СЛОВО О КАТУШКЕ ИНДУКТИВНОСТИ

Отвлечемся немного от при­ставок к осциллографу и поговорим... о катушке индук­тивности. Прежде всего пото­му, что в радиолюбительской практике она встречается до­вольно часто: в виде элемента колебательного контура, об­мотки дросселя или трансфор­матора, звуковой катушки ди­намической головки, обмотки электромагнитного реле. В од­ном случае катушку приходит­ся подбирать по ее индуктив­ности, в другом оценка идет по добротности — качеству из­готовления катушки, в треть­ем — нужно учитывать резо­нансную частоту колебатель­ной системы.

Конечно, для определения этих параметров существуют промышленные и самодельные измерительные приборы, но они либо сложны в повторе­нии, либо недоступны для на­чинающего радиолюбителя. Вот почему имеет смысл вос­пользоваться для контроля указанных параметров нашим осциллографом. Правда, по­надобятся еще генератор зву­ковой частоты и генератор радиочастоты — в зависимости от индуктивности исследуемой катушки, но, надеемся, в слу­чае необходимости их всегда удастся найти в школьном ка­бинете физики или в радио­кружке ближайшего внешколь­ного учреждения.

Познакомимся вначале с ме­тодикой определения индук­тивности катушки. Возьмем, к примеру, унифицированный выходной трансформатор ТВК- 110ЛМ кадровой развертки телевизора и исследуем его первичную обмотку (выводы 1 и 2). Заранее зная, что при­дется иметь дело с катушкой сравнительно большой индук­тивности, соберем измери­тельный комплекс из осцилло­графа и генератора 3Ч (рис. 81).

 «Земляной» щуп осциллографа и общий за­жим (или гнездо) генератора соедините вместе, а входной щуп осциллографа подключи­те к выходному зажиму гене­ратора. Между входным щу­пом и гнездом «ВХОД X» ос­циллографа включите пере­менный резистор R1 сопротив­лением 10 кОм.

Осциллограф должен рабо­тать в автоматическом режиме (кнопка «АВТ.—ЖДУЩ» от­пущена) с разверткой от внеш­него сигнала (кнопка «РАЗВ.— ВХ. X» нажата) при любом входе (открытом или закры­том) и наименьшей чувстви­тельности (50 В/дел.). Выход­ной сигнал генератора может быть 2...3 В, частота 100... 1000 Гц. При этих условиях на экране осциллографа по­явится горизонтальная линия (рис. 82, а), длину которой следует установить перемен­ным резистором R1 равной примерно четырем делениям.

 

Затем сигнал с гнезда «ВХОД X» снимают и подбо­ром чувствительности осцил­лографа добиваются появле­ния вертикальной линии такой же длины (рис. 82, б).

Далее вновь подают сигнал на гнездо «ВХОД X» и регули­ровкой (в небольших преде­лах) амплитуды сигнала гене­ратора 3Ч, а также переме­щением движка переменного резистора добиваются прямой линии, наклоненной точно под углом 45° к линии развертки (рис. 82, в). Вот теперь осцил­лограф готов к измерениям.

В разрыв провода, соеди­няющего переменный рези­стор с гнездом «ВХОД X», включите последовательный колебательный контур, состоя­щий из конденсатора С1 ем­костью 0,5 мкФ и первичной обмотки трансформатора Т1. В зависимости от частоты гене­ратора 3Ч на экране осцилло­графа может появиться изо­бражение эллипса, наклонен­ного ближе к вертикальной (рис. 82, г) или горизонталь­ной (рис. 82, д) оси. 

Плавно изменяя частоту генератора, добиваются прямой линии (рис. 82, е), свидетельствую­щей о равенстве фаз сигналов, поступающих на входы усили­телей каналов осциллографа, а значит, о соответствии резо­нансной частоты проверяемого контура частоте генератора. Небольшая расстройка частоты генератора будет сопровож­даться появлением на экране эллипса вместо прямой, что подтвердит точное нахожде­ние резонансной частоты. А чтобы наверняка избежать ошибки, следует добиваться прямой линии при перестройке частоты генератора от самой нижней, скажем 20 Гц, в сторо­ну увеличения.

Индуктивность первичной обмотки трансформатора те­перь можно определить по формуле  L=25 300/f²C, где L—индуктивность катуш­ки, Гн; f — частота генератора, Гц; С — емкость конденса­тора, мкф. Поскольку при про­верке обмотки трансформато­ра резонанс наступил на часто­те 60 Гц, нетрудно подсчи­тать, что индуктивность обмот­ки составляет 14 Гн, что соот­ветствует указанному в паспор­те на трансформатор значе­нию (15±3 Гн в зависимости от тока через обмотку).

