Чтобы читатели канала не заскучали, рассмотрим один вопрос, который будет важен в свете уже озвученных нами планов - создания классного многодиапазонного приемника, а также ВЧ-генератора, который можно использовать для его настройки и других надобностей.
Речь пойдет о том, как делать хорошие колебательные контура на различные радиодиапазоны. Точнее, как делать катушки индуктивности к ним, так как радиолюбители обычно используют готовые конденсаторы, да и основные потери в контур вносят не они, а именно катушки.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Причин этих потерь несколько. Во-первых, это сопротивление провода катушки из-за чего ее сопротивление становится не чисто реактивным - индуктивным, а имеет еще и активную составляющую, бесполезно переводящую энергию сигнала в контуре в тепло. Ситуация усугубляется так называемым "поверхностным эффектом" - в общем-то закономерным следствием законов электромагнитной индукции. Суть в том, что
с ростом частоты ток в проводах перестает использовать всё их сечение, вместо этого вытесняясь к поверхности.
Вторая причина ухудшения параметров контуров - собственная емкость катушки. В идеальном контуре емкость имеется только в конденсаторе, подключенном к концам катушки, но в реальности есть еще емкость между ее соседними витками, "размазанная" по всей длине катушки. В результате резонансные характеристики контура тоже становятся маловразумительными. Емкость, как вы знаете из школьной формулы, тем больше, чем ближе друг к другу обкладки конденсаторов и чем больше диэлектрическая проницаемость диэлектрика между ними. Самая маленькая проницаемость, равная 1 - у вакуума. У воздуха она практически такая же, но вот у разных твердых или жидких диэлектриков она в несколько раз выше.
В итоге, на добротность контура влияет масса факторов: геометрия катушки, число витков, толщина провода и многое другое. Причем ни один способ улучшения добротности нельзя назвать абсолютным. Скажем, увеличив диаметр провода, мы снизим его сопротивление, но увеличим паразитную емкость. Хотя, применяя катушки более крупного размера, чем обычные для бытовых приемников малогабаритные катушки диаметром 7-8 мм, как правило удается получить лучшую добротность.
Еще один фактор, влияющий на характеристики контура - наличие ферромагнитного сердечника. Повышая индуктивность катушки, он позволяет сделать ее той же индуктивности при меньшем числе витков и, соответственно, меньшей длине провода. Следовательно, уменьшаются и сопротивление, и паразитная распределенная емкость. Однако одновременно возникают некоторые потери в самом феррите, увеличивающиеся с ростом частоты. Можно применять специальные высокочастотные ферриты, способные продержаться до более высоких частот, но они более редкие и их способность увеличивать индуктивность катушки (проницаемость) уже заметно ниже.
Наконец, важно и соотношение между емкостью и индуктивностью в контуре. Ничего хорошего не выйдет, если вы намотаете 5 витков и вгоните резонансную частоту контура в средневолновый диапазон конденсатором с огромной емкостью во много микрофарад. Ведь способность такой катушки создавать магнитное поле и превращать его обратно в электрический ток - ничтожна. Но нельзя ударяться и в обратную крайность. Ведь в этом случае емкость контурного конденсатора станет малозаметной на фоне паразитной распределенной емкости катушки.
К СЧАСТЬЮ, ВСЁ УЖЕ ОПРЕДЕЛЕНО
Наверное, если бы радио было изобретено в 21 веке, наилучшие параметры контуров были бы до сих пор не ясны. Подумаешь, какие проблемы - ну, воткнем в микросхему приемника еще один усилительный каскад. Но в первых примитивных детекторных приемниках с кристаллическими детекторами невозможно поднять их громкость никакими способами, кроме улучшения антенны и параметров колебательного контура. И появление способных усиливать радиосигналы радиоламп внимания к этим вопросам не ослабило - ведь каждая лишняя лампа -это серьезно увеличенное энергопотребление, увеличение массы и габаритов. Так что уже к середине ХХ века и радиолюбителями, и инженерами-профессионалами опытом, логикой и расчетом были выработаны наилучшие для каждого диапазона конструкции, с которыми мы сейчас и познакомимся. Ведь несмотря на все достижения электроники, хорошие контура, фильтрующие входной сигнал, очень важны для эффективного противостояния помехам.
