зазором.

В качестве материала магнитных сердечников используют магнитодиэлектрики и ферриты . Основными материалами для изготовления магнитодиэлектриков служат альсифер и карбонильное железо.

Промышленность выпускает карбонильное железо трех классов: класса Р (марки Р-10, Р-20, Р-100), предназначенного для работы в радиотехнических цепях, и классаП (марки Пс и ВКЖ), предназначенного для работы в проводной связи. Магнитные сердечники на основе карбонильного железа имеют невысокое значение начальной магнитной проницаемости, которое практически постоянно в широком диапазоне частот, мало подвержены влиянию температуры и старению. В обозначении после названия марки следует число, раное начальной магнитной проницаемости. Например,Р-20 – карбонильный сердечник класса Р с начальной магнитной проницаемостью 20.

На основе альсифера изготавливают магнитные сердечники, предназначенные для работы в области радиочастот (тип РЧ), высоких частот (тип ВЧ), низких частот (тип ТЧ). Их особенностью является отрицательный температурный коэффициент магнитной проницаемости, что используется для создания термокомпенсированных сердечников. Обозначение альсиферовых сердечников аналогично карбонильным сердечникам. Например, ВЧ-22 – карбонильный сердечник класса ВЧ с начальной магнитной проницаемостью 22.

Магнитные сердечники на основе ферритов характеризуются высокой магнитной проницаемостью и большим удельным сопротивлением, что снижает потери на вихревые токи. Однако, ферриты обладают дезаккомадацией, т.е. их магнитная проницаемость изменяется со временем без каких-либо внешних воздействий. Такое старение ферритов приводит к понижению индуктивности катушек на 2…10% в год. В обозначении ферритов число перед типом соответствует начальной магнитной проницаемости феррита. Тип феррита обозначается буквами Н – низкочастотный илиВЧ – высокочастотный. Для низкочастотного феррита следует еще одна буква, указывающая на материал феррита:Н – никелево-цинковый илиМ – марганцево-цинковый. Например,2000НМ - феррит низкочастотный, марганцево-цинковый с начальной проницаемостью 2000.

По конструкции магнитные сердечники делятся: на замкнутые и незамкнутые. Сердечники с незамкнутым магнитопроводом могут быть цилиндрическими, пластинчатыми, трубчатыми и катушечными.

Цилиндрические карбонильные сердечники бывают трех типов:Р – резьбовые,С – стержневые,Т – трубчатые (рис.3.9). Они маркируются буквенно-цифровыми обозначениями. Например,РМ3х5 – резьбовой сердечник с резьбой М3 длиной 5 мм;С3х10 – стержневой сердечник диаметром 3 мм и длиной 10 мм;Т9,3х3,2х10 – трубчатый сердечник с внешним диаметром 9,3мм, с внутренним диаметром 3,2 мм и длиной 10 мм.

Ферритовые сердечники с незамкнутым магнитопроводом выполняются в виде стержней без резьбы или в виде трубок. Их обозначение подобно цилиндрическим карбонильным сердечникам.

Сердечники с незамкнутым магнитопроводом конструктивно изготовляют так, чтобы их можно было перемещать вдоль оси катушки, изменяя, таким образом, ее индуктивность. Для этого сердечники изготавливаются либо с резьбой, либо они вклеиваются в пластмассовые втулки, снабженные резьбой и шлицом. Сердечники ввинчиваются в центральное отверстие каркаса катушки, и после настройки фиксируются восковой мастикой или резиновой нитью.

Сердечники с замкнутой магнитной цепью изготовляются броневыми (тип Б),чашечными (тип Ч) и в видетороидальных колец круглого или прямоугольного сечения (тип К) (рис.3.10). Катушки с такими сердечниками имеют минимальные габариты, максимальную индуктивность и минимальной поле рассеивания. Броневые и чашечные сердечники имеют центральное осевое отверстие, в которое вкручивается подстроечный сердечник для регулировки значения индуктивности в пределах ±15%.

Тороидальные сердечники обозначаются буквой типа и числами, характеризующими размеры сердечника. Например, К15х7х4,8 – кольцевой сердечник с наружным диаметром 15 мм, внутренним диаметров 7 мм и высотой 4,8 мм.

Броневые сердечники обозначаются буквой типа и числом, характеризующим округленный до целого наружный диаметр сердечника. Например, Б9 – броневой сердечник с наружным диаметром 9,3 мм.

Чашечные сердечники обозначаются буквой типа и условным числом, характеризующим типоразмер сердечника. Например, Ч 9 – чашечный сердечник типоразмера 9.

Магнитные сердечники характеризуются действующей магнитной проницаемостью, степенью увеличения добротности катушки при наличии сердечника, диапазоном рабочих частот, величиной потерь и стабильностью.

Действующая магнитная проницаемость μ Д определяется отношением индуктивности катушки с сердечникомL C к индуктивности той же катушки, но без сердечника L :


(3.24)

Она зависит от начальной магнитной проницаемости материала, частоты, конструкции сердечника, соотношения диаметра катушки и диаметра сердечника, длины катушки и длины сердечника. Для тороидальных сердечников с равномерной намоткой

, во всех остальных случаях

и определяется по эмпирическим формулам или графикам .

При введении сердечника в катушку ее индуктивность увеличивается в μ Д раз. Однако при этом в ней возникают дополнительные потери, обусловленные сердечником. Поэтому величина добротности катушки возрастает пропорционально

раз.

С ростом частоты значение μ Д уменьшается, снижается индуктивность и добротность катушки.Значение частоты, при которой добротность катушки с сердечником становится равной добротности катушки без сердечника, называется граничной частотой сердечника.

Число витков катушки с броневым сердечником рассчитывается по выражению


, (3.25)

где L – требуемая индуктивность катушки;

m - коэффициент, определяемый типоразмером и материалом броневого сердечника.

Для броневых карбоксильных сердечников некоторых типоразмеров значения коэффициента приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Значения коэффициента m для броневых карбонильных сердечников

Тип сердечника

ИЗУЧЕНИЕ ПОТЕРЬ В ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ МАГНИТНЫХ КАТУШКАХ

С ФЕРРИТОВЫМ КОЛЬЦЕВЫМ СЕРДЕЧНИКОМ

Цель работы: Ознакомится с техническими характеристиками магнитных материалов, используемых в высокочастотных катышках индуктивности и произвести изучение зависимости индуктивности и тангенса угла магнитных потерь от температуры.

Задания:

    Ознакомиться с теоретическими сведениями по работе.

    Изучить принцип работы лабораторной установки.

    Снять зависимость индуктивности катушки и тангенса угла магнитных потерь от температуры.

    Произвести расчеты параметров согласно порядку выполнения работы.

    Сравнить полученные данные с известными значениями и сделать вывод об изучаемом материале.

Теоретические сведения

Высокочастотные катушки индуктивности

В зависимости от назначения различают:

    контурные катушки (образующие совместно с конденсаторами колебательный контур);

    катушки связи (передающие высокочастотные колебания из одной цепи в другую);

    высокочастотные дроссели (катушки индуктивности, преграждающие путь токам высокой частоты).

По конструктивным признакам катушки могут быть разделены на цилиндрические, спиральные, тороидальные, однослойные, многослойные, с сердечником или без сердечника, экранированные, с постоянной или переменной индуктивностью.

На схемах электрических принципиальных рядом с условным графическим изображением катушки индуктивности помещают ее символическое буквенное обозначение (латинская прописная буква L ) с порядковым цифровым (иногда буквенным) индексом. Значение индуктивности на схеме обычно не указывают (рисунок 1).

