Расчет и конструирование радиоаппаратуры - Фрумкин Г.Д.

Автор: Фрумкин Г.Д.

Теги: радиотехника схемотехника радиоэлектроника радиоэлектронная аппаратура

Год: 1963

Похожие

Технология производства радиоаппаратуры

Радиодетали, радиокомпоненты и их расчет

Расчет высокочастотных каскадов радиоприемных устройств на транзисторах

МРБ 700. Питание радиоаппаратуры от электросети

Текст

ФРУМКИН г. д.

РАСЧЕТ

И КОНСТРУИРОВАНИЕ
РАДИОАППАРАТУРЫ

Допущено

Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для радиотехнических специальностей техникумов

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»
Москва 1963

8сап ААУ/
621.396.6
ф 93

От автора

XXII съезд КПСС поставил перед советским народом
историческую задачу: в течение ближайших 20 лет построить
коммунистическое общество. Создание материально-техни-
ческой базы коммунизма невозможно без автоматизации и
комплексной механизации. В связи с этим широкое разви-
тие получат высокосовершенные системы автоматического
управления, основанные на использовании кибернетики и
радиоэлектроники, резко возрастет количество радиоэлект-
ронной аппаратуры, выпускаемой промышленностью.

Настоящая книга предназначена в качестве учебного по-
собия по курсу «Расчет и конструирование радиоаппарату-
ры» для радиотехнических средних учебных заведений. В
книге рассматриваются вопросы расчета и конструирования
элементов радиоаппаратуры, дано описание и область при-
менения типовых элементов, рассмотрены методы конструи-
рования аппаратуры, в том числе с применением печатных
схем, а также — способы защиты аппаратуры от внешних
воздействий.

Автор выражает благодарность рецензентам Левити-
ну Е. А. и Фролову А. Д. за ценные замечания, сделанные
ими при просмотре рукописи; к сожалению, не все замеча-
ния могли быть учтены из-за ограниченного объема книги.

Автор заранее благодарит все лица и учебные заведения,
которые пришлют свои отзывы о книге.
Глава I

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
КОНСТРУКЦИЮ РАДИОАППАРАТУРЫ

§ 1. Область применения и условия эксплуатации
радиоаппаратуры

Большие возможности технического и культурного прогресса,
которые открывает применение радиотехнических методов, обеспе-
чили радиоаппаратуре необычайно широкое распространение.

Радиотехнические изделия применяют в телевидении, в прибо-
рах вождения кораблей и самолетов в условиях плохой видимости
земных и астрономических ориентиров, в аппаратах управления
спутниками и космическими кораблями, в устройствах исследова-
ния физиологических свойств организма человека, для автомати-
ческого управления производственными процессами в самых раз-
личных отраслях промышленности и для многих других целей.

В связи с этим условия эксплуатации различных типов радио-
изделий могут значительно отличаться. Комплекс эксплуатацион-
ных условий может зависеть от климатических особенностей мест-
ности, где будет эксплуатироваться аппаратура, а также — от
рода объекта (корабля, самолета, спутника и т. д.), на котором она
установлена.

При конструировании радиоаппаратуры необходимо учитывать
возможные изменения внешних факторов (например, температуры,
влажности, плотности воздуха) и их влияние на ее характеристики.

Нормальными климатическими условиями принято считать та-
кие условия, при которых температура окружающего воздуха ле-
жит в пределах 4- 20 Я- 5°С, относительная влажность 50—80%,
а давление 720—780 мм рт. ст.

При эксплуатации аппаратуры в арктических и антарктических
областях температура воздуха может понижаться до — 70-у80°С;
при подъеме на высоту более 10 км температура снижается до —56°С.

Понижение температуры оказывает наибольшее влияние на ра-
боту электромеханических устройств, так как значительные пере-
пады температуры (например, от + 20 до — 60°С) приводят к умень-
шениям зазоров и натягов. Одновременно происходит сгущение сма-
зочных веществ, что может вызывать увеличение моментов и сил
трения в подвижных устройствах. При понижении температуры
окружающего воздуха изменяют свои свойства радиодетали (напри-
мер, электролитические конденсаторы), что приводит к изменению
электрических параметров радиоаппаратуры. Аппаратура должна
быть сконструирована так, чтобы при заданной отрицательной тем-
пературе ее параметры сохранялись в заранее установленных пре-
делах. Такая аппаратура называется холодоустойчивой.

В экваториальных районах температура воздуха в тени может
повышаться в отдельных случаях до + 504-55°С и может устойчиво
держаться порядка + 404-45°С. В закрытых объектах, находящих-
ся под непосредственным воздействием солнца (например, в само-
лете, который стоит на земле), температура воздуха может дости-
гать + 70°С.

Обшивка лобовой части крыла самолета, летящего со сверхзву-
ковой скоростью, может нагреваться из-за трения о встречный по-
ток воздуха до температуры + 150 4- 200°С; расположенная за ней
аппаратура будет эксплуатироваться при температуре порядка
+ 100°С и выше.

Повышение окружающей радиоаппарат температуры вызывает
увеличение сопротивлений проводниковых материалов и ухудшение
параметров изоляционных материалов (особенно органического про-
исхождения). Происходящие при этом ухудшение сопротивления
изоляции и увеличение потерь приводят к появлению утечек в схе-
мах, уменьшению добротности контуров и.другим нежелательным
явлениям. Одновременно происходит уменьшение электрической
прочности диэлектриков, что может приводить к пробоям в схеме
и полному отказу аппаратуры. Особенно сильно влияет повышение
температуры на параметры германиевых полупроводниковых дио-
дов и триодов. При длительной работе в условиях повышенной
температуры могут появляться необратимые изменения парамет-
ров изоляционных материалов. При наличии в конструкции мате-
риалов с различными коэффициентами линейного расширения будет
происходить изменение зазоров и натягов, что также может вызвать
изменение параметров радиоаппаратуры.

Свойство аппаратуры сохранять параметры в заранее установ-
ленных пределах при повышенной температуре называется тепло-
устойчивостью.

Количество влаги, содержащейся в воздухе при различных кли-
матических условиях, может значительно различаться. В областях
умеренного климата относительная влажность воздуха составляет
65—70%; в пустынях относительная влажность может уменьшать-
ся до 5—10%, а в тропиках — достигать 95—98%, при одновремен-
ном повышении температуры воздуха до + 40°С.
Понижение температуры сопровождается уменьшением количе-
ства водяных паров, которое может содержаться в воздухе; поэто-
му суточные колебания температуры могут сопровождаться выпа-
данием воды на поверхности и внутри аппаратуры. Подобные яв-
ления могут происходить, например, с самолетной аппаратурой,
при попадании ее в насыщенный влагой воздух (туман), если тем-
пература аппарата ниже температуры воздуха.

Морская аппаратура работает при влажности воздуха, близкой
к тропической; пары морской воды могут содержать соли тех ве-
ществ, которые растворены в морской воде.

В районах с влажным тропическим климатом воздух бывает
заражен микроорганизмами, которые вызывают появление плесени
на органических материалах. Плесень особенно интенсивно раз-
вивается при повышенной влажности и температуре + 25-г40сС.
При этом ухудшаются свойства изоляционных материалов, а при
длительном интенсивном воздействии плесени может происходить
их разрушение.

Аппаратура, расположенная на промышленных предприятиях
и на объектах, содержащих топки, может находиться в воздухе,
загрязненном различными газами (хлором, аммиаком, сернистым
газом и пр.)

Повышенная влажность воздуха и непосредственное воздейст-
вие атмосферных осадков приводят к ухудшению характеристик
изоляционных материалов, а также к появлению коррозии на ме-
таллах, что сказывается на параметрах всего аппарата.

Указанные процессы проходят наиболее интенсивно в морских
условиях, при одновременном воздействии повышенной темпера-
туры (тропические условия), а также тогда, когда воздух заражен
микроорганизмами и загрязнен газами. Аппаратура, которая со-
храняет параметры в заранее установленных пределах при работе
в среде с повышенной относительной влажностью, называется вла-
гоустойчивой. Некоторые категории аппаратуры (например, поле-
вая переносная) могут работать при непосредственном воздействии
атмосферных осадков в виде дождя и снега. Кроме того, в отдель-
ных случаях возможно попадание аппаратуры непосредственно в
воду.

Аппаратура, устанавливаемая на подвижных объектах, часто
работает под воздействием пыли, что может привести к наруше-
ниям работы механических устройств, уменьшению сопротивления
изоляции и другим ненормальностям в работе.

При подъеме на высоту происходит изменение атмосферного дав-
ления. График зависимости атмосферного давления от высоты подъ-
ема приведен на рис. 1.1.

Понижение давления окружающего воздуха сопровождается
уменьшением его электрической прочности, что может приводить к
пробою воздушных промежутков. Кроме того, при пониженном дав-
лении ухудшается отвод тепла от нагревающихся тел, в результа-
те чего их температура повышается.

Аппаратура, расположенная на подвижных объектах, подвер-
жена воздействию вибрации, ударов и линейных ускорений, кото-
рые возникают из-за наличия неуравновешенных подвижных масс,
при передвижении объектов по дорогам, при посадках самолетов,
при стрельбе из оружия, при из-
менении скорости движения.

При этом на каждый элемент
конструкции аппарата действует
сила, величина которой

Рис. 1.1. Зависимость атмосфер-
ного давления от высоты

где

Р — та, (1.1)

т — масса; а — величина уско-

рения.

Воздействие указанных сил вы-
зывает деформации отдельных
частей конструкции, в результате
чего может произойти изменение
параметров аппарата или его раз-
рушение.

Отношение силы, появляющей-
ся в результате воздействия ус-
корения, к весу аппарата Р называ-
ют перегрузкой. Перегрузка

с = (1.2)

Значение перегрузки О показывает, во сколько раз дополнитель-
ная сила Р больше собственного веса аппарата Р. Если известна
величина перегрузки, то появляющаяся при этом сила может быть
вычислена по следующей формуле:

Р^Р.О. (1.3)

Если на аппарат воздействует синусоидальная вибрация, то
величина перегрузки 1 ля

250 Л (1.4)

где

А — амплитуда вибрации, мм; ? — частота вибрации, гц.

Значение перегрузки О, появляющейся при ударах, обычно
определяют экспериментально, при помощи специальных приборов,
которые называют акселерометрами. Ориентировочные значения О
для объектов, которые эксплуатируются в различных условиях,
приведены в табл. 1.1.

При воздействии вибрации могут происходить нарушения в ра-
боте аппарата из-за взаимного перемещения отдельных элементов
конструкции (например, электродов в электронной лампе). Аппа-
Таблица 1.1

Значения перегрузки для различных категорий аппаратуры

Категория аппаратуры Частота вибра- ции, гц Максимальная перегрузка при вибрации О Максимальная ударная пере- грузка О
Автомобильная 2—80 4 10
Самолетная 3-400 10 10
Корабельная 5—35 2,5 12

ратура, которая нормально выполняет свои функции при воздей-
ствии вибрации, называется виброустойчивой.

При воздействии вибрации, а также ударов, могут происходить
поломки отдельных элементов конструкции. Аппаратура, которая
может противостоять разрушающему действию длительной вибрации
в заданном диапазоне частот и ускорений, а также — действию уда-
ров заданной величины и длительности и продолжать после этого
нормально выполнять свои функции, называется вибропрочной и
ударопрочной.

Следует иметь в виду, что условия, в которых находятся радио-
детали, могут отличаться от условий, в которых работает вся аппа-
ратура. Так, например, из-за выделяемого внутри аппарата тепла
температура внутри кожуха может быть значительно выше окружаю-
щей; при наличии герметизации или уплотнения кожуха влажность
воздуха около деталей может быть значительно ниже влажности
окружающего воздуха и т. д.

Чтобы обеспечить надежную работу аппарата, при конструи-
ровании необходимо предусматривать специальные меры защиты,
которые рассмотрены в гл. XI. Комплекс воздействий, а также ве-
личины воздействующих факторов (температура окружающей сре-
ды, величина атмосферного давления и т. д.) указываются в техни-
ческом задании на разработку и зависят от конкретных характерис-
тик объекта, на котором будет эксплуатироваться аппаратура (ста-
ционарные условия, автомобиль, корабль, самолет, ракета и т. д.),
а также от климатических условий.

§ 2. Влияние выполняемых функций,
требований к параметрам аппарата
на его конструкцию

Рассмотрим на нескольких примерах влияние на конструкцию
аппарата или какой-либо его части требований, предъявляемых к
техническим параметрам. В приемнике, предназначенном для прие-
ма сигналов с частотой до сотен мегагерц, колебательный контур
состоит из катушки индуктивности и конденсатора. В приемнике
для приема сигналов с частотой ЮОООМг^ такой контур не может
использоваться: в сантиметровом диапазоне применяются контуры
в виде объемных резонаторов. Хотя в том и другом примере контур
выполняет одни и те же функции, однако конструкция двух рас-
смотренных контуров оказывается принципиально различной.

Мощность, рассеиваемая в приемных устройствах, обычно не
превышает 100—200 вт, и для таких устройств в большинстве слу-
чаев достаточно естественного охлаждения за счет конвекции, лу-
чеиспускания и теплопроводности. В конечных каскадах мощных
передатчиков может рассеиваться во много раз большая мощность,
что может потребовать интенсивного охлаждения, например, при-
нудительного обдува.

В широковещательном приемнике механизмы употребляются
для целей настройки и, обычно, представляют простейшие передачи
на шестернях, с гибкой нитью или другого типа. В радиоприемнике,
установленном на современном самолете, могут применяться слож-
нейшие электромеханические устройства, предназначенные для
управления приемником на расстоянии.

Все рассмотренные примеры показывают, что выполняемые ап-
паратом функции и требования, предъявляемые к его параметрам,
являются существенными факторами, влияющими на конструкцию
аппарата.

§ 3. Эксплуатационные требования,
предъявляемые к радиоаппаратуре

Каждое радиотехническое изделие должно удовлетворять ни-
жеперечисленному комплексу требований, обеспечивающему наибо-
лее простые условия эксплуатации.

Аппарат должен быть сконструирован так, чтобы управление
могло осуществляться малоквалифицированным персоналом; слу-
чайные неправильные манипуляции с органами управления не дол-
жны приводить к выходу из строя аппарата.

Конструкция аппарата должна быть такой, чтобы субъектив-
ные особенности обслуживающего персонала не сказывались на ре-
зультатах тех операций, которые выполняет данное изделие. Об-
служивание аппарата слагается из периодических профилактичес-
ких работ, ремонтных работ, которые проводятся при выходе аппа-
рата из строя, и других операций. Чтобы обслуживание было прос-
тым, должны быть обеспечены: удобство демонтажа аппарата с объ-
екта, на котором он установлен; легкий доступ к узлам и приборам,
требующим периодического осмотра, прочистки, смазки; удобство
смены радиоламп и других узлов и приборов, обладающих наимень-
шим сроком службы; также должна быть обеспечена взаимоза-
меняемость приборов и узлов по электрическим и механическим
параметрам. Для того чтобы имелась возможность восстановить
работоспособность аппарата после выхода из строя, к нему прида-
ют комплект запасных частей,
В конструкции аппарата должны быть предусмотрены специаль-
ные меры по технике безопасности, исключающие возможность не-
счастных случаев с эксплуатирующим персоналом. Так, например,
в блоках, где имеется высокое напряжение, опасное для жизни,
обычно делают блокировку, которая устроена так, что при откры-
вании крышек высокое напряжение выключается. В необходимых
случаях аппаратуру снабжают предупредительными надписями.

Каждый аппарат должен быть сконструирован так, чтобы за-
траты на его эксплуатацию были минимальными. Указанные затра-
ты слагаются из затрат на питание аппаратуры электроэнергией,
на оплату труда управляющего и обслуживающего персонала, на
приобретение деталей, узлов и приборов для проведения ремонтных
работ. Мерой экономичности эксплуатации является стоимость од-
ного часа эксплуатации, которая определяется как отношение сум-
мы перечисленных затрат за длительный период эксплуатации к
числу часов работы за указанный период.

Следует отметить, что снижение потребления электроэнергии
в аппаратуре с батарейным питанием позволяет снизить вес аппа-
ратуры за счет уменьшения веса источников питания или — при
заданном весе продлить срок службы без смены источников.

Создание широковещательной аппаратуры с экономичным пи-
танием в настоящее время приобретает большое народнохозяйствен-
ное значение, так как несколько десятков миллионов радиоприем-
ников и телевизоров, находящихся у населения, для своего пита-
ния требуют энергетические мощности порядка миллионов киловатт.

Надежность работы является одной из важнейших эксплуата-
ционных характеристик аппаратуры (этот вопрос будет рассмотрен
более подробно в § 5).

§ 4. Производственно-технологические требования,
предъявляемые к радиоаппаратуре

Стремление удовлетворить только эксплуатационным требова-
ниям приводит, как правило, к усложнению аппаратуры, к созда-
нию конструкций, которые невозможно осуществить без больших
материальных затрат. Поэтому конструктор в своей практической
деятельности должен руководствоваться также перечисленным ни-
же комплексом производственно-технологических требований.