ДЛИННЫЕ ВОЛНЫ
Влияние поверхностного эффекта невелико, так что в приемниках и предварительных каскадах передатчиков катушки наматывают проводом 0,1 - 0,15 мм диаметром. Однако, поскольку количество витков достигает нескольких сотен, то паразитная емкость катушки становится заметной, даже несмотря на тонкий провод. Одним из способов ее снижения является разделение катушки на секции, разделенные заметным расстоянием, резко снижающим эту самую емкость. Такое можно проделывать и на гладком цилиндрическом каркасе, но выпускаются и готовые секционированные каркасы.
Есть еще один шикарный способ улучшить параметры контура, к сожалению сейчас редко применяемый - использование обмоточного провода с шелковой оплеткой. Это выпускавшийся в СССР провод марки ПЭЛШО. Его жила имела обычное лаковое изоляционное покрытие, а поверх него - оплетку из темно-синего шелка. Во-первых, это дает практически полную гарантию от зловредного и трудно диагностируемого межвиткового замыкания, даже если лак где-то и облупится от старости. Во-вторых, увеличенная толщина шелковой оплетки разводит соседние витки на большее расстояние, что снижает паразитную емкость. К тому же учтите, что некоторую часть оплетки составляет не только шелк, но и воздушные промежутки между нитями. (Повышается и пробивное напряжение катушки, особенно если еще и секционировать катушку, что будет важно, если вам понадобится сделать высоковольтный генератор для каких-либо опытов или для самообороны) Так что если вам выпадет возможность разжиться катушкой такого провода диаметром 0,1 - 0,25 мм - не упускайте ее.
Недостаток понятен - из-за увеличившегося внешнего диаметра провода в какой-либо замкнутый сердечник нужное вам число витков может и не влезть. Емкости конденсаторов в этом диапазоне обычно от сотни до тысячи пикофарад. Как правило применяются ферритовые сердечники из карбонильного железа или феррита проницаемостью в 600 - 400 единиц.
СРЕДНИЕ ВОЛНЫ
Число витков контуров этого диапазона обычно не больше 150. Емкость контурных конденсаторов несколько сотен пикофарад. Ферритовые сердечники применяют из тех же материалов. Становящийся все более заметным поверхностный эффект вынуждает увеличивать диаметр провода где-то до 0,15 - 0,3 мм. Секционирование катушек применяют реже, но вот провод ПЭЛШО желанный и в этом диапазоне. Впрочем, есть и еще более шикарный провод. Ведь увеличить поверхность, по которой течет ток можно не просто увеличивая диаметр одной жилы, а используя провод из нескольких жил - так называемый литцендрат. В советское время для магнитных антенн средневолновых приемников был популярен провод ЛЭШО 7х0,07. То есть имеющий 7 тончайших, в 0,07 мм жилок, покрытых лаковой изоляцией по отдельности, особым образом скрученный, а затем покрытый одной общей шелковой оплеткой. Однако важно было тщательно зачистить и припаять оба конца, не оборвав ни единой жилки. Выключенная из работы жила только лишь вносит паразитную емкость. Выпускался также литцендрат без шелковой оплетки, с одной только лаковой изоляцией - ЛЭПКО. Нечто подобное применяют даже нынешние зарубежные производители радиоаппаратуры.
Что дают все эти ухищрения можно узнать в старом "Справочнике радиолюбителя" 1965 года выпуска, где все уже определено, измерено и выдано в готовом виде для контуров промежуточной частоты супергетеродинных приемников. Эта частота - 465 кГц для советских приемников, 455 кГц для нынешних импортных или 500 кГц для связных и радиолюбительских находится между диапазонами длинных и средних волн. Приведены данные катушек в так называемых броневых сердечниках. Такие сердечники состоят из двух чашек, внутрь которых помещается сама катушка, и вкручиваемого в центр сборки резьбового подстроечника.