СУ

Катушка индуктивности

Катушка индуктивности с отводами

Катушки индуктивности с магнитопроводами (L6 с медным)

Катушка индуктивности экранированная

Ферровариометр

Индуктивно связанные катушки

ВЧ трансформатор

Рисунок 1. Графическое изображение различных типов катушек индуктивности

на схеме электрической принципиальной

Дроссели имеют такое же графическое изображение, но обозначаются буквами Др.

Основные параметры высокочастотных катушек.

Индуктивность (L ) характеризует количество энергии магнитного поля, запасаемого катушкой, при протекании по ней электрического тока. Единица измерения индуктивности - генри (Гн) и ее доли: миллигенри (мГн = 10 -3 Гн) и микрогенри (мкГн = 10 -6).

В радиотехнической аппаратуре используются высокочастотные катушки с индуктивностью от долей мкГн до десятков мГн. Индуктивность катушки зависит от ее формы, размеров и числа витков, а также от свойств сердечника или экрана.

Добротность - отношение реактивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению потерь:


где r - эквивалентное сопротивление потерь в катушке на частоте f , которое имеет несколько составляющих. Сопротивление потерь можно представить в виде суммы:

r = r 0 + r f + r k + r ем + r экр + r c ,

где r 0 - сопротивление обмотки постоянному току; r f - высокочастотные потери; r k - потери в материале каркаса; r ем - емкостные потери; r экр - потери в материале экрана; r с - потери в материале сердечника.

Сопротивление высокочастотных потерь в обмотке состоит из потерь, обусловленных поверхностным (скин) эффектом и эффектом близости r f = r скин + r близ . Обе эти составляющие имеют выраженную зависимость от диаметра провода намотки. Это свойство используется для получения максимальной добротности путем выбора оптимального диаметра провода намотки.


Рисунок 2. Зависимость добротности катушки от диаметра провода намотки

и определение оптимального диаметра провода намотки

По аналогии с конденсаторами потери энергии в катушках индуктивности можно выразить тангенсом угла потерь:


В большинстве радиотехнических устройств используют катушки с добротностью от 40 до 200.

Температурный коэффициент индуктивности характеризует относительное изменение индуктивности катушки при изменении температуры на 1°С:


Обычные цилиндрические катушки имеют ТКИ = 30...50×10 -6 1/°С, а катушки с керамическим каркасом - 8...16×10 -6 1/°С.

Стабильность параметров катушек индуктивности зависит также от влажности, величины атмосферного давления и т.п. Промышленность не выпускает, как правило, типовые высокочастотные катушки. Поэтому для аппаратуры различного назначения изготавливаются по возможности оптимальные индуктивные элементы.

Расчет индуктивности высокочастотной катушки на тороидальном ферритовом сердечнике

Катушка данного вида конструктивно представляет собой элемент изображение которого приведено на рисунке 3.

Рисунок 3. Конструкция высокочастотной катушки индуктивности

на тороидальном ферритовом сердечнике

Индуктивность L катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе, как известно, можно найти по формуле :

L = A l N 2 ,

где A l - так называемый коэффициент индуктивности, N – число витков катушки. Коэффициент A l соответствует индуктивности катушки в один виток и обычно приводится в справочных данных конкретных магнитопроводов , а для кольцевых магнито- проводов может быть легко рассчитан:


,

где µ 0 - 1,257 10 - 3 мкГн/мм – абсолютная магнитная проницаемость вакуума, µ эфф – эффективная начальная магнитная проницаемость материала магнитопровода, S эфф – эффективная площадь сечения магнитопровода в мм, l эфф - эффективная длина магнитопровода в мм.

Эффективное сечение и длина магнитопровода несколько меньше определяемых по его геометрическим параметрам и обычно приводятся в справочной литературе. Например, для кольца с внешним диаметром 6мм в , можно найти в таблице такую строчку:

D 1 ,

D 2 ,

h ,

l эфф ,

S эфф ,

S окн ,

Без зазора µ эфф = 50

A L мкГн с зазором, мм

I 2 L , A 2 мкГн с зазором, мм

A L , , мкГн

I макс , А (N=1)

В этой же таблице приведены расчетные значения площади окна магнитопроводов S окн , периметра сечения P и коэффициента индуктивности A l для µ эфф - 50. Данные позволяют рассчитать индуктивность любой катушки, намотанной на кольцевом магнитопроводе с табличными геометрическими размерами. Если µ эфф используемого кольца отличается от 50, значение A l необходимо пропорционально изменить, например, для µ эфф - 2000 коэффициент A L следует увеличить в 40 раз. Следует иметь ввиду, что значения µ эфф , S эфф и l эфф определяются с большой погрешностью, и в справочниках для кольцевых магнитопроводов указан обычно двукратный разброс значений A L . Поэтому величины A L взятые из Таблицы, следует принимать как ориентировочные и уточнять их при необходимости более точного расчета по результатам эксперимента.

Для более простых расчетов стоит воспользоваться оценочными формулами, позволяющими получить приближенные значения параметров катушки по известным характеристикам:

    При D 1 /D 2 > 1.75


    При D 1 /D 2 < 1.75


,

где: ω – число витков катушки, намотанной на кольце, L - индуктивность мкГн, µ - магнитная проницаемость, D 1 -наружный диаметр кольца, D 2 -внутренний диаметр кольца, h -высота кольца (все в мм).

Сердечники из магнитных материалов

В катушках индуктивности используются сердечники, выполняемые из различных магнитных материалов в зависимости от назначения катушки.

Металлические магнитные материалы обладают наивысшими значениями магнитной проницаемости (μ н до 10 5), магнитной индукцией насыщения и температурной стабильностью, но имеют низкое удельное сопротивление (ρ <10 -8 Ом×м), что приводит к резкому возрастанию вихревых токов и снижению параметров при повышении частот.

Ферриты и магнитодиэлектрики являются магнитными материалами с менее высокой, чем у металлов магнитной проницаемостью (μ н до 5×10 4) и магнитной индукцией насыщения, но с значительно более высоким удельным сопротивлением (ρ ~10 14 Ом×м).

Ферриты - это соединения двойных окислов железа и одно-двухвалентных металлов (никеля, цинка, марганца, бария, лития и др.), обладающие свойствами ферримагнетизма. Марки ферритов и некоторые их свойства и области применения приведены в таблице 1 .

Таблица 1

Марки

магнитомягких ферритов

1000НМ,

1500НМ,

2000НМ,

3000НМ ,

100НН,

400НН,

400НН1,

600НН,

1000НН,

2000НН

700НМ,

1000НМ З ,

1500НМ-1,

1500НМ З ,

2000НМ1

100ВН,

4000НМ,

600НМ1,

6000НМ1,

10000НМ,

2000НМ

2500НМС1,

3000НМС

300ННИ,

300ННИ1,

350ННИ,

450ННИ,

1000ННИ,

1100ННИ,

1100НМИ

Свойства

Высокие μ н и tgδ. Для слабых и сильных магнитных полей на частотах до 30 МГц.

Термостабильные ферриты с высокими μ н и добротностью.

Высокая μ н.

Малый tgδ в сильных электромагнитных полях, повышенная μ н при высоких температурах.

Повышенное значение и температурная стабильность импульсной магнитной проницаемости.

Применение

Сердечники для бытовых и специальных РЭС и аппаратуры проводной дальней связи.

Кольцевые,стержневые и броневые сердечники и сердечники для антенн.

Сердечники для трансформаторов, делителей напряжения, преобразователей и др.

Сердечники для телевизионной аппаратуры - ТВС, импульсных трансформаторов, преобразователей постоянного напряжеия.

Кольцевые и стержневые сердечники импульсных трансформаторов.

