РАДИОЛЮБИТЕЛЬ, №17-18, 1925 год. БЕЗ'ЕМКОСТНЫЕ КАТУШКИ

"Радиолюбитель", №17-18, октябрь, 1925 год, стр. 373-375

БЕЗ'ЕМКОСТНЫЕ КАТУШКИ

Инж. А. Лапис

Влияние собственной емкости катушек самоиндукции

Существеннейшей частью каждого приемного устройства является, как известно, колебательный контур, состоящий из емкости и самоиндукции. Изменяя величины емкости или самоиндукции контура, или то и другое вместе, мы регулируем его настройку, пользуясь известным соотношением для длины волны:
λ =  2 π L · С
100

Располагая определенной катушкой самоиндукции и переменным конденсатором, мы, естественно, должны стремиться сконструировать их таким образом, чтобы можно было перекрыть максимальный диапазон волн. Для этого необходимо: 1) чтобы начальная емкость конденсатора была мала и 2) чтобы собственная емкость катушки также была невелика. Убедиться в значении этих двух факторов нетрудно на каком-нибудь численном примере.

Допустим, что у нас имеется замкнутый контур, состоящий из переменного конденсатора емкостью от 20 до 500 см. и катушки самоиндукции в 100.000 см. Предположим далее, что собственная емкость этой катушки равна 10 см. Какой диапазон волн имеет в этом случае наш контур? Минимальная емкость контура, равная сумме емкости катушки и начальной емкости конденсатора, в нашем случае будет равна 20 + 10 = 30 см. Соответствующая ей длина волны определится, как
λ =  2 π 100.000 × 30 = 109 метр.
100

Если же мы введем емкость конденсатора полностью, то получим емкость контура равной 500 + 10 = 510 см. и длину волны в этом случае равной
λ =  2 π 100.000 × 510 = 440 метр.
100

Таким образом, при катушке самоиндукции с собственной емкостью в 10 см. мы получим диапазон волн от 109 до 440 метров. Теперь предположим, что катушка с той же величиной самоиндукции в 100.000 см. имеет собственную емкость не 10, а 50 см. При том же переменном конденсаторе мы получим в начальном его положении, т.-е. при емкости контура равной 20 + 50 = 70 см., волну
λ =  2 π 100.000 × 70 = 166 метр.,
100

а при полной емкости, равной 500 + 50 = 550 см., волну
λ =  2 π 100.000 × 550 = 465 метр.
100

Стало быть, в этом случае контур имеет диапазон волн от 166 до 465 метров. Как мы видим из этого примера, в первом случае, т.-е. при небольшой собственной емкости катушки, максимальная волна в 4 раза больше минимальной, во втором случае только в 3. Точно таким же образом скажется большая начальная емкость конденсатора.

Но вредное влияние собственной емкости катушек не ограничивается одним сокращением диапазона волн. Дело в том, что собственная емкость катушек образует вместе с самоиндукцией как бы побочные замкнутые контура, в которых возникают свои токи. Этим увеличиваются потери, увеличивается затухание контура и соответственно падает чистота приема и острота настройки.

Рис. 1. Сотовая катушка.

Отметим еще одно обстоятельство, заставляющее заботиться об уменьшении емкости катушек. Как известно, во многих схемах используются катушки самоиндукции с целью оградить контур от токов высокой частоты (дроссели). Каждая катушка самоиндукции представляет некоторое сопротивление для переменного тока. Индуктивное сопротивление катушки с самоиндукцией L равно 2πnL, где n — частота колебаний. Если катушка обладает некоторой емкостью С, то емкостное сопротивление будет
1 .
nL

Из этих формул мы видим, что чем больше емкость контура, тем меньшим емкостным сопротивлением она обладает. С увеличением частоты n, иными словами, с укорочением волны — это сопротивление падает. Таким образом, при небольших волнах и сравнительно большой емкости катушки может получиться такая картина, что емкостное сопротивление катушки будет значительно меньше ее индуктивного сопротивления. В этом случае катушка перестанет играть роль дросселя и ток через ее емкость может попасть в контур.

Как избавиться от собственной емкости катушек?

Все эти соображения заставляют нас конструировать катушки самоиндукции таким образом, чтобы свести до минимума внутреннюю их емкость. Для этого нужно вести обмотку таким образом, чтобы: 1) витки со значительными разностями потенциалов не приходились один возле другого, 2) расстояние между параллельными витками было по возможности большим.