Очень сильно повышают индуктивность. Кроме того, замыкая в феррите магнитное поле катушки, они уменьшают взаимное влияние катушки и окружающего пространства.
Итак, вот выдержки из этой таблицы:
Сначала обратим внимание на 4 нижние строчки. Как видите, увеличение диаметра обычного лакированного провода ПЭЛ вдвое снижает сопротивление и увеличивает добротность с 90 до 125. Но применение провода в шелковой оплетке даже при том же диаметре токопроводящей жилы увеличивает добротность еще больше. Применение же литцендрата в шелковой оплетке делает добротность контура просто фантастической. Фильтр ПЧ из парочки-троечки таких контуров обеспечит избирательность, вполне приличную не только для вещательного, но и для даже любительского приемника. Эти строчки - для катушки, помещенной в сердечник внешним диаметром 23 мм. А самая верхняя строчка - маленькая катушка, помещенная в сердечник внешним диаметром 12,3 мм. Как видите, увеличение размеров катушки также положительно сказывается на добротности.
НИЗКОЧАСТОТНАЯ ЧАСТЬ КОРОТКИХ ВОЛН
Катушки контуров этого диапазона имеют несколько десятков витков. Сильно повышать индуктивность уже не надо, так что броневые сердечники уже не применяют - обходятся одним подстроечником. При этом стараются применять более высокочастотные марки ферритов проницаемостью 100 - 50. Емкости в контурах - обычно не выше 200 пФ, чаще несколько десятков. И чем выше частота, тем чаще отказываются от многослойных намоток (рядных или внавал). Здесь уже стараются применять однослойную ровную намотку виток к витку.
Диаметры проводов растут где-то от 0,2 до 0,5 мм. Литцендраты на КВ уже не применяют, возможно из-за опасений чрезмерной емкости катушки.
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЧАСТЬ КВ-ДИАПАЗОНА
На таких высоких частотах даже небольшая паразитная емкость катушки проявляет себя "во всей красе". Чтобы ее уменьшить намотку катушки выполняют с неким шагом - то есть витки не соприкасаются вплотную. Порой для этого даже выпускают специальные каркасы со спиральной канавкой. Увеличение длины катушки снижает индуктивность, но на таких высоких частотах нам много и не надо. Число витков катушек этого диапазона может быть и меньше десятка. Вовсю действует поверхностный эффект, так что для обеспечения малого сопротивления обмотки диаметр провода может достигать от 0,3 мм до миллиметра и даже больше. А раз мы намотали катушку с шагом, то нет нужды применять изолированный провод - можно использовать голый медный, а лучше всего - посеребренный. Кроме того, на таких высоких частотах становятся заметными потери в материале каркаса, на котором намотана катушка. Один из способов - применить ребристый каркас, соприкасающийся с обмоткой только отдельными точками. Это снижает не только потери, но и паразитную емкость.
Еще одна важнейшая проблема, стоящая при создании катушек для КВ-аппаратуры - их стабильность. Если в контурах, фильтрующих входной сигнал, их уход на полкилогерца не страшен (все равно их полоса пропускания куда шире), то в контурах гетеродина такой уход приведет к неразборчивости сигнала и необходимости постоянной подстройки.
Вообще-то, повышение добротности тоже несколько увеличивает стабильность. На приведенных характеристиках низкодобротный контур Q1 вполне может завестись и на сдвинутой частоте, отмеченной красной линией. А вот высокодобротный Q3 туда никакими силами не столкнешь с заданной зеленой частоты.
Но все же в высокостабильных контурах часто отказываются от ферритовых сердечников. Ведь на их свойства влияют температура, подмагничивание постоянным током, идущим через катушку, старение самого феррита. Если же ферриты и используют, то специальные высокочастотные проницаемостью 10 - 50. Самый шикарный вариант - использовать каркасы из специальной высокочастотной керамики, которую, в отличие от пластмассы, не корежит при изменениях температуры и влажности.
Надеюсь, что когда мы примемся за ВЧ-генератор и классный КВ-приемник, вы уже сможете со знанием дела посмотреть, как, исходя из доступных вам возможностей, добиться хороших параметров самодельной аппаратуры.