Совсем не обязательно ис­пользовать в контуре конден­сатор указанной емкости (0,5 мкф), тем более при про­верке обмотки неизвестной ин­дуктивности. Включайте пооче­редно конденсаторы разной емкости (например, 1 мкФ, 0,5 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ) и делайте замеры. В любом варианте результат замера должен быть неизменным. Только при одной емкости мо­мент резонанса более выра­жен, чем при другой. Предла­гаем вам убедиться в этом, проведя эксперименты по из-мерению индуктивности не только первичной, но и вторич­ных обмоток (выводы 3 и 4—5, 3 и 6, 4—5 и 6).

По мере уменьшения индук­тивности проверяемой катуш­ки, когда резонанс наступает на частотах в единицы кило­герц, получить прямую линию не удается — ее заменяет наи­более узкий эллипс. Поэтому проверку катушек малой ин­дуктивности удобнее прово­дить по другой методике, ког­да катушку (L1 на рис. 83, а) совместно с контурным кон­денсатором С_к подсоединяют к генератору РЧ через конден­сатор С1 небольшой емкости, а параллельно получившемуся колебательному контуру под­ключают (через конденсатор С2 также небольшой емкости) входные щупы осциллографа. Выходной сигнал генератора и чувствительность осциллогра­фа устанавливают такими, что­бы на экране была небольшая по длине вертикальная линия (рис. 83, б). Осциллограф работает, как и в предыду­щем случае, в автоматическом режиме с разверткой от внеш­него сигнала, но на гнездо «ВХОД X» сигнала не подает.

 

Изменяя частоту сигнала ге­нератора РЧ, находят такое ее значение, при котором размах вертикальной линии будет наи­большим (рис. 83, в). При под­ходе к резонансной частоте по мере увеличения длины ли­нии снижают чувствительность осциллографа.

Отсчитав по шкале генера­тора РЧ значение резонансной частоты, определяют по выше­приведенной формуле индук­тивность катушки, подставляя в нее частоту в МГц, контурную емкость в пФ (индуктивность получается в мкГн).

Контурный конденсатор мо­жет быть разной емкости (от 50 до 500 пФ) — это зависит от индуктивности катушки. Под­ключая к катушке разные кон­турные конденсаторы, прове­дите замеры и сравните ре­зультаты. Не удивляйтесь, если они будут несколько отличать­ся друг от друга. Причина в том, что при разных контур­ных конденсаторах будет и разное влияние емкостей из­мерительных цепей (подключенных через конденсаторы С1 и С2 генератора и осцилло­графа) на общую емкость ко­лебательного контура. Чем больше емкость контурного конденсатора, тем меньше влияние указанных цепей.

При проверке и налажива­нии усилителей РЧ или ПЧ, входных цепей приемников, полосовых фильтров и других узлов с катушками индуктив­ности бывает важно знать до­бротность контура (а значит, добротность катушки) и полосу его пропускания. Эти парамет­ры можно «просмотреть» на экране осциллографа и сразу же по изображению вычислить их значения.

Как это сделать, показано на рис. 84. Для примера взята магнитная антенна «карман­ного» радиоприемника. Ее ко­лебательный контур составлен катушкой индуктивности L1 и конденсатором переменной емкости С_к. Катушка содержит 85 витков провода ПЭВ-1 0,15, намотанных виток к витку на стержне диаметром 8 и длиной 80 мм из феррита 600НН (можно 400НН). Конденсатор С_к — КП-180 (с изменением емкости от 5 до 180 пФ).

Через конденсатор С2 к кон­туру подключены входные щу­пы осциллографа, а через С1 подано пилообразное напря­жение развертки с гнезда, расположенного на задней стенке осциллографа. В ре­зультате во время резкого спада напряжения «пилы» (в конце ее) колебательный кон­тур возбуждается и становит­ся генератором, вырабатываю­щим синусоидальные колеба­ния частотой, равной резонанс­ной частоте контура. Но по­скольку на контур поступает импульсное напряжение, его колебания после возбуждения постепенно затухают и вскоре прекращаются. Чем больше добротность контура, тем дольше будут продолжаться колебания. Поэтому достаточ­но взглянуть на характер затухающих колебаний, чтобы дать оценку контуру.

Итак, колебательный контур L1C_K подключен к осциллогра­фу, который в данном случае должен работать в автоматиче­ском режиме (кнопки «АВТ.— ЖДУЩ.», «ВНУТР.— ВНЕШН.», «РАЗВ.— ВХ. X» отжаты) при максимальной длине линии развертки, длительности раз­вертки, например, 50 мкс/дел. и чувствительности, скажем, 0,05 В/дел. Тогда на экране удастся увидеть изображение затухающих колебаний, пока­занное на рис. 85, а. Изме-нением длительности разверт­ки «растяните» изображение настолько, чтобы были видны начальные колебания (рис. 85, б). Форма их синусоидаль­ная, но с каждым последую­щим периодом амплитуда ко­лебаний падает.

