РАДИОЛЮБИТЕЛЬ, №13, 1925 год. Типы и свойства катушек самоиндукции; соединение катушек; вариометры

"Радиолюбитель", №13, август, 1925 год, стр. 280-281

Расчеты и измерения любителя
Типы и свойства катушек самоиндукции; соединение катушек; вариометры

С. И. Шапошников

В большинстве случаев к катушкам пред’являются требования, чтобы они, имея нужный коэфициент самоиндукции, имели бы наименьшее омическое сопротивление и наименьшую емкость.

Сопротивление катушек уменьшают применением большего сечения (диаметра) проводника.

Провод катушки, как всякое металлическое тело, заряжается от электрического тока. Следовательно, проводник катушки имеет некоторую емкость, могущую изменяться от способа расположения витков на гильзе.

Каждая катушка в любой цепи, так или иначе, присоединяется одним своим концом к проводу, идущему от +, другим от —. В приемнике, например, при токе, проходящем сверху вниз (от антенны к земле), конец катушки у земли заряжается положительнее чем конец у антенны и т.д.

Поэтому, чем ближе в катушке концы, заряжающиеся различно, один к другому, тем больше будет емкость катушки.

Емкость катушек часто бывает вредна для схем.

При токах малой и средней частоты, емкость катушек себя не проявляет.

При радиочастотах в 100.000 и больше (волны от 3000 метров и меньше), емкость катушек начинает оказывать заметное действие. При токах с частотой больше 600.000, то-есть, при коротких волнах, от 500 метров и меньше, емкость катушек становится столь заметной, что часто может совсем уничтожать явление самоиндукции катушек.

Например катушка с малой емкостью и переменным конденсатором дает ряд волн (как говорят — диапазон волн), из которых длинная волна, предположим, в 5 раз длинней самой короткой.

Такая же по самоиндукции катушка, но с большей емкостью, при том же переменном конденсаторе, дает диапазон волн уже не в 5, а может быть в 4 и меньше раза.

Часто бывает нужно, чтобы в некоторые цепи не проходили токи большой частоты. Для этого ставят дроссель — катушку с достаточной самоиндукцией, которая является большим сопротивлением для этой частоты. Но если эта катушка имеет большую емкость, то токи будут проходить через эту емкость очень легко, и такой дроссель только ухудшит дело.

Типы катушек

Самая простая катушка — цилиндрическая, однослойная. Емкость ее невелика и уменьшается с увеличением толщины изоляции провода, то есть, с удалением витков друг от друга.

Цилиндрические катушки могут с успехом применяться при коротких волнах.

Когда желают выгадать место, приходится делать многослойные цилиндрические катушки.

Эти катушки обладают большой емкостью. Самая большая емкость у двуслойной катушки, так как здесь первые витки как раз находятся под последними.

Рекомендуется не применять этих катушек ни для каких частей схемы.

Чем число слоев в цилиндрических катушках больше, тем меньше становится их емкость по сравнению с двуслойной, но никогда не уменьшается до емкости однослойной катушки.

Рис. 1. Намотка катушки елочкой.

Для уменьшения емкости цилиндрических катушек применяют особый способ намотки — елочкой. Например, двуслойная катушка наматывается так, как показано на рис. 1: первый и второй витки кладутся рядом. Третий на них. Четвертый рядом со вторым, пятый рядом с третьим и т. д. Подобно этому наматываются катушки и с другим числом слоев. Как видно, при таком способе намотки последние витки находятся далеко от первых и емкость катушки становится меньше.

Bce же следует остерегаться применения таких катушек при коротких волнах.

Рис. 2. Плоская многослойная катушка

Несколько лучше катушки многослойные с небольшой длиной, приближающиеся к плоским (см. рис. 2).

Еще лучше катушки плоские, например, корзиночного типа, показанного на стр. 173 "Радиолюбителя" (№ 7—8 этого года).

Также хороши и известные всем сотовые катушки.

Соединение катушек

Катушки соединяют последовательно и очень редко параллельно.

Рис. 3. Различные случаи соединения катушек.

Если соединить последовательно две катушки, расположенные одна от другой на некотором расстоянии, так что линии сил одной катушки не действуют на другую (см. рис. 3. верх), самоиндукция такой системы Lc будет равна сумме самоиндукций соединенных катушек
Lc = L1 + L2

При этом безразлично, какими концами соединяются катушки одна с другой (см. рис. 3. середину). Точно тот же будет результат, если катушки находятся вблизи одна от другой, но расположены перпендикулярно друг к другу своими осями (см. рис. 3, низ).