В конструкции необходимо максимально использовать стандар-
тизованные и нормализованные изделия, а также освоенные в про-
изводстве изделия из другой аппаратуры. Выполнение этого требо-
вания дает большой экономический эффект, так как позволяет лик-
видировать затраты на разработку чертежей изделий, технологиче-
ского процесса, чертежей специального инструмента и оборудова-
ния; при этом отпадает надобность в изготовлении инстру-
мента и оборудования. Выполнение этого требования сокращает сро-
ки подготовки производства аппаратуры. Стандартизованные и нор-
мализованные изделия выпускаются в больших количествах специа-
лизированными заводами, в связи с чем для их изготовления может
применяться высокопроизводительное специальное оборудование,
позволяющее механизировать и автоматизировать процесс производ-
ства и, тем самым, уменьшить их стоимость. Стандартизированные
и нормализованные изделия апробированы практикой и более на-
дежны. Поэтому конструктор обязан всемерно использовать во вновь
разрабатываемой аппаратуре зарекомендовавшие себя образцы стан-
дартизованных, нормализованных и освоенных в производстве изде-
лий. Следует стремиться к сокращению номенклатуры деталей в
каждом изделии.

Приступая к разработке какого-либо узла или прибора аппара-
туры, конструктор обязан тщательно проанализировать схему,
конструкцию и характеристики уже выпускаемых подобных изделий
и сравнить их с требованиями, предъявляемыми к изделию, под-
лежащему разработке. Такой анализ позволит конструктору уста-
новить пригодность освоенного в производстве изделия для нового
аппарата или же — выявить минимальные переделки схемы и кон-
струкции, которые придадут ей новые свойства, требуемые для раз-
рабатываемого изделия. При конструировании следует стремиться
к тому, чтобы конструкция изделия была максимально проста.

Конструкция аппарата может быть признана технологичной,
если для его производства требуется:

1) минимальное количество рабочей силы, возможно более низ-
кой квалификации;

2) минимальное количество материалов, особенно дефицитных;

3) минимальное количество рабочих площадей.

Указанное в п. 1 требование наиболее полно удовлетворяется,
если конструкция может быть осуществлена с максимальным исполь-
зованием высокопроизводительных процессов, поддающихся меха-
низации и автоматизации.

Конструкция будет технологичной, если обеспечивается сборка
без подгонок и доделок, взаимозаменяемость узлов и деталей по
электрическим параметрам, возможность независимой регулиров-
ки отдельных узлов и приборов, что способствует сокращению про-
изводственного цикла изготовления изделия. Особенно важно обес-
печить взаимозаменяемость деталей и узлов в изделиях массового
и серийного производства, так как без этого невозможно осуществ-
лять механизацию и автоматизацию производства.

Конструкция изделий, предназначенных для единичного произ-
водства, должна допускать их изготовление на универсальном обо-
рудовании, без использования дорогостоящего инструмента. Кон-
струкция изделий, предназначенных для массового и крупносерий-
ного производства, должна допускать их изготовление на механи-
зированном и автоматизированном производстве. При этом может
быть допущено применение высокопроизводительного специального
оборудования.
В заключение необходимо отметить, что удовлетворить непол-
ной мере всему комплексу эксплуатационных и производственно-
технологических требований не всегда представляется возможным;
эти требования часто вступают в противоречия и приводят к проти-
воположным конструктивным решениям. Задача конструктора за-
ключается в выборе наиболее правильного компромиссного реше-
ния, при котором наиболее полно удовлетворяются как те, так и
другие требования.

§ 5. Надежность радиоаппаратуры

В последнее десятилетие в связи с возрастающей сложностью
радиоэлектронного оборудования перед конструкторами возникла
задача создания такой радиоаппаратуры, которая должна надежно
работать в эксплуатации. Увеличение сложности разрабатываемой
и выпускаемой аппаратуры можно характеризовать следующими
примерами, описанными в иностранной печати.

Радиоэлектронное оборудование самолета дальнего действия
в 1940 г. включало в среднем около 100 электронных ламп; в 1950 г.
их количество достигало, примерно, 2000 штук, а в 1955 г. состав-
ляло 4000—5000 штук.

Современная аппаратура дальнего обнаружения системы про-
тивовоздушной обороны включает в себя сотни тысяч элементов
схемы. Как показывает опыт, такая аппаратура работает в эксплуа-
тации не достаточно надежно: после непродолжительной эксплуа-
тации выходит из строя какой-либо элемент схемы или конструк-
ции, после чего приходится выключить аппаратуру для ремонта.

Если при конструировании сложной аппаратуры не приняты
специальные меры, то такие отказы в работе будут происходить час-
то, а время, затрачиваемое на ремонт аппарата, будет большим.
В результате может оказаться, что большую часть времени аппарат
будет находиться в ремонте.

Отказы аппаратуры можно разделить на две основные группы:
постепенные и внезапные. Постепенные отказы вызваны постепен-
ным изменением параметров схемы и конструкции. Например, при
длительной эксплуатации конденсатора постепенно изменяется
его емкость, что вызывает ухудшение одного из параметров ап-
парата до такого значения, при котором аппарат перестает выпол-
нять свои функции. Внезапные отказы проявляются в виде скачко-
образного изменения параметров аппарата. Причиной внезапного
отказа может быть, например, перегорание токопроводящего слоя
сопротивления, пробой конденсатора.

Надежность есть свойство изделия выполнять все заданные функ-
ции в определенных условиях эксплуатации в течение определен-
ного заданного времени при сохранении значений основных пара-
метров в заранее установленных пределах. Надежность — это фи-
зическое свойство изделия, которое зависит от количества и качества
входящих в него элементов, а также — от ряда других причин. На-
дежность зависит от условий, в которых эксплуатируется изделие:
чем выше температура окружающей среды, чем больше относитель-
ная влажность воздуха, перегрузки при вибрации и т. д., тем мень-
ше надежность. Мерой, характеризующей надежность изделия, яв-
ляется величина средней наработки на отказ Тср. Поясним это по-
нятие следующим примером.

Допустим, что какое-то количество аппаратов одного и того же
типа эксплуатируются длительное время в определенных условиях
(при заданных изменениях температуры окружающего воздуха,
давления и т. д.). Возникающие в работе отказы устраняются за-
меной вышедших из строя элементов. При этом регистрируется сум-
марное количество часов, которое проработали все аппараты I и
количество возникших отказов п. В этом случае средняя наработка
на отказ

гср^-. (1.5)

г п,

Следует иметь в виду, что время между двумя следующими друг
за другом отказами в одних случаях будет больше, а в других —
меньше величины, подсчитанной по формуле (1.5). Поэтому отре-
зок времени между какими-либо двумя отказами не может характе-
ризовать свойство изделия. Мерой надежности является средняя
наработка на отказ, полученная при длительной эксплуатации ап-
паратуры, когда промежутки времени между отдельными отказами
усредняются.

Чем больше Тср , тем выше надежность изделия.

Величина, обратная Тср, называется интенсивностью отказов
и обозначается Л,

Л=^-. (1.6)

* ср

Другой характеристикой надежности аппарата является сред-
няя продолжительность вынужденного простоя Тп. Если в рассмот-
ренном выше примере регистрировать время, затрачиваемое на отыс-
кание и устранение каждой неисправности, а затем найти суммар-
ное время /п, затраченное на отыскание и устранение п неисправ-
ностей, то среднее время вынужденного простоя можно определить
по следующей формуле:

(1.7)
п

Следует иметь в виду, что время, затраченное на отыскание и
устранение какой-то конкретной неисправности, может быть боль-
ше или меньше величины Тп.

Для оценки надежности элементов аппаратуры (сопротивлений,
конденсаторов,- электровакуумных приборов и др.), которые при
Рис. 1.2. Характер зависимости интенсив-
ности отказов X от времени.

выходе из строя не ремонтируются, некоторые из приведенных ха-
рактеристик не пригодны. Так, в применении к элементам аппа-
ратуры теряет смысл среднее время вынужденного простоя.

Обычно надежность элементов характеризуют интенсивностью
отказов X (ниже знаком X будет обозначаться интенсивность отка-
за элемента, а знаком Л — интенсивность отказа устройства, со-
стоящего из большого числа элементов). Величина интенсивности
отказов показывает, какая доля из всех элементов данного типа в
среднем выходит из строя за 1 час работы. Например, если для ка-
кого-то элемента X = 10“5 ,то это значит, что за 1 час работы вый-
дет из строя одна стотысячная доля; соответственно, за 1000 час
работы можно ожидать выхо-
да из строя одной сотой доли
всех элементов данного типа.
Если в каком-то |устройстве
имеется 100 таких" элементов,
то в среднем за каждые
1000 час будет выходить из
строя один элемент.

Экспериментально установ-
лено, что для большинства
типов элементов, используе-
мых в радиоэлектронной ап-
паратуре, зависимость % от
времени имеет следующий
характер (см. рис. 1.2).

Отрезок времени от нача-

ла работы до называется периодом приработки. В течение это-
го времени выходят из строя элементы, имеющие грубые внут-
ренние дефекты, которые остались незамеченными при контроле.
По мере выхода из строя таких дефектных элементов интенсив-
ность отказов уменьшается и на участке времени от до Дос-
тается практически неизменной.

Этот участок времени называется периодом нормальной работы.
В это время происходят отдельные случайные отказы элементов.
Обычно, при расчете надежности аппаратуры учитывают то значе-
ние интенсивности отказов X, которое имеет место во время периода
нормальной работы. При этом исходят из того, что элементы с гру-
быми дефектами, отказы которых характерны для периода прира-
ботки, должны быть выявлены и заменены при тренировке элемен-
тов или собранной аппаратуры.

Рост интенсивности отказов после момента времени Д объяс-
няется износом элементов (например, старением диэлектрика кон-
денсатора, потерей эмиссии катодом лампы и т. д.). У многих ти-
пов элементов старение начинается после эксплуатации в течение
нескольких тысяч, а иногда и десятков тысяч часов. Всюду ниже
под интенсивностью отказов элемента будет пониматься значение
интенсивности отказов во время периода нормальной работы.

При проектировании аппаратуры необходимо стремиться к то-
му, чтобы время до начала старения каждого элемента было больше
требуемой долговечности изделия. Если для некоторых отдельных
элементов это соотношение не выполняется, то для таких элемен-
тов необходимо предусматривать периодическую профилактическую
проверку и замену. Интенсивность отказов элемента зависит от
конструкции, качества изготовления, а также от условий эксплу-
атации элемента и его электрической нагрузки в схеме.

Например, для большинства элементов интенсивность отказов
увеличивается при увеличении температуры окружающей среды;
для сопротивлений интенсивность отказов растет при увеличении
рассеиваемой мощности; для конденсаторов—при увеличении напря-
жения, приложенного к обкладкам и т. д.

Значение интенсивности отказов для каких-то наперед задан-
ных (номинальных) условий будем обозначать знаком Хо. Отметим,
что, если для элемента дается значение Хо, то должно быть огово-
рено, при испытании в каких условиях (температура, влажность,
механические воздействия, электрическая нагрузка и т. д.) полу-
чено это значение.

Влияние на величину интенсивности отказов каждого из внеш-
них факторов можно учесть при помощи коэффициентов влияния а.
Например, для сопротивления при температуре окружающей среды,
отличающейся от номинальной, величина коэффициента влияния

(1.8)

Ло

где

X, — интенсивность отказов при заданной температуре I и прочих
номинальных условиях;

Хо—интенсивность отказов при всех номинальных условиях.

Коэффициент а, показывает, во сколько раз изменяется интенсив-
ность отказов при изменении температуры окружающей среды от
номинального значения до /.

Для сопротивления при рассеиваемой мощности Р, отличаю-
щейся от номинальной, и прочих номинальных условиях

«р=^. (1.9)

Ло

Для того же сопротивления при рассеиваемой мощности Р, тем-
пературе окружающей среды I и прочих номинальных условиях
значение интенсивности отказов

X = Хо-а^-Яр. (1.10)

Если при использовании сопротивления в аппаратуре еще какой-
либо фактор будет отличаться от номинального значения, то для
учета влияния и этого фактора нужно умножить значение 1, получен-
ное по формуле (1. 10), на соответствующий коэффициент а.

Характер зависимости коэффициентов а для некоторых элемен-
тов приведен на рис. 1. 3.

Из приведенных графиков следует, что интенсивность отказов
элемента увеличивается при возрастании жесткости воздействую-
щих факторов (увеличении мощности, напряжения, температуры,
влажности и т. д.).

Значения Хо и коэффициентов а для различных элементов опре-
деляются экспериментально и приводятся в специальных справоч-
никах. Необходимо отметить, что еще не для всех элементов полу-
чены такие зависимости. Поэтому для характеристики надежности

Рис. 1.3. Характер зависимости коэффициентов влияния а от тем-
пературы, напряжения, мощности

элементов часто используются значения интенсивности отказов X',
которые получены на основании анализа результатов эксплуата-
ции большого количества изделий различных типов. Эти значения
X' учитывают усредненные значения внешних воздействий и на-
грузки и поэтому могут использоваться для ориентировочных рас-
четов.

Интенсивность отказов аппарата, сотоящего из п различных
элементов, может быть определена по следующей формуле:

Л = + + - (1*11)

где

— интенсивность отказов первого элемента с учетом всех воз-
действующих факторов;

— то же, для второго элемента;

— то же, для п-го элемента.

Формула (1. 11) может быть использована для расчета надежнос-
ти изделия на этапе проектирования. Для того чтобы произвести
расчет, необходимо знать количество элементов, их типы, электри-
ческие и эксплуатационные режимы элементов, значения интен-
сивности отказов Хо и графики коэффициентов влияния а для всех
типов элементов. Для упрощенных расчетов можно использовать
среднеэксплуатационные значения интенсивности отказов X'. В этом
случае не нужно знать режимы элементов и значения коэффициен-
тов влияния а. Следует иметь в виду, что расчеты дают ориентиро-
вочные значения надежности.

Для того чтобы получить у изделия малую интенсивность отка-
зов, и, следовательно, большую среднюю наработку на отказ, необ-
ходимо учитывать следующее:

а) количество элементов в изделии должно быть минимальным;
конструкция изделия должна быть простая;

Рис. 1.4. Резервирование замещением с использованием ненагру-
женного резерва

б) при выборе типов элементов необходимо в первую очередь вы-
бирать такие, которые имеют малую интенсивность отказов;

в) конструкция аппарата должна быть такова, чтобы элементы
находились в возможно более легких климатических и механичес-
ких условиях;

г) электрическая нагрузка на элементы (ток, рассеиваемая мощ-
ность, напряжение и т. д.) должна быть минимальной.

Однако не всегда возможно довести среднюю наработку изделия
на отказ до требуемого значения только за счет использования при-
веденных выше рекомендаций. В этом случае приходится при кон-
струировании применять резервирование. Рассмотрим сущность
этого метода на следующих примерах.

На рис. 1. 4 показана блок-схема системы, состоящей из двух
приемников, антенны, нагрузки и источника питания. В рассматри-
ваемый момент времени работает приемник 1 (его называют основ-
ным устройством), а приемник 2 отключен от антенны, нагрузки
и источника питания и является резервным. В случае выхода из
строя приемника 1 может быть включен в работу приемник 2, и
работоспособность всей системы будет восстановлена. Особенностью
такой схемы разервирования является то, что после выхода из строя
приемника 1 в работе системы наступает перерыв на время, необхо-
димое для подключения приемника 2, прогрева его электровакуум-
ных приборов и настройки на требуемую частоту. Такая схема на-
зывается резервированием с замещением и использованием, ненагру-
женного резерва (приемник 2 в неработающем состоянии отключен
от источника питания).

Количество резервных устройств может быть и больше единицы.
Кратностью резервирования п называется отношение числа резерв-
ных устройств к числу основных устройств (в рассматриваемом при-
мере кратность резервирования п = 1).

При резервировании замещением с использованием ненагружен-
ного резерва при п = 1 средняя наработка на отказ может быть оп-
ределена по следующей формуле:

^ср.рез ~ 2Т/р , (1.12)

где

Г ср. рез— средняя наработка на отказ резервированного устройства
при п = 1;

Тср — средняя наработка на отказ для нерезервированного
устройства.

Если в схеме, показанной на рис. 1. 4, источник питания под-
ключить одновременно к основному и резервному приемнику, то
такая схема будет называться резервированием замещением с ис-
пользованием нагруженного резерва.

В этом случае средняя наработка на отказ

^ср.рез == 1»5Тср . (1.13)

Особенностью такой схемы резервирования является то/ что
перерыв в работе, при выходе из строя работающего устройства мо-
жет быть сокращен до времени, необходимого для переключения.

Переключение как при одной, так и при другой схеме может
производиться вручную оператором или автоматически специаль-
ными приборами.

Формулы (1.12) и (1.13) предполагают, что отказавшее изделие
не ремонтируется и отказ в работе всей системы наступает тогда, ког-
да отказывает основной и резервные приемники.

Если по условиям эксплуатации возможен ремонт отказавшего
изделия, пока работает резервный, то средняя наработка на отказ
будет больше, чем полученная по формулам (1.12) и (1.13).

Если перерыв в работе при выходе из строя основного устрой-
ства не допустим, можно применять постоянное резервирование: в
рассматриваемом примере резервный приемник должен быть по-
стоянно подключен к источнику питания, антенне и нагрузке.

Средняя наработка на отказ при постоянном резервировании
может быть определена по формуле (1.13).

