ГЛАВА 19. Об индуктивности — подробно!
“Аматор”: Не хотите ли взглянуть на содержимое этой коробки, уважаемый Спец?
“Спец”: О, да ведь это...
“А”: Да, мы с Незнайкиным пособирали по разным ящикам и шкафам все возможные каркасы для катушек индуктивности. Ведь, как мне кажется, контуров нам предстоит наматывать не один и не два!
“С”: Уж не загрустил ли ты, дорогой Аматор, по этому поводу?
“А”: Только отчасти, а больше потому, что не дает мне покоя одна историческая аналогия...
“С”: Если не секрет, то какая?
“А”: Да ей скоро почти 3000 лет! В восьмом веке до нашей эры Ассирию начали теснить “соседи”. Но прославленный в веках и тысячелетиях ассирийский царь Тиглатпаласар Третий ... удачно реорганизовал свою армию! Сделал ее регулярной. Ввел стандартизированное вооружение. Создал новый принцип тактического построения армии и ... враги Ассирии в течение последующих десятков лет боялись ассирийцев как огня! Армии Тиглатпаласара нависли над Азией как тучи!..
“Незнайкин”: А что, на досуге он занимался еще и радиолюбительством?
“А”: Вот как раз об этом хроники как-то ничего не сообщают! Но, взглянув сейчас на десятки разнокалиберных катушек индуктивности, лежащих в этой коробке, я и подумал о войске Тиглатпаласара ДО его реорганизации!...
“С”: Ваш намек понял! Действительно, как говорилось уже в значительно более поздних летописях, “велика Россия, а порядка в ней нет...” Так вот, касательно всех этих разнокалиберных катушек индуктивности... Как говорил Василий Иванович (Чапаев) — “наплевать и забыть!”.
“Н”: Так сурово?
“С”: “Жизнь диктует нам свои суровые законы”. В нашей разработке будут использоваться действительно ДЕСЯТКИ индуктивностей. А радиотехническая печатная плата — это не футбольное поле! Принцип экономии места, габаритов и веса здесь очень важен. Учтите также, что разные типы каркасов имеют и разные ТКИ. Ну и, наконец, чисто эстетический момент! Аккуратная плата, с установленными на ней аккуратными стандартными компонентами, которую при необходимости несложно (относительно) повторить — что может быть лучше?
“А”: В таком случае содержимое этой коробки я , пожалуй подарю подшефной школе...
“С”: Это будет самым лучшим решением!... В то время как мы с вами пойдем по пути Тиглатпаласара и, прежде всего, наведем порядок в том разнообразии типов каркасов, которые мы будем широко применять!
“Н”: Вы хотите сказать , что одним или двумя типами мы не обойдемся?
“С”: Безусловно , нет! Далее ты, Незнайкин, еще не раз убедишься в этом. Итак, готовясь к нашему разговору об индуктивностях, я составил своеобразную практическую коллекцию, которую и хочу предложить сейчас вашему вниманию. Все эти каркасы мы зарисуем, присвоим им порядковые номера и дадим характеристики.
“А”: Отлично! Это сэкономит нам в дальнейшем массу сил и времени, а также обеспечит повторяемость!
“С”: Итак, вот с какими типами ВЧ-каркасов мы будем иметь дело в дальнейшем (см. стр. 342). А вообще высокочастотными называются катушки индуктивности, импеданс которых носит индуктивный характер в диапазоне частот от 100 кГц до 400 МГц. ВЧ-катушки применяются в качестве элементов колебательных контуров, для получения, в случае необходимости, частотно-зависимых цепей, полосовых фильтров и т.д.
“А”: А ВЧ-дроссели — это катушки индуктивности?
“С”: Дело в том, что ВЧ-катушки подразделяются на четыре группы:
- а) катушки контуров, не определяющих частоту;
- б) катушки контуров, определяющие частоту (гетеродинные);
- в) катушки связи контуров с другими цепями;
- г) дроссели высокой частоты.
Таким образом, ВЧ-дроссели — это и то, и не то! Тем более что они не имеют элементов подстройки индуктивности. ИНДУКТИВНОСТЬ — есть физическая величина, которая характеризует количество энергии, запасаемой катушкой при протекании по ней электрического тока. Она зависит от формы, размеров, числа витков катушки, а также от параметров ее сердечника.
“А”: Если он у нее есть!... Тогда ДОБРОТНОСТЬ катушки есть отношение реактивного сопротивления катушки к активному. Любой катушке присущи и паразитные параметры. Например, СОБСТВЕННАЯ ЕМКОСТЬ, поскольку в диапазонных катушках она уменьшает коэффициент перекрытия диапазона частот.
“С”: Катушки индуктивности характеризуются СТАБИЛЬНОСТЬЮ параметров при изменении температуры и влажности.
