КВ генератор. КВ регенератор. Ламповый регенератор на диапазоны 10, 14, 20, 40 и 80м (6К4П, 6Ж3П, 6П14П)

• Название: Ламповый регенератор на диапазоны 10, 14, 20, 40 и 80м (6К4П, 6Ж3П, 6П14П)
• Анкор: КВ генератор
• Дата: 15.08.2019
• Размер: 1.75 Mb.
• Имя файла: КВ регенератор.doc
• Тип: Документы; #85126
• страница: 3 из 6

БОРЬБА ЗА ДОБРОТНОСТЬ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ.
КАК НАМОТАТЬ ВЫСОКОДОБРОТНУЮ КАТУШКУ БЕЗ ФЕРРИТОВОГО СЕРДЕЧНИКА В РАДИО- 
ЛЮБИТЕЛЬСКИХ УСЛОВИЯХ?

Необузданные гонки за всё более высокими параметрами добротности колебательных контуров не так просты, как могли бы показаться на первый взгляд.
На предыдущей странице, мы определились, что добротность контура в первую очередь определяется добротностью катушки индуктивности, а она в свою очередь напрямую связана с сопротивлением потерь и описывается формулой Q=2πfL/R_пот.
Сопротивление потерь - это параметр, связанный не только с потерями в проводах, но и учитывающий потери в диэлектрике, сердечнике и экране.

- Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис, связанных с перемагничивание материала в течение периода.
- Потери в диэлектрике обусловлены как паразитной межвитковой ёмкостью между соседними витками катушки, так и магнитными свойствами диэлектрика каркаса катушки (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).
- Потери в экране вызываются индуцированием переменным магнитным полем вихревых ЭДС в окружающих проводниках.

Точный расчёт всех перечисленных параметров - дело весьма затруднительное, поэтому, с целью упрощения задачи, обычно учитываются только потери в проводах, как вносящие основной вклад в общую сумму потерь.
При этом применяются специальные меры по минимизации неучтённых потерь – керамические, или ребристые каркасы, бескаркасные катушки (с "воздушным" каркасом), отказ от использования сердечника.

А теперь, что касается выбора параметра индуктивности катушки для достижения максимальной добротности. 

Глядя на формулу, описывающую величину добротности Q=2πfL/R_пот, а так же приведённую на рисунке, можно сделать преждевременный вывод - добротность катушки линейно растёт с ростом частоты и достигает максимума на частоте собственного резонанса, когда С минимальна и равна собственной паразитной ёмкости катушки и паразитных емкостей источника, нагрузки и монтажа.

Однако, не всё так просто!
Оказывается, что для достижения максимальной добротности на определённой частоте существует оптимальная величина индуктивности катушки. 

При понижении частоты добротность уменьшается, но не линейно, а несколько медленнее, за счёт снижения влияния действия скин эффекта, гуляющего внутри провода, а при повышении - тоже плавно уменьшается из-за проявляющейся зависимости совокупных паразитных ёмкостей от частоты (варикапный эффект). К тому же эти паразитные ёмкости начинают доминировать в общей ёмкости колебательного контура, а образованный ими конденсатор, как известно, обладает далеко не самым выдающимся параметром добротности. 

И в заключение нашего теоретического экскурса, всё же не воздержусь и приведу основные факторы, определяющие сопротивление потерь в проводах катушек на высоких частотах:

1. Омическое (активное) сопротивление проводника постоянному току - классика жанра, рассчитать можно по длине и диаметру провода на странице    ссылка на страницу.
2. Поверхностный эффект, скин-эффект - эффект роста сопротивления провода с ростом частоты. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода, в связи с чем уменьшается полезное сечение проводника и, как следствие, растёт его сопротивление. 
3. Эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к части провода, прилегающей к каркасу. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления проводника.

Думаю, на этом хватит!
Переходим к опытно-практической части дипломной работы: Приготовим закуски и коктейли, накроем стол... Итак, какой должна быть высокодобротная катушка?

1. Очевидно, что из металла!
Ладно, посмеялись - и будет.
Нам нужен металл с минимальным удельным сопротивлением и с максимально возможным (в пределах разумного) диаметром проводника.
На начальном уровне - медь, на продвинутом - медь с серебряным напылением.

2. Катушка должна быть большой! Опять же, как и в первом пункте - излишний фанатизм не приветствуется.
Однако, помимо размеров катушки, пристальное внимание следует обратить и на форм-фактор - отношение длины к диаметру металлоизделия.
Опытными мотальщиками было продемонстрировано, что оптимальная по добротности катушка имеет отношение длины к диаметру L/D ≈ 1, причём изменение этого отношения в пару раз в ту, или иную сторону - к существенному изменению добротности не приводит.

3. Желание минимизировать эффект близости и уменьшить собственную ёмкость катушки сподвигло специалистов к следующему постулату: оптимальное отношение шага намотки (расстояние между центрами соседних витков) к диаметру провода равно ≈2.

4. И вот теперь главный вопрос радиолюбительства: Сколько мотать витков в оптимизированной катушке для достижения максимальной добротности? 
На вопрос викторины отвечает М. Филатов, досконально изучивший этот предмет в 1976 г. на кафедре конструирования РЭА ФРиС РПИ.

