Ukrainian HamRadio - Вибір та розрахунок конструкції анодного дроселя
Найбільшого поширення серед радіоаматорів набула схема анодної коливальної системи підсилювача потужності (УМ) з паралельним харчуванням. У цій схемі елементи П-контуру, встановленого на виході передавача ізольовані від анодної напруги. При роботі РОЗУМ до анодного дроселя прикладено повну змінну ВЧ-напругу, тому якщо в дроселі виникає послідовний резонанс на робочій частоті, то відбувається шунтування коливальної системи РОЗУМ, що порушує його нормальну роботу.
Індуктивність дроселя повинна бути в 10. 20 разів більша за індуктивність котушки П-контуру [1], а індуктивний опір, природно, у кілька разів більший від Roe лампи РОЗУМ. Дросель, виготовлений з урахуванням цих вимог, може мати досить низьку частоту послідовного резонансу, яка може потрапити в область робочих частот РОЗУМ. Для боротьби з цим явищем потрібно знати причину виникнення послідовного резонансу в анодному дроселі.
Досить часто в публікаціях дросель ототожнюють із однорідною довгою лінією. Проте такий підхід не дуже коректний — навіть за рівномірного намотування витків, індуктивні зв'язки окремих витків на рівних відстанях різні, тобто. дросель є неоднорідною довгою лінією. [2] показано, що процеси в рівномірній обмотці мають суттєву відмінність від процесів у довгій лінії. Не вдаючись у математичні " нетрі " , покажемо на звичайному прикладі причину цих відмінностей.
Вхідний опір схеми, що показана на рис.1, визначається за формулою: де w - кругова частота. З виразу (1) слід, що у частотах виникає резонанс струмів, і вхідний опір контуру цих частотах дуже велике. Наводячи вираз (1) до спільного знаменника, знаходимо, що у частоті
у контурі виникає послідовний резонанс,у якому zвх = 0. Якщо, наприклад, L2 > L1, то зі збільшенням частоти спочатку виникає паралельний резонанс у котушці II, потім - послідовний, і потім знову паралельний, але в контурі I.
На рис.2 показана залежність реактивного опору від частоти w . Послідовний резонанс виникає за х1+ х2 = 0.
В даному випадку контур I має ємнісний характер, а контур II - індуктивний, їх опори повинні дорівнювати за модулем і протилежні за знаком.
На рис.3 представлена схема обмотки дроселя, умовно розбитого на 4 укрупнені частини, процеси в яких якісно подібні до процесів в одиночному дроселі (для отримання кількісних результатів необхідне розбиття на більшу кількість частин).
Тут M1 – коефіцієнт взаємоіндукції між сусідніми частинами, М2 – між частинами через одну та М3 – між крайніми частинами. Зазначимо, що серединні частини мають сильнішу магнітну зв'язок коїться з іншими частинами, ніж крайні, тобто. М1 > М2 > М3.
Внаслідок симетрії щодо кінців обмотки можна розглядати процеси в її першій половині, до якої прикладена половина вхідної напруги. Електромагнітні процеси у цій половині аналогічні процесам, що відбуваються у схемі, показаній на рис.1.
Таким чином, послідовний резонанс виникає внаслідок неоднорідності системи з розподіленими параметрами, тоді як довга лінія є однорідною системою з розподіленими параметрами.
Теоретичний розрахунок процесів у дроселі складний, тому було досліджено дросель, виготовлений на каркасі діаметром 25 мм, намотаний виток до витка проводом Ж 0,46 мм (довжина намотування - 10 см).
При живленні джерела струму (через резистор опором 470 кОм) перший паралельнийрезонанс виявили на частоті f1 = 6,25 МГц. Жодних послідовних резонансів до цієї частоти, звичайно, не було. При паралельному підключенні конденсатора ємністю 200 пФ, за допомогою резонансного методу було визначено індуктивність дроселя (Lдр = 197 мкГн). Індуктивність дроселя, розрахована за відомою формулою
де w - число витків, D і L - діаметр і довжина намотування в міліметрах, збіглася з експериментальним значенням. Отже, власна ємність дроселя Сo = 3,97 пФ.