Марки

магнитомягких ферритов

10 D ВНП,

35DВНП,

55ВНП,

60ВНП,

65ВНП,

90ВНП,

150ВНП,

200ВНП,

300ВНП

50ВНС,

90ВНС,

200ВНС,

300ВНС

500 МТ,

500НТ,

1000НТ,

1000НТ1,

2000НТ,

1000МТ,

2000МТ,

5000МТ

800НН,

1200НН,

1200НН1,

1200НН2,

1200НН3

200ВНРП,

800ВНРП

Свойства

Повышенный коэффициент перестройки по частоте, малый tgδ на частотах до 250МГц.

Малые tgδ и амплитудная нестабильность магнитной проницаемости, высокое значение T K

Высокая механическая прочность и износоустойчивость, однородная структура, высокие электромагнитные параметры.

Прямопропорциональная зависимость μ н от окружающей температуры.

Высокое значение магнитных потерь в достаточно широкой полосе частот.

Применение

Седечники для перестраиваемых контуров РЭС.

Стержневые, кольцевые сердечники для широкополосных согласующих трансформаторов.

Сердечники для магнитных головок.

Сердечники для бесконтактных датчиков температуры.

Для магнитного экранирования и поглощения радиопомех.

Система обозначений ферритовых сердечников

М 2000 НМ 1 - 17 К 40×25×11

Типоразмер сердечника (D1×D2×h)

Конфигурация сердечника

Порядковый номер разработки

Особые свойства

Материал

Начальная магнитная проницаемость μ н

Изделие из магнитных материалов

Обозначение материала расшифровывается по данным, приведенным в таблице 2.

Таблица 2

Марганец-цинковые НЧ для слабых магнитных полей

Никель-цинковые ВЧ радиопоглощающие

СВЧ поликристаллические

Никель-цинковые НЧ для слабых магнитных полей

Барий-кобальтовые ВЧ со структурой ферросплава

СВЧ монокристаллические

Никель-цинковые НЧ для перестройки частоты

Никель-цинковые НЧ для сильных магнитных полей

СВЧ анизотропные поликристаллические

Марганец-цинковые твердые

Марганец-цинковые НЧ для сильных магнитных полей

Антиферромагнетики монокристаллические

Никель-цинковые твердые

Никель-цинковые ВЧ для сильных магнитных полей

Бариевые изотропные

Марганец-цинковые монокристаллические

Марганец-цинковые НЧ для импульсных полей

Бариевые анизотропные

Никель-цинковые ВЧ для слабых магнитных полей

Никель-цинковые НЧ для импульсных полей

Стронциевые изотропные

Литий-цинковые ВЧ для слабых магнитных полей

Никель-цинковые ВЧ для импульсных полей

Стронциевые анизотропные

Никелевые и никель-цинковые для перестройки частоты

Литий-цинковые ВЧ для импульсных полей

Кобальтовые анизотропные

Лабораторная установка

Назначение

Измеритель индуктивности и емкости ЛСМ1-03 (в дальнейшем по тексту прибор) предназначен для проведения практикума по курсу электрорадиоматериалы в ВУЗах. Прибор применяется самостоятельно или в составе комплекса МУК-РМ. Прибор предназначен для исследования температурной зависимости емкости и индуктивности.

Условия эксплуатации - лабораторные:

    Температура окружающей среды от 283 до 308 К (от +10 до +35 ºС);

    Относительная влажность до 80% при температуре 298 К (+25 ºС);

    Атмосферное давление 100 4 кПа (750 30 мм рт. ст.);

    Напряжение питающей сети 220 20 В частотой 50 Гц.

Электрические параметры и характеристики

    Диапазон измеряемых прибором индуктивностей составляет от 1.0*10 -4 до 9.9*10 -1 Гн.

    Диапазон измеряемых прибором тангенса потерь индуктивности составляет от 0.1*10 -2 до 9,9*10 -1 .

    Диапазон измеряемых прибором емкостей составляет от 1.0*10 -11 до 9.9*10 -8 Ф.

    Диапазон измеряемых прибором тангенса диэлектрических потерь составляет от 0.1*10 -2 до 9,9* 10-1.

    Основная погрешность прибора при измерениях индуктивности и емкости, выраженная в процентах от конечного значения установленного поддиапазона измерения, не превышает 5%.

    Время установления показаний прибора не более 5 с;

    Максимальная температура термокамеры 1 500С;

    Прибор обеспечивает связь с ЭВМ со скоростью 9600 бод через СОМ-порт;

    Прибор обеспечивает свои технические характеристики в пределах указанных норм после 5-ти-минутного самопрогрева;

    Прибор допускает непрерывную работу в течение 8 часов при сохранении своих технических характеристик.

Органы управления

Внешний вид прибора представлен на рисунке 4. На передней панели прибора расположены:

    индикатор результата измерения;

    кнопки выбора поддиапазона;

    индикатор шкалы;

    индикатор температуры;

    кнопки выбора температуры;


Рисунок 4. Внешний вид прибора и назначение органов управления

    индикатор нагрева;

    термокамера;

    индикаторы режима измерения индуктивности;

    индикаторы режима измерения емкости;

    индикатор выбора канала;

    индикатор связи с ЭВМ;

    кнопка выключателя “Сеть”;

    кнопка переключения канала;

    кнопка переключения режима измерения емкости;

    кнопка переключения режима измерения индуктивности;

ВНИМАНИЕ меры предосторожности:

Запрещается вставлять и вынимать вилку питания при нажатой кнопке «Сеть».

Порядок работы с блоком

Включите кнопку “Сеть” 12 (Рисунок 4), при этом загорится индикатор шкалы 3, индикатор результата измерения 1, индикатор температуры 4, индикаторы 8, 9, 10.

Подымите шторку термокамеры 11. Вставьте измерительную камеру ИК1 до упора. При этом шторка термокамеры должна опуститься.

Установите кнопками 14 и 15 требуемый режим измерения. Кнопками 2 установите требуемый поддиапазон. При этом индикатор 1 укажет на выбранную шкалу (шкала 0-10 – линейный режим работы, а шкалы 1-3 и 3-10 – обратно пропорциональный режим работы).

Кнопкой 13 установите требуемый канал для измерения. Контроль выбора канала осуществляется с помощью индикатора 10.

С помощью кнопок 5 установите требуемое значение температуры термокамеры. При первом нажатии кнопки на индикаторе 4 высветится установленное значение температуры. При повторном нажатии кнопки произойдет коррекция устанавливаемой температуры. Через 2 секунды после завершения установки индикатор 4 перейдет в режим отображения текущей температуры.

Для отключения терморегулятора необходимо установить температуру менее 30ºС. При этом на экране высветится сообщение «OFF».

При работе прибора на индикаторе 1 могут отображаться следующие сообщения:

    Е - измеряемая величина L или С ниже выбранного поддиапазона;

    Н - измеряемое величина L или С выше выбранного поддиапазона;

    Р - измеряемое значение тангенса потерь L или С выше выбранного диапазона;

    А - при измерении активная составляющая больше реактивной (tgδ>1).

Измерительная камера

Измерительная камера ИК1/4-1-2, предназначена для измерения магнитной проницаемости ферритов.

канал 1 ) – Феррит марки М 1200НН К 5×3×4; число витков катушки – 70; точка кюри 70ºС.

Материал исследуемого образца (канал 2 ) – Феррит марки М 2000НМ 7 К 9×6×6; число витков катушки – 90; точка кюри --ºС.

Порядок выполнения работы

    Изучить теоретические сведения об индуктивности катушек, потерях в катушках и материалах сердечников.

    Изучить лабораторную установку измеритель электропроводности ЛСМ1-03, его электрические параметры и характеристики, органы управления и индикации.