Повернув ротор конденсато­ра переменной емкости в по­ложение максимальной ем­кости, «растяните» изображе­ние настолько, чтобы можно было наблюдать колебание, вдвое меньшее по амплитуде в сравнении с первоначаль­ным (рис 85, в). Подсчитайте число периодов до этого коле­бания и определите доброт­ность контура на данной часто­те по формуле Q = N/0,22, где Q — добротность контура; N — число подсчитанных пе­риодов. В показанном на рис. 85, в примере доброт­ность составит 45.

Перестроив контур конден­сатором переменной емкости на наиболее коротковолновый участок (соответствует мини­мальной емкости конденсато­ра), вновь определите доброт­ность. Результат получится бо­лее высокий по сравнению с предыдущим из-за некоторого уменьшения потерь в конден­саторе и увеличения индуктив­ного сопротивления катушки.

Дальнейшее повышение до­бротности наблюдается при уменьшении емкости конден­саторов связи С1 и С2, но одно­временно уменьшается и раз­мах наблюдаемых на экране колебаний).

Может случиться, что доб­ротность контура будет весьма высокой и подсчитать число периодов до нужного колеба­ния не удастся — настолько плотно «выстроятся» колеба­ния. В этом случае поступают так, как показано на рис. 85, г,— «растягивают» изобра­жение настолько, чтобы можно было заметить уменьшение амплитуды колебания всего лишь до 0,8 первоначального значения. И тогда, подсчитав число периодов до этого ко­лебания, подставляют в фор­мулу другой коэффициент — 0,071 (вместо 0,22).

Определив добротность, мо­жете измерить частоту резо­нансных колебаний известным вам способом (по длитель­ности периода одного колеба­ния) и подсчитать полосу пропускания контура по формуле   Дf=fo/Q, где Дf—полоса пропускания, кГц; fj, — резонансная частота, кГц, Q — добротность.

Освоив предложенную ме­тодику, вы сможете провести немало интересных экспери­ментов, например, по изуче­нию влияния на добротность числа витков катушки связи магнитной антенны и входного сопротивления первого каска­да усилителя РЧ. Наблюдения за добротностью помогут по­добрать наиболее оптималь­ный режим работы «высокоомного» усилителя РЧ при не­посредственном подключении к нему колебательного конту­ра магнитной антенны. Не ме­нее полезными окажутся из­мерения добротности при са­мостоятельной разработке магнитной антенны для данно­го перекрытия диапазона волн — ведь на добротности сказывается и магнитная про­ницаемость ферритового сер­дечника, и число витков катуш­ки, и диаметр провода.

И еще об одном варианте «индуктивных» измерений. Как известно, любая динамическая головка обладает своей резо­нансной частотой, которую не­обходимо знать при изготов­лении громкоговорителя или акустической системы Чтобы избежать ошибки, а также про­контролировать результат со­гласования динамической го­ловки с акустическим объемом корпуса громкоговорителя, нужно предварительно более точно определить резонанс­ную частоту головки. Здесь также поможет осциллограф, но в паре с генератором 3Ч, желательно с большой выход­ной мощностью (не менее 2 Вт). Соединяют их так, как показано на рис. 86, а.

Выходной сигнал генератора 3Ч поступает на цепочку из последовательно соединенных резистора R1 и динамической головки ВА1. Параллельно го­ловке подключены входные щупы осциллографа, а «земля­ное» гнездо (или зажим) гене­ратора соединено с гнездом «ВХОД X» осциллографа. Та­кое подключение осциллогра­фа позволяет наблюдать фа­зовый сдвиг между током инапряжением в цепи звуковой катушки головки и фиксиро­вать момент резонанса.

Сопротивление резистора R1 должно быть в 20...30 раз боль­ше сопротивления звуковой ка­тушки, чтобы амплитуда тока в цепи катушки оставалась постоянной — тогда наряду с фазой и частотой резонанса удастся определять амплитуду напряжения на катушке.

 

Последовательность работы напоминает вышеописанную процедуру измерения индук­тивности катушек. Осцилло­граф работает в автоматиче­ском режиме с разверткой от внешнего сигнала. Выходной сигнал генератора и чувстви­тельность осциллографа уста­навливают такими, чтобы при частоте генератора 200...500 Гц на экране осциллографа был виден эллипс (рис. 86, б) с на­клоном к линии развертки при­мерно в 45^э.

Затем перестраивают часто­ту генератора в сторону ниж­них частот до получения пря­мой линии (рис 86, в). Полу­чившаяся при этом частота ге­нератора будет соответство­вать резонансной частоте дина­мической головки. К примеру, при испытании подобным ме­тодом динамической головки 2ГД-38 ее резонансная частота получилась равной 80 Гц, что соответствует паспортному значению с учетом допуска.

(Продолжение следует)

Б. ИВАНОВ

г Москва