“Н”: Ее, очевидно, характеризует температурный коэффициент индуктивности — ТКИ ?
“С”: Да! Напомним, что ТКИ — это относительное изменение индуктивности при изменении температуры на 1 °С. Отметим, что катушки типов I и VI1 лучше наматывать СПЛОШНОЙ намоткой, то есть виток к витку. Максимальная индуктивность, которую при этом можно получить, не превышает 15 микрогенри.
“Н”: Но ведь это же так мало! Получается, что эти каркасы в нашем приемнике использовать не удастся ?
“С”: Напротив! В нашей разработке, в основном, будут применяться индуктивности значительно меньшие! Самая главная наша забота — это добротность и стабильность применяемых катушек.
“А”: Поэтому самые крупногабаритные (тип V и VI) изготовлены из фторопласта? Это лучшее, что можно пожелать?
“С”: К сожалению, не самое лучшее! В дорогих профессиональных приемниках специального назначения именно гетеродинные катушки, порой, являются одними из самых дорогих компонентов. Они изготавливаются из плавленого кварца и обмотки на них не наматываются, а формуются точным вживанием чистого серебра. Вот это, действительно, сверхвысоко стабильные катушки! Но фторопласт — это, без преувеличения, сказочный материал! И в отношении диэлектрических свойств на высоких частотах тоже! Из доступных (относительно) материалов, фторопласт — наилучший!
“А”: На чертеже каркасов типа V и VI изображено нанесение внешней резьбы! Это для того, чтобы обеспечить намотку с принудительным шагом?
“С”: Именно для этого! Поскольку эта мера способствует повышению добротности. При этом намотку выполняют толстым ПОСЕРЕБРЕННЫМ проводом с некоторым натяжением.
“Н”: И как много таких катушек вы предполагаете использовать в приемнике?
“С”: Немного! Возможно всего одну — в ГПД! Но нужную добротность в состоянии обеспечить в этом случае только тип VI!
“Н”: Но канавки для намотки с принудительным шагом имеют и заводские катушки типа III и IV!
“А”: И ты еще сам убедишься, насколько это удобно!
“Н”: Но вот я держу в своей руке стандартный латунный экран. Каково его значение?
“С”: Экранированные катушки применяют, когда необходимо устранить паразитные связи или наводки, то есть влияние на катушку полей других источников. Эффективность экранирования повышается с увеличением частоты переменного электромагнитного поля, толщины экрана и УМЕНЬШЕНИИ удельного сопротивления материала экрана. Но применение экрана изменяет параметры катушки. Уменьшается индуктивность и добротность, увеличивается собственная емкость.
“А”: Но, тем не менее, кругом и рядом в радиоприемниках применяется экранирование!
“С”: Ничего удивительного! Наводки сторонних источников подавляются великолепно. Уменьшение индуктивности компенсируется несколькими лишними витками и применением сердечника. А добротность, например, в контурах ПЧ (мы еще в этом убедимся на практике) изначально избыточна! На частоте 465 кГц добротность контуров более высокая, чем 80, практически, не нужна! А сами катушки обеспечивают почти в полтора раза больше!
“А”: Вопрос снимается! Но что можно сказать относительно сердечников для катушек?
“С”: ВСЕ наши регулируемые катушки рассчитаны на применение цилиндрических резьбовых сердечников М4. Материал этих сердечников особого разнообразия у нас иметь не будет. Только ТРИ разновидности: карбонильное железо, феррит и латунь.
“А”: При этом отметим, что сердечники из карбонильного железа и феррита УВЕЛИЧИВАЮТ индуктивность катушки, а латунный сердечник ее УМЕНЬШАЕТ.
“С”: Ну вот, мы поговорили, вкратце, о катушках индуктивности. Добавлю только, что обычно ТКИ для каркасов типа I; II; III и IV составляет величину +0,005. Для типов V и VI около +0,003. А теперь перейдем к дросселям ВЧ. Что нам поведает по этому поводу Аматор?
“А”: Дроссель ВЧ — это некоторая индуктивность, применяемая в электрических цепях для увеличения сопротивления ИМЕННО токам высокой частоты. Конструктивно ВЧ-дроссели представляют собой однослойную катушку, намотанную на ферромагнитном сердечнике. Для нас, очевидно, актуальны только три типа ВЧ-дросселей. Это: ДМ; Д и компактные окукленные. Ну, я полагаю, с индуктивностями пока все?
“С”: А вот и не все! О чем говорит вам аббревиатура — ШПТЛ ?
“А”: Мы уже, вкратце, касались темы ШПТЛ, но хотелось бы более подробно.