    Получить у преподавателя измерительную камеру с исследуемым образцом и установить в ЛСМ1-03.

    Произвести измерение индуктивности L и тангенса угла потерь tg δ при лабораторных условиях.

    Произвести измерение L и tg δ при изменении температуры до 70ºС, задавая температуру через каждые 5ºС. Измерения производить только после установления заданной температуры.

    Построить графики зависимости L = f (T ) и tg δ = f (T )

    Сравнить полученные значения и зависимости со справочными и сделать вывод об исследуемом материале.

Примечание для магистрантов (измерения и расчеты производить с учетом точности измерения, обеспечиваемой прибором).

Библиографический список

    И. Н. Сидоров, А. А. Христинин, С. В. Скорняков. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники. Справочник. - М.: Радио и связь, 1989, с. .384

    Тороидальные катушки на ферритовых кольцах или кольцах из карбонильного порошкового железа широко используются в радиолюбительских конструкциях. Их преимуществом является высокая индуктивность в сочетании с малым полем рассеяния. Расчет такой катушки можно вести разными способами. На Западе принят способ расчета с использованием специального параметра A L . Этот параметр обычно входит в спецификации ферромагнитных колец и публикуется производителями [Пример для кольца фирмы Amidon ].

    Численно параметр A L равен индуктивности в микрогенри при 100 витках катушки для карбонильного кольца или в миллигенри при 1000 витках для ферритового кольца. Зная параметр A L из спецификации, число витков тороида можно рассчитать по следующим формулам:

    Этот метод расчета реализован в онлайн-калькуляторе катушек на кольцах фирмы Amidon .

    В программе же Coil32 расчет ведется по двум эмпирическим формулам. Для расчета по этим формулам достаточно знать размеры кольца и его магнитную проницаемость. Эти параметры можно узнать из принятой в России и СНГ спецификации ферритовых колец. Например маркировка кольца 2000НМ 20 х 12 х 6 - означает:

    • µ = 2000
    • D 1 = 20
    • D 2 = 12
    • h = 6
    • НМ - материал кольца

    Формулы расчета выглядят вот так:

    при D 1 /D 2 >1.75
    при D 1 /D 2 <1.75

    Все размеры в миллиметрах, индуктивность в микрогенри.
    Попутно программа численным алгоритмом рассчитывает длину провода, необходимую для намотки кольца. Длина провода рассчитывается с запасом 10см на "концы". Расчет индуктивности на ферритовом кольце в онлайн-калькуляторе ведется по этим же формулам. Необходимо помнить, что этот алгоритм верен только для слаботочных катушек работающих в режиме малого сигнала вблизи начальной кривой намагничивания без подмагничивания постоянным током. Об особенностях расчета силовых дросселей .

    В состав программы входит плагин Ring permeability , который позволяет вычислить неизвестную проницаемость ферритового кольца. Допустим у вас на складе всякой всячины завалялось кольцо, а маркировка на нем не видна. Для этого надо намотать на него немного витков и затем измерить получившуюся индуктивность мультиметром, а также размеры кольца. По этим данным плагин Ring permeability позволяет приближенно определить магнитную проницаемость кольца. Для расчета используются те же самые эмпирические формулы. Формулы взяты из книжки

    Катушки индуктивности в зависимости от условий использования и конструкции разделяются на низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ). Для низкочастотных катушек (а также НЧ трансформаторов) характерно наличие магнитопровода (сердечника) из стальных пластин или пластин специальных сплавов (пермаллой и др.).. Высокочастотные катушки используются либо без сер­дечника, либо с ферритовым сердечником, либо, что значительно реже, с подстроечным сердечником из немагнитного материала (например, латуни, меди, алюминия). Подстроечный сердечник из немагнитного материала по­зволяет, не изменяя числа витков катушки, уменьшать ее индуктивность. Основное преимущество такого метода подстройки - высокая термостабильность, что важно, на­пример, в случае точных измерительных приборов. Ка­тушки с сердечником из немагнитного материала иногда также используются в приемниках на УКВ диапазоне.

    Типы используемых проводов. Как низкочастотные, так и высокочастотные катушки наматывают обычно медным проводом различного диаметра (из всех извест­ных проводников медь после серебра имеет наименьшее сопротивление). Для этой цели в настоящее время чаще всего применяют провода с эмалевой изоляцией. Низко­частотные катушки (дроссели) и трансформаторы в не­которых случаях при повышенных требованиях к изоляции могут наматываться проводом других марок, в том числе с хлопчатобумажной, шелковой и другими видами изоляции. Высокочастотные катушки также могут быть намотаны проводом в эмалевой изоляции, однако катуш­ки, используемые в высокочастотной части коротковолно­вого диапазона и: на ультракоротких волнах, для снижения потерь часто наматывают неизолированным медным проводом или, что лучше, медным посеребренным прово­дом (в передатчиках иногда вместо провода использует­ся медная трубка). С целью снижения потерь эти катушки наматывают также на ребристых каркасах из специальных высокочастотных материалов, обладающих малыми потерями, или вовсе без каркасов.

    В прошлом до появления ферритовых сердечников в высокочастотных катушках диапазона длинных и сред­них волн широко применялся многожильный провод - лицендрат. Он состоял из нескольких свитых вместе тонких проводов с эмалевой изоляцией: В настоящее время лицендрат в массовой радиоаппаратуре почти не применяется, так как повышения добротности катушек сейчас можно достичь более простыми путями, в частности с по­мощью ферритовых сердечников. Однако применение лицендрата может иметь смысл в ряде случаев, когда нуж­но изготовить катушки особо высокой добротности, на­пример в узкополосных фильтрах ПЧ.

    Создание ферритов позволило не только упростить конструкции контурных катушек, но и значительно улуч­шить их качество. Высокочастотные катушки с соответ­ственно подобранными ферритовыми сердечниками могут использоваться в широком диапазоне волн, вплоть до ультракоротких.

    Как паять эмалированный провод. Так как для на­мотки катушек и трансформаторов чаще всего применя­ются провода с эмалевой изоляцией, то пайку выводов следует производить, предварительно удалив эмаль. Изо­ляцию можно удалить, например, подержав провод в пламени горящей спички или зачистив его ножом. Эмаль можно удалить, протерев провод ватой, смоченной в аце­тоне (ацетон растворяет эмаль).

    Простой способ определения диаметра провода. При отсутствии микрометра диаметр провода можно прибли­зительно определить, намотав вплотную виток к витку на карандаш или другой подходящий стержень несколько десятков витков провода и замерив затем линейкой об­щую длину намотки. Диаметр провода получим, разде­лив длину намотки (в мм) на количество витков. Чем больше витков намотано и чем плотнее намотка, тем точ­нее результат измерений.

    Каркасы ВЧ катушек. Каркасы катушек в зависимо­сти от рабочего диапазона частот и назначения могут быть выполнены самыми различными способами и из раз­личных материалов (бумаги, прессшпана, органического стекла, высокочастотной керамики и разнообразных вы­сокочастотных материалов). В отношении электрических характеристик наилучшими, являются не требующие пропитки и влагостойкого покрытия полистироловые каркасы. Затем в порядке ухудшения диэлектрических качеств можно назвать следующие материалы для каркасов: высокочастотная керамика, ультрафарфор, бакелизированные трубки из кабельной бумаги. Иногда роль каркаса выполняют планки из изоляционного ма­териала, скрепляющие витки. Нередко катушки вообще выполняются без каркаса (в контурах УКВ и KB диа­пазонов).

