9. Технический расчет контурных катушек переменной индуктивности коротковолновых передатчиков

Контурные катушки переменной индуктивности

В контурных системах современных коротковолновых передатчиков большое распространение нашли катушки переменной индуктивности в виде цилиндрических или плоских спиральных катушек с подвижными контактами, перемещающимися вдоль витков. Основными характеристиками катушек для колебательных контуров передатчиков являются индуктивность, электрическая прочность, добротность, величина собственной емкости и габариты. Такие катушки обеспечивают изменение индуктивности в широких пределах. Величина индуктивности катушек КВ-передатчиков обычно достигает нескольких десятков микрогенри. При рациональной компоновке аппаратуры начальная индуктивность катушки может быть весьма малой – десятые доли микрогенри. В частности, в двухтактной схеме катушку выполняют в виде двух соединенных последовательно встречнонамотанных полукатушек, разнесенных на расстояние, примерно равное расстоянию между осями генераторных ламп. Внутренние выводы полукатушек присоединяют к анодам ламп, а наружные соединяют накоротко, они имеют нулевой потенциал по высокой частоте (рис.9.1).

Рис 9.1 Катушки переменной индуктивности в двухтактной схеме.

Этим обеспечивается минимальная длина монтажных соединений, определяющих начальную индуктивность контура, и сокращение до минимума эффективной емкости катушки на землю, поскольку ее торцы, обращенные к экранам, не находятся под высокочастотным напряжением. Для того чтобы в закороченных (нерабочих) частях полукатушек не возникали резонансные явления, которые могут вызвать большие потери высокочастотной энергии, а также привести к уменьшению добротности катушки, применяются дополнительные замыкатели (это используется и в катушках контуров однотактных каскадов). У катушек мощных каскадов закорачивают каждый нерабочий виток спирали.

Число витков у катушек переменной индуктивности обычно не превышает 8-10 (у каждой полукатушки, если схема двухтактная). Это обусловлено прежде всего необходимостью ограничить величину емкости катушки на землю, а также ее габариты. Наибольшее сокращение габаритов получается при навивке спиралей из ленты (шины); если спираль цилиндрическая, производится навивка ленты "на ребро".

Провод намотки катушки

Для навивки спиралей катушек со скользящими контактами, работающих в каскадах мощностью более 2кВт, используются трубки квадратного и прямоугольного сечения. Конструкция контактной системы при этом более простая, а сама катушка получается более устойчивой и жесткой. Широкие медные ленты (шины) прямоугольного сечения применяются главным образом для навивки спиралей плоских катушек индуктивности каскадов мощностью до 5кВт. Цилиндрические катушки индуктивности, спирали которых навиты такой лентой, используются в каскадах мощностью не более 1 кВт. Из трубки круглого сечения навивают в основном катушки постоянной индуктивности, вариометры, а также катушки переменной индуктивности с короткозамкнутым витком.

Большое значение имеет чистота поверхности спирали, которая должна быть возможно более высокого класса. Плохая чистота поверхности приводит к ускоренному истиранию контактов токосъема и, как следствие, к возрастанию переходного сопротивления, уменьшению добротности контура и снижению надежности в эксплуатации (у передатчиков средней мощности переходное сопротивление составляет от 0,01 до 0,05 Ом). Кроме того, повышение чистоты поверхности уменьшает поверхностное сопротивление спирали, так как путь тока в проводнике с идеально ровной поверхностью короче, чем в проводнике с шероховатой поверхностью. Увеличение сопротивления становится заметным, когда высота микронеровностей соизмерима с глубиной проникновения тока в провод (у медного провода в диапазоне частот 1,5-30МГц глубина проникновения тока составляет 0,05- 0,01 мм).

При расчете катушек индуктивности исходными данными являются максимальная величина индуктивности , амплитуда переменного напряжения на катушке и эффективное значение тока через катушку. Как известно из теории поверхностного эффекта (скин–эффекта), сопротивтивление провода на высоких частотах следует рассчитывать не по его сечению, а по периметру. При этом необходимо учитывать реальные условия нагрева и теплоотдачи провода. Для расчета катушки вводят понятие перегрева провода , где - температура поверхности провода, a - температура окружающей среды. Обычно принимают 30-40,°С. Требуемый диаметр медного провода определяется по полуэмпирической формуле:

d= 0,18, (9.1)

где – эффективное значение высокочастотного тока через катушку, А; f – рабочая частота, Гц; τ – перегрев провода,°C; d - диаметр провода, мм. При использовании провода намотки другого профиля периметр провода определяется формулой:

р=0,18π ( 9. 1’)

Если периметр р < 10мм, то применяют провод сплошного сечения, при периметре р> 10 мм – провод трубчатый. В том случае, когда спираль охлаждается водой, требуемая величина периметра, рассчитанная по формуле ( 9. 1’), может быть уменьшена в два – три раза, поскольку водой отводится около 95% тепла. Однако водяное охлаждение катушек индуктивности возможно только в каскадах, где используются радиолампы с водяным охлаждением. При курсовом и дипломном проектировании можно руководствоваться сортаментами квадратных и прямоугольных труб из меди марок Ml и М2, приведенными в табл. 9.1 и 9.2, где а, b и s – размеры, показанные на риc.9.2. Стандартными значениями диаметра d проводов круглого сечения (рис.9.2) являются: 1; 1,12; 1,25, 1,4; 1,5; 1,68; 1,74; 1,81; 1,88; 1,95; 2,01; 2,26; 2,44; 2,63; 2,83; 3,05; 3,28; 3,53; 3,8; 4,1; 4,5; 4,8; 5,2 мм, и др. [3]

Рис.2. Квадратное, прямоугольное и круглое сечения медной трубы

Таблица 9.1

А, мм

10; 12

14; 16

18; 20

22; 25

28; 32; 36; 40

42; 45; 50

S, мм

1; 1,5

1; 1,5; 2; 2,5

1; 1,5; 2; 2,5

1,5; 2; 2,5; 3

1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5

1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5

Таблица 9.2

а, мм

b, мм

s, мм

130

65

2,5

160

80

2,5

180

85

3,0

Устройства генерирования и формирования радиосигналов


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.