Ориентировочная оценка надежности разрабатываемого изде-
лия должна производиться путем проведения расчетов на различ-
ных этапах проектирования. После изготовления опытных образ-
цов должны быть проведены испытания одного или нескольких ком-
плектов на надежность в условиях, приближающихся к эксплуата-
ционным для разрабатываемого аппарата.

При планировании испытаний следует иметь в виду, что точность
полученных результатов будет тем больше, чем больше количество
экземпляров испытуемой аппаратуры и чем больше время испыта-
ний каждого образца.

Надежность аппаратуры зависит также от правильного соблю-
дения заданных условий эксплуатации, от своевременного и качест-
венного проведения профилактических осмотров и ремонтов.
Статистические данные показывают, что до 25% отказов происхо-
дит по вине эксплуатирующего персонала. Поэтому в инструкциях
по эксплуатации аппаратуры необходимо давать подробные прави-
ла эксплуатации, а также методику профилактических осмотров
и ремонта.

Чтобы получить высокую надежность нужно тщательно отра-
ботать схему и конструкцию изделия, обеспечив при этом его соот-
ветствие всем требованиям технического задания при изменениях
параметров элементов, которые оговорены в технических условиях.
Изделие, к которому предъявляются высокие требования по надеж-
ности, должно иметь достаточные запасы по основным параметрам
по отношению к нормам технического задания; параметры долж-
ны быть тщательно проверены при всех воздействиях, которые
могут быть в эксплуатации.
Г лава II

ОСНОВЫ ВЫБОРА МАТЕРИАЛА, ПОКРЫТИЙ,
ДОПУСКОВ, ПОСАДОК, ЧИСТОТЫ ПОВЕРХНОСТИ
ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ РАДИОАППАРАТУРЫ

§ 1. Основы выбора материала

Выбор материала для детали является сложной задачей, так
как в большинстве случаев любую деталь можно создать из раз-
л ич ных матер налов.

Правильный выбор материала может быть сделан на основании
анализа функционального назначения детали, условий эксплуата-
ции, технологических и экономических показателей, а также с уче-
том ниже следующих факторов.

1. Материал является основой конструкции; он определяет спо-
собность детали выполнять рабочие функции в изделии, противо-
стоять действию климатических и механических факторов. Напри-
мер, в качестве диэлектрика конденсатора, работающего в конту-
ре высокой частоты, должен быть выбран такой материал, который
имеет малую величину тангенса угла потерь. В противном случае
конденсатор будет вносить большое затухание в контур, что при-
ведет к снижению его добротности.

2. Материал определяет технологические характеристики детали,
так как допускает обработку только определенными технологичес-
кими методами. Например, объемные детали из текстолита могут
обрабатываться только резанием; те же детали из пластмасс могут
изготовляться методом прессования, что дает большую производи-
тельность труда при серийном и массовом производстве.

При прочих равных условиях следует выбирать тот материал,
который допускает обработку наиболее прогрессивными технологи-
ческими методами: литьем, штамповкой, прессовкой, обработкой
на станках-автоматах и т. д.

Указанное соображение особенно применимо к деталям сложной
формы, так как обработка таких деталей резанием увеличивает тру-
доемкость и материальные затраты.
3. От материала зависит точность изготовления детали. Напри-
мер, для штампованных гнутых деталей точность зависит от пру-
жинящих свойств материала: после изъятия детали из штампа она
распружинивает. Поэтому деталь из мягкой стали при прочих рав-
ных условиях будет изготовлена с большей точностью, чем деталь,
изготовленная из пружинящей стали. Так как точность детали за-
дается, исходя из требований к точности узла или прибора, куда
она входит, то выбор материала влияет на стоимость детали. На-
пример, детали из керамики при высоких требованиях к точности
должны обрабатываться шлифовкой, что значительно увеличивает
их стоимость.

4. Материал влияет на габариты и вес детали, а также— узла
или прибора, в который она входит.

Например, использование алюминия или дуралюминия для шас-
си может дать сокращение веса в 1,5 — 3 раза при полном удовлет-
ворении требований к прочности и жесткости; использование высоко-
качественных трансформаторных сталей позволяет сократить коли-
чество стали или меди в трансформаторе и тем самым уменьшить его
вес и габариты.

5. Материал оказывает влияние на эксплуатационные характе-
ристики детали, на ее надежность и долговечность. Например, кон-
такты переключателя из латуни в сложных климатических условиях
могут выдержать очень малое число переключений;. календарный
срок службы этих контактов независимо от числа переключений
также крайне ограничен, так как окисление материала приводит
к нарушению электрического контакта в переключателе. Те же де-
тали, выполненные из стойких к окислению материалов (например,
серебра, золота), выдерживают десятки тысяч переключений, в оп-
ределенных условиях могут эксплуатироваться годами без подчист-
ки и подрегулировки.

Иногда конструктору бывает трудно подобрать материал пото-
му, что к детали предъявляются противоречивые требования; на-
пример, деталь из электроизоляционного материала должна допус-
кать припайку к ней другой, металлической детали. В данном слу-
чае можно допустить комбинированное использование материалов:
деталь изготовить из керамики, на нее нанести одним из методов слой
серебра, к которому можно производить припайку.

На каждый материал, выпускаемый промышленностью, име-
ются технические условия (ТУ) или ГОСТ. В этих документах
приводятся технические характеристики материала с допусти-
мыми отклонениями, а также изменения характеристик под дейст-
вием различных факторов (температуры, повышенной влажности
и т. д.).

Выбор марки материала для детали должен производиться так,
чтобы технические параметры материала (электрические, механи-
ческие и др.) были согласованы с требованиями, предъявляемыми
к разрабатываемой конструкции. Например, требуется разработать
20
конденсатор с тангенсом угла потерь б ^0,0015 при температу-
ре + 80°€. Из двух керамических материалов, которые имеют в
этих условиях тангенс угла потерь соответственно 0,0008 и 0,0018,
необходимо выбрать первый, так как при использовании второго
материала требуемая характеристика конденсатора будет заведомо
хуже установленной нормы.

На материалы, выпускаемые в виде листов, лент, прутков, про-
волоки и т. д., в ГОСТах и ТУ приводится сортамент, т. е. сведения
о форме, размерах и допусках.

В ряде ведомств существуют ограничительные нормали, которые
ограничивают марки и сортамент материалов, разрешенных к при-
менению на предприятиях данного ведомства. Эти ограничения кон-
структор должен учитывать при выборе материала.

Ниже будут рассмотрены некоторые материалы, которые нахо-
дят применение в радиоаппаратостроении.

Пластмассы. Отечественная промышленность выпускает боль-
шое количество различных пластмасс, отличающихся физическими
и технологическими характеристиками.

К группе термореактивных материалов относятся порошки
К-21-22 и К-211-2, которые обладают хорошими электроизоляцион-
ными свойствами; они применяются для изготовления ламповых
панелей, каркасов катушек и других деталей, работающих в поле
высокой частоты.

Порошки К-211-3 и К-211-4 отличаются от предыдущих тем, что
в них наполнитель из древесной муки заменен на минеральный,
в результате чего они обладают повышенной теплостойкостью. Ма-
териал марки Кб (асбобакелит) имеет в качестве наполнителя ас-
бестовое волокно и обладает повышенной механической прочностью
и теплостойкостью; его изоляционные свойства хуже, чем у преды-
дущих порошков.

У порошков марок К-18-2, К-17-2, К-18-13, К-20-2 электроизо-
ляционные свойства хуже, чем у порошков К-21-22, К-21.1-2. Мар-
ки К-18-2, К-17-2 и др. применяются для бытовой электроаппара-
туры, неответственных изоляционных деталей в радиовещательной
аппаратуре, ручек управления, клемм и других деталей.

Материал АГ-4 изготавливается на основе модифицированной
фенол-формальдегидной смолы и стекловолокна в качестве напол-
нителя. Высокая теплостойкость, хорошая механическая прочность,
хорошие электроизоляционные свойства обеспечили ему широкое
распространение для самых разнообразных целей.

Аминопласты хорошо воспринимают красители, благодаря че-
му из них можно прессовать декоративные детали любого цвета; они
обладают хорошей дугостойкостью, поэтому их целесообразно ис-
пользовать для изготовления коммутационной аппаратуры.

Термопластичные материалы обладают наименьшей влагопогло-
щаемостью и лучшими электроизоляционными свойствами, осо-
бенно в диапазоне сверхвысоких частот. К этой группе относятся
полиэтилен (теплостойкость 100—120°С) и полистирол (теплостой-
кость 80°С). Полиэтилен, имеющий хорошую гибкость, использует-
ся в качестве изоляции в высокочастотных кабелях.

Полистирол можно использовать для изготовления каркасов
катушек и других деталей, работающих в поле высокой частоты. К
числу его недостатков следует отнести склонность к образованию
поверхностных трещин при изменении температуры окружающего
воздуха, а также — в результате старения.

Наиболее теплостойким материлом является фторопласт-4, ко-
торый одновременно обладает хорошими диэлектрическими свой-
ствами до диапазона сверхвысоких частот (СВЧ). Детали из фторо-
пласта изготавливают методом механической обработки из прутков
или брусков.

Для изготовления деталей радиоаппаратуры, работающей в
условиях влажного тропического климата, применяют материалы,
стойкие к грибообразованию. К их числу относятся К-18-22, К-211-3,
К-211-34, АГ-4, фторопласт-4, полиэтилен и другие.

Керамические материалы. В соответствии с ГОСТ 5458—57 все
керамические материалы, независимо от химического состава, по
физическим характеристикам делятся на семь классов.

Материалы I, II, III классов отличаются различными значения-
ми диэлектрической проницаемости е и температурного коэффициента
диэлектрической проницаемости [т. к.(е)] и предназначены для из-
готовления керамических конденсаторов.

Свойства и область применения керамических материалов IV,
V, VI и VII классов приведены в табл. 2.1

Таблица 2.1

Свойства и область применения керамических материалов

Класс Группа е т. к. (е) -106 Область применения
IV а < 7,5 + (110 т 30) Для мелких установочных де- талей
б < 8,5 + (НО + 30) Для крупных установочных деталей
в < 6,5 + ( 60 т 20) Для катушек индуктивности высокой стабильности и вы- сокостабильных конденса- торов
V — < 9 + (110 + 30) Для мелких и средних деталей с высокой механической проч- ностью и теплостойкостью
VI — < 7,5 не нормируется Для изоляторов вакуумных приборов
VII < 7,5 ЙР (200 Т 100) Для установочных деталей, не определяющих стабиль- ность частоты
Материалы для литых деталей. В производстве радиоаппара-
туры наибольшее распространение получили алюминиевые и маг-
ниевые сплавы, обладающие хорошими литейными свойствами, ма-
лым удельным весом, хорошей сопротивляемостью нагрузке. К чис-
лу указанных сплавов относятся:

1) АЛ2 (применяется для изготовления установочных деталей);

2) АЛ4 (используется для крупных нагруженных деталей);

3) АЛ8 (применяется для ответственных деталей несложной фор-
мы, работающих при ударных нагрузках);

4) АЛ9 (употребляется для тонкостенных деталей сложной фор-
мы);

5) МЛ4 (используется для деталей, испытывающих статические
и динамические нагрузки);

6) МЛ5 (применяется для высоконагруженных деталей).

§ 2. Основы выбора покрытий

Классификация условий эксплуатации. С точки зрения воздей-
ствия окружающей среды на поверхность деталей, условия эксплу-
атации делятся на следующие четыре группы:

1. Легкие условия (Л). В легких условиях находятся детали ап-
паратуры, эксплуатируемой в закрытых отапливаемых и вентили-
руемых помещениях, атмосфера которых лишена промышленных,
топочных и других газов.

2. Средние условия (С). В таких условиях находится аппаратура,
эксплуатируемая в атмосфере, содержащей незначительное коли-
чество газов и морских испарений; относительная влажность возду-
ха периодически достигает 98%; температура колеблется от — 50
до 4- 70°С; непосредственного воздействия дождя, снега и морской
воды нет.

3. Жесткие условия (Ж). В жестких условиях находятся детали
аппаратуры, которая эксплуатируется в атмосфере, содержащей
значительное количество промышленных и других газов, а также
при непосредственном воздействии дождя, снега; относительная
влажность воздуха достигает 98%; температура колеблется в пре-
делах от — 70 до +70°С.

4. Морские условия (М). В таких условиях находится аппарату-
ра, эксплуатируемая на судах, в условиях непосредственного воз-
действия морской воды или атмосферы, насыщенной ее испарениями.

Классификация покрытий. По назначению все покрытия делят-
ся на следующие группы:

а) защитные, предназначенные для защиты от коррозии деталей,
эксплуатируемых в легких, средних, жестких и морских условиях;

б) защитно-декоративные — для декоративной отделки поверх-
ности с одновременной защитой от коррозии;

в) специальные — для придания поверхности специальных
свойств (повышенной электропроводности, твердости и т. д.).
По виду покрытия делятся на металлические и неметалличес-
кие. По способу нанесения — на гальванические и химические. К
металлическим относится покрытие детали слоем другого металла
(например, цинка). Пример неметаллического покрытия — оксид-
ная пленка на поверхности металла.

К группе неметаллических относятся также лакокрасочные пок-
рытия, которые применятся для поверхностей, не требующих точ-
ных допусков и посадок, электропроводности при механических со-
единениях, не предназначенных для сварки и пайки и не подвергаю-
щихся значительным механическим воздействиям.

Коррозия металлов и физика защитных свойств металлических
покрытий. Коррозией называется разрушение металла вследствие
его химического или электрохимического взаимодействия с окру-
жающей средой. При эксплуатации материал детали взаимодействует
с кислородом воздуха и окисляется им. Процесс разрушения метал-
ла идет более интенсивно во влажной атмосфере: различные газы,
загрязняющие воздух, реагируя с водой, образуют вещества, ко-
торые воздействуют на поверхность металла и разрушают его.

Одной из причин быстрого разрушения металлов является кон-
тактная коррозия, которая возникает при воздействии влаги на мес-
то соединения двух разнородных металлов. Влага с содержащимися
в ней газами и солями различных веществ образует электролит. Раз-
нородные металлы при взаимодействии с электролитом по-различ-
ному отдают ему свои электроны. Таким образом, в результате взаи-
модействия двух разнородных металлов и электролита образуется
элементарный короткозамкнутый гальванический элемент и по
детали текут токи, величина которых зависит от разности электрод-
ных потенциалов двух металлов. (Значения электродных потенциа-
лов приведены в табл. 2.2.) При этом металл, имеющий более отри-
цательный потенциал, ведет себя как анод в ванне и разрушается.

Таблица 2.2

Электродные потенциалы металлов

Металл Электродный потенциал, в Металл Электродный потенциал, в
Магний —1,55 Олово . -0,14
Алюминий —1,3 Свинец . —0,13
Цинк —0,76 Медь +0,34
Хром —0,56 Серебро +0,8
Железо —0,44 Золото + 1,5
Кадмий —0,4
Никель —0,25

Если на деталь нанести покрытие из металла, имеющего более
отрицательный потенциал, чем у основного металла детали, то при
24
воздействии влаги в первую очередь будет разрушаться металл по-
крытия, а основной металл детали разрушаться не будет. Такое по-
крытие, называемое анодным, хорошо защищает материал детали
от коррозии.

Покрытие, материал которого имеет более положительный по-
тенциал, чем у основного металла детали, называется катодным.
Такое покрытие защищает деталь от коррозии только механически.
При образовании в слое покрытия даже незначительного механи-
ческого разрушения (например, царапины) и проникновении туда
влДги начинается контактная коррозия, при которой разрушению
подвергается металл, имеющий более отрицательный электродный
потенциал, т. е. металл детали.

При наличии катодного покрытия разрушение детали может
идти более интенсивно, чем при отсутствии покрытия.

В силу перечисленных причин нежелательно вводить в сопри-
косновение две детали, которые изготовлены из металлов с боль-
шой разностью электродных потенциалов. Металлы, образующие
недопустимые гальванические пары, приведены в табл. 2. 3.

Таблица 2.3

Недопустимые гальванические пары

Металлы и сплавы основные Дополнительные металлы и сплавы, образующие недопустимые гальванические пары с основными
Алюминий и все сплавы на его основе Магниево-алюминиевый сплав Цинк и его сплавы Сталь нелегированная, олово, свинец, кадмий Никель, хром Медь и ее- сплавы, серебро, золото, пла- тина, палладий, родий, олово, никель, хром Сталь легированная и нелегированная, хром, никель, медь, свинец, олово, зо- лото, серебро, платина, палладий, родий Медь и ее сплавы, серебро, золото, пла- тина, палладий, родий Медь, серебро, золото, платина, палладий, родий Серебро, золото, платина, палладий, родий

Выбор покрытия. При выборе покрытия для детали необходи-
мо учитывать следующие факторы:

а) условия эксплуатации (Л, С, Ж, М);

б) коррозийную устойчивость материала детали при данных ус-
ловиях эксплуатации;

в) допустимые и недопустимые гальванические пары;

г) механические, электрические и другие свойства материала
покрытия.

Значения коррозийной устойчивости различных металлов при-
ведены в табл. 2.4.