Рис. 4. Вариант последовательного соединения катушек.

Если катушки расположены рядом и параллельно (см. рис. 4), то когда их линии сил совпадают по своим направлениям (то есть, они сливаются в общие кольца) Lc становится больше суммы L1 и L2. Когда линии сил катушек действуют навстречу одна другой (рис. 5) — Lc делается меньше суммы L1 и L2, а иногда меньше и каждой из них.

Рис. 5. Вариант соединения катушек.

Если катушки расположены на одной оси, то здесь может быть два случая:

1) Катушки имеют общее направление витков (см. рис. 6 — а). Здесь мы имеем как бы одну длинную катушку и, если их самоиндукции равны, то самоиндукция всей системы будет почти в 4 раза больше, чем у каждой из них. Это легко проверить, сделав расчет катушки, например, с 50 и 100 витками. Чем расстояние между катушками больше, тем самоиндукция становится меньше (то же самое и при повороте одной катушки относительно другой) и при достаточно большом расстоянии, например, 20—30 сантим., общая самоиндукция будет равна сумме самоиндукций катушек.

Рис. 6. Изменение Lc при различных соединениях катушек.

2) Если одну из катушек, не отсоединяя, повернуть и представить к другой, или, не трогая катушек, перменить у одной из них конец, идущий к другой катушке (см. рис. 6—b), самоиндукция всей системы сильно уменьшится и будет несколько больше разности их при разных катушках, и около 0,3—0,4 L1 при одинаковых.

Это произойдет потому, что линии сил катушек, действуя навстречу одна другой, уменьшат общий магнитный поток, следствием чего и явится уменьшение коэфициента самоиндукции каждой катушки, а, следовательно, и всей системы.

Но если, опять-таки, одну из катушек удалять (или поворачивать), то коэфициент самоиндукции системы будет увеличиваться и, наконец, достигнет суммы коэфициентов взятых катушек (см. рис. 6—c).

Свойство последовательно соединенных катушек, при перемещении одной из них относительно другой, изменять плавно коэфициент самоиндукции положено в основу устройства приспособлений, называющихся вариометрами.

При параллельном соединении катушек самоидукция системы Lc уменьшается. При двух одинаковых катушках
Lc L1
 2 

при разных катушках:
Lc L1 × L2
 L1 + L2 

Вариометры

Рассмотрение формулы коэфициента самоиндукции:
L 12,56 · n2 · S · k
             l             

показывает, что для плавного изменения L надо плавно изменять или площадь сечения катушки S, или длину катушки l, оставляя число витков прежним, или же изменять число действующих витков n у двух катушек, перемещением одной около или внутри другой.

Первый способ показан на рис. 7, где на квадратную рамку из картона намотан гибкий проводник. Сжимая эту рамку, мы плавно уменьшаем площадь S, а, следовательно, и самоиндукцию, которая изменяется в довольно больших пределах.

Рис. 7. Вариометр с изменяющейся площадью сечения S.

Такой вариометр не практичен, но может найти применение, когда надо быстро и легко сделать временную переменную самоиндукцию.

Вариометр с изменяющейся длиной катушки показан на рис. 8.

Один конец проволоки закрепляется на катушке неподвижно. Проволока наматывается не туго. Другой конец крепится к передвижному кольцу, могущему перемещаться по гильзе.

Рис. 8. Вариометр с изменяющейся длиной намотки.

Коэфициент самоиндукции такого вариометра изменяется не в больших пределах, но этот тип весьма пригоден для схем с короткими волнами, где требуется малая емкость катушки, весьма плавное изменение L и не требуется особенно большого диапазона.

Плавное перемещение кольца может быть достигнуто применением винта и т. п. средствами.

Величину начальной и конечной самоиндукции любитель легко сможет рассчитать, подставляя в формулу длины сжатой и растянутой катушки.

Для примера возьмем катушку диаметром в 6 см., имеющую 30 витков, уложенных плотно один к другому на длине l = 3 см.; ее L = 56,500 см.

При увеличении длины l до 4,5 см. L падает до 44,000 см.; при l = 6 см., L = 36,000 см.; при l = 9, L = 27,200; при l = 12, L = 21,700; при l = 15 см., L = 18,000 см.

В данном случае мы получаем вариометр с самоиндукцией, изменяющейся более чем в 3 раза.

Изменение L происходило более быстро вначале и медленнее в конце растяжения катушки.

Вариометры с измениющимся числом действующих витков двух катушек могут иметь самый разнообразный вид, зависящий от формы катушек. Описание их будет дано в дальнейшем.