    В большинстве случаев при конструировании само­дельной аппаратуры приходится либо изготовлять карка­сы самому, либо приспосабливать имеющиеся под рукой те или иные готовые изделия. В качестве каркасов для контурных катушек с успехом можно применять, напри­мер, керамические корпуса конденсаторов КБГИ подхо­дящего диаметра. Если диаметр имеющегося каркаса не­сколько отличается от расчетного, то число витков ка­тушки с каркасом иного диаметра может быть рассчита­но по формуле:

    где w - новое число витков; w 1 - прежнее число витков; d 1 - требующийся диаметр каркаса катушки;

    d - диаметр имеющегося каркаса. Точность, даваемая этой формулой, в большинстве случаев бывает вполне достаточной, так как в процессе настройки устройства индуктивность все равно приходит­ся подгонять, меняя положение сердечника.

    Небольшие по размерам каркасы для контурных ка­тушек можно изготовить из кинофотопленки, с которой предварительно удалена эмульсия. Чтобы каркас был жестким, его выполняют из трех - пяти слоев пленки (в зависимости от диаметра каркаса). Из пленки же при не­обходимости изготовляют щечки каркаса, приклеивая их целлулоидным клеем. На поверхность пленки клей следует наносить два раза. Швы через 2 - 3 ч следует еще раз промазать клеем для большей прочности.

    Для склеивания можно, применить раствор, состав­ленный из 25 мл растворителя (две части амилацетата и одна часть ацетона) и мелко нарезанной пленки (кусок общей площадью около 25 см 2).

    При изготовлении бескаркасных контурных катушек (например, для контуров маломощных коротковолновых передатчиков) витки их удобно скреплять планками из органического, стекла толщиной 3 - 4 мм. При намотке можно, нагревая провод катушки паяльником, плотно вдавить его в органическое стекло. После того как про­вод остынет, он окажется прочно закрепленным -в орга­ническом стекле и вся катушка приобретет жесткость.

    Экранирование контуров. Контурные катушки прием­ников очень часто помещают в экраны, чтобы защитить от воздействия внешних электромагнитных полей. Диа­метр экрана должен превышать диаметр контурной ка­тушки не менее чем в 2,5 - 3 раза. Экраны меньшего диа­метра применять не следует. В качестве материала для экранов рекомендуется применять листовую медь или алюминий.

    Небольшие узкие щели или отверстия практически не отражаются на экранирующем действии по отношению к электрической составляющей поля, если размеры от­верстий в экране малы по сравнению с длиной волны, на которую настроен контур. Поэтому для экранирования цепей только от электрической составляющей электро­магнитного поля можно применять экраны в виде сетки из проволок, соединенных с шасси.

    Стандартные экраны для контуров в случае необхо­димости вполне могут быть заменены алюминиевыми ко­робками подходящих размеров. Для этой цели, напри­мер, можно применять алюминиевые футляры, в которых хранят диапозитивные фильмы. Монтаж контурных кату­шек, помещенных в такие экраны, удобно производить на гетинаксовой пластине толщиной 2 - 4 мм, которую вме­сте с крышкой футляра можно укрепить на шасси прием­ника.

    Катушки с ферритовыми сердечниками. В последнее время в различной аппаратуре широкое распространение получили катушки, помещенные в горшкообразные фер-ритовые сердечники. Применяются они преимуществен­но в контурах длинных и средних волн, а также в тран­сформаторах ПЧ приемников. Во входных цепях прием­ников широко используются магнитные антенны, пред­ставляющие собой катушку входного контура, насажен­ную на ферритовый стержень. В трансформаторах и дросселях транзисторных приемников в качестве сердеч­ников используются ферритовцё кольца.

    Обладая хорошими магнитными свойствами и боль­шим электрическим сопротивлением, а следовательно, малыми потерями, ферриты позволяют упростить конструкцию катушек и уменьшить их габариты. Но недостат­ком ферритов является их хрупкость, так как по механи­ческим свойствам они приближаются к керамике и при неосторожном обращении могут разбиться.

    Ферритовые антенны. Основные достоинства магнит­ных антенн с ферритовыми сердечниками, широко приме­няемых в современных приемниках, заключаются в их малых габаритах и резко выраженных направленных свойствах. Пространственная избирательность магнитной антенны в добавление к частотной избирательности са­мого приемника позволяет значительно легче отстраи­ваться от помех.

    Устройство магнитной ферритовой антенны очень не сложно. Она состоит обычно из одной или двух катушек входного контура приемника, размещенных на длинном ферритовом стержне-сердечнике. Форма сечения ферритового стержня может быть различной, но чаще всего применяются цилиндрические стержни.

    В приемных антеннах могут использоваться ферриты разных марок с проницаемостью от нескольких единиц до нескольких тысяч гаусс/эрстед. Проницаемость ферри­та и его предельная рабочая частота находятся в тесной зависимости: чем выше проницаемость, тем ниже пре­дельная рабочая частота.

    Практически считается, что для антенн длинноволно­вого диапазона наиболее целесообразно применять сер­дечники марки 2000НН (старое обозначение Ф-2000), а для диапазона средних волн - 400НН (цифры в мар­ке указывают величину проницаемости). В антеннах ко­ротких волн, применяемых реже, имеет смысл.использо­вать сердечники с начальной магнитной проницаемостью 100 - 200 гаусс/эрстед, а в антеннах УКВ диапазона, так­же редко применяемых, - 15 - 25 гаусс/эрстед.

    Ферритовые сердечники очень хрупки и требуют осто­рожного обращения. Для повышения прочности плоских ферритовых стержней магнитных антенн к стержню с двух сторон можно приклеить клеем БФ-2 тонкие пласти­ны из гетинакса или текстолита.

    В некоторых случаях эффективность ферритовой ан­тенны может оказаться недостаточной. Наиболее про­стым способом повышения эффективности является од­новременное пропорциональное увеличение длины и диа­метра сердечников.

    Для этих же целей используется параллельное и пос­ледовательное включение нескольких ферритовых ан­тенн. При параллельном включении общая индуктив­ность комбинированной антенны уменьшается, что позво­ляет увеличить число витков каждой антенной катушки (при той же общей индуктивности), а действующая вы­сота антенны при этом увеличивается. Стержни комби­нированной антенны должны располагаться параллельно на небольшом расстоянии друг от друга.

    Повышения эффективности антенны можно добиться и при последовательном соединении катушек, но при этом помимо намотки в одну сторону следует соблюдать и правильную последовательность соединения антенных катушек.

    Некоторое повышение эффективности при многовитковых антенных катушках можно получить, используя секционирование намотки этих катушек, а также приме­няя распределенную намотку с переменным шагом и на­мотку катушек проводом лицендрат. Но эти методы все же мало повышают эффективность по сравнению с ан­тенной со сплошной однорядной намоткой (всего на 15 - 20%), значительно усложняя в то же время изготовле­ние антенны.

    Повышения действующей высоты антенны можно до­биться, применяя неоднородные (гетерогенные) сердеч­ники. Неоднородность создается искусственно склеивани­ем отдельных частей сердечника из кусков, различных по площади сечения и по проницаемости. Так, например, для средневолновой антенны иногда бывает целесообраз­но использовать сердечник из трех одинаковых по длине частей, из которых средняя, на которой намотана катуш­ка, выполнена из феррита марки 400НН (диаметр стерж­ня 8 мм), а крайние - из материала 2000НН (при боль­шем диаметре стержня - 10 - 15 мм). Общая длина та­кого сердечника составляет 250 - 300 мм.

