"Радио Всем", №7, апрель 1928 год

УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КАТУШЕК¹⁾.

С. Э. Рексин.

Цилиндрические катушки самоиндукции имеют очень большое распространение в радиолюбительской практике как благодаря простоте своего устройства, так и вследствие высоких электрических качеств.

Как известно, цилиндрическая катушка состоит из картонного цилиндра (трубки), на котором намотана плотно, виток к витку, изолированная медная проволока.

Намотка катушки может быть произведена в один или несколько слоев (рядов) лежащих один поверх другого.

Соответственно с этим цилиндрическая катушка будет носить название однослойной, двухслойной и вообще, многослойной.

Лучшей по своим электрическим свойствам является однослойная цилиндрическая, в то же время она и наиболее проста по своему изготовлению.

Как указывалось уже выше, остовом для намотки цилиндрической катушки может служитъ картонный цилиндр. Вообще же этот остов может быть сделан и из другого какого-либо материала, например из эбонита, баккелита, или, наконец, из сухого пропарафинированного дерева. Основным требованием является, чтобы материал, из которого предполагается сделать остов катушки, был бы хорошим диэлектриком.

При устройстве недорогих катушек обычно пользуются картонными цилиндрами или, когда нужна большая прочность, — деревянными. В более дорогих и совершенных катушках применяются эбонитовые остовы, причем при изготовлении остова катушки стремятся применить возможно меньше материала, лишь бы имелась достаточная механическая прочность, так как чем меньше диэлектрика в катушке, тем меньше, связанные с его присутствием, диэлектрические потери, и тем меньше собственная емкость катушки. Хорошая конструкция остова катушки показана на рис. 1. Как видно из этого рисунка, остов катушки сделан не сплошным, а в виде двух колец, соединенных между собой перекладками (ребрами). Материалом для остова может служить эбонит, а при любительском изготовлении сухое парафинированное дерево. При изготовлении подобного остова следует иметь в виду, что для скрепления его отдельных частей нельзя применять ни металлических винтов, ни гвоздей, так как присутствие металла в катушке увеличит ее потери, поэтому для скрепления частей остова следует воспользоваться клеем или соединить их плотно на шипах. Строго говоря, катушка, намотанная на таком каркасе, не будет цилиндрической, так как ее поперечным сечением будет не круг, а некоторый многоугольник, число сторон которого будет зависеть от числа взятых ребер, однако при достаточно большом числе их можно такую катушку считать цилиндрической и применить для подсчета ее самоиндукции формулу для расчета цилиндрической однослойной катушки (см. ниже).

При изготовлении катушки для дешевого приемника чаще всего применяются картонные цидиндры. Склееный из плотного картона ровный цилиндр следует перед тем, как начать намотку катушки, покрыть со всех сторон шеллачным лаком и затем хорошенько прогреть (например, в духовом шкафу), для того чтобы пропитался шеллаком картон и испарилась влага.

Намотка однослойной цилиндрической катушки производится чрезвычайно просто и не может представить затруднений даже для малоопытного радиолюбителя. Перед началом намотки конец проволоки закрепляется, отступя несколько от края цилиндра, а затем производится намотка катушки, состоящая в том, что проволока укладывается на цилиндре плотно, виток к витку, при этом проволоку несколько натягивают, чтобы обмотка выходила ровной. Обмотку не доводят до самого края цилиндра, чтобы она не сползала, и закрепляют ее конец таким же способом, как и начало. Простой способ закрепления концов обмотки на картонном цилиндре показан на рис. 2.

Как известно уже читателям из предъидущей беседы, хорошая катушка самоиндукции должна обладать возможно малым сопротивлением токам высокой частоты, поэтому желательно при намотке катушки применять по возможности толстую проволоку, как обладающую меньшим сопротивлением.

Но в то же время применение толстой проволоки делает катушки очень громоздкими; это особенно относится к однослойным цилиндрическим катушкам. Поэтому в интересах компактности приемника часто приходится жертвовать электрическими качествами катушки и применять для намотки катушек более тонкую проволоку, особенно, если требуется устроить катушку для длинных волн с сотнями витков. Но и в этом случае проволоку с диаметром меньше чем 0,3 мм применять не рекомендуется. В ламповых приемниках еще можно применять катушки из более тонкой проволоки, потому что в них возможная потеря энергии компенсируется энергией, доставляемой анодной батареей, в детекторных же приемниках приходится тщательно избегать всяческих потерь, так как компенсировать их уже ничем нельзя.

Если радиолюбителя не стесняет несколько большой размер приемника, то ему следует рекомендовать пользоваться возможно толстой проволокой при намотке катушки, например, так называемой «звонковой» (употребляется при проводке электрических звонков).

Теперь скажем несколько слов об изоляции проволоки. Самой лучшей изоляцией следует считать двойную бумажную изоляцию; провод с этой изоляцией сокращенно обозначается ПБД. Там, где требуется компактность катушки, провод ПБД заменяется таким же проводом с двойной шелковой изоляцией, сокращенно обозначаемым ПШД. В том случае, когда катушка, во избежание отсырения, покрывается шеллаком или же погружается в расплавленный парафин, можно пользоваться проволокой с ординарной бумажной или шелковой изоляцией, обозначаемой соответственно ПБО и ПШО. Однако следует иметь в виду, что катушка из проволоки с ординарной изоляцией обладает несколько большей собственной емкостью (вследствие большей близости витков при плотной намотке), которая при парафинировании или шеллачении катушки еще больше увеличивается, почему проволока с двойной изоляцией является предпочтительней.