Основные свойства некоторых покрытий и метод обозначения
их в чертежах. Материал покрытия осаждается на детали неравно-
мерно: на выступающих частях детали толщина слоя больше, во
Таблица 2.4

Характеристики коррозийной устойчивости металлов

Наименование материала

Характеристика коррозийной устойчивости

Хромо-никелевая нержавеющая сталь,
алюминиевая, берилиевая и фосфо-
ристая бронзы

Хромистая нержавеющая сталь, медь,
латунь, бронза оловянистая

Силумины

Углеродистая и малоуглеродистая
стали, дуралюминий, сплавы, со-
держащие цинк, алюминий, магний

Железо с примесями серы, сплавы
с высоким содержанием железа,
меди, никеля; магниевые сплавы

Совершенно устойчивы и не требуют
покрытия в легких, средних и же-
стких условиях при отсутствии в
атмосфере топочных, промышлен-
ных и других газов

Менее устойчивы, но могут приме-
няться без покрытия в легких и
средних условиях

Корродируют слабо и требуют неко-
торой дополнительной защиты в
средних и жестких условиях

Не могут применяться без защиты

Корродируют сильно и не могут при-
меняться без тщательной защиты

впадинах — меньше. В глубоких глухих отверстиях могут остаться
непокрытые места.

Не рекомендуется, а для жестких условий не допускается, произ-
водить гальваническую или химическую обработку узлов, имею-
щих резьбовое соединение, плотную нахлестку, сварные швы и т. п.,
так как из щелей и пор, имеющихся в таких узлах, электролит пол-
ностью не может быть удален. По тем же причинам не рекомендует-
ся производить гальваническую или химическую обработку литых
деталей, материал которых имеет пористую структуру.

Цинкование. Применяется преимущественно для защиты дета-
лей из черных металлов; образует анодное покрытие, выдерживает
развальцовку и изгибы; цинкованные детали плохо паяются и сва-
риваются. Коррозийную устойчивость покрытия можно улучшить
образованием на поверхности цинкованной детали пассивной плен-
ки, защищающей сам цинк (покрытие с пассированием).

Кадмирование. Применяется как защитное покрытие для чер-
ных и цветных металлов, особенно при работе в морских условиях;
кадмированные детали выдерживают изгиб, вытяжку, развальцов-
ку, хорошо паяются. На деталях, имеющих сложную конфигурацию,
кадмий осаждается более равномерно, чем цинк.

Никелирование. Применяется как антикоррозийное и декора-
тивное покрытие для меди и ее сплавов, с которыми никель образует
анодное покрытие. С железом никель образует катодное покрытие
и поэтому для его защиты от коррозии не применяется.

Меднение. Как самостоятельное покрытие не применяется; медь
используется в качестве подслоя при некоторых других покрытиях,
а также для повышения поверхностной электропроводности детали.
Хромирование. Применяется для покрытия деталей из стали,
меди и никеля. Хромовое покрытие пассивируется, в результате
чего его электродный потенциал несколько повышается и становит-
ся положительнее потенциала железа (катодное покрытие); поэто-
му хром не может обеспечить защиту железа от коррозии. Хромовое
покрытие создает нетускнеющую твердую пленку, которая хорошо
работает на трение; поэтому хромовое покрытие применяют для де-
талей подвижных соединений.

Лужение. Применяется как антикоррозийное покрытие для цвет-
ных и отчасти черных металлов, а также — для улучшения ус-
ловий пайки. Покрытие мягкое, хорошо выдерживает гибку, вы-
тяжку.

Серебрение. Применяется, главным образом, для повышения
электропроводности и улучшения пайки меди и ее сплавов. По от-
ношению к железу обладает ярко выраженными катодными свой-
ствами и для его покрытия не применяется.

В ряде случаев для деталей применяются многослойные по-
крытия. Так, например, для стальных деталей используют двух-
слойное покрытие (медь, никель), трехслойное покрытие (медь, ни-
кель, хром) и т. д. Подробные указания по выбору покрытий имею-
ся в междуведомственной нормали «Покрытия гальванические и хи-
мические». Для стальных деталей, работающих в тропических
условиях, применяют покрытие кадмием, хроматное пассивирова-
ние, трехслойное (медь, никель, хром), а для деталей, работающих
на трение, — хром толщиной 60 мк и др; для меди и ее сплавов —
покрытие никель — хром, серебрение, хромирование и др.

Все покрытия (за исключением лакокрасочных) обозначаются
в чертежах условным цифровым кодом. Первая цифра обозначе-
ния определяет принадлежность покрытия к данному виду: цифрой
/ обозначают металлические негальванические покрытия; цифрой
2 — неметаллические химические, цифрой 3 — гальванические ме-
таллические и неметаллические.

Вторая группа из двух цифр обозначает разновидность покры-
тия. Например, для гальванических покрытий число 11 обозначает
цинкование матовое, а число 25 — серебрение.

В обозначение металлических гальванических покрытий входит
третья группа из одной или двух цифр, которая определяет мак-
симальную толщину покрытия в микронах. Например, 3.13.7
обозначает цинкование блестящее с толщиной слоя цинка 7 мк.

§ 3. Основные принципы назначения допусков,
посадок и класса чистоты поверхности
для деталей радиоаппаратуры

При выполнении чертежа детали необходимо на все размеры
дать допуски, которые должны быть выбраны так, чтобы деталь вы-
полняла свои функции в узле и была взаимозаменяема с другими
такими же деталями. При отсутствии взаимозаменяемости затруд-
няется процесс сборки и ремонта аппаратуры в эксплуатации и ста-
новится невозможной механизация сборочных операций.

В соответствии с действующим в настоящее время Общесоюзным
стандартом система простановки допусков на детали и получения
различных посадок при сопряжении деталей состоит из двух само-
стоятельных систем: системы вала и системы отверстия.

В каждой системе существует 10 классов точности (1, 2, 2а, 3,
За, 4, 5, 7, 8, 9).

Рис. 2.1. Сопряжение деталей в системе отверстия и вала

Характер сопряжения деталей называется посадкой. По на-
значению посадки делятся на подвижные и неподвижные; неподвиж-
ные посадки, в свою очередь, делятся на две группы: прессовые и
переходные. При подвижных посадках диаметр отверстия всегда
больше диаметра вала, т. е. между отверстием и валом существует
гарантированный зазор, что обеспечивает подвижное соединение
деталей. При прессовых посадках диаметр отверстия всегда мень-
ше диаметра вала, т. е. существует гарантированный натяг, что
обеспечивает прочное неподвижное соединение деталей.

При переходных посадках диаметр отверстия может быть несколь-
ко больше, равен или меньше диаметра вала. При сочленении от-
верстия с валом может быть как зазор, так и натяг, однако величи-
на зазора и натяга получается соответственно меньше, чем у подвиж-
ных и прессовых посадок при том же классе точности.

В системе отверстия у отверстия, независимо от характера по-
садки величина поля допуска и его расположение относительно но-
минального размера остаются неизменными (при одном и том же
классе точности и номинальном размере); различные посадки полу-
чаются благодаря изменению величины поля допуска и его положе-

ния относительно номинального размера у вала.

В системе вала у вала остается неизменным при одном и том же

классе точности величина поля допуска и его положение относитель-
но номинального размера; различные посадки получаются благо-

даря изменению поля до-
пуска и его положения у
отверстия. Сказанное ил-
люстрируется рис. 2.1, где
показаны поля допусков
для прессовой, плотной и
ходовой посадок в систе-
мах вала и отверстия.

Размеры, непосредст-
венно примыкающие друг к
Другу, образуют размер-
ную цепь. Примеры раз-
мерных цепей приведены
на рис. 2.2. Размерная
цепь, показанная на рис.
2.2,6, называется замкну-
той. Такая простановка
размеров — неправильная,
так как в процессе изго-
товления детали можно вы-

Неправильно

Рис. 2.2. Пример простановки размеров на
чертеже детали

держивать любые три из имеющихся на чертеже размеров. Чет-
вертый размер получается вполне определенным, как функция
первых трех. Размеры на чертежах проставляют так, чтобы они
образовывали незамкнутую цепь. Пример незамкнутой размерной
цепи показан на рис. 2.2,а. Отсутствующий на этом чертеже раз-
мер 5 называется замыкающим.

Рис. 2.3. Схема размерной цепи

Рассмотрим, как можно вычислить номинальную величину за-
мыкающего размера и его предельные отклонения, если известны
номинальные величины и предельные отклонения всех размеров,
образующих размерную цепь. На рис. 2. 3 показана размерная цепь,
в которой замыкающий размер обозначен через 5, а первичные (про-
ставляемые на чертежах) — х и у.

Номинальная величина размера 5 при любой сложности раз-
мерной цепи может быть вычислена по формуле:

5 = хх + х2 +... 4- хп — (г/14" У2 + • • • + У^- (2-1)

Как видно из рис. 2.3 и формулы (2. 1) буквами х обозначены те
размеры, которые должны суммировать, а у — теразмеры, которые
должны вычитаться из первой суммы, при определении номиналь-
ной величины замыкающего размера.

Верхние отклонения размеров будем обозначать через а, а ниж-
ние — р с соответствующими индексами, указывающими на то, что
это отклонение относится к тому или иному размеру (например, ах
Рхг ау1> Ру1 И т. Д.).

Для определения верхних и нижних предельных отклонений
замыкающего размера можно воспользоваться следующими форму-
лами:

а5= % + % + ••• + % — + • •* + (2.2)

Р$=₽х, + Рх2 + + — (%.+% + ••• +%„)• <2'3)

В формулы (2.2) и (2.3) необходимо подставлять верхние и нижние
отклонения с теми знаками, какие поставлены на чертеже. Восполь-
зуемся этими формулами для определения замыкающего размера 5
на рис. 2.2.

Пусть А = 20+°’28; В = 162“;‘2; О = 5О_о>34.

Как видно из чертежа 5 = Ь — А — 5 = 50 — 20 — 16 =
= 14 мм.

Для рассматриваемого примера

%2 = — 0.12; ^=—0.36; = + 0,28; ^ = 0; = 0; = —0,34.

В соответствии с формулами (2.2) и (2.3)

«5 = % ~ (Рй + $у) = 0 - (0 - 0,36) = + 0,36;

Р5 = Рх - (%,+ %2) = - °>34 - (0,28 -0,12) = - 0,5;

5= И-оТ.

Как видно из полученного результата, поле допуска на замы-
кающий размер получилось значительно больше, чем поле допуска
на любой из заданных размеров. Нетрудно показать, что поле до-
пуска на замыкающий размер равно арифметической сумме полей
допусков на все первичные размеры. Поэтому в качестве замыкаю-
щего следует выбирать такой размер, который не является сопря-
гаемым.

В практике расчета размерных цепей встречаются случаи, когда
звенья цепи оказываются непараллельными. Пример такой цепи
показан на рис. 2. 4, где требуется определить межцентровое рас-
стояние х (допуски на углы аир при расчете не учитываются). При
расчете такой цепи следует спроектировать величины АС и СВ
на направление АВ, в результате чего будут получены звенья

Рис. 2.4. Размерная цепь с непараллельными звеньями

хг= АС 81п а и х2 = СВ 81п Р, которые с искомым звеном х обра-
зуют параллельную размерную цепь. Дальнейший расчет следует

Рис. 2.5. К расчету допусков

вести по формулам (2.2 и 2.3).

Рассмотрим, как нужно вы-
бирать допуски на межцентро-
вые расстояния для крепеж-
ных отверстий, когда требует-
ся обеспечить взаимозаменя-
емость собираемых деталей.

На рис. 2.5, а изображены
две плиты с гладкими отвер-
стиями, соединяемые при помо-
щи винтов; допуски на меж-

центровое расстояние и диаметры отверстий в плитах одинаковые.

Для взаимозаменяемости деталей необходимо выполнить следую-
щее соотношение:

дс^о — а.

(2.4)
В этой формуле

АС — допуск на межцентровое расстояние,

(1 — максимальный диаметр винтов (шпилек, заклепок),
О — минимальный диаметр отверстий.

При расположении отверстий, показанном на рис. 2.’ 5, б, необ-
ходимо выполнить следующее соотношение:

1,4дс<р—а.

(2.5)

Обозначения в формуле (2.5) такие же, как в формуле (2.4).

Рис. 2.6. К расчету зависимости зазора
от температуры

Если в одной из плит
имеется резьбовое отверстие,
а в другой гладкое, то вза-
имозаменяемость деталей при
сборке будет обеспечиваться
при выполнении следующих
соотношений:

для расположения отвер-
стий, показанного на рис.
2. 5, а

— (2.6)

для расположения, показан-
ного на рис. 2.5,6,

2,8ДС^О —б/. (2.7)

Обозначения в формулах (2.6)
и (2.7) такие же, как в формуле (2.4); При выборе посадок со-
прягаемых деталей необходимо учитывать, что многие категории
радиоаппаратуры работают при изменении температуры в широ-
ких пределах. Происходящие при этом линейные изменения раз-
меров деталей могут привести к изменению характера посадки.

На рис. 2.6 изображен вал, который должен вращаться в под-
шипнике. Материал вала — сталь, материал подшипника — латунь.
Размеры вала и отверстия выбраны по посадке движения второго
класса точности в системе отверстия. При этом диаметры вала и от-
верстия соответственно равны:

, 1 О-0’006 л 1 о+°’019

^в * —0,018 ’ ^отв ’

Номинальная величина зазора 5 в рассматриваемом примере рав-
на нулю. Верхнее и нижнее предельные отклонения для зазора вы-
числим по формулам (2. 2) и (2. 3):

а5 = 0,019 — (— 0,018) = 0,037 мм,
= о — (— 0,006) = 0,006 мм.
Таким образом, между отверстием и валом существует гарантиро-
ванный зазор 0,006 мм, что обеспечивает подвижное соединение.

При понижении температуры окружающего воздуха от + 20°С
до —60°С (изменение температуры на—80°С) произойдет умень-
шение размеров вала и отверстия, которые можно подсчитать по сле-
дующим формулам:

А^отв = ал-^отв-д^= 19.10"”6’18(—80) =—0,0273 мм,
△йв = аст. йв. △/ = 12 • 10“в • 18 (— 80) - — 0,0173 мм.

В этих формулах ал и аст — температурные коэффициенты линейно-
го расширения латуни и стали, соответственно равные 19-10~6
и 12 • 10~6. В результате уменьшение зазора между отверстием и
валом будет равно: 0,0273 — 0,0173 = 0,01 мм.

Так как при температуре + 20°С зазор мог составлять 0,006 мм,
то после понижения температуры может появиться натяг, равный
0,004 мм. Таким образом, подвижная посадка превратилась бы в
неподвижную. Из этого примера следует, что при выборе посадок
необходимо проверять, как изменится зазор или натяг при измене-
нии температуры окружающей среды.

В рассмотренном примере можно выбрать для сопряжения вала
и отверстия ходовую посадку по второму классу точности, которая
даст соединение с зазором от 0,016 до 0,052 мм. В этом случае при
уменьшении зазора на 0,01 мм (из-за понижения температуры) меж-
ду отверстием и валом останется зазор 0,006 мм и подвижность по-
садки сохранится.

Однако такое решение, когда неизменность характера посадки
обеспечивается увеличением гарантированных зазоров (или на-
тягов), не всегда является приемлемым. Если рассмотренный выше
подшипник работает в зубчатой передаче, к которой предъявляют-
ся высокие требования по точности, то увеличение зазоров приведет
к уменьшению точности передачи, что может ухудшить электри-
ческие параметры изделия. Следует иметь в виду, что в нашем при-
мере при повышении температуры зазор между отверстием и валом
будет увеличиваться. В тех случаях, когда при изменении темпе-
ратуры величина зазора (натяга) не должна меняться, детали изго-
тавливают из материалов с одинаковыми или близкими значениями
температурного коэффициента линейного расширения.

При выборе класса точности и посадки необходимо определить
характер сопряжения и величину зазора (натяга), исходя из функ-
ционального назначения деталей в узле и требований к точности
узла. Только потом следует подобрать необходимую посадку и класс
точности, пользуясь таблицами допусков и посадок, которые при-
водятся в соответствующих справочниках. После этого следует рас-
считать, как изменится посадка при заданном изменении темпе-
ратуры окружающей среды.

В механизмах радиотехнических изделий наиболее широкое при-
менение получили следующие посадки:

2 Г. Д. Фрумкин

33
а) в системе отверстия — Г, Т, Н, С, Д, X, Пр 13, С3, Х3,

С3а> С4, Х4

б) в системе вала — Т, Н, П, X.

Глухая посадка применяется для соединений, требующих пол-
ной неподвижности. Дополнительное крепление осуществляется
шпонками, штифтами.

Тугая посадка применяется для тех же целей, что глухая, но
в тех местах, где требуется частая разборка или недопустима дефор-
мация тонкостенных деталей.

Скользящая посадка применяется для деталей, требующих лег-

кой сборки с минимальными зазорами, а ходовая посадка — для

Рис. 2.7. Искажения формы детали:

а) — конусность; б) — бочкообразность; в) — оваль-
ность

лельны. Обычно, считается, что если

деталей, требующих лег-
кого вращения.