    Так как ферритовая антенна для двух диапазонов (ДВ и СВ), которая обычно используется в приемниках, представляет собой с электрической точки зрения связан­ную систему, то полезно знать, какое взаимное влияние оказывают друг на друга обе контурные катушки при разном расположении их на стержне. Эти сведения мо­гут быть использованы при самостоятельном конструиро­вании приемников, на входе которых применяются такие антенны. Данные эти, найденные экспериментальным пу­тем, были опубликованы в радиолюбительской литературе.

    Как показывает экспериментальная проверка, в слу­чае двух контурных катушек (например, длинных и сред­них волн), расположенных на одном стержне, одна не закороченная катушка уменьшает добротность второй на - 15%, тогда как закороченная катушка не вызывает заметного изменения добротности второй, уменьшая лишь индуктивность ее на 7 - 10%.

    При перемещении катушки с центра, стержня на край добротность ее уменьшается более чем на 30%. Однако добротность катушки становится примерно на 20% больше при смещении ее от конца стержня на 10 мм.

    Размещение катушки связи около контурной катуш­ки со стороны края стержня уменьшает добротность ее на 5 - 10% по сравнению с размещением катушки связи около контурной катушки со стороны его середины.

    Влияние близко расположенного стального предмета на контурную катушку, размещаемую около одного кон­ца стержня, имеет следующий характер:

    стальной предмет, находящийся около контурной ка­тушки или против торца ферритового стержня, вызывает уменьшение добротности в 7 - 12 раз;

    увеличение этого расстояния на ДО - 20 мм вызывает уменьшение добротности на 10 - 30%;

    размещение стального предмета около середины стержня вызывает уменьшение добротности приблизи­тельно в два раза;

    размещение стального предмета около другого конца стержня вызывает уменьшение добротности на 10 - 20%.

    Детали из немагнитных металлов уменьшают доб­ротность катушки примерно на 20%, незначительно изме­няя индуктивность контурной катушки.

    Выводы, которые должны быть сделаны из этих дан­ных, можно сформулировать так:

    при размещении двух контурных катушек на одном ферритовом стержне нерабочую контурную катушку необходимо закорачивать;

    не следует размещать контурную катушку ближе чем на 10 мм от края ферритового стержня. Катушку связи следует размещать около середины стержня;

    по возможности надо избегать соседства стальных

    предметов, таких, например, как корпус громкоговорите­ля, крышка переменного резистора и особенно массивный корпус блока конденсаторов переменной емкости. Если конструкция не позволяет удалить блок конденсаторов на достаточное расстояние от магнитной антенны, реко­мендуется уменьшить длину стержня. Это лишь немного уменьшит эффективность антенны, но даст заметный вы­игрыш в добротности входного контура.

    Для крепления ферритового стержня к монтажной плате приемника очень удобно пользоваться резиновыми Г-образными кронштейнами (два кронштейна на один стержень). В них с помощью металлической трубочки диаметром, равным диаметру ферритового стержня, про­биваются круглые отверстия. Кромку трубочки следует с этой целью предварительно заточить. Готовые отвер­стия кронштейнов, когда в них вставляется стержень, получаются с несколько вогнутыми внутрь стенками, а их диаметр оказывается на 1,5 - 2 мм меньше диаметра стер­жня, поэтому стержень плотно входит в отверстия крон­штейнов и не сдвигается с места. Кронштейны предвари­тельно прикрепляются к плате винтами.

    Склеивание ферритовых стержней. Если ферритовый стержень магнитной антенны разбился, то его можно склеить клеем БФ-2 точно так же, как склеивают фар­фор.

    Отличие заключается лишь в том, что большинство ферритов (особенно с магнитной проницаемостью поряд­ка 1000 - 2000) нельзя нагревать до температуры выше 100 - 120°С. Поэтому полимеризация клея должна проис­ходить при температуре более низкой и время выдержки соответственно повышается. Практически температура для сушки клея устанавливается в пределах 50 - 70° С, а время выдержки 24 - 36 ч.

    Склеивать сердечники можно также эпоксидной смо­лой. Выдержка при этом производится при нормальной температуре.

    Магнитные свойства склеенного ферритового сердеч­ника ухудшаются незначительно.

    Как укоротить ферритовый стержень. Очень часто на практике может возникнуть необходимость укоротить стержень ферритовой антенны. Делать это можно следу­ющим образом. На нужном расстоянии от края по ок­ружности стержень надпиливают напильником или острым краем мелкозернистого абразивного камня. Затем с обеих сторон, от надпила стержень обматывают несколь­кими слоями бумаги и после этого разламывают его ру­ками. Стержень при этом легко ломается на расстоянии, точно соответствующем предварительно сделанному над­пилу.

    Намотка ВЧ катушек. В радиоаппаратуре применя­ются высокочастотные катушки с намотками различных типов: рядовой, внавал, «Универсаль» и пр.



    Рис. 12. Приспособление для намотки катушек

    Наибольшие трудности представляет намотка кату­шек типа «Универсаль», -которую обычно выполняют на специальных намоточных станках.

    При намотке катушек тонким проводом удобно поль­зоваться несложным приспособлением, изображенным на рис. 12. Оно представляет собой заостренный стержень со сквозным отверстием вдоль оси. Диаметр отверстия должен быть достаточным для пропускания обмоточного провода. Сбоку, ближе к заостренной части стержня, в корпусе его сделана выемка для пальца, захватывающая внутреннее отверстие. Приспособление может быть изго­товлено из эбонита, пруткового текстолита, древесины или другого материала, не повреждающего изоляцию провода.

    Размеры приспособления для обмотки проводом диаметром от 0,08 до 0,5 - 0,8 мм приведены на рисунке. На­тяжение провода при намотке создается нажимом пальца на провод, скользящий по поверхности выемки.

    Если такое приспособление покажется сложным для изготовления, то вместо него можно использовать более простое, сделанное из хлорвиниловой и металлической трубок с внутренним диаметром, равным диаметру хлор­виниловой трубки. Провод пропускается через хлорвини­ловую трубку, вставленную внутрь металлической. Оба эти приспособления- можно с успехом использовать так­же при перемотке катушек в труднодоступном месте, на­пример в капсюле телефона.

    Много неприятностей при намотке катушек тонким проводом доставляют возникающие на проводе «бараш­ки», если провод сматывается без натяжения. Надевая на провод при намотке катушек хлорвиниловую трубку диаметром 4 - 5 мм и длиной 100 - 150 мм либо продевая провод через не слишком тяжелое гладкое металлическое или пластмассовое кольцо можно предотвратить образо­вание «барашков». Такая трубка или кольцо своей тя­жестью слегка натягивают провод и не позволяют ему скручиваться, не мешая в то же время намотке.

    Следует сделать еще одно замечание, касающееся на­мотки ВЧ катушек эмалированным или неизолирован­ным проводом. При намотке таких катушек обычно не обращают внимания на то, что на проводах остается жир с пальцев. Этот тонкий незаметный для глаза слой жира приводит к тому, что потери энергии в катушках сильно возрастают, а следовательно, снижается добротность Q катушек. Чтобы избежать этого, рекомендуется, наматы­вая ВЧ катушки,- в наиболее ответственных случаях на­девать перчатки или хотя бы резиновые напальчники и пользоваться приспособлениями, описанными выше. Это позволит избежать непосредственного касания провода рукой.

    Намотка тороидальных катушек. При изготовлении карманных транзисторных приемников в качестве сер­дечников трансформаторов, как уже отмечалось, широко используются ферритовые кольца. Чтобы намотать об­мотку на такой кольцевой (тороидальный) сердечник, его обычно аккуратно раскалывают на две части, наматыва­ют обмотку на сердечник, а затем склеивают кольцо.