Что касается эмалированной проволоки, то последняя годится главным образом для катушек с ползунком, где приходится зачищать от изоляции для подвижного контакта ползунка целую полоску вдоль всей катушки. При устройстве коротковолновых катушек большею частью пользуются проволокой без всякой изоляции — голой, причем диаметр ее берут от 1 до 3 мм.

Коэффициент самоиндукции одослойной цилиндрической катушки L легко подсчитывается по следующей формуле

Эта формула дает самоиндукцию катушки в см. В ней π = 3,1416, π² = 9,8 (при грубых подсчетах, можно принять π = 10).

D — диаметр катушки в см. (см. рис. 3).
n — число витков, приходящихся на 1 см длины катушки,
l — длина обмотки в см,
К — поправочный коэффициент, зависящий от отношения (D/l) диаметра к длине катушки.

Величина значения К приближается к 1, когда длина катушки по сравнению с ее диаметром представляется очень большой, в противном случае К очень мало.

Значения К для различных отношений (D/l) даны в таблице на следующей странице.

Следует заметить, что в этой формуле самоиндукция зависит от числа витков на см (n), взятого в квадрате, точно так же она зависит и от квадрата диаметра (D), поэтому при подсчетах самоиндукции нужно особенно тщательно определять, как число витков на см, так и диаметр катушки, так как всякая ошибка при этом будет возрастать в квадрате.

При опредедении числа витков n на см готовой катушки, коэффициент самоиндукции которой желательно подсчитать, поступают так: измеряют длину катушки, занимаемую обмоткой в см, и считают число всех витков катушки; затем делят число всех витков на длину катушки в см, полученное частное и будет n — число витков на см.

Вычисление по формуле отнимает сравнительно много времени и не для каждого радиолюбителя доступно; значительно проще поэтому пользоваться для подсчета самоиндукции графиками.

Очень простой и удобный график для расчета однослойных цилиндрических катушек был приведен в №21 «Р. В.» за 1927 г. в статье И. В. Бронштейна «Расчетный круг самоиндукции». Пользуясь этим графиком, состоящим из двух кругов, из которых один подвижный, очень легко подсчитать самоиндукцию любой однослойной цилиндрической катушки, причем точность получается вполне достаточная для радиолюбительской практики.

Возникает вопрос, какова должна быть форма цилиндрической катушки, т. е. отношение ее диаметра к длине (D/l) для того, чтобы она обладала наилучшими электрическими качествами.

Оказывается, что при данной длине проволоки, катушка с отношением (D/l) = 2,5 (точнее 2,46) обладает наибольшей возможной самоиндукцией, но в то же время такая катушка не является еще обладающей наименьшим сопротивлением токам высокой частоты.

Как показала практика, лучшей катушкой является такая, у которой диаметр в полтора раза превышает длину, т. е. (D/l) = 1,5.

Поэтому при устройстве цилиндрических однослойных катушек и следует придерживаться указанного выше отношения диаметра к длине катушки. Помнить следует также, что количество диэлектрика в катушке должно быть минимальным.

Перечисляя достоинства однослойных цилиндрических катушек, укажем, что в отношении малой собственной емкости они стоят на первом месте. Кроме того, они просты в изготовлении и недороги; единственным их недостатком является некоторая громоздкость, которая, однако, вполне искупается их высоким качеством.

В этой статье мы рассмотрели лишь устройство однослойных катушек самоиндукции; в дальнейшем мы коснемся и других типов цилиндрических катушек: двухслойных и многослойных, а также укажем, как устраиваются катушки с переменной самоиндукцией. Кроме того, для радиолюбителей, которым покажется затруднительным пользование расчетными формулами, мы приведем таблицы для выбора размеров катушки для распространенных диаметров проволоки при различных коэффициентах самоиндукции.

D/l	K	D/l	K	D/l	K	D/l	K
0,00	1,000	0,36	0,8632	0,90	0,7110	2,8	0,4452
0,02	0,9916	0,38	0.8565	0,92	0,7063	3,0	0,4292
0,04	0,9832	0,40	0,8499	0,94	0,7018	3,2	0,4145
0,06	0,9750	0,42	0,8433	0,96	0,6972	3,4	0,4008
0,08	0,9668	0,45	0,8337	0,98	0,6928	3,6	0,3882
0,10	0,9588	0,50	0,8181	1,00	0,6884	3,8	0,3764
0,12	0,9509	0,55	0,8031	1,20	0,6475	4,0	0,3654
0,14	0,9430	0,60	0,7885	1,30	0,6290	4,2	0,3551
0,16	0,9353	0,65	0,7745	1,40	0,6115	4,4	0,3455
0,18	0,9276	0,70	0,7609	1,50	0,5950	4,6	0,3364
0,20	0,9201	0,74	0,7504	1,60	0,5795	4,8	0,3279
0,22	0,9126	0,76	0,7452	1,70	0,5649	5,0	0,3198
0,24	0,9053	0,78	0,7401	1,80	0,5511	6,0	0,2854
0,26	0,8980	0,80	0,7351	1,90	0,5379	7,0	0,2584
0,28	0,8909	0,82	0,7301	2,00	0,5255	8,0	0,2566
0,30	0,8838	0,84	0,7252	2,2	0,5025	9,0	0,2185
0,32	0,8768	0,86	0,7205	2,4	0,4816	10,0	0,2083
0,34	0.8699	0,88	0,7157	2,6	0,4626

См. "Р. В." №6.