Фактическая форма де-
тали отличается от теоре-
тической, изображенной на
чертеже. Например, вал,
показанный на рис. 2. 6,
может иметь конусность,
бочкообразность, оваль-
ность, (см. рис. 2,7) и дру-
гие отклонения от правиль-
ной геометрической фор-
мы; осевые линии отвер-
стий, показанных на рис.
2.5, могут быть непарал-
на чертеже нет специаль-

ных оговорок, то отклонения от правильной геометрической формы

могут лежать в пределах допусков на соответствующие размеры.
Например, вал, показанный на рис. 2.6, на одном конце может иметь
диаметр 17,994 мм, а на другом — 17,982 мм.

В тех случаях, когда такие отклонения нежелательны, на черте-
жах нужно оговаривать допустимые величины непрямолинейнос-
ти, неплоскостности, непараллельности, овальности, конусности,
неперпендикулярности, несоосности, радиальных и торцовых бие-
ний и других отклонений от правильной геометрической формы.

На способность деталей выполнять свои функции оказывает
влияние чистота обработки поверхности, которая в соответствии с
ГОСТ 2789—51 оценивается величиной микронеровностей. ГОСТ
предусматривает 14 классов чистоты (от VI доVVVV14). Ука-
занные обозначения проставляются в чертежах на поверхности,
которая должна иметь соответствующую обработку, или на вынос-
ной линии.

Особо важно правильно выбрать чистоту поверхности для де-
талей, связанных между собой определенными посадками. В по-
движных соединениях наличие больших микронеровностей * может
привести к истиранию поверхности и увеличению зазора. Кроме
того, величина трения в соединении тем больше, чем больше микро-
неровности.

Наиболее жесткие требования к чистоте поверхности предъяв-
ляются к деталям соединений, выполненным по высоким классам
точности (например, по 2-му), если стабильность зазора имеет су-
щественное значение, а характер работы соединения приводит к
значительному износу деталей. В таком случае применяют поверх-
ности с чистотой по 8—9-му классам. Если зазор в соединении пре-
дусмотрен только для свободного соединения двух деталей, в про-
цессе работы износа поверхностей не будет, для деталей, выполнен-
ных по 3-му классу точности, можно предусматривать чистоту по-
верхности по 6-му классу (Х7Х76).

В неподвижных посадках недостаточная чистота поверхности
может привести к смятию гребешков микронеровностей, что вызо-
вет ослабление соединения в эксплуатации при действии нагрузок.
С другой стороны, при переходных посадках слишком чистая по-
верхность может вызвать затруднения при сборке, если натяг в со-
единении окажется близким к максимальному.

В соединениях, выполненных по 2-му классу точности и испы-
тывающих при эксплуатации большие нагрузки, выбирают чистоту
поверхности по 7—8-му классам (VVV7,VVV8).

В соединениях, выполненных по переходным посадкам 2 и 3-го
классов точности, а также в нагруженных соединениях 3-го класса
точности выбирают чистоту по 6—7-му классам (V Х7б,\7\7 V7).
Чем больше диаметр соединяемых деталей, тем большая величина
микронеровностей может быть допущена при прочих равных усло-
виях. Чем меньше величина микронеровностей на поверхности де-
тали, тем меньше она подвержена действию коррозии. Поэтому вы-
сокие классы чистоты поверхности применяют у деталей, которые
будут работать без гальванических покрытий при повышенной влаж-
ности воздуха. Необходимо отметить, что при нанесении гальвани-
ческих покрытий величина микронеровностей возрастает.

Влияние шероховатости поверхности на работу сопрягаемых
деталей, по которым протекает электрический ток, будет рассмот-
рена в гл. IX.
Г лава III

КОНСТРУКТОРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

§ 1. Порядок проектирования радиоаппаратуры

Разработка каждого изделия начинается после получения Тех-
нического задания (ТЗ), согласованного между разработчиком и
заказчиком. Первый этап разработки — эскизное проектирование,
в процессе которого выбирается оптимальный принцип действия
изделия, его блок-схема и принцип конструктивного выполнения.
При эскизном проектировании должен быть решен вопрос о возмож-
ности выполнения требований технического задания, для чего де-
лаются необходимые расчеты, изготавливаются макеты отдельных
частей изделия. После утверждения заказчиком эскизного проекта
приступают к выполнению технического проекта, который должен
содержать схему изделия с подробными расчетами и сведения*о его
конструкции. В процессе технического проектирования разрабаты-
ваются эскизы конструкции и изготавливается конструктивный ма-
кет. Технический проект вместе с результатами проверки конструк-
тивного макета предъявляется заказчику. После одобрения заказ-
чиком технического проекта приступают к разработке документа-
ции на опытные образцы и к их изготовлению.

Опытные образцы проходят следующие испытания на соответ-
ствие требованиям ТЗ:

1. Предварительные испытания, проводимые специальной комис-
сией, в результате которых принимается решение о возможности
или невозможности предъявления образцов на Государственные ис-
пытания.

2. Государственные испытания, проводимые специально создан-
ной Государственной комиссией. Эта комиссия принимает решение
о возможности или невозможности запуска аппаратуры в произ-
водство.

При всех испытаниях параметры аппарата проверяются в нор-
мальных условиях, также при климатических и механических воз-
действиях, иммитирующих условия эксплутации. При Государст-
ве
венных, а иногда и при предварительных испытаниях проводится
проверка изделия в реальных условиях эксплуатации.

По результатам Государственных испытаний, при необходимос-
ти производится коррекция документации. После этого на том пред-
приятии, которое в будущем будет серийно выпускать изделие, из-
готавливается опытная серия.

Цель изготовления опытной серии — доработка опытного образ-
ца применительно к технологии определенного предприятия. Пос-
ле необходимой корректировки документации приступают к изго-
товлению установочной серии, цель которой — организация серий-
ного производства и полная проверка всей технологической под-
готовки.

После изготовления установочной серии начинается серийное
производство, при котором выпуск аппаратуры производится по
окончательно отработанной и проверенной в производстве конструк-
торской документации и по полностью оснащенному технологичес-
кому процессу.

§ 2. Конструкторская документация

Классификация изделий. В соответствии с Междуведомственной
нормалью «Система чертежного хозяйства» (МН СЧХ) все изделия
в зависимости от конструктивных особенностей, эксплуатацион-
ного назначения и характера производственного планирования под-
разделяются на девять классов. К 7, 8 и 9-му классам относятся де-
тали — изделия, изготавливаемые без применения сборочных опе-
раций. Примером детали может служить ось, изготовленная из од-
ного куска материала: та же*ось, но с напрессованной на нее шестер-
ней, уже не является деталью, так как для ее изготовления требует-
ся применение сборочной операции — напрессовки. К классу де-
талей относятся также изделия, изготовленные без применения сбо-
рочных операций, но подвергающиеся покрытию, изготовленные
из одного куска материала с применением сварки, пайки, склейки,
а также изготовленные из сложного материала (например, из би-
металла)*.

Классы 5-й и 6-й образуют узлы — изделия, состоящие из со-
единенных разъемными и неразъемными способами составных ча-
стей и оформленные сборным чертежом с целью выделения промежу-
точного этапа сборки более сложного изделия. Узлы не имеют са-
мостоятельного эксплуатационного назначения и не требуют само-
стоятельного производственного планирования. Примерами узлов
могут служить упомянутая выше ось с шестерней, ручка из пресспо-
рошка с металлической втулкой и т. д. В состав узла могут входить
другие, более мелкие узлы, а также приборы и группы (см. ниже).

Во 2, 3 и 4-й классы входят приборы — изделия, имеющие са-
мостоятельное эксплуатационное назначение. К классу приборов
могут быть отнесены радиоприемник, двигатель, конденсатор и др.

В производстве встречаются изделия, которые не имеют самостоя-
тельного эксплуатационного назначения, но изготавливаются для
других предприятий в силу их многократного применения.
Такие изделия, называемые группами, входят в 4,3 или 2-й классы.
К 4-му классу относятся также комплекты — наборы изделий, не
предназначенные для непосредственного соединения между собой,
но имеющие общее эксплуатационное назначение. Примером комп-
лекта будет комплект запасных частей для ремонта, комплект ин-
струмента и т. д.

В состав приборов, групп, комплектов могут входить детали,
узлы, а также другие приборы, узлы и комплекты.

В 1-й класс входят системы — совокупности изделий, соединя-
емых между собой при эксплуатации и имеющих самостоятельное
эксплуатационное назначение.

Систему, например, образуют телевизионный приемник и теле-
визионная антенна; между тем радиовещательный приемник с
установленной внутри рамочной антенной должен быть отнесен к
категории приборов. В состав системы могут входить приборы,
комплекты, а также другие более мелкие системы.

Комплектность, виды и обозначение конструкторских докумен-
тов. Конструкторскими документами называют совокупность доку-
ментов (чертежей, схем, технических условий, описаний, инструк-
ций и др.), которые содержат все необходимые сведения для разра-
ботки технологического процесса, для изготовления, проверки
и эксплуатации изделия; в зависимости от его конструктивных осо-
бенностей, комплект документов может иметь различный состав.
Например, для изготовления, рукоятки переключателя достаточно
иметь чертеж; для магнита электродинамического громкоговорителя,
кроме чертежа, необходимо иметь технические условия, в которых
должны быть приведены требования к электромагнитным характери-
стикам изделия, а также методы их проверки и другие сведения.

Для радиоприемного устройства, кроме чертежей и технических
условий, необходимо иметь принципиальную и монтажную схемы,
а также техническое описание и инструкцию по эксплуатации.

По способу выполнения и характеру использования конструк-
торские документы делятся на следующие виды:

1. Эскизы — документы временного действия, предназначен-
ные для разового пользования и выполненные на любом материале;
обычно эскизы используются для изготовления макетов и лаборатор-
ных образцов.

2. Подлинники — документы, выполненные на материале, до-
пускающем снятие с них свето- и фотокопий (кальки и негативы).
Подлинники должны иметь подписи лиц, которые их разработали,
проверили и утвердили.

3. Дубликаты — копии подлинников, выполненные на материале
допускающем снятие с них свето- и фотокопий. Дубликаты предна-
значены для снятия с них копий на разных предприятиях, если они
выпускают одно и то же изделие.
4. Оригиналы — документы, выполненные на любом материале
и предназначенные для изготовления подлинников. Обычно ориги-
налы, предназначенные для изготовления калек, выполняют каран-
дашом на белой плотной бумаге; оригиналы для изготовления нега-
тивов выполняют тушью.

5. Копии — документы, изготовленные с подлинников или дуб-
ликатов и предназначенные для непосредственного использования
в производстве и при эксплуатации изделия.

АВ 4 770 005

^Порядковый номер изделия с

данной децимальной характеристикой

Децимальная характеристика
изделия

Различительный индекс предприятия,_____

выпустившего чертеж

Рис. 3.1. Децимальный номер изделия

77 О

I Вид-с сердечником из
магнитодиэлектрика

Тип -индиктивность высокой
частоты

Сектор - транссрорматоры,___

дроссели, индуктивности

Клосс - приборы _______________

Рис. 3.2. Децимальная характеристи-
ка изделия

В соответствии с принятой в настоящее время системой обозна-
чение конструкторских документов каждого изделия состоит из
двух букв, образующих различительный индекс предприятия, вы-
пустившего документ, и семи цифр: первые четыре цифры образуют
децимальную характеристику
изделия, последние три — его
порядковый,номер. Пример обо-
значения изделия приведен на
рис. 3. 1. Первая цифра деци-
мальной характеристики обо-
значает класс изделия, вторая—
сектор, к которому относится из-
делие, третья — тип, четвер-
тая — вид.

Отнесение каждого изделия
к тому или иному классу, сек-
тору, типу и виду производит-
ся в соответствии с классификатором документов, содержащим-
ся в МН СЧХ, ч. IV. Пример децимальной характеристики
высокочастотной катушки индуктивности с сердечником приведен
на рис. 3.2.

В зависимости от класса изделия и его конструктивных особен-
ностей в комплект конструкторской документации могут входить
(в скобках указан условный шифр документа):

а) чертеж детали (шифра не имеет);

б) чертеж узла (шифра не имеет);

в) чертеж наружного вида (НВ);

г) габаритный чертеж (Г);

д) монтажный чертеж (М);
е) схема блочная (СхБ);

ж) схема общая (СхО);

в) схема принципиальная электрическая (СхЭ);

и) схема функциональная (СхФ);

к) схема электрических соединений (СхС);

л) схема электромонтажная (СхМ);

м) схема кинематическая (СхК);

н) сводная спецификация (Сп);

о) ведомость спецификаций (ВСп);

п) ведомость покупных изделий (ВП);

р) технические условия (ТУ);

с) техническое описание (ТО);

т) инструкция (И);

у) формуляр (Ф);

ф) паспорт (П) и др.

Для каждого вида документов в МН СЧХ имеются специальные
формы и даются указания по их выполнению.

Основным комплектом конструкторской документации называет-
ся совокупность документов, относящихся ко всему изделию в це-
лом, но не включающая документацию на другие, входящие изде-
лия. Например, основной комплект документации на приемное
устройство будет включать сборочный чертеж, сводную специфика-
цию, технические условия, схему принципиальную электрическую
и другую документацию, относящуюся к приемнику в целом.
В основной комплект не будет входить документация (чертежи,
схемы, технические условия и др.) на приборы, узлы и детали, из
которых состоит данный приемник (например, на трансформатор,
контур высокой частоты и т. д.).

Всем документам, входящим в основной комплект, присваивает-
ся один и тот же номер с добавлением шифра документа, например,
АБ2 324 585; АБ2 324 585СП; АБ2 324 585ТУ; АБ2 324 585СхЭ
И т. д.

Полный комплект конструкторской документации на изделие
включает в себя основной комплект документов, а также основные
комплекты документов на все составные части данного изделия (сис-
темы, приборы, группы, комплекты, детали, узлы).

Требования, предъявляемые к чертежам деталей, сборочным
чертежам, сводным спецификациям на приборы и техническим
условиям. Количество проекций, видов, разрезов и сечений на чер-
теже должно быть минимальным, но достаточным для того, чтобы
иметь полное представление о форме детали (для чертежа детали)
и о взаимной связи соединяемых частей (для сборочного чертежа).
Чертежи деталей должны содержать сведения о форме, размерах,
предельных отклонениях, чистоте поверхности, покрытии, твердо-
сти и материале.

На чертеже изделие должно быть показано с теми размерами
и данными, каким оно должно соответствовать после изготовления.
Для деталей, которые должны иметь покрытия, размеры и чистота
поверхности на чертежах соответствуют размерам и чистоте по-
верхности детали до нанесения покрытий. Если покрытие влияет
на сопряжение детали и поэтому размеры детали и чистоту ее по-
верхности необходимо выдержать с учетом покрытия, то на поле
чертежа от соответствующих размеров и знаков делается выносная
линия и около нее на «полке» делается надпись: «после покрытия».
Исключение составляют резьбовые части деталей, для которых раз-
меры и чистоту поверхности выдерживают с учетом покрытия; об
этом дополнительных указаний на чертеже давать не нужно. Все
значения и надписи на чертежах, а также форматы чертежей должны
соответствовать требованиям МН СЧХ.

В соответствующей графе основной надписи чертежа детали по-
мещают данные, характеризующие материал, из которого должна
быть изготовлена деталь. Эти данные должны включать в себя наи-
менование материала, его марку, качественную характеристику (ес-
ли она существует), номер стандарта или технических условий, по
которым выпускается материал. Если деталь должна быть изго-
товлена из материала определенного сортамента, то в этой же графе
основной надписи должно содержаться наименование сортамента,
его размерная характеристика, качественная характеристика сор-
тамента (если она существует), номер стандарта или технических
условий, устанавливающих сортамент. Ниже приведен пример за-
писи материала в чертеже детали: Сталь 20 ГОСТ 1050—57 круг 56
ГОСТ 2590—57.

На сборочном чертеже прибора или группы должны быть ука-
заны габаритные, а также установочные и присоединительные раз-
меры, к числу которых относятся координаты и размеры крепеж-
ных отверстий или других элементов крепления, а также коорди-
наты и размеры элементов конструкции, которые служат для со-
пряжения прибора или группы с другими деталями, узлами, груп-
пами и приборами по другому сборочному чертежу. Кроме того, на
сборочном чертеже должны быть поставлены размеры, которые не
обеспечиваются сопряжением поверхностей соединяемых частей, а
должны быть выдержаны в процессе сборки. Если отдельные состав-
ные части (например, сопротивления, конденсаторы, проводники
и др.) устанавливаются посредством пайки, вставления в гнезда и
другими подобными способами в процессе электрического монта-
жа, то такие части можно не изображать на сборочном чертеже; эти
части изображают на электромонтажной схеме (СхМ) и записывают
в ее угловую спецификацию.

Сборочный чертеж должен иметь угловую спецификацию, в ко-
торую записывают составные части изделия и материалы, исполь-
зуемые по этому чертежу. Графы угловой спецификации заполняют
снизу вверх в следующей последовательности: приборы и группы,
узлы, детали, нормализованные изделия, прочие изделия, материа-
лы.
Запись приборов и групп, узлов, деталей (в пределах каждого
раздела) производится сначала в порядке возрастания буквен-
ных различительных индексов предприятия, а в пределах каждого
различительного индекса — в порядке возрастания номеров.