“С”: ШПТЛ - или ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ЛИНИИ в ширпотребовских радиоприемниках не применялись и, сколько могу судить, не применяются и сейчас! Иное дело — профессиональная и специальная радиотехника.
“А”: А в чем заключаются достоинства ШПТЛ?
“С”: Они поистине неисчислимы, как сказал бы старик Хоттабыч!
Прежде всего , — именно они дают возможность строить каскады усиления высокой частоты, обладающие прекрасными линейными характеристиками!
“А”: Это все отлично, но ведь есть же множество схем без ШПТЛ, которые тоже линейны!
“С”: Бесспорно... Бесспорно... А вот как у них дела с широкополосностью? Помнишь, как-то у меня на работе, в лаборатории, мы с тобой исследовали АЧХ нескольких “обычных” схем?
“А”: Конечно , помню! Я еще был разочарован тем обстоятельством, что в апериодическом (нерезонансном) усилителе радиочастот “завал” АЧХ начался уже после 10—12 МГц! И это в то время как использовались вполне нормальные, высокочастотные транзисторы...
“С”: “Семечки” или КТ315, хочешь ты сказать?
“А”: Да, но его f n = 250 МГц! Коэффициент усиления каскада был нами сделан равным, помнится, десяти. Так что запас, вроде бы, был.
“С”: А затем мы взяли более высокочастотный транзистор, но какого-то существенного улучшения тоже не получили, так? “Завал” все равно начался на 15 МГц?
“А”: Все так...
“С”: Вот мы и вернулись к тому вопросу. Ну, а если бы я предложил тебе всеми правдами и неправдами, но НА ТОМ ЖЕ ТРАНЗИСТОРЕ выполнить каскад усиления радиочастоты с тем же коэффициентом равным 10, но ... с полосой 50—70 МГц!?
“А”: Ну, я просто отказался бы, а вы, Спец?
“С”: А я — нет! И поверь, сделал бы это достаточно легко, применив для этой цели именно ШПТЛ! Это уже не говоря о том, что профессиональные балансные, кольцевые, двойные балансные и т.п. СМЕСИТЕЛИ для высококачественного радиоприема проще всего реализуются именно на ШПТЛ! Но это еще далеко не все его возможности!
“Н”: А почему же ШПТЛ, при таких-то возможностях, не нашли применение в бытовой радиотехнике?
“С”: Они для нее слишком сложны, и слишком хороши одновременно! Слишком хороши, поскольку бытовые “всеволновые” советского производства приемники, как мы уже говорили, ограничивали себя частотой около 12 МГц. И им высокое качество было ни к чему! А слишком сложны,
потому что, несмотря на кажущуюся простоту, изготовление ШПТЛ требует высококвалифицированного ручного труда.
“Н”: А что же ШПТЛ представляют из себя и каковы их габариты?
“С”: ШПТЛ могут быть выполнены в виде хитро закрученной кабельной линии. Кроме того, на основе так называемых ТРАНСФЛЮКТОРОВ и с помощью иных технических средств. Но мы, в своей деятельности, ограничимся ШПТЛ, выполненными на основе ТОРОИДАЛЬНЫХ или иначе — кольцевых сердечников. Они характеризуются минимальными размерами. А также, практически, полным отсутствием внешнего магнитного поля. Это позволяет использовать тороидальные катушки без экранов.
“А”: Но недостатки у кольцевых сердечников какие-нибудь есть? “С”: Придраться, было бы желание, можно вообще к чему угодно! В том числе и к кольцевым сердечникам. Например, к сложности намотки, невозможности регулировки индуктивности. Или понижения ее стабильности...
“Н”: А вот последнее уже нехорошо!
“С”: Ничуть не бывало! При ширине полосы в десятки мегагерц, не стабильность полосы в пределах пусть даже 10—15 кГц никому не страшна!
“А”: А мотаются ШПТЛ обычно? С помощью челнока?
“С”: Да нет. Не совсем обычно! Следует заметить, что в различных случаях сложность намотки ШПТЛ различается весьма существенно! Есть исключительно трудоемкие ШПТЛ! Но для нас вполне подходят достаточно простые, в конструктивном смысле, структуры. Итак, прежде всего, необходимо получить, так называемую, “скрученную пару” проводов. Небольшой пример. Берем обыкновенный медный обмоточный провод с эмалевой изоляцией...
“А”: Хорошими проводами с эмалевой изоляцией считаются марки: ПЭВ-2; ПЭВТЛ-2; ПЭЛР-2 и некоторые другие...
“Н”: Ну, час от часу не легче! Пожалуйста, будь так добр — называешь тип или марку — давай тут же расшифровку!