    Наиболее ответственная задача состоит в том, чтобы аккуратно расколоть кольцо. Проделать эту операцию можно разными способами, например, пользуясь обычны­ми бокорезами, но при этом получается много брака. Су­ществует, однако, способ, почти исключающий брак. По образующим кольцам в месте, где необходимо его раско­лоть, твердым карандашом (Т или 2Т) проводят токо-проводящую дорожку. Если кольцо очень крупное, то та­кие дорожки следует делать и в радиальных направле­ниях.

    Снимаемое с ЛАТРа или трансформатора напряже­ние порядка 90 В прикладывают с помощью заостренных металлических щупов к крайним точкам линии, прочер­ченной карандашом. Возникающая при этом в токопро-водящей дорожке вольтова дуга выжигает графит, нагре­вая феррит до высокой температуры. Если ферритовое кольцо велико по размерам, то вольтова дуга при подаче напряжения на крайние точки токопроводящей линии мо­жет не возникнуть. Тогда необходимо выжигать графит отдельными участками.

    Вызванный возникновением вольтовой дуги местный нагрев феррита приводит к образованию на его поверх­ности микротрещин, ослабляющих крепость кольца в этих местах. Такое кольцо можно расколоть даже при не­большом усилии. После окончания намотки обе полови­ны кольца склеивают клеем БФ-2.

    Расколоть кольцо удачно иногда можно, сделав пред­варительно надфилем или наждачным камнем надпилы по образующей цилиндра и в радиальном направлении. Намотать катушку на ферритовое кольцо можно и не раскалывая кольца, но это значительно труднее. Из ли­стового целлулоида или другого подобного материала толщиной 0,3 - 0,5 мм вырезают полоску длиной 45 - 50 мм и шириной 3 - 5 мм. На узких концах этой полоски делают вырезы (пазы), в которые укладывают нужное количество провода. Продевая этот «челнок» сквозь кольцо, можно достаточно быстро намотать катушку, особенно если она содержит не очень большое число витков и челнок свободно проходит через кольцо.

    Если катушка содержит большое число витков, то мо­жно прибегнуть к другому, более сложному, способу. Вместо челнока здесь используют кусок поливинилхлоридной трубки длиной примерно в 10 - 15 раз превышаю­щей длину среднего витка обмотки. Трубку аккуратно разрезают вдоль длины, продевают в отверстие сердеч­ника, сворачивают в кольцо и сваривают ее концы встык так, чтобы образовался кольцевой желоб. Разрез при этом должен оказаться с наружной стороны кольца (рис. 13, а). Для сварки концы трубки складывают вне­шними поверхностями, зажимают двумя металлическими пластинами (рис. 13, б) и сваривают горячим паяльни­ком. Шов должен при этом быть внутри трубки. Далее в желоб наматывают провод с десятипроцентным запасом и, вращая кольцо, производят намотку катушки.



    Рис. 13. К описанию способа намотки тороидальных ка­тушек

    Высокочастотный трансформатор или дроссель для транзисторных устройств в ряде случаев бывает полезно наматывать на ферритовом кольце так, чтобы последний слой обмотки полностью закрыл предыдущие слои. На­чало обмотки следует подключить к транзистору, а ко­нец - к шине питания, которая по переменному току всегда соединена с общим проводом. В этом случае тран­сформатор или дроссель окажется как бы заэкранированным последними витками обмотки.

    Неисправности ВЧ катушек. Основными неисправно­стями ВЧ катушек являются обрыв провода и межвитковое замыкание из-за повреждения изоляции. Обрыв про­вода можно обнаружить даже с помощью простейшего пробника. Что касается замыкания витков, то обнару­жить его труднее. Существует, однако, довольно простой способ обнаружения короткозамкнутых витков в ВЧ ка­тушках, который заключается в следующем.

    Проверяемую катушку располагают в непосредствен­ной близости от контурной катушки приемника, настро­енного на какую-либо радиостанцию.

    Если катушка исправна, то громкость звучания уменьшится незначительно; если же в ней имеются короткозамкнутые витки, то громкость звучания сразу резко упадет.

    Следует помнить, что при проверке частота принимаемой станции не должна совпадать с собственной часто­той катушки. Так как практически определить собствен­ную частоту катушки трудно, то во избежание ошибки испытание катушки на межвитковое замыкание нужно проводить несколько раз (не менее трех) при настройке приемника на разные радиостанции. Кроме того, во вре­мя измерении нельзя касаться выводов катушки.

    Низкочастотные катушки. Отличительной чертой низкочастотных катушек (дросселей) и трансформаторов является, как уже отмечалось, наличие у них магнитопроводов (сердечников), собранных из стальных пластин или пластин специальных сплавов (например, пермал­лоя).

    Сталь, из которой изготовляют пластины, обычно со­держит добавки (легируется). Добавление кремния улуч­шает электрические свойства стали - снижаются потери на вихревые токи и гистерезис, повышается магнитная проницаемость материала и т. д. Такие специальные ле­гированные стали обычно называются электротехническими и каждая из них имеет свою марку.

    Для изготовления каркасов трансформаторов приме­няют бумагу, картон, прессшпан, текстолит, гетинакс, карболит и др. Лучший из этих материалов для исполь­зования в радиолюбительских условиях - прессшпан, представляющий собой плотный тонкий глянцевитый кар­тон толщиной 0,5 - 0,7 мм.

    Для больших каркасов и для щечек трансформато­ров прессшпан надо склеивать в три-четыре слоя. Перед намоткой прессшпановый каркас желательно проварить в парафине или отлакировать.

    Недостатками картона являются его гигроскопич­ность, рыхлость и хрупкость. Кроме того, из картона трудно склеивать правильный цилиндр.

    Из других изоляционных материалов при изготовле­нии трансформаторов и катушек применяются фибра, гетинакс, текстолит, органическое стекло и т. д. Если необ­ходима высокая механическая прочность, то лучше всего применять текстолит.

    Недостатком фибры является гигроскопичность. Од­нако ее изоляционные свойства можно повысить, пропи­тав чистым парафином.

    Парафин, кроме того, широко применяется для залив­ки различных деталей, в том числе катушек и трансфор­маторов с. целью повышения их влагостойкости. Нужно иметь в виду, что использовать для этой цели можно лишь парафин, в котором отсутствуют примеси кислот (определить присутствие примесей можно по покрасне­нию лакмусовой бумажки, опущенной в расплавленный парафин).

    Очистить парафин можно прокипятив его в воде. Во­ду при этом несколько раз меняют. Нерастворимые в во­де примеси осядут на дно, а растворившиеся кислоты уда­ляют вместе с водой.

    Пропитку трансформаторов, дросселей и других дета­лей для защиты от влаги можно производить, опустив де­таль в горячий раствор, составленный из 30 весовых час­тей чистого воска, 15 весовых частей очищенного от кис­лот парафина и 55 весовых частей зубного порошка. В со­став можно добавить также анилиновый краситель любо­го цвета.

    Картонные каркасы для трансформаторов и контур­ных катушек можно прочно и надежно склеивать клеем БФ-2 или клеем следующего состава: в 100 г воды добав­ляют 9 г конторского клея (силикатный клей - «жидкое стекло»), 6 г картофельного крахмала и 1 г сахара. Смесь следует подогреть и перемешать до получения гу­стой кашицы.

    Если необходимо быстро подклеить каркас трансфор­матора или другое изделие из картона или прессшпана, то вместо клея лучше всего применить порошкообразный шеллак. Для этого шеллак насыпается на место склейки, поверхности прикладываются друг к другу и место склей­ки в течение нескольких секунд нагревается, например, с помощью паяльника. Прочность склейки получается очень высокой.