Нормализованные изделия записываются в угловую специфи-
кацию в следующей последовательности: приборы и группы, узлы,
детали. Внутри каждого раздела нормализованные изделия запи-

9 Сопротивление 1
СП04$510ммУК04№005ТУ
8 Лампа 6Ж56 ЧТУ535-59 1
7 Конденсатор ЭГЦ~а ^~0М 2
ОЖ0464001ТУ
6 НАБ 8940000 Шайба 3 12
5 НАБ8930003 Гайка М3 12
9- НАБ 8902005 Винт М3* 10 12
ГОСТ В1489-42
3 АБ 7 070 005 Экран 1
2 АББ 672105 Панель 1
1 АББ 062235 Катушка 1
Лоз. Обозначение Наименование Коп. Примечание

Рис. 3.3. Угловая спецификация сборочного чертежа

сываются в следующем порядке, в зависимости от различительного
индекса, который стоит после буквы «Н»: изделия с различитель-
ным индексом из двух прописных букв, — с различительным ин-
дексом из одной строчной и одной прописной буквы, — с различи-
тельным индексом из одной цифры и одной буквы, — с различи-
тельным индексом из одной буквы и в конце — без различительного
индекса. В пределах каждого индекса изделия записываются в по-
рядке возрастания номеров.

К «прочим» относятся изделия, которые выпускаются по го-
сударственным стандартам, нормалям, техническим условиям, ка-
талогам или по документам, оформленным не по СЧХ. Запись этих
изделий производится в алфавитном порядке их наименований.
Материалы записываются в порядке, предусмотренном «классифи-
катором» СЧХ.

В графе «Поз.» в порядке возрастания номеров записывают но-
мера позиции составной части.
В графе «Обозначение» указывают номер конструкторского до-
кумента составной части; в графе «Наименование» — полное на-
звание составной части в соответствии с конструкторским докумен-
том. В графе «Количество» записывают количество составных
частей, входящих в данное изделие.

Для изделий, выпускаемых по Государственным стандартам,
нормалям, техническим условиям, каталогам, а также для материа-
лов, графа «Обозначение» не заполняется. Для этих изделий в графе
«Наименование» пишется наименование изделия, его обозначение
и номер документа, по которому оно выпускается.

Пример заполнения спецификации приведен на рис. 3.3.

Сводная спецификация на прибор или группу (СП) выполняет-
ся на специальных формах, имеющихся в МН СЧХ.

Графы сводной спецификации заполняются сверху вниз в сле-
дующей последовательности: документация, приборы и группы,
узлы, детали, нормализованные изделия, прочие изделия, материа-
лы. В каждый раздел СП записываются все соответствующие изде-
лия и материалы, перечисленные в угловой спецификации и монтаж-
ных схемах специфицируемого изделия, а также входящих в него
узлов. Если в состав изделия входят другие изделия, имеющие соб-
ственные СП, то входящие в них составные части в сводную специфи-
кацию не включаются.

Перед каждым разделом СП делается соответствующее заглавие
(«Документация», «Приборы и группы» и т. д.). Внутри разделов
изделия записываются в том же порядке, что и для угловой специ-
фикации сборочного чертежа.

Технические условия составляются на изделие, если чертежи
и схемы не могут содержать комплекс технических требований, необ-
ходимых для его изготовления, испытания, приемки и поставки.
Содержание технических условий (ТУ) разбивается на отдельные
разделы.

В разделе «Определение и назначение» указывается, на какое
изделие распространяются ТУ. При необходимости в этом разделе
может указываться назначение и область применения изделия. Тех-
нические условия могут распространяться на одно или несколько
однотипных изделий. В последнем случае в ТУ включается раздел
«Классификация», в котором указываются классификация изделий
по техническим признакам (например, для полупроводниковых трио-
дов — по величине коэффициента усиления по току, по величине
допустимого напряжения на коллекторе и т. д.).

Если изделие состоит из составных частей, не соединяемых меж-
ду собой, то в ТУ вводится раздел «Комплектность», в котором пе-
речисляются все составные части.

Раздел «Технические требования» должен содержать нормы на
технические характеристики изделия, определяющие его эксплуа-
тационные свойства и качество. Все нормы должны задаваться с до-
пустимыми отклонениями или в виде максимальных и минималь-
ных значений.

В разделе «Правила приемки» излагается порядок приемки го-
товых изделий.

В разделе «Методы испытаний» излагается методика проверки
всех технических параметров, включенных в раздел «Технические
требования»; методика должна содержать условия проведения ис-
пытаний (климатические, режим питания и т. д.), аппаратуру, ис-
пользуемую при испытаниях, порядок проведения испытаний, по-
рядок подсчета результатов. ’

В разделе «Маркировка, упаковка, хранение и транспортирова-
ние» приводятся требования: к маркировке изделий и тары, в ко-
торую оно упаковано; к способам упаковки; к количеству и весу из-
делий, упакованных в одну коробку, ящик; к условиям хранения
изделия на складах; к условиям, при которых может производить-
ся транспортирование изделия.

В разделе «Гарантия» указываются гарантийные сроки хране-
ния и эксплуатации изделия.

§ 3. Организация чертежного хозяйства
на предприятии

Для ведения чертежного хозяйства на каждом предприятии ор-
ганизуется центральный технический архив (ЦТА), в который вхо-
дят следующие подразделения:

а) архив подлинников (хранит подлинники и дубликаты конст-
рукторских документов);

б) архив копий (хранит копии конструкторских документов и обе-
спечивает ими подразделения предприятия);

в) рабочий технический архив (РТА) (принимает, регистрирует,
хранит, выдает и учитывает копии; рабочий технический архив об-
служивает определенные подразделения предприятия);

г) бюро учета (принимает, регистрирует, выдает и учитывает
подлинники и дубликаты; ведет учет применяемости конструктор-
ских документов и их изменений);

д) бюро изменений (вносит изменения в документы на основании
извещений об изменении);

е) мастерская размножения (размножает, брошюрует и перепле-
тает конструкторские документы);

ж) группа комплектации (комплектует документы после их раз-
множения).

Для изделий, находящихся на стадии опытной серии, установоч-
ной серии или серийного производства, изменение или аннулиро-
вание конструкторских документов может производиться только
на основании извещений на изменения, которые подписываются оп-
ределенными должностными лицами.
Пример извещения об изменении показан на рис. 3.4,

В графе «Имеется» приводится изображение участка конструк-
торского документа до изменения, а в графе «Должно быть» — пос-
ле изменения.

Две графы «Изм.» служат для внесения в них порядкового но-
мера (литеры) изменения в виде строчной буквы русского алфавита.
Если в данный документ изменения вносятся первый раз, то в ле-
вой графе делается прочерк, а в правой ставится буква «а», если
изменение вносится второй раз, слева ставится буква «а», а справа —
«б» и т. д.

изм
а

I Дата Выпуска |. _______________

извещение П Обозначение \Срокизг\ Причина изменения

АБ 285 АБ8324005 ^ата) Улучшение конструкции

имеется

изм
б

Должно быть

Лист / Листов 1

Шифр категория
/

Применяемость

Аб 3245043

(подпись, дата)
(фамилия)

Разослать

Цех 5

ОТ К

Приложение

Производственно -
технические
указания

Составил
(фамилия) „
(подпись) #агла

Проверил

(фамилия)
(подпись)

Задел использовать

Технолог

Нормоконтроль Утвердил

\(подпись) г

(фамилия) „ (фамилия)
(подпись) г 'а (подпись)

Дата

Заказчик

„ Утверждаю ”
(подпись, дата)

(фамилия)

Рис. 3.4. Извещение об изменении чертежа

При аннулировании конструкторского документа в графах «Име-
ется» и «Должно быть» делается соответствующая надпись (напри-
мер, «Чертеж АБ8. 682. 024 — аннулировать»), при этом в левой
графе «Изм.» ставится литера последнего изменения, а.правая графа
остается незаполненной.

В графах «Причина изменения» и «Шифр» указывается причина
изменения или аннулирования и шифр в соответствии с классифи-
кацией, приведенной в МН СЧХ.

В графе «Производственно-технические указания» должны быть
изложены указания по использованию или исправлению задела, свя-
занные с проводимым изменением (например, задел доработать, за-
дел не использовать и т. д.). После подписи должностными лицами
по установленному списку извещение поступает в ЦТА, который
вносит изменения в подлинник документа, печатает копии докумен-
та и извещения и рассылает их всем абонентам, которые имеют чер-
теж, подлежащий изменению.

Изменения в конструкторской документации опытных образцов,
обычно, производятся внесением соответствующих записей в жур-
нал изменений с последующим выпуском извещений об изменении.
В эскизы изменения вносятся непосредственно конструктором, ко-
торый заверяет их своей подписью.
Глава IV

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ

§ 1. Основные технические параметры
катушек индуктивности

Свойства каждой катушки характеризуют следующие парамет-
ры:

1. Номинальная величина индуктивности и допустимые откло-
нения фактической величины индуктивности от номинального зна-
чения.

Применяемые в радиоаппаратуре высокочастотные катушки
имеют величину индуктивности от долей микрогенри до десятков и
сотен миллигенри.

Требуемая точность индуктивности может меняться в широких
пределах (от долей до десятков процентов), так как зависит от функ-
ций, которые катушка выполняет в схеме аппарата.

При серийном производстве можно обеспечить изготовление ка-
тушек с отклонением индуктивности от номинального значения по-
рядка 1—2%.

2. Возможность изменения величины индуктивности в процес-
се регулировки аппарата.

Во многих случаях нельзя обеспечить необходимые параметры
аппарата при приемлемой, с точки зрения серийного производства,
точности изготовления катушек, конденсаторов и других элемен-
тов схемы. В этих случаях в катушку вводят специальные сердеч-
ники, при помощи которых величина индуктивности может быть
изменена до требуемого значения в процессе регулировки аппарата
или при изготовлении катушки.

3. Добротность катушки.

Этот параметр наиболее существенно влияет на свойства схемы,
если катушка используется в качестве элемента резонансного кон-
тура. Применяемые в радиоаппаратуре катушки имеют добротность
О, порядка 30—200.

4. Собственная емкость катушки.

Между отдельными витками катушки, а также между витками,
сердечниками, экранами и другими элементами конструкции аппа-
рата существуют элементарные распределенные емкости. Все эти
емкости можно заменить одной эквивалентной емкостью, подклю-
ченной к началу и концу провода намотки; указанная эквивалент-
ная емкость называется собственной емкостью катушки Со. Экви-
валентная схема катушки с учетом собственной емкости приведена
на рис. 4.1.

В зависимости от конструкции катушки ее собственная емкость
может составлять от долей пикофарады до десятков пикофарад.

5. Температурная стабильность индуктивности.^

При изменении температуры окружающего воздуха происходит

изменение размеров каркаса и провода катушки, изменение расстоя-

Рис. 4.1. Эквивалентная схе-
ма катушки индуктивности:
Ь — индуктивность; Со— собст-
венная емкость; г ? — сопротивле-
ние потерь в проводе намотки;
гд— сопротивление потерь в ди-
электрике собственной емкости

ния между витками и ряд других явле-
ний, в результате чего изменяется ве-
личина индуктивности катушки.

Если после окончания температур-
ного воздействия индуктивность ка-
тушки возвращается к своему первона-
чальному значению, то такое изменение
индуктивности называют обратимым
(цикличным).

Обратимое изменение характеризует-
ся температурным коэффициентом ин-
дуктивности [т. к. (Ь)] ,

/ г \ ДА

т. к. (Л) =-----,

4 7 Ь.д/ ’

(4.1)

где

АЛ — изменение индуктивности при изменении температуры на Д/°С;
Л — значение индуктивности катушки при нормальной температу-
ре окружающего воздуха.

Необратимым называется такое изменение индуктивности, при
котором ее значение не возвращается к исходному после окончания
температурного воздействия. Необратимое изменение характери-
зуется коэффициентом температурной нестабильности индуктив-
ности [к. т. н. (Л)]

к. т. н. (I) = , (4,2)

где

— первоначальное значение индуктивности катушки до испыта-
ний;

Л2 — конечное значение индуктивности после окончания темпера-
турного воздействия.

Необратимые изменения происходят из-за остаточных деформа-
ций в элементах конструкции или из-за остаточных изменений па-
48
раметров материалов. Применяемые в радиоаппаратуре катушки
имеют т. к. (Л) не меньше (54-10) Юу6

6. Допустимые условия эксплуатации; значение положительной
и отрицательной температуры, относительной влажности воздуха,
частоты и перегрузки при вибрации, при которых параметры ка-
тушки сохраняются в установленных пределах.

7< Габариты и вес катушки.

§ 2. Типы намотки и определение геометрических
размеров катушки

Однослойные катушки. Однослойная каркасная катушка об-
разуется путем размещения провода по поверхности каркаса в один
слой по винтовой линии. Витки намотки располагают плотно, ви-
ток к витку, или на некотором расстоянии друг от друга. В первом
случае намотка называется сплошной, во втором—намоткой с ша-
гом.

Намотка однослойных катушек может выполняться на гладких
каркасах, на каркасах с канавкой, расположенной по винтовой ли-
нии, на каркасах с ребрами или вообще без каркаса (см. рис. 4. 2).

В последнем случае для изготовления катушки применяют про-
вод с диаметром 1—1,5 мм или более, а количество витков ограни-
чивают до 5—10. Применение провода меньшего диаметра или уве-
личение числа витков крайне нежелательно, так как это уменьшает
жесткость и ухудшает стабильность катушек.

При использовании керамических каркасов токопроводящий
слой иногда выполняют из серебра, нанесенного в спиральную ка-
навку каркаса методом вжигания.

Фактически, при сплошной намотке не представляется возмож-
ным уложить провод без зазора между витками, и расстояние меж-
ду осевыми линиями двух соседних витков (шаг намотки т) оказы-
вается несколько больше, чем диаметр провода в изоляции с1из.
Величина шага намотки зависит от диаметра провода и может быть
найдена из формулы:

т = а,^из> (4.3)

где

йиз — диаметр провода в изоляции;

а — коэффициент неплотности намотки, значения которого могут
быть найдены из табл. 4. 1, составленной на основании экспе-
риментальных данных.

Под длиной намотки однослойной катушки I понимают расстоя-
ние между осевыми линиями двух крайних витков.

/ = 1), (4.4)

где М — число витков.
Таблица 4.1

Коэффициент неплотности намотки а

Рис. 4.2. Катушки с однослойной намоткой:

а) — на гладком каркасе (сплошная намотка); б) — на каркасе с канавками;
в) — на каркасе с ребрами- г) — с токопроводящим слоем, выполненным ме-
тодом металлизации керамики; бескаркасная

Наружный диаметр катушки

О — И- 2б?из,

(4.5)
где Ло — диаметр каркаса.

Для однослойных катушек с достаточной для практики степенью
точности можно считать /) = 2)0.

Многослойные катушки. Многослойные катушки могут иметь
рядовую намотку или намотку «внавал». В первом случае витки
располагаются правильными рядами, а во втором — беспорядочно.

Рис. 4.3. Многослойная катушка с на-
моткой на каркасе

Размеры, характеризующие многослойную катушку, приведены
на рис. 4. 3.

Радиальная толщина намотки

где

Э — наружный диаметр катушки;

О0 — диаметр каркаса.

Если задано число витков и диаметр провода, то радиальная
толщина намотки

К категории многослойных относится так же намотка типа «уни-
версаль». При выполнении этой намотки провод укладывают не
перпендикулярно образующей каркаса, а под некоторым углом.
Как только провод доходит до края катушки — направление его
укладки меняется. Схема укладки провода приведена на рис. 4.4.
Намотка «универсаль» характеризуется, числом переходов (переги-
бов) провода за один оборот каркаса. На рис. 4.4 а, б показана на-
мотка с двумя переходами; на рис. 4.4, в — с тремя переходами.

Рис. 4.4. Схема укладки провода при на-
мотке «универсаль»:

а) — намотка с запаздыванием (р=2); б —намот-
ка с опережением (р=2); в) — намотка с запаз-
дыванием (р=3)

Число переходов р связано с углом <р, который провод образует
с торцом катушки. Как видно из рис. 4.4,
ет к.р •
р
где
I — осевая длина катушки;
О — диаметр окружности витка.
Наибольшее значение угла <р получается для витков, имеющих
наименьший диаметр, равный диаметру каркаса Ой.

^?таХ=-^, (4-8)

откуда
Р = (4.9)
Следует иметь в виду, что при укладке провода под углом ср,
отличном от 0°, появляются осевые усилия, которые могут вызвать
сползание витков при намотке; эти усилия тем больше, чем больше
величина угла ср. Максимально допустимое значение <р зависит от
коэффициента трения между изоляцией проводов. Эксперименталь-
но установлено, что для проводов в эмалевой изоляции (ПЭЛ, ПЭВ,
ПЭМ и др.) сртах = 17,5 4- 19°; для одножильных проводов в шел-
ковой изоляции (ПШО, ПШД и др.) <ршах = 19 21,5°; для прово-

дов типа литцендрат (ЛЭШО, ЛЭШД) <ршах = 23 4- 26°.

Чтобы витки равномерно покрывали поверхность каркаса, про-
вод нужно располагать так, чтобы полный цикл совершался на угле
несколько большем или меньшем, чем 360°. Тогда провод каждого
последующего витка будет ложиться рядом с проводом предыду-
щего витка и поверхность каркаса будет покрываться равномерно.
Если полный цикл совершается на угле меньшем 360°, то получает-
ся намотка с запаздыванием. Если полный цикл совершается на
угле большем 360°, то получается намотка с опережением. Вели-
чина запаздывания (опережения) характеризуется углом запазды-
вания (опережения) 0 и выбирается такой, чтобы каждый последую-
щий виток ложился рядом с предыдущим.