“А”: Хорошо, сейчас даю... ПЭВ-2-это ПРОВОД В ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ДВУХСЛОЙНОЙ. ПЭВТЛ-2 - ПРОВОД в ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ТЕПЛОСТОЙКОЙ ДВУХСЛОЙНОЙ. А название ПЭЛР-2 констатирует тот факт, что применяется высокопрочная ПОЛИАМИДНАЯ эмаль двухслойная! Вопросы, пожелания имеются?
“Н”: Пока что нет...
“С”: Меня особо радует это “пока”! Итак, теперь этот самый изолированный провод (обычно с диаметром медной жилы 0,22 или 0,25 мм) мы отрезаем от катушки или бухты. Поверьте , моему опыту — куска длиной 1 МЕТР нам вполне достаточно! Затем складываем его вдвое и ... завязываем узелок (рис. 19.1).
“А”: На память?..
“С”: Только для того, чтобы помнить, как это делается! Ну, а если серьезно, то в месте перегиба провода. Вот так, как это показано на рис. 19.1, б. А теперь — внимание! Самый главный момент! Начинаем аккуратно переплетать два конца провода между собой на всю длину. Количество переплетений (или СКРУТОК) на единицу длинны должно четко соблюдаться. Исходить, в данном случае, нужно из того, чтобы на один погонный сантиметр длины пары приходилось ТРИ скрутки. Увеличение или уменьшение числа скруток на один сантиметр влечет за собой изменение импеданса ШПТЛ и, вообще говоря , нежелательно!
“А”: А затем использовать для намотки челнок?
“С”: Челнок здесь совершенно не нужен!... Затем берется нужное нам кольцо (тороидальный сердечник), потом в него продевается “узелок”, а дальше все показано на рис. 19.1, г.
“А”: Но мы еще ничего не говорили о материале кольца (или тороидального сердечника).
“С”: Для ШПТЛ используются обычно высокочастотные ферриты. Рекомендуемые марки: 50ВЧ2 и ЗОВЧ2. Отличные результаты дает применение колец марки ВТ. Все эти кольца имеют стандартные типоразмеры. Можно рекомендовать:
К 12,0x6,0x4,5; К 7,0x4,0x2,0 (для 50ВЧ2) или К 10,0x6,0x3,0 (для ЗОВЧ2).
Эти цифры обозначают, соответственно, характеристики внешнего диаметра кольца, внутреннего диаметра, а также толщины. Все размеры даются, естественно, в миллиметрах.
“Н”: Но феррит очень твердый материал! Он, в конце концов, не прорежет эмалевую изоляцию проводов?
“С”: Чтобы этого ни в коем случае не произошло, есть несколько рецептов! Можно, например предварительно обмотать кольцо лентой, приготовленной из тонкого целлофанового кулька. Еще лучше — воспользоваться для этого фторопластовой лентой.
“А”: А лакоткань?
“С”: Тоже не исключено. Но в моей практике был случай, когда, несмотря на все эти ухищрения, острый край кольца все же прорезал лакоткань и нарушил эмалевую изоляцию проводов! Поэтому теперь я поступаю иначе. Начинаю с того, что беру надфиль круглого или полукруглого сечения (но ОБЯЗАТЕЛЬНО С АЛМАЗНОЙ НАСЕЧКОЙ). И затем аккуратно обрабатываю как внешнюю, так и внутреннюю поверхности кольца 
“Н”: Ну и мороки с этими кольцами!
“С”: Вовсе не так много, как кажется. Зато после такой обработки можно ни фторопластом, ни целлофаном, ни лакотканыо тороидальный сердечник не обматывать! Кстати, в нашем случае количество витков скрученного провода будет очень невелико. В зависимости от требуемой полосы частот, от 10 до 20 витков.
“А”: Всего то 7
“С”: А чего ты ожидал, дорогой друг? Полагал, что потребуются многие десятки или даже сотни витков? Как видишь — нет!
“Н”: А как поступим с “узелком”?
“С” Возьмем ножницы и, аккуратненько так, срежем. Получается изделие, показанное на рис. 19.2. Теперь зачистим и залудим концы проводов помощью тестера убедимся, что проводники не закорочены.
“А”: Я обозначил здесь номерами 1 и 3 — концы одного из проводов скрученной пары, а номерами 2 и 4 — концы другого проводника.
“С”: А теперь — внимание! Я аккуратно скручиваю вместе концы проводов 2 и 3. А затем пропаиваю их. У нас получился простейший ШПТЛ. А вот как подобная конфигурация выглядит на принципиальной электрической схеме (рис. 19.3).
“Н”: А что означают точки возле начала обмоток?
“С”: Что полярность подключения обмоток должна быть только такой, как показано. И никакой другой!
Ну, можем считать, что предварительные сведения о ШПТЛ — получены! Теперь можем переходить к рассмотрению других компонентов.
| 