Вимірювання проводилися за мінімально можливого зв'язку з ВЧ-вольтметром. Більш того, резонанс можна було виявити при розміщенні ВЧ-головки приладу ВК7-9 на відстані кілька сантиметрів від ділянки дроселя, що досліджується. Очевидно, що при такій великій добротності дроселя його контурний струм великий, а сам дросель є антеною, що випромінює, що, принаймні, не може підвищувати стійкість роботи РОЗУМ. Розміщення паралельно осі дроселя на відстані D до його поверхні металевого листа, з'єднаного із загальним дротом, призводить до зниження резонансної частоти fpeз, що еквівалентно збільшенню ємності до 5 пФ.
Що вище f1, то вище і fpeз. При цьому fpeз могла б вийти за межі верхньої робочої частоти РОЗУМ. Ємність З залежить від відстані між витками і від діелектричної проникності середовища, в якому розташовується обмотка. Тому при виготовленні дроселя небажано застосовувати каркас з гетинаксу, радіопорцеляни і т.п. Намотування рекомендується вести з невеликим кроком (менше діаметру дроту). Більший крок намотування збільшує довжину обмотки, яка стає дуже чутливою до відстані до заземлених частин конструкції РОЗУМ.
При рівномірному намотуванні описаного вище дроселя з кроком, що забезпечує довжину намотування 14 см, перший паралельнийрезонанс був відзначений на частоті f1 = 6,8 МГц, що свідчить про можливість зміщення догори частоти fpeз. Часто в літературі зустрічаються поради з намотування дротом у шовковій ізоляції з метою розрядки щільності. Навряд чи такий спосіб ефективний - міжвитковий простір, заповнений діелектриком з підвищеною діелектричною проникністю, а можливо, і з підвищеною вологістю, може навіть погіршити стан справ. Доцільно намотувати анодний дросель на ребристому каркасі. Намотування на фторопласті - 4, електрокартоні і т.п. не покращує роботу дроселя.
Дуже гарне рішення - це виготовлення дроселя з двох конструктивно однакових, але не пов'язаних магнітними полями котушок із загальним числом витків приблизно на 40% більше одиночної. У цьому загальна індуктивність дроселя залишиться колишньої, яке частотні характеристики змістяться вгору.
Тим не менш, величезна кількість РОЗУМ чудово працює з анодними дроселями, виконаними без особливих хитрощів.
На рис.4 показана залежність повного опору z від частоти складного паралельного контуру за наявності активних втрат, в якому при w 1 має місце резонанс струмів, а при w 2 - резонанс напруги в одній з гілок.
Якщо опір z на частоті w 2 більший (3. 4) Roe, або ця мала величина не потрапляє в область робочих частот, то жодних проблем у роботі РОЗУМ не виникає.
Якщо ж поведінка дроселя викликає підозри, його результуючу частотну характеристику можна зняти в холодному режимі (без анодної напруги) при подачі напруги ВЧ на анод РОЗУМ через безіндуктивний резистор опором 400. 500 кОм.
Таку обмотку можна назвати слаборезонуючою. Вона належить до однорідної системи з розподіленими параметрами і тому легшепіддається розрахунку. Проведений розрахунок показав, що fpeз тороїдальної котушки знаходиться за межами 30 МГц.
При виготовленні тороїдальної котушки зручно застосувати спосіб, запропонований А.Г. Зінов'євим. Циліндрична котушка проклеюється з одного боку еластичним непровідним лаком (мал.5а) і потім згортається в кільце (мал.56), після чого може бути скріплена стрічкою, наклеєної на зовнішній стороні тороїдальної котушки.
П. Білоусов (RA3VFN)
1. А. Кузьменко. Анодний дросель - за та проти. - Радіомір. KB та УКХ, 2001, N3.
2. А. Бунін, П. Білоусов. До розрахунку імпульсних градієнтів в обмотках трансформаторів. - Електромеханіка, 1971, №7.