*6?

2 • Д?из
Роупер

(4.Ю)

Расчет 0 ведут по наименьшему диаметру витков (диаметру кар-
каса О0); по мере укладки провода диаметр катушки увеличивается
и найденному значению угла 0 соответствует большее расстояние
между соседними проводниками, что так же обеспечивает возмож-
ность укладки провода правильными рядами.

Цикл намотки универсаль характеризуется таким поворотом
каркаса, при котором провод, совершив р переходов, возвращается
к положению, отличающемуся от исходного на угол 0. При намот-
ке с запаздыванием число циклов

АГя = лф — -М. (4.11)

ц \ 360/ ' '

Аналогично для намотки с опережением

^="('+^1- <4'|2>

Определим, какое число оборотов при намотке должен совер-
шить каркас для того, чтобы образовался один полный ряд намотки.
Когда провод покроет всю поверхность каркаса, то на одном тор-
це катушки будет — перегибов, а на двух торцах — перегибов.
Так как одному циклу соответствует р перегибов, то число циклов
в одном ряде

« ₽.р
Если намотка содержит всего Ы циклов, то число рядов в катушке
п = _^ц*3'Р

1УЦ' 720 *

При нормальной плотности намотки толщина 1-го ряда /р = 4б?из.

Тогда полная радиальная толщина намотки

1 = 1г.п=Ы-^. (4.13)

Обычно при использовании намотки «универсаль» длину катуш-
ки I берут в пределах 2—10 мм. Выполнение катушек с иным зна-

1 >

Рис. 4.5. Плоская спиральная ка-
тушка

чением длины вызывает технологи-
ческие затруднения.

Катушки типа «универсаль» мо-
тают на цилиндрических гильзах
без щечек. Даже при больших ра-
диальных размерах катушки, она
имеет хорошую механическую проч-
ность и не рассыпается, так как
каждый последующий виток при-
жимается предыдущим.

Плоские спиральные катушки.
Наружный диаметр плоской од-
нослойной катушки (см. рис. 4. 5)
может быть определен по формуле:

П = (4.14)

где

Оо —диаметр внутреннего витка;
т — шаг спирали;

М — число витков спирали.

§ 3. Расчет индуктивности катушек

В теоретической электротехнике доказывается, что индуктив-
ность катушки, имеющей бесконечно большую длину,

Ь=к2.№. ^10~3, (4.15)

где

Ь — индуктивность, мкгн;

— число витков;

I —длина намотки, см;

О — диаметр катушки, см.

Для реальной катушки, у которой Ви/ — величины одного по-
рядка, указанная формула не может быть использована: в этом
случае будет рассеивание магнитного потока и фактическая вели-
чина индуктивности окажется меньше, чем вычисленная по форму-
ле (4. 15). Поэтому для определения индуктивности реальных одно-
слойных катушек в формулу (4. 15) необходимо ввести в виде мно-

гие. 4.6. График значений коэффициента Го для расчета
индуктивности однослойной катушки

жителя поправочный коэффициент к, значение которого зависит
от отношения —.

При этом 10~3

\ I }

Введем обозначение:

2>0 = к» тс2—.

0 I в
Значения коэффициента А

Таблица 4.2

а 1,00 0,95 0,9 0,85 0,8 0?75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1
А 4-0,56 4-0,51 4-0,45 4-0,39 4-0,33 4-0,27 4-0,2 4-0,13 4-0,05 —0,04 —0,14 —0,24 —0,36 —0,49 —0,65 —0,83 —1,05 —1,34 -1,75

Значения коэффициента В

Таблица 4.3

ДГ 1 2 3 4 6 8 10 15 20 30 50 80 100
В 0,00 0,11 0,17 0,20 0,23 0,25 0,27 0,29 0,3 0,31 0,32 0,33 0,34
Тогда

Г = 1о.П.№.1О-3. (4.16)

Откуда

"=/5- <4-17)

В этих формулах Ьо — коэффициент, зависящий от ; его

значения для однослойных катушек приведены на графике (рис.
4. 6); остальные обозначения — такие же, как в формуле (4. 15).

Рис. 4.7. График значений коэффициента для ра-
счета индуктивности многослойной катушки

Формула (4. 16) с достаточной для практики степенью точности
верна для однослойных катушек, имеющих сплошную намотку. Ес-
ли шаг намотки значительно отличается от диаметра провода с?, то
определение индуктивности следует вести по формуле:

= 1 —2«.Л^.П(Д + В)10-3, (4.18)

где

— индуктивность при намотке с шагом;

Л — значение индуктивности, найденное по формуле 4. 16;

А н В — коэффициенты, значения которых могут быть найдены из
табл. 4. 2 и 4. 3.

Для определения индуктивности многослойных катушек следует
пользоваться формулой (4. 16). Однако в этом случае коэффициент

0 '\о' о)'
где

I — радиальная толщина намотки, см;

I — длина намотки, см;

О — наружный диаметр катушки, см.

Значение 10 для многослойных катушек может быть найдено из
графика, рис. 4.7.

Если рассчитанное по указанным формулам значение индуктив-
ности незначительно отличается (не более 10—15%) от заданного
значения Л3) то число витков катушки можно уточнить по формуле

(4.19)

где

— число витков, которому соответствует индуктивность 1;

IV' — число витков, при котором индуктивность равна 13.

Индуктивность плоской спиральной катушки (см. рис. 4.5)
может быть вычислена по формуле:

Л=0,025.Рср.№/3.1§^, (4.20)

где

л _А> + О

^ср— 4 .

В формулу (4.20) размеры следует подставлять в сантиметрах, тогда
1 будет в микрогенри.

§ 4. Собственная емкость катушек индуктивности

Как указывалось в § 1, собственная емкость катушки Со сла-
гается из элементарных емкостей, существующих между отдель-
ными витками, а также между витками и другими элементами кон-
струкции катушки. Величина собственной емкости зависит от кон-
струкции катушки и ее размеров.

Собственную емкость можно представить состоящей из двух
составляющих: емкости через воздух Сов и емкости через твердый
диэлектрик Сод.

При конструировании катушек стремятся к уменьшению соб-
ственной емкости Со, так как она оказывает вредное влияние на
параметры контуров, особенно на КВ и УКВ диапазоне: собствен-
ная емкость может оказаться соизмеримой с емкостью контура, что
затруднит настройку его на заданную частоту и будет снижать ста-
бильность частоты контура. Составляющая собственной емкости
Сод уменьшает добротность контура, так как потери в диэлектрике
катушки вносят дополнительное затухание в контур. Для умень-
шения Сод (а, следовательно, и Со) следует конструировать ка-
тушку так, чтобы в непосредственной близости от витков было
меньше диэлектрика, имеющего е>1.

Наименьшим значением Со обладают однослойные катушки.

Для катушек, намотанных на гладком каркасе, из материа-
ла, имеющего 8 = 44-6,

= (4.21)

где

Со — собственная емкость, пф;

Оо— диаметр каркаса, см;

к\ — коэффициент, его зависимость от — приведена в табл. 4.4
т

Таблица 4.4

а
Зависимость от —

а т 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,25 0,2 <0,2
0,65 0,62 0,59 0,55 0,51 0,47 0,45 0,44 0,43

Длина катушки, практически, не влияет на величину собст-
венной емкости, и в практических расчетах ее влиянием можно
пренебречь. Некоторое влияние на величину Со оказывает изо-
ляция провода: при использовании проводов с двухслойной шел-
ковой изоляцией Со возрастает на несколько процентов.

При использовании каркасов с ребрами (рис. 4. 2) собствен-
ная емкость Со уменьшается из-за уменьшения Сод. Минималь-
ную собственную емкость имеют катушки с бескаркасной намот-
кой (на 15—25% меньше, чем у аналогичных катушек, намотан-
ных на гладком каркасе). Наоборот, при использовании карка-
сов с канавками (рис. 4. 2, б), после пропитки и обволакивания
катушки собственная емкость увеличивается на 20—25%.

Величина собственной емкости однослойных катушек, обыч-
но, не превышает 1—2 пф.

Для однослойных катушек, намотанных на гладком каркасе,
Сод ~ (0,304-0,40) Со; для катушек, имеющих каркас с канавка-
ми, а также подвергнутых пропитке Сод = (0,64-0,8) Со.

Ориентировочное значение Со для катушек типа «универсаль»
может быть найдено по формуле:

к% • Г) ср • I

0 Зр3 • / ’

(4.22)

где

к2 — коэффициент, зависящий от диэлектрической проницаемо-
сти и конструкции изоляции провода.
В формуле все размеры следует подставить в сантиметрах,
тогда Со будет в пикофарадах.

Для проводов с эмалевой и шелковой изоляцией к2 = 38, для
провода типа литцендрат к2 = 50. Для катушек с намоткой «уни-
версаль» значение Со обычно лежит в пределах 3—8пф. Такая
относительно небольшая величина Со у катушек типа «универ-

саль» получается потому, что витки соседних рядов перекрещу

ваются. При увеличении числа переходов (при увеличении уг-
ла ср) Со уменьшается.

Наибольшее значение собственной емкости имеют катушки с
рядовой намоткой; для указанных катушек Со может достигать 30

пф и более. Несколько меньшую вели-
чину Со имеют многослойные катушки,
намотка которых выполнена «внавал».
Достаточно точных методов расчета
собственной емкости многослойных ка-

тушек не существует. Поэтому о вели-
Рис. 4.8. Секционированная чине С° слеДУет СУДИ1? по результатам
катушка с намоткой «уни- измерения опытных образцов. У много-
версаль» слойных катушек собственная емкость

определяется в основном межвитковой емкостью в изоляции про-
вода. Поэтому Сод ^(0,8 4-1)С0. Уменьшения собственной емкос-
ти многослойных катушек можно достичь, выполняя катушки в
виде отдельных секций, соединенных последовательно (см.
рис. 4. 8).

Чем больше число секций катушки, чем больше расстояния
между ними, чем меньше высота каждой секции, тем меньше ве-
личина собственной емкости секционированной катушки; для
уменьшения Со следует также уменьшать’диаметр каркаса.

При расстоянии между секциями, примерно равном ширине

секции,

♦ гу 0,33 • /11 Н- 0,67

о == Сос 1

(4.23)

где

Сос — емкость каждой секции;

И1 — число секций.

Следует отметить, что увеличение числа секций более четырех-
шести не дает значительного уменьшения Со и поэтому не прак-
тикуется;

§ 5. Добротность катушек индуктивности

Добротность катушки

О=-

(4.24)

где

со — частота, рад/сек;
I — индуктивность, гн;

/?п — сопротивление потерь в катушке, ом.

Величина сопротивления 7?п определяется суммой потерь в
проводе намотки, в диэлектрике, а также в экранах, сердечни-
ках и элементах конструкции прибора, расположенных в непос-
редственной близости от катушки.

Потери в проводе намотки. Определение оптимального диа-
метра провода. Сопротивление проводника постоянному току оп-
ределяется формулой г = р •При использовании провод-
ника в цепях постоянного тока, последний протекает по всей пло-
щади поперечного сечения, причем плотность тока в различных
участках поперечного сечения проводника одинакова.

В результате явления, носящего название «поверхностного
эффекта», сопротивление проводника току высокой частоты мо-
жет быть в несколько десятков раз больше, чем сопротивление
постоянному току или току низкой частоты, так как переменный
ток протекает по кольцевой части поперечного сечения провод-
ника. Глубина проникновения (ширина кольца, по которому фак-
тически протекает основная часть тока)

где / — частота тока.

При увеличении диаметра проводника глубина проникнове-
ния тока у остается неизменной; сопротивление току высокой
частоты при этом уменьшается, так как возрастает активная
площадь поперечного сечения проводника.

Все сказанное относится к прямолинейному проводнику. При
образовании из прямолинейного проводника катушки (при сво-
рачивании его в спираль) на распределение тока по поперечно-
му сечению начинает оказывать влияние явление, носящее наз-
вание «эффекта близости». Сущность указанного явления состо-
ит в том, что магнитное поле всей катушки оказывает влияние
на распределение тока в поперечном сечении проводника. Как
видно из рис. 4. 9 в результате воздействия переменного магнитного
поля Н\ в проводнике индуктируются вихревые токи Г2, которые
направлены так, что основной ток вытесняется в область попе-
речного сечения, прилежащую к осевой линии катушки (заштри-
хованная площадка на рис. 4. 9). Таким образом, в результате
воздействия эффекта близости активная площадь поперечного
сечения проводника уменьшается еще более, что в свою очередь,
приводит к еще большему возрастанию сопротивления провода
току высокой частоты.

Дополнительное сопротивление, появляющееся из-за «эффек-
та близости», при заданной частоте зависит от диаметра провода:
чем больше диаметр, тем большее сопротивление вносится из-за
«эффекта близости»; указанная зависимость имеет характер,', близ-
кий к прямопропорциональной.

На рис. 4.10 приведена зависимость сопротивления катушки с
учетом поверхностного эффекта (гп), а также дополнительного соп-
ротивления из-за эффекта близости (гб) от диаметра провода й для
определенной частоты; на этом же рисунке показано суммарное соп-
ротивление (г5). Как видно из

Рис. 4.9. Токи при эффекте близости

рис. 4.10, при некотором значе-
нии диаметра провода сопро-
тивление катушки току высо-

Рис. 4.10. Зависимость сопротивления
катушки току высокой частоты от
диаметра провода

кой частоты имеет минимальную величину; указанное значение
диаметра провода называют оптимальным с?опт.

Можно достичь значительного уменьшения сопротивления про-
вода катушки, применяя для ее намотки литцендрат — многожиль-
ный провод, состоящий из отдельных проводников малого сечения,
перевитых и изолированных друг от друга. Благодаря такой кон-
струкции меньше сказывается увеличение сопротивления из-за
поверхностного эффекта и «эффекта близости», в результате чего
сопротивление провода оказывается меньше, чем у монолитного про-
водника, имеющего ту же площадь поперечного сечения.

Применение литцендрата для длинно- и средневолновых кату-
шек приводит к увеличению добротности на 30—40%. При исполь-
зовании литцендрата в диапазоне коротких волн добротность ка-
тушки не увеличивается из-за роста потерь в изоляции жилок. Сле-
дует иметь в виду, что для катушек с большой величиной индук-
тивности применение литцендрата может оказаться нецелесооб-
разным из-за чрезмерно большого увеличения размеров катушки,
так как наружный диаметр литцендрата (0,25—0,3 мм) значительно
62
больше диаметра одножильного провода, применяемого на длин-
ных волнах.

Расчет оптимального диаметра одножильного провода йопт мо-
жет быть произведен с помощью приведенных ниже графиков и фор-
мул в следующей последовательности:

а) определяют значение вспомогательного коэффициента 5 для
однослойных катушек по графику (рис. 4.11); для многослойных —
по графику (рис. 4.12);

б ) по приведенной ниже формуле определяют значение коэффи-
циента р1:

^ = -57. (4,25)

в эту формулу нужно подставлять значение Ь, выраженное в мкгн,
О — в сл1;

в) находят коэффициент ах:

(4-26)

Р,
где /ср — средняя частота диапазона, гц\

г) по найденному значению коэффициента ах и графику, изоб-
раженному на рис. 4.13, находят коэффициент

Р1 = Р1' ^опт!

д) находят оптимальный диаметр провода (мм):

<А,пт = К (4.27)

Р1

На графике (рис. 4.13) приведены значения Рхдля 108 > ах > 104.
Если ах < 104, то значение б/опт находят по формуле:

10 7

(4.28)

У /ср’ Р1

Если аг > 108, то значение йопт находят по формуле:

<*опг=^. (4.29)

Р1

Найденное значение йопт округляют до ближайшего стандарт-
ного значения.

При определении оптимального диаметра жилы литцендрата
коэффициент рг находят по формуле:

где

п2 — количество жил;

а — коэффициент, зависящий от числа жил п2;
ч

1,2-

1,0 -

0,8-

0,6-

0,4-

0,2-

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 141_

9 Б

Рис. 4.11. График зависимости коэффи-
циента 5 для расчета оптимального диа-
метра провода однослойной катушки

Рис. 4.12. График зависимости коэффициента 5 для расчета оптимально-
го диаметра провода многослойной катушки
Фрумкин

Рис. 4.13. График значений коэффициента для расчета оптимального диаметра провода катушки
Значение а может быть взято из табл. 4.5.

Таблица 4.5

Значение коэффициента а для расчета оптимального диаметра
жилок литцендрата

п2 7 9 10 12 15 16 21 28 Больше 28
а 2,5 3,3 3,7 4,5 5,7 6,1 8 10,8 0,4 п2

После этого описанным выше способом находят оптимальный
диаметр одной жилы литцендрата. Полный диаметр провода может
быть найден по соответствующим справочникам.

Для коротковолновых катушек, намотанных с шагом, с доста-
точной для практики степенью точности можно считать, что

<*опт = 0,7т,

(4.31)

где т — шаг намотки.

Если токопроводящий слой имеет прямоугольное сечение и боль-
шая сторона сечения параллельна осевой линии катушки,

а0П1 = 0,85т, (4.32)

где а — ширина токопроводящего слоя.