Способ обмотки обычной цилиндрической катушки указан в журнале № 13, стр. 280. Здесь же опишем некоторые другие виды катушек, с небольшой собственной емкостью. Наиболее распространенной из них является, так называемая сотовая катушка (рис. 1). Помимо небольшой величины емкости, эта катушка обладает еще тем свойством, что при небольших размерах дает весьма значительную величину самоиндукции.

Перейдем к описанию конструкции и способа намотки сотовой катушки.

Сотовые катушки

Прожде всего нужно сделать деревянную болванку для намотки. Вид ее представлен на рис. 2. Но поверхности бруска на расстоянии 25 мм. один от другого просверливаются два ряда отверстий диаметром 1—2 мм. и глубиной около 10 мм. В каждом ряду эти отверстия находятся на равных расстояниях друг от друга. Число отверстий бывает различно — приблизительно в пределах от 17 до 30 по каждой окружности.

Рис. 2. Болванка для намотки сотовых катушек.

В отверстия вставляются металлические или деревянные спицы. Спицы эти должны прочно держаться в отверстиях. Поверхность болванки между спицами покрывается полоской картона, и затем приступают к обмотке. Будем исходить из 25 пар спиц. Пронумеруем их и начнем обмотку со спицы № 1. Обмотав конец проволоки вокруг этой спицы, ведем ее, туго натягивая, через 13 спиц к спице № 14, причем каждый такой шаг обмотки идет от спицы данного ряда к спице противоположного. Если, например, начали со спицы № 1 в левом ряду, то направляют проволоку к № 14 в правом ряду; отсюда снова через 13 спиц к № 2 в левом ряду; затем через 13 спиц к № 15 в правом ряду и т. д.

Рис. 3. Схема намотки сотовой катушки.

Вид обмотки изображен на рис. 3. Ход всей обмотки можно представить таким образом:

1л — 14п — 2л — 15п — 3л — 16п — 4л — 17п — 5л — 18п — 6л — 19п — 7л — 20п — 8л — 21п — 9л — 22п — 10л — 23п — 11л — 24п — 12л — 25п — 13л — 1п — 14л — 2п — 5л — 3п — 16л — 4п — 17л — 5п — 18л — 6п — 19л — 7п — 20л — 8п — 21л — 9п — 22л — 10п — 23л — 11п — 24л — 12п — 25л — 13п — 1л.

Здесь цифры означают номера спиц, а буквы ряд — правый (п) или левый (л). Мы видим, что, начав с № 1л, мы через 25 шагов вернулись к той же спице 1л так как каждый шаг был равен одному витку плюс ¹/₂₅ витка, то общее число витков в слое получилось равным 25 + ²⁵/₂₅, т.-е. 26. У нас получилась сотовая катушка, имеющая один слой обмотки. Точно тем же путем можно получить второй, третий и т. д. слои, т.-е. получить любое число витков, иными словами любую самоиндукцию.

Можно было бы вести обмотку не через 13, а через 12 спиц в следующем порядке: 1л — 13п — 25л — 12п — 24л — 11п и т. д. В этом случае при каждом шаге мы не доходим до полного витка на ¹/₂₅-ую часть его. Так как всего в слое 25 шагов, то общее число витков слоя будет
25 —  25  , т.-е. 24 витка.
25

Можно вести обмотку и в каком-либо другом порядке, т.-е. через иное число спиц. Здесь указан лишь один из возможных способов. Укажем еще на обмотку через две спицы. В этом случае проволока огибает не одну, а две спицы. Так, обогнув две рядом лежащие спицы № 1 и № 2 с левой стороны, направляем проволоку к спице № 14 справа, но загибаем ее не за 14-ой, а после 15-ой, далее ведем проволоку к № 2 слева и загибаем после № 3 и т. д.

Витки катушки идут благодаря такой намотке скрещиваясь и образуют решетчатую форму, которой и об'ясняется название "сотовая" самоиндукция. Со стороны электрической перекрещивающиеся витки обладают минимальной емкостью. Кроме того, при сотовой обмотке параллельные витки разделены друг от друга толщиной проволоки. Очевидно, что уменьшая число спиц, мы уменьшаем емкость, так как этим самым раздвигаем витки на большее расстояние. В том же направлении действует увеличение расстояния между двумя рядами спиц, но так как при этом будет увеличиваться длина проволоки, а с ней сопротивление, то не следует делать это расстояние больше 30 мм.

После обмотки катушки слегка пропитываются шеллаком. Не следует пропитывать слишком густо, так как шеллак увеличивает потери и емкость в силу своей большой диэлектрической постоянной.

После просушки спицы вытягиваются из гнезд и катушка снимается с болванки.

