Катушки самоиндукции

С. Э. Рексин.


Нет никакого сомнения, что катушка самоиндукции является одной из существеннейших деталей всякого радиоустройства. Однако радиолюбители не всегда отчетливо представляют себе, какую важную роль, при постройке того или иного приемника, играет правильный выбор типа катушки, ее электрические свойства и рациональная конструкция.

Можно с уверенностью сказать, что половина всех неудач в виде неудовлетворительной или посредственной работы приемника является следствием неудачного выбора или плохой конструкции катушки самоиндукции.

Катушки самоиндукции


В задачу настоящей статьи, которая является вводной к циклу статей, посвященных конструкциям и расчетам катушек самоиндукции, входит — познакомить читателя с теми требованиями, которым должна отвечать хорошая катушка самоиндукции, для того, чтобы он смог ориентироваться в выборе того или иного типа катушки.

Типы катушек, применяемых в радио.
В радиолюбительской практике применяются весьма разнообразные типы катушек. В наших условиях наиболее распространенными, благодаря своей простоте и хорошим электрическим качествам, являются цилиндрические однослойные катушки. Далее идут катушки со специальными намотками, из них чаще всего встречаются, так называемые сотовые и корзиночные. Затем некоторые специальные типы, восьмерочные, терроидальные и пр. и, наконец, коротковолновые.

Общие различия.
В общих чертах катушки различаются между собой прежде всего по форме, по характеру изготовления, по механической прочности, и, наконец, по стоимости. Поэтому ясно, что хорошая катушка должна удовлетворять следующим общим требованиям:

Удобная форма (размеры).
Достаточная механическая прочность.
Легкость и простота изготовления.
Доступность по цене.
В отношении электрических свойств катушки различаются:

Самоиндукцией.
Сопротивлением токам высокой частоты.
Собственной емкостью (и, следовательно, собственной длиной волны).
Внешним полем.
Характером монтажа.
По своему назначению катушка самоиндукции должна бы обладать только коэффициентом самоиндукции, это была бы, так сказать, «идеальная» катушка, но в действительности всякая катушка имеет еще омическое сопротивление, зависящее от толщины и длины взятой проволоки и, кроме того, обладает еще и некоторой емкостью.

Катушки самоиндукции


На рис. 1 показано схематическое изображение катушки самоиндукции, причем емкость, появляющаяся между витками катушки, изображена в виде целого ряда конденсаторов С очень малой емкости, приключенных параллельно виткам катушки.

Эта собственная емкость катушки появляется вследствие того, что между отдельными витками, а в многослойных катушках и между слоями, получается некоторая разность потенциалов. Благодаря этому между отдельными витками через диэлектрик может получиться зарядный ток и тогда рядом расположенные витки с их изоляцией будут как бы конденсаторами, с очень малой емкостью.

Катушки самоиндукции


Таким образом каждую катушку можно изобразить в виде эквивалентного (равнозначущего) контура, составленного из идеальной катушки L, обладающей только самоиндукцией, последовательно включенного с ней некоторого сопротивления R и параллельно присоединенного конденсатора С (рис. 2).

Для того, чтобы катушка самоиндукции обладала бы хорошими качествами, нужно, чтобы ее сопротивление R было бы возможно меньшим, так же как ее собственная емкость С.

Почему вредна собственная емкость катушки.
Действие собственной емкости сказывается в том, что часть принятой энергии будет проходить не через катушку, а через ее емкость, и это выразится в ослаблении приема, появится, так называемая, емкостная утечка. Особенно вредно сказывается действие собственной емкости с уменьшением длины волны, т.е. с увеличением частоты принимаемой энергии, и при очень высоких частотах катушка с большой емкостью может действовать только как конденсатор. Поэтому при конструировании катушек и стараются их сделать по возможности малоемкостными, для чего прибегают к тому или иному способу намотки, уменьшающему емкость катушки.

Почему следует избегать шеллака и парафина.
Если между витками катушки при парафинировании и шеллачении ее остается парафин и шеллак, то тем самым увеличится собственная емкость катушки, благодаря введению диэлектрика (парафин и шеллак), диэлектрическая постоянная которого выше таковой хлопчатобумажной обмотки проволоки. С другой стороны, катушки, сделанные из проволоки с хлопчатобумажной изоляцией, могут впитывать влагу из воздуха, а вследствие этого понизится качество изоляции, и сильно увеличится емкость катушки, так как диэлектрическая постоянная воды равна около 80. Поэтому, чтобы предохранить катушку от действия влаги и приходится ее парафинировать или шеллачить, но делать это нужно, из вышеуказанных соображений, настолько осторожно, чтобы оставался лишь необходимый минимум парафина или шеллака. Лучше все же, если возможно, избегать пропитывать обмотку, чем бы то ни было. Поэтому лучшей катушкой будет вообще такая, при постройке которой взят минимум диэлектрика, так как во всяком диэлектрике (кроме воздуха) появляются еще так называемые диэлектрические потери энергии, что в результате повысит общие потери энергии в катушке.

