Катушки индуктивности высокой частоты

В высокочастотных цепях радиоприёмников широко применяются катушки индуктивности высокой частоты (рис. 22), способные концентрировать в своем объеме или на плоскости высокочастотное электромагнитное поле.

В зависимости от назначения и области применения их подразделяют на четыре группы: контурные катушки, катушки связи, полосовые фильтры и дроссели высокой частоты. Кроме того, в отдельную группу можно выделить вариометры — катушки с переменной индуктивностью.

Высокие требования предъявляются к контурным катушкам, так как их качество определяет параметры колебательного контура, а следовательно, и выходные параметры радиоприемника (чувствительность, селективность и др.). К катушкам связи и дросселям высокой частоты предъявляются менее жесткие требования.

Контурные катушки совместно с конденсатором составляют колебательный контур. Конструкция контурной катушки определяется рабочей частотой или диапазоном частот, а также колебательной мощностью в контуре. С увеличением рабочего диапазона частот колебательного контура величина индуктивности катушки уменьшается. В радиоприемниках применяются однослойные и многослойные экранированные и неэкранированные, с сердечником и без сердечника контурные катушки. Величину индуктивности их можно подгонять перемещением: сердечника внутри катушки, крайних витков обмотки; короткозамкнутого витка на каркасе вблизи крайнего витка катушки; медной пластины в виде диска или короткозамкнутого витка внутри катушки.

Катушки связи служат для передачи высокочастотных колебаний из одной цепи в другую.

Полосовые фильтры в виде высокочастотных трансформаторов промежуточной частоты являются разновидностью высокочастотных катушек. На каркасе высокочастотного трансформатора, выполненного из пресс-порошков, полистирола или других диэлектриков, намотаны отдельные секции катушек, выводы которых припаяны к лепесткам. В верхней и нижней частях каркаса закрепляются магнитодиэлектрические сердечники, которыми при помощи отвертки из немагнитного материала через отверстия шасси и алюминиевого стакана можно производить подстройку контуров на заданную частоту. Трансформаторы промежуточной частоты должны обеспечивать высокий коэффициент усиления и стабильность настройки при воздействии внешних факторов.

В приемниках высшего, I и II классов используют по-лосовые фильтры, позволяющие регулировать полосу пропускания, изменяя положение одной катушки относительно другой.

В транзисторных приемниках для обеспечения избирательности по соседнему каналу применяется пьезокерамический фильтр типа ПФ1П-2 (рис. 23, а), Основными элементами фильтра являются пьезорезонаторы , которые соединяются в звенья последовательно по Т-образной схеме (рис. 23, б). Конструктивно фильтр состоит из 8 дисковых резонаторов, соединенных по определенной схеме с помощью двух печатных плат из фольгированного гетинак-са . Вся конструкция пьезокерамического фильтра в сборе спрессована в корпус из капролактама , имеющий два входных и два выходных вывода.

Дроссели высокой частоты представляют собой катушки индуктивности, используемые для преграждения пути переменным токам. Они имеют большое сопротивление для токов высокой частоты и малое — для постоянного тока или тока звуковой частоты. Для коротких и ультракоротких волн используют дроссели с однослойной обмоткой, при этом для ультракоротких волн ее наматывают с шагом. Для средних и длинных волн применяют дроссели с многослойной обмоткой. Дроссели высокой частоты используют в цепях обратной связи для разделения токов высокой частоты и звуковых частот, в фильтрах цепей питания анодов и накала и других каскадах.

Основные параметры катушек индуктивности высокой частоты: величина индуктивности, добротность, собственная емкость и температурный коэффициент индуктивности.

Величина индуктивности катушки зависит в основном от конструктивных особенностей ее (размеры, форма, число витков и др.). С увеличением размеров катушки и числа витков повышается ее индуктивность. На индуктивность катушки в определенной степени влияет введение сердечника в нее или помещение ее в экран.

Сердечник (магнитный) увеличивает, а экран (немагнитный) уменьшает индуктивность катушки. Шкала номинальных величин индуктивности катушек не установлена. Высокочастотные катушки индуктивности, применяемые в радиоприемниках, имеют индуктивность от долей микрогенри до десятков миллигенри .

Добротность катушки характеризуется бесполезным рассеиванием энергии из-за потерь в ее обмотке, каркасе и сердечнике. Эти потери можно выразить (как и в конденсаторах) тангенсом угла потерь. Однако качество работы катушки в цепях переменного тока принято выражать не тангенсом угла потерь, а его обратной величиной — добротностью. Большей добротностью обладают катушки без каркаса или намотанные высокочастотными обмоточными проводами с каркасом из высокочастотного диэлектрика. Добротность катушки повышается при введении сердечника из карбонильного железа, альсифера или ферритов. В широковещательных радиоприёмниках обычно используют катушки со средней добротностью в пределах 40.. .200.

Собственная емкость катушки складывается из емкости между витками и слоями ее, а также из емкости отдельных витков по отношению к шасси или экрану. Величина собственной емкости катушки зависит от ее размеров, вида намотки и способа экранирования. Собственная емкость уменьшает индуктивность и добротность, коэффициент перекрытия диапазона частот в колебательном контуре, а также ухудшает действие катушки, используемой для фильтрации токов высокой частоты. Наименьшей собственной емкостью (1...3 пФ) обладают однослойные катушки, намотанные с шагом, многослойные катушки (5...30 пФ) с универсальной намоткой, а также катушки с обмотками, разделенными на отдельные секции.

Температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ) называется относительное изменение индуктивности катушки при изменении окружающей температуры на 1 °С. Последнее вызывает изменение размеров катушки, вследствие чего изменяется индуктивность ее, ухудшается стабильность. Для уменьшения ТКИ катушек используют каркасы из керамических материалов, а намотку производят нагретым до 80...120°С проводом или наносят витки способом вжигания серебра. В колебательных контурах для уменьшения ТКИ к катушке контура подключают термо-компенсирующий конденсатор с отрицательным температурным коэффициентом емкости.

Основными элементами высокочастотных катушек индуктивности являются каркас, обмотка, сердечник и экран.

Каркасы катушек индуктивности служат основанием для обмоток. Они обеспечивают механическую прочность и жесткость намотки, возможность крепления выводов и сердечников, а также удобное крепление на шасси. В зависимости от требований, предъявляемых к катушке индуктивности (допустимая величина потерь в диэлектрике, стабильность, влияние температуры, влажность и др.), материал каркаса и его размеры различны.

Каркасы катушек для длинноволнового и средневолнового диапазонов изготавливают из пресс-порошков, гетинакса и других диэлектриков. Каркасы катушек для коротковолновых и ультракоротковолновых диапазонов выполняют из высокочастотных диэлектриков — полистирола или керамики. Каркасы с внутренней винтовой нарезкой делают, когда необходима подгонка индуктивности катушки с помощью сердечника. Наружная нарезка для витков обмотки исключает взаимное перемещение и сползание витков, что повышает стабильность катушки индуктивности.

Обмотка — это конструктивная часть катушки. Обмотки катушек индуктивности, дросселей и других высокочастотных элементов по технологическому признаку подразделяются на однослойную и многослойную.

Однослойная обмотка в зависимости от типа бывает: простая рядовая; прогрессивная; тороидальная . Простая рядовая обмотка выполняется сплошной или с шагом и характеризуется малой собственной емкостью, небольшой индуктивностью и высокой добротностью. Прогрессивная обмотка отличается от простой рядовой переменным шагом. Такая обмотка имеет минимальную собственную емкость и максимальную добростность , малый разброс параметров. Однако при больших значениях индуктивности размеры их становятся значительными. Тороидальная обмотка наматывается на кольцевой каркас. У обмоток этого типа отсутствует внешнее магнитное поле.

Многослойная обмотка применяется для создания достаточно большой индуктивности при относительно малых размерах. По способу намотки многослойная обмотка бывает: рядовая; секционная индукционная; секционная без-индукционная ; галетная; спиральная; пирамидальная; универсальная; перекрестная; тороидальная . Универсальные обмотки при минимальных габаритах, большой механической прочности и малой собственной емкости имеют большую индуктивность и не требуют каркаса. Собственная емкость многослойной катушки значительно снижается, если она выполняется в виде нескольких последовательно соединенных секций (2...4 секции на каркасе).

Наиболее распространены в цепях высокой частоты однослойная простая рядовая, многослойная универсальная и секционная обмотки.

На KB и УКВ диапазонах широко применяются катушки индуктивности, полученные способом вжигания серебра на керамические или стеклянные каркасы цилиндрической формы. При пайке выводов во избежание растворения серебра место пайки следует покрывать слоем меди (обычно гальваническим способом) или использовать легкоплавкие припои.

Сердечники в катушках индуктивности выполняются из ферромагнитных и диамагнитных материалов, магнитоди-электриков и ферритов.

Сердечники из магнитного материала, используемые в катушках индуктивности, позволяют значительно уменьшить размеры последних, повысить их добротность и улучшить стабильность. Кроме того, перемещающийся внутри катушки сердечник позволяет изменять ее индуктивность без изменения числа витков, что очень важно при ремонте и налаживании радиоприёмника.

Сердечники из диамагнитных материалов (медь, латунь, алюминий) используются в широкополосных усилителях в диапазоне УКВ,

Сердечники из магнитодиэлектриков сочетают в себе свойства магнитомягких материалов (не имеющих остаточной намагниченности) с высокими электроизоляционными свойствами, так как мельчайшие частицы проводящего магнитного материала изолированы друг от друга слоем диэлектрика (бакелитовая смола, полистирол и др.), скрепляющим эти частицы.

Ферритовые сердечники обладают высокой магнитной проницаемостью и одновременно имеют большое удельное сопротивление (порядка 1010... 1012 Ом-см). Благодаря этим свойствам сердечники из ферритов имеют малые потери на вихревые токи и стабильно работают на радиочастотах.

Промышленность выпускает сердечники различной конструкции (рис. 24): в виде резьбовой пробки типа СЦР; в виде цилиндрика с резьбовой латунной шпилькой типа СЦШ и броневые типа СБ.

Экраны служат для устранения паразитных связей между отдельными катушками индуктивности и уменьшения влияния на них внешних магнитных полей. Конструктивно экраны (рис. 25) выполняют в виде глубоко вытянутых прямоугольных колпаков или цилиндрических стаканов из материалов с малым электрическим сопротивлением: алюминия, латуни, меди и др. Чтобы экраны не ухудшали качество катушек, диаметр цилиндрического экрана выбирают, как правило, равным удвоенному диаметру катушки.