Диапазон	Параметры катушки		D каркаса
	L, мкГн	расчётные	20 мм	30 мм	40 мм
10 м	1,5	L нам.(мм)	10	15	20
		n (вит.)	8,5	7	6
		d пров.(мм)	0,84	1,5	2,4
		Q	472	708	945
14 м	2,0	L нам.(мм)	12	18	24
		n (вит.)	10,3	8,4	7,3
		d пров.(мм)	0,8	1,46	2,2
		Q	439	660	879
20 м	3,0	L нам.(мм)	12	18	24
		n (вит.)	18,7	10,3	9
		d пров.(мм)	0,67	1,2	1,8
		Q	359	538	718
40 м	6,0	L нам.(мм)	14	21	28
		n (вит.)	18,7	15,2	13,2
		d пров.(мм)	0,53	0,66	1,46
		Q	270	406	542
80 м	12,0	L нам.(мм)	14	21	28
		n (вит.)	26,4	21,5	18,6
		d пров.(мм)	0,37	0,66	1,0
		Q	191	287	382
160 м	24,0	L нам.(мм)	16	24	32
		n (вит.)	39	32	27,5
		d пров.(мм)	0,31	0,53	0,8
		Q	144	216	288

Данная таблица дошла до наших взоров благодаря стараниям латвийского радиолюбителя Юрия Балтина (YL2DX), опубликовавшим её в далёком 2003 году на своём сайте http://dx.ardi.lv, за что ему большое человеческое спасибо!

Таблица эта - не догма и не абсолютная истина в последней инстанции, однако она позволяет достаточно наглядно пронаблюдать зависимость параметра добротности катушки индуктивности от диаметра каркаса и толщины провода, а заодно и оценить оптимальное значение индуктивности для того или иного частотного диапазона.
Поэтому, если Вы всё-таки озадачились намоткой высокодобротного изделия, вооружайтесь информацией, изложенной на этой странице, доступным каркасом, или оправкой для бескаркасной катушки и бодро шагайте на сайт coil32.ru, где вы найдёте бесплатную, но очень хорошую программу для расчёта катушек индуктивности, а заодно и массу полезной теоретической информации по всему, что касается разнообразных намоточных изделий.

А на следующей странице будем мотать высокодобротные катушки на ферритовых кольцах, а также на кольцах из распылённого железа. 

БОРЬБА ЗА ДОБРОТНОСТЬ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ.
КАК НАМОТАТЬ ВЫСОКОДОБРОТНУЮ КАТУШКУ НА ФЕРРИТОВОМ КОЛЬЦЕ ИЛИ НА ТОРОИДАЛЬНОМ 
МАГНИТОПРОВОДЕ ИЗ КАРБОНИЛЬНОГО (РАСПЫЛЁННОГО) ЖЕЛЕЗА?
Продолжаем тему ожесточённой борьбы за параметр добротности катушек индуктивности.
В центральной завязке сюжета давайте сделаем весьма вольное, но не оскорбительное допущение - ферритами мы будем называть как, собственно, сами ферриты, так и сердечники из карбонильного (распылённого) железа. Так просто удобней и доступнее для восприятия.

В первом приближении можно считать, что однослойная тороидальная катушка - это ничем не примечательное моточное цилиндрическое изделие, свёрнутое в бублик. 

Как добиться максимальной добротности от такой катушки без ферритовых излишеств, мы порассуждали на прошлой странице.

Ясен хулахуп, что добавление ферритового кольца внутрь нашего бублика в определённое количество раз увеличит индуктивность катушки. Для того, чтобы понять, сколько это выйдет в попугаях, приведу упрощённую формулу, описывающую зависимость необходимого количества витков катушки W от значения индуктивности L и магнитной проницаемости µ ферритового кольца, на которое нанесена обмотка : W=K*√L/μ, где 
K - это в нашем случае совершенно малоинтересный коэффициент, зависящий от габаритных размеров ферромагнитного сердечника.

Что даёт нам эта формула? А даёт она нам наглядное понимание того, что для получения значения индуктивности на феррите, такой же, как и в катушке без сердечника нам потребуется в √µ меньшее количество витков. Т.е. для катушек, намотанных на радиочастотных магнитопроводах с начальной магнитной проницаемостью 5 - 75, экономия на длине провода составит величину ≈ 2 - 9 раз.

Казалось бы, здорово: тёплая ночь, красота за окном, девки поют, пазлы складываются в изящную картинку - примерно в такое же количество раз должна возрасти и добротность нашего изделия.
А вот и нет! Необратимые потери в сердечнике на вихревые токи, перемагничивание (гистерезис), поглощение в веществе изрядно подпортят так хорошо начинавшуюся песню.
Потери эти обычно характеризуются понятием тангенса угла магнитных потерь tanδ вещества.
Эта безразмерная величина может быть представлена в следующем виде: tanδ = μ"/μ', где 
μ' - является начальной магнитной проницаемостью феррита в привычном понимании этого слова, аμ" - некая величина, называемая мнимой частью магнитной проницаемости, определяет потери феррита. 

А решив покопаться в архивах старинных справочников, есть шанс наткнуться и на до боли простую формулу Q=1/tanδ, что выдаёт нам в сухом остатке значение добротности, определяемое влиянием потерь в ферритовом сердечнике: Q = μ'/μ".

По-хорошему, совсем не лишним было бы учесть потери, которые возникают на ВЧ и в проводах катушек (см. предыдущую страницу). Однако, учитывая уменьшившееся в несколько раз активное сопротивление провода, можно сделать робкий вывод, что основной вклад в добротность будут вносить всё ж таки именно потери ферромагнитного сердечника.

Параметр μ" иногда публикуется производителями в виде графика зависимости от частоты, называемого магнитным спектром феррита... А иногда не публикуется...

Фирма TDK, к примеру, радует глаз радиолюбителя разнообразием цветов и полнотой информации.



А вот, казалось бы - известный американский производитель Amidon™ Inc., весьма почитаемый в кругах отечественных богомольцев, для своих ферритов публикует магнитные спектры, а для сердечников на распылённом железе отправляет пытливый ум разработчика в полный игнор.