Остается закрепить ее на штепсельной подставке. Такая подставка изображена на рис. 1. Концы обмотки пропускаются через два отверстия в подставке и закрепляются на штепсельных вилках. Подставку можно сделать из эбонита, карболита или пропарафиненного дерева.

Рис. 4. Подставка для сотовых катушек.

Обычно сотовые катушки применяются для осуществления переменной связи между контурами. При этом одна катушка устанавливается неподвижно, другая может быть повернута под некоторым углом по отношению к первой. Для такой установки сотовых катушек можно воспользоваться стойкой, изображенной на рис. 4 или 5. Два гнезда стойки неподвижны, другая пара закреплена во вращающейся части стойки. При установке стойки все четыре гнезда соединяются проводниками с соответствующими элементами схемы, и в гнезда вставляются необходимые для данной схемы катушки. Подбор катушек можно производить при помощи приводимой таблицы (Dr. Nesper. Der Radio Amateur).

Рис. 5. Подставка для сотовых катушек.

Диаметр проволоки можно, конечно, взять несколько толще или тоньше, против указанного в таблице.

Таблица для подбора сотовых катушек.

Число
витков.
Диам.
проволоки
Самоиндукция
в сантим.
Приблизи-
тельн.
омическое
сопротив-
ление.
Внешний
диаметр
катушки
в см.
Полученная при
конденсаторе в
900 см. длина волны
в метрах.
Длина
прово-
локи
в мтр.
25 0,56 52.000 0,5 5,5 180—430 4
35 88.000 0,75 5,6 200—560 6
50 106.000 1,45 5,7 250—613 9
75 293.000 1,5 5,9 400—1040 14
100 543.000 1,75 6,2 500—1310 20
150 1.140.000 2,5 6,6 700—2010 30
200 0,5 2.190.000 4,25 6,9 1000—2790 42
250 3.675.000 5,5 7,2 1300—3610 50
300 5.170.000 6,0 7,6 1600—4260 63
400 8.750.000 9,0 8,0 2000—5575 84
500 14.350.000 11,0 9,2 2000—7150 115
600 0,36 19.660.000 12,5 7,8 3200—8350 122
750 31.700.000 20,5 8,2 4000—10600 160
1000 59.260.000 36,0 9,3 6000—14500 225
1250 97.150.000 51,0 10,3 8000—18600 280
1500 145.000.000 62,0 11,6 9000—22700 370

Допустим, что колебательный контур нужно настраивать на длину волны 800 метров. Из таблицы видно, что для этого нужно взять катушку в 75, 100 или 150 витков при переменном конденсаторе до 900 см.

Сотовые катушки наиболее пригодны при приеме средних волн, в пределах от 600 до 3000 метров.

Баскетные катушки

Опишем теперь другой вид без‘емкостной обмотки — плоскую корзинчатую катушку. Для этой намотки вырезается из картона кружок такого вида, какой изображен на рис. 6. В нем делаемся нечетное число прорезов. Обмотка ведется, начиная от центра попеременно с одной и другой стороны кружка.

Рис. 6. Каркас баскетной катушки.

При таком способе обмотки уменьшение емкости обусловлено тем, что соседние витки или отделены друг от друга слоем картона, если они на противоположных сторонах кружка, или находятся на расстоянии толщины проволоки один от другого, когда они на одной и той же стороне. Такие катушки удобны для приема коротких волн. Недостатком их является, во-первых, недостаточная прочность и, во-вторых, присутствие картона, который увеличивает емкость и потери. Для приема более длинных волн следует соединить последовательно несколько таких катушек.

Рис. 7. Станок для корзинчатой катушки.

Иногда применяется еще другой вид без‘емкостной обмотки.

Цилиндрическая корзинчатая катушка

Для осуществления такой обмотки нужно взять деревянную дощечку, вычертить на ее поверхности окружность диаметром около 60 мм. и на этой окружности на равных расстояниях друг от друга просверлить нечетное число отверстий — 17, 19, 21 (рис. 7). В отверстия вставляются спицы или обыкновенные гвозди и затем начинают обмотку так, как показано на рис. 8, т.-е. через одну спицу.

Рис. 8. Способ намотки корзинчатой катушки.

Когда обмотка закончена, катушку можно прошеллачить или связать витки вдоль скрещений проволоки тонкой ниткой. Затем вынимаются спицы. Такая катушка держится без особой подставки и остова. Емкость ее незначительна, при чем с увеличением числа спиц емкость уменьшается, так как угол скрещенных витков при этом приближается к 90°.