Какое влияние оказывает сопротивление катушки.
Выше мы видели, что всякую катушку можно представить в виде эквивалентной схемы (рис. 2). Чем выше ее омическое сопротивление R, тем качество катушки ниже. Катушка с большим сопротивлением даст тупую настройку и плохую слышимость.

Катушки самоиндукции


Следует указать, что омическое сопротивление катушки самоиндукции для токов высокой частоты значительно выше, чем для постоянного тока, вследствие так называемого «скин-эффекта», и оно возрастает с повышением частоты. Явление «скин-эффекта» заключается в том, что при высокой частоте сила тока распределяется неравномерно по всему поперечному сечению провода, а ближе к его поверхности, а при очень высокой частоте исключительво по поверхности провода. На отправительных радиостанциях поэтому и устраивают катушки самоиндукции из голых проводников, с большой поверхностью, или в виде более или менее широких лент.

Катушки самоиндукции


На рис. 3-а показано распределение силы тока в проводниках цилиндрической катушки. Наибольшая плотность тока оказывается сосредоточенной на внутренней стороне проволоки катушки. Мы видим, что участвует при прохождении тока лишь часть проводника катушки, поэтому-то и возрастает сопротивление катушки при высокой частоте.

При выборе проволоки для катушки, следует иметь в виду это обстоятельство, и стараться по возможности пользоваться толстой проволокой, особенно если приходится принимать более короткие волны.

Какая катушка лучше: больших или малых размеров.
Из только что сказанного читатель сам может заключить, что катушка больших размеров, обладающая одинаковым коэффициентом самоиндукции с малой, будет значительно лучше по своим электрическим качествам. Поэтому лучше иногда при выборе формы катушки пожертвовать некоторым удобством в размерах, но зато получить хорошо работающую и надежную катушку самоиндукции.

Вопрос о наилучшей форме катушки, надо сказать, не решается так просто, потому что приходится принимать во внимание и удобство пользования катушкой, ее стоимость, механическую прочность и проч., поэтому в дальнейшем, при более подробном описании различных типов катушек, мы будем выяснять вопрос о наивыгоднейших размерах катушки данного типа.

Как включать катушку в антенный контур.
Очень часто пользуются для настройки контура изменением самоиндукции катушки, для чего катушка делается секционированной с отводами.

Катушки самоиндукции


Но дело в том, что при приеме не всегда участвуют все витки катушки, часть их остается невыключенными. Эти неработающие, или «мертвые», витки ввиду того, как катушка обладает емкостью, образуют колебательный контур, который может поглощать часть принимаемой энергии, вызывая ослабление приема. Чтобы отчасти уменьшить влияние невыключенных витков, следует включать катушку так, как показано на рис. 4Б.

Сменные катушки.
Лучше всего пользоваться сменными катушками, т. е. иметь целый набор катушек для различного диапазона волн и настраиваться переменным конденсатором. Тогда можно быть гарантированным от указанных только что потерь. Правда, это обходится несколько дороже, но зато окупается качеством приема.

Катушки самоиндукции


Обычно сотовые и корзиночные катушки, а также целый ряд других типов делаются сменными, для чего их монтируют на специальных ножках, позволяющих быструю и удобную замену катушек.

Специальные типы катушек.
В некоторых случаях приходится пользоваться катушками без внешнего поля, для того, чтобы избежать взаимного влияния катушек в приемнике друг на друга. Такого вида катушка, так называемая кольцевая, или торроидальная, показана на рис. 5.

Катушки самоиндукции


Две таких катушки, будучи расположены совсем рядом, не будут оказывать друг на друга никакого влияния. Это особенно важно при тесном расположении катушек в приемнике. Катушка, например, цилиндрической формы, имеет довольно значительное внешнее поле (рис. 3), которое оказывает заметное действие на другие катушки на некотором удалении от нее.

Коротковолновые катушки.
К этим катушкам относится в особой степени все сказанное выше о сопротивлении и собственной емкости катушки самоиндукции. Лучшие катушки для приема коротких волн делаются поэтому из толстой голой медной проволоки без всяких каркасов (см. фотогр.). Получаются, так сказать, «воздушные» катушки, изоляцией в которых служит только воздух. Коротковолновые катушки, для передатчиков, делаются часто из медной ленты, свернутой в виде плоской спирали, причем пользуются закреплением витков каркасом из хорошего диэлектрика (напр., эбонит).

Катушки самоиндукции


В дальнейшем мы остановимся более подробно на рассмотрении отдельных типов катушек и выясним их пригодность для той или иной цели.

Совещание

Имя:*
E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Составьте правильно слово из букв: с т р о и т е л ь с т в о р а д и о
Ответ:*