    Намотка НЧ трансформаторов. При намотке катушек трансформаторов и дросселей каркасы на оси намоточ­ного станка закрепляют с помощью деревянной оправки или специальных зажимающих приспособлений. Катуш­ки небольших размеров можно наматывать с помощью ручной дрели, зажатой в настольные тиски.

    При намотке тонким проводом диаметром 0,05 - 0,08 мм на ручных намоточных.станках вследствие неравно­мерного вращения провод часто обрывается. Если же провод пропускать через кольцо, висящее на пружине из стальной проволоки диаметром 0,2 - 0,3 мм, несколько от­тягивающее провод кверху, то обрывы можно предот­вратить.

    Отводы обмотки трансформатора в ряде случаев не обязательно делать толстым проводом. Их можно делать, не разрывая провода обмотки, из того же провода, скла­дывая в два, четыре, восемь раз (в зависимости от диа­метра провода) и скручивая их. Вывод обмотки закреп­ляют обычным способом и продолжают дальнейшую на­мотку. Такой способ особенно удобно использовать при диаметре провода менее 0,15 мм.

    На практике широко применяется бескаркасная на­мотка трансформаторов, позволяющая добиться более высокого коэффициента заполнения окна сердечника и упрощающая конструкцию трансформатора. Недостатком такого способа является лишь низкая механическая прочность обмоток и при перемотке трансформаторов не­которые неудобства самого процесса намотки на намо­точном станке, так как все время необходимо следить за тем, чтобы крайние витки не сползали.

    Предотвратить сползание витков готовой бескаркас­ной обмотки можно, смазав ее крайние витки клеящим веществом, однако для этой цели подходит не всякий клей, так как некоторые марки клея разъедают изоля­цию провода. Лучше всего использовать резиновый клей.

    Витки бескаркасной обмотки можно закреплять и с помощью киперной ленты (лента из ткани). Для этого на гильзу, на которой производится намотка, накладывают две полоски такой ленты. После этого делают первый ви­ток. Затем первый виток провода покрывают свободным концом ленты и делают еще несколько витков поверх двойного слоя ленты. Далее первый виток обмотки подтя­гивают коротким концом ленты к соседним виткам об­мотки и наматывают слой до конца.



    Рис. 14. Устройство для проверки катушек индуктивности

    По окончании намотки первого ряда поверх этого слоя делают начальный виток другого слоя, причем конец лен­ты загибают так же, как в.самом начале намотки: нама­тывают следующие десять витков и крайний виток подтя­гивают лентой и т. д. С киперной лентой рекомендуется наматывать обмотки с проводом диаметром от 0,5 мм и больше.

    Неисправности НЧ трансформаторов. Обмотки транс­форматора перед сборкой сердечника рекомендуется предварительно проверить на целость проводов и отсут­ствие короткозамкнутых витков. Обрыв провода обычно бывает несложно обнаружить омметром. Сложнее обна­ружить короткозамкнутые витки.

    Удобен для этой цели очень несложный генератор, схема которого представлена на рис. 14.

    Катушка его L1 намотана на П-образном сердечнике, собранном из полос жести, ширина и число которых опре­деляются внутренними размерами каркасов проверяемых катушек L2. Катушка L1 генератора должна содер­жать не менее 3000 витков провода ПЭЛ 0,12 - 0,15 с от­водом на базу транзистора примерно от 1000-го витка. В качестве индикатора можно использовать микротелефонный капсюль, головные телефоны или громкоговори­тель с выходным трансформатором.

    Если при надетой на сердечник катушке L2 тон звука не изменяется, то, значит, в ней нет замкнутых витков. Если же в катушке L2 есть хотя бы один короткозамкнутый виток, - тон звука резко повышается.

    Характер неисправностей катушек индуктивности (НЧ трансформаторов, дросселей, различных НЧ кату­шек, отклоняющих катушек кинескопов и т. д.) можно быстро определить и с помощью осциллографа, подклю­чив к нему катушку так, как показано на схеме рис. 15.

    При подключении заряженного конденсатора С1 к измерительной схеме (переключатель В1 в нижнем поло­жении) на экране осциллографа появятся изображения кривых, различных для каждого вида повреждений. Кри­вая б указывает на обрыв катушки (если нет утечки), в и г - закороченные витки, д - обрыв в катушке, е и ж соответствуют исправной катушке.

    Следует особо оговориться о способе испытания от­клоняющих катушек кинескопов. Из-за малой индуктив­ности их изображение на экране осциллографа при испы­тании не получается в виде спирали, однако видна ха­рактерная линия, показанная на рис. 15, з. Каждую из отклоняющих катушек следует поэтому испытывать в от­дельности. Если изображения на экране осциллографа при подключении каждой из них будут одинаковы (рис. 15, и, к), то катушки исправны, если изображения различны (рис. 15, з, к), то отклоняющие катушки сле­дует заменить.

    Рис. 15. Проверка катушек индуктивности с помощью осцил­лографа:

    а - схема приставки к осциллографу; б - к - фигуры на экране осцил­лографа в зависимости от состояния катушек

    Способ сборки сердечника. Очень часто при ремонте трансформаторов заводского изготовления, когда требу­ется полная разборка сердечника, обратный процесс - сборка - вызывает затруднения, так как не всегда уда­ется вставить в каркас катушки все пластины. Почти всегда остается несколько лишних пластин, что нежела­тельно, так как сокращается площадь сечения сердечни­ка и может возникнуть гудение трансформатора во вре­мя работы.

    Поэтому, собирая сердечник, рекомендуется прибли­зительно в середине его вставить сразу две пластины, проложив между ними кусочек бумаги. В конце сборки сердечника оставшиеся пластины собрать в одну пачку, вставить между этими двумя пластинами и легкими уда­рами молотка вогнать в сердечник.

    Как устранить гудение трансформатора. Устранить гудение трансформаторов, в частности используемых в блоках питания, в простейшем случае можно затягивани­ем гаек на стяжных шпильках сердечника. Если это не дает желаемых результатов, то при включенном транс­форматоре, вставляя нож между пластинами, нужно най­ти то место сердечника трансформатора, в котором воз­никает гудение. Определив это место, гудение можно уст­ранить, вбив между пластинами сердечника кусочек трансформаторной стали или клин, изготовленный из куска дерева.

    Иногда гудение удается устранить, осторожно вбивая деревянные клинышки между сердечником трансформа­тора и шасси радиоприемника или телевизора.

    Как определить данные трансформатора. При исполь­зовании готовых трансформаторов иногда может возник­нуть необходимость определить их моточные данные. Для этого нужно поверх имеющихся обмоток трансформатора намотать вспомогательную обмотку, состоящую из не­скольких витков медного изолированного провода диа­метром 0,1 - 0,4 мм. Затем, измеряя сопротивление обмо­ток омметром, надо определить обмотку с наибольшим сопротивлением и, считая ее первичной, подать на нее на­пряжение U 1 сети переменного тока (50 - 220 В). Вольт­метр, включенный в цепь вспомогательной обмотки у, по­кажет при этом напряжение U 2 . Число витков х в обмот­ке, включенной в сеть, можно определить тогда по фор­муле:

    x=y U 1 /U 2 , где у - число витков вспомогательной обмотки.

    Коэффициент трансформации между этими обмотка­ми равен отношению у/х. Точно также можно определить число витков и коэффициенты трансформации других об­моток.

    Точность показаний, определяемых этим методом, за­висит от точности показаний вольтметра и от числа вит­ков вспомогательной обмотки: чем число витков больше, тем выше точность.

    << >>


    Copyright V.F.Gainutdinov , 2006 - 2016. Все права защищены.
    Разрешается републикация материалов сайта в Интернете с обязательным указанием активной ссылки на сайт http://сайт и со ссылкой на автора материала (указание автора, его сайта).