Обычно, для однослойных катушек с?опт 0,24-0,6 мм, а для

многослойных — <1 опт^ 0,08 4- 0,2 мм.

Как видно из приведенной выше последовательности расчета,
для определения оптимального диаметра провода необходимо знать
(за исключением случая УКВ катушек, намотанных с шагом) гео-
метрические размеры катушек. Так как в начале расчета эти дан-
ные еще не известны, расчет приходится вести методом последо-
вательного приближения: задаются диаметром каркаса Г>0, отноше-
нием и (для многослойных); находят б?опт и производят рас-

I I
чет числа витков катушки, после чего уточняют отношение — и —.

Если полученное значение геометрических размеров значительно
отличается от того, которым задавались в начале расчета, то рас-
чет с?опт, а затем и числа витков повторяют, приняв найденные при

I I

предварительном расчете значения — и — за исходные.

Сопротивление провода катушки. Расчет сопротивления про-
вода катушки для тока высокой частоты может быть произведен по
формуле:

Г/ = 'о [ Р (г) + )2 О (г) ], (4.33)
где

гт — сопротивление провода катушки току высокой частоты, ом;

г0 — сопротивление провода катушки постоянному току, ом;

М — число витков катушки;

й — диаметр провода намотки без изоляции, см;

Рис. 4.14. График значений коэффициента к3
для расчета сопротивления провода однослой-
ной катушки

й — наружный диаметр катушки, см;

к3 — коэффициент, зависящий от размеров катушки; его значения
могут быть найдены из рис. 4.14 и 4.15.

Р (г) и О (г) — коэффициенты, учитывающие влияние поверхностно-
го эффекта и «эффекта близости»; их значения для медного
провода могут быть найдены из табл. 4.6 с помощью вспомо-
гательного параметра

г = 0,1.6?.]//,

(4.34)

где / — частота, гц.

з*
Сопротивление провода постоянному току

_ 7,3.Оср-ЛЛ 10—6

Го----------

(4,35)

где

2)ср — средний диаметр катушки, см\
Л/ — число витков;

(1 — диаметр жилы, см.

Рис. 4.15. График значений коэффициента к3 для ра-
счета сопротивления провода многослойной катушки

Для намотки «универсаль» величина сопротивления провода
катушки постоянному току

г/ = —------= 7,З.РСр.ЛМ0-в , (4 36)

СО5?Ср СО8?Ср а2

где

соз Тср — коэффициент, учитывающий увеличение длины провода
при зигзагообразной укладке. Остальные обозначения как
в формуле (4.35).

68
Значения коэффициентов Р(г) и (?(г)

г Г(г) О(г) 2 ^(2) О(г)
0,1 1,00 ' ( 2* 5,4 2,18 0,826
0,5 1,00 1 64 5,6 2,25 0,861
0,6 1,00 6,00202 5,8 2,32 0,896
0,7 1,00 0,00373 6,0 2,39 0,932
0,8 1,00 0,00632 6,2 2,46 0,967
0,9 1,00 0,0101 6,4 2,53 1,00
1,0 1,01 0,0152 6,6 2,60 1,04
1,1 1,01 0,-022 6,8 2,67 1,07
1,2 1,01 0,0306 7,0 2,74 1,11
1,3 1,02 0,0413 7,2 2,81 1,14
1,4 1,02 0,0541 7,4 2,88 1,18
1,5 1,03 0,0 691 7,6 2,95 1,22
1,6 1,03 0,0863 7,8 3,02 1,25
1,7 1,04 0,106 8,0 3,09 1,29
1,8 1,05 0,127 8,2 3,17 1,32
1,9 1,06 0,149 8,4 3,24 1,36
2,0 1,08 0,172 8,6 3,31 1,39
2,1 1,09 0,197 8,8 3,38 1,43
2,2 1,П 0,221 9,0 3,45 1,46
2,3 1,13 0,246 9,2 3,52 1,5
2,4 1,15 0,271 9,4 3,59 1,55
2,5 1,18 0,295 9,6 3,66 1,57
2,6 1,20 0,318 9,8 3,73 1,61
2,7 1,23 0,341 10,0 3,8 1,64
2,8 1,26 0,363 11,0 4,15 1,82
2,9 1,29 0,384 12,0 4,50 2,00
3,0 1,32 0,405 13,0 4,86 2,17
3,1 1,35 0,425 14,0 5,21 2,35
3,2 1,38 0,444 15,0 5,56 2,58
3,3 1,42 0,463 16,0 5,92 2,70
3,4 1,46 0,481 17,0 6,27 2,88
3,5 1,49 0,499 1 8,0 6,62 3,06
3,6 1,53 0,516 19,0 6,97 3,23
3,7 1,57 0,533 20,0 7,33 3,41
3,8 1,60 0,550 21,0 7,68 3,59
3,9 1,64 0,567 22,0 8,03 3,76
4,0 1,68 0,584 23,0 8,39 3,94
4,1 1,72 0,601 24,0 8,74 4,12
4,2 1,75 0,618 25,0 9,09 4,29
4,3 1,79 0,635 30,0 10,9 5,18
4,4 1,83 0,652 40,0 14,4 6,95
4,5 1,86 0,669 50,0 17,9 8,17
4,6 1,90 0,686 60,0 21,5 10,5
4,7 1,94 0,703 70,0 25,00 12,3
4,8 1,97 0,720 80,0 28,5 14,02
4,9 2,01 0,738 90,0 32,1 15,8
5,0 2,04 0,755 100,0 35,6 17,6
5,2 2,И I 0,790 !
Если однослойная катушка намотана проводом оптимального диа-
метра и вычисленный по формуле (4.34) параметр г > 5, то опреде-
ление г можно производить по нижеприведенной более простой фор-
муле:

(4.37)

где

Гу — сопротивление, ом;

I — частота, Мгц;

I) — диаметр катушки, см;

(1 — диаметр провода намотки, см.

Сопротивление провода катушки току высокой частоты зависит
так же от отношения геометрических размеров катушки, так как
при этом меняется дополнительное сопротивление из-за «эффекта
близости». Ориентировочно можно считать, что наилучшая доброт-
ность однослойной катушки получается при— = 0,64-1,0 (вели-
чина 0,6 — относится к катушкам большого диаметра, имеющим И
порядка 5—б см); наилучшая добротность многослойной — при
0,24-0,5 и ~~ 0,3 4- 0,5. Чем больше размеры катушки,

тем больше ее добротность.

Потери в собственной емкости катушки. Кроме потерь в про-
воде намотки, возникают дополнительные потери в диэлектрике соб-
ственной емкости. Последовательное сопротивление, эквивалент-
ное этим потерям,

гд = 250.СодЛ§В.Р./з.ю-б, (4.38)

где
гд — сопротивление потерь в диэлектрике, ом;

Сол — емкость через твердый диэлектрик, пф;

Ь — индуктивность, мкгн;

{ — частота, Мгц.

Таким образом, потери зависят от величины емкости, образованной
твердым диэлектриком Сод, от д диэлектрика и от частоты при-
ложенного напряжения.

Как видно из формулы (4.38), эквивалентное сопротивление по-
терь пропорционально третьей степени частоты. Поэтому потери
в диэлектрике сказываются, в первую очередь, в катушках, работаю-
щих на коротких и ультракоротких волнах.

Следует учитывать, что Сод пропорционально диэлектрической
проницаемости 8 материала каркаса и изоляции провода. Поэтому
при конструировании катушек КВ диапазона для каркаса следует
выбирать материал, у которого произведение 8.1^ $ имеет минималь-
ное значение. К числу таких материалов относятся специальные
сорта керамики, например, класса IV, группы в по ГОСТ 5458—
57 (е 7,5; 6 == 0,0006).
В диапазоне УКВ, где потери в диэлектрике могут составлять
до 50% от потерь в меди, следует особо стремиться к уменьшению
Сод и Такие катушки обычно выполняют бескаркасной намот-
кой или же на керамических каркасах с ребрами (см. рис. 4,2, в);
намотку выполняют медным посеребренным проводом без изоляции.

В многослойных катушках длинноволнового диапазона, где
большинство витков удалено от каркаса, потери определяются
в основном величинами 8 и д изоляции провода. Однако общий
уровень потерь в собственной емкости на низких частотах (порядка
сотен килогерц) невелик и на добротность катушки влияния не ока-
зывает. Для таких катушек используются провода в эмалевой изо-
ляции типа ПЭЛ и ПЭВ или в шелковой изоляции.

Вопросы расчета и конструирования рассматривались примени-
тельно к катушкам приемных устройств, а также — генераторов
малой мощности. Для катушек выходных каскадов генераторов сред-
ней и большой мощности является характерным большая величина
тока и большая величина напряжения на выводах катушки, что
вызывает опасность перегрева провода и пробоя изоляции между
витками.

Диаметр провода таких катушек выбирается так, чтобы темпе-
ратура нагрева провода не превышала теплостойкости используемых
материалов (изоляционных, припоев и др.). Шаг намотки выбирает-
ся исходя из электрической прочности межвитковой и междуряд-
ной изоляции.

Основные параметры таких катушек (индуктивность, собствен-
ная емкость) могут быть рассчитаны по приведенным выше форму-
лам.

Пример 4.1. Рассчитать размеры, число витков, добротность
и собственную емкость катушки по следующим данным: индуктив-
ность 1 = 3 мкгн\ диаметр каркаса О0 = 1 см\ [ = 15 Мгц.

1. Находим оптимальный диаметр провода.

Задаемся отношением— = 1; длина намотки

М)

I = 1 -Ро = 1 см.

По графику (рис. 4.11) находим вспомогательный коэффициент
5 = 0,34.

По-формуле (4.25) находим коэффициент рг:

2 3»0,342 А ОК А КП

р2 =-----=------— = 0,35; р, = 0,59.

ч /)з р

По формуле (4.26) находим коэффициент а,:

а /ср = 15И0» ==4з.107>
р] 0,35

По графику (рис. 4.13) находим коэффициент
0! = 0,18.
По формуле (4.27) находим оптимальный диаметр провода:

< 0,18 л онл

^опт = - = ^ = °>306 ММ-
Р! 0,59

Будем выполнять намотку из серебренного неизолированного про-
вода й = 0,31 мм.

2. Находим число витков катушки.

По графику (рис. 4.6) находим коэффициент = 6,8.

По формуле (4.17) находим число витков М;

й/=/1^±=1/№^=21.

Г 1^0 • г 0,0*1

Проверяем возможность размещения указанного числа витков на
принятой нами длине намотки: по формуле (4.4) находим шаг на-
мотки т

' = Л7- 1

10 п Е
------= 0,5 мм.
21 — 1

Так как т > ф намотку можно разместить на каркасе принятых
размеров.

По табл. 4.2 и 4.3 находим коэффициенты А и В;

1 = 2^1 = 0,62; А = 4-0,05; В = 0,3.

г 0,5

По формуле (4.18) уточняем величину индуктивности:

Лш=Л — 2тг^.П.(Д + В)10-3-

= 3 — 2*3,14*21.1(0,05+0,3) 10~3 = 2,96 мкгн.

Так как разница между заданным и полученным при расчете зна-
чением индуктивности составляет 1,5%, число витков можно не
уточнять.

3. Находим собственную емкость катушки.

По табл. 4.4 находим = 0,59.

По формуле (4.21) находим Со:

Со = +О0 = 0,59* 1 0,6 пф.

Полагая, что намотка будет выполняться на гладком каркасе,
находим

Сод = (0,34-0,4)Со = 0,35*0,6 - 0,21 пф.

4. Определяем добротность катушки.

По формуле (4.37) находим сопротивление провода катушки току
высокой частоты:

0,525*Р.Л/.УЛЮ“3 0,525-1 *21.1<Г5.10—3 < 07

Г/ =-----------------=----------------------- 1,37 ом.
По формуле (4.38) находим сопротивление потерь в диэлектри-
ке собственной емкости, полагая, что каркас выполнен из пресс-
порошка /<-211-2 (1§ д = 0,01):

гл = 250-Сол.^>.Ь*.р. 10-е = 250-0,21.0,01 -З2.153.10~6 =
= 0,016 ом;

Следовательно, влияние гд в данном случае можно не учитывать.

Добротность катушки

0_ 2.3,14.15.10е.Э-Ю-6 = 20б

У ~ г/ ~ 1,37

Пример 4.2 Рассчитать размеры, число витков, добротность
и собственную емкость катушки по следующим данным: индуктив-
ность Ь — 900 мкгн; диаметр каркаса О0 = 1,2 см; длина намотки
I = 0,5 см; наружный диаметр 2) ^1,8 см; I = 330 кгц. (Собст-
венная емкость катушки по возможности минимальная.)

1. Находим оптимальный диаметр провода намотки.

Определяем радиальную глубину намотки; задаемся значением
2) = 1.8 см. По формуле (4.6) находим

2 2

Находим отношения:

1 = — = 0,276 и 1 = 21 = 0,166.

О 1,8 О 1,8

По графику (рис. 4.12) находим вспомогательный коэффициент
5 = 0,8.

По формуле (4.21) находим коэффициент рг:

_ = 900А8. =

рз 1>83

По формуле (4.26) находим коэффициент ах:

/со 330000 О О 1ЛЗ / 1Л4

а<— =-------= 3,3-103 а, < 10\

р\ 100 1

По формуле (4.28) находим оптимальный диаметр провода

Будем выполнять намотку из провода марки ПЭВ й = 0,13 мм\
с?из = 0,15 мм.

2. Определяем число витков и габариты катушки.

Для выполнения катушки применим намотку «универсаль»,
что обеспечит минимальное значение собственной емкости. Примем
значение числа переходов р = 2.
По графику (рис. 4.7) и найденным ранее значениям 2. и оп-
ределяем коэффициент Ло;

Ло = 8,2.

По формуле (4.17) находим число витков

"=/??=/РЖ-247-
г Ьд • 17 Г о, 2 • 1, о

По формуле (4.8) определим угол <ртах, который образует провод
с торцом катушки:

1§?тах= — = - --°’5 = 0,265;

6Ттах Я.РО 3,14-1,2

?тах = 15°; 81П утах = 0,259.

Такое значение сртах для провода ПЭВ является допустимым.

По формуле (4.10) найдем угол запаздывания (опережения) |3:

В > 2б*из = -2А2А = 0,097;

г Оо-зш? 1,2.0,259

Р^5,55°; примем р = 6°.

По формуле (4.11) находим число циклов (для намотки с запаз-
дыванием):

ЛП = /V (1--Ц = 247 /1 — -А] = 243.

\ 360/ \ 360/

По формуле (4.13) находим радиальную толщину намотки

/ = А-З-Р^из. = 243-6-2.0,15 = 2 43 мм^
180 . 180

Находим фактическое значение наружного диаметра катушки
О = О0Ц-2/ = 1,2 + 2.0,243 1,68 см.

Так как полученное в результате расчета значение 7) отличается
от того, которым задавались в начале расчета, производим провер-
ку величины индуктивности.

Примечание. Уточнение величины б/опт можно не производить, так
как малые отклонения (1 от оптимального значения
практически не влияют на добротность катушки.

Находим отношения:

- = -22. ^0,3; - = = о, 14.

й 1,68 О 1,68

По графику (рис. 4.7) находим коэффициент Ло = 8,8.
По формуле (4.16) находим величину индуктивности

Ь = Л0.О.№. КГ3 = 8,8.1,68.2472- Ю"3 = 901,7 мкгн.

Так как отличие расчетной величины Ь от заданного значения
не превышает 0,2%, дальнейшее уточнение числа витков М не тре-
буется.

3. Определяем собственную емкость катушки.

Средний диаметр катушки

О-^±^ = 1^±^=1)44^.
р 2 2

По формуле (4.22) определяем собственную емкость

/г.2-Рср-/ __ 38.1,44.0,5

3-рМ 3-22-0,24

= 9,5 пф.

4. Определяем добротность катушки.

По формуле (4.8) определяем значение
вместо 2?0 подставляем 2)ср:

?ср= — = = 0,22;

р я-Оср 3,14-1,44

со8(рСр = 0,975.

<рср, для чего в формулу
?ср = 13°;

По формуле (4.36) определяем сопротивление провода катушки
постоянному току

, 7,З.РСР-ЛМО~6 7,3-1,44-247-10—6 < с о

Го = —------------= —---------------- = 15 8 ОМ.

созсрср-^2 0,975-0,0132

По формуле (4.34) находим вспомогательный параметр

г = 0,М -К/ = 0,1 -0,013-КО,33- 10е = 0,75.

По табл. (4.6) находим значения коэффициентов Р\г) и <?(г);

С (г) = 0,00503.

По графику (рис. 4.15) находим коэффициент к3 = 13.

По формуле (4.33) определяем сопротивление провода катушки
току высокой частоты:

^(г)+(А^1у 0(2)

15,8

। . /13-247-0,013у
‘ \ 2-1,68 )

0,00503 =28 ом.

Добротность катушки

п _ соЛ _ 6,28.0,33.106.900.10-6

У “ 9 ““ 28

Примечание. Произведя вычисления по формуле (4.38), можно
показать, что потери в диэлектрике гд < Г[ и на
величину 0 они практически не влияют.
§ 6. Стабильность параметров катушек
индуктивности

Температурная стабильность. При конструировании совре-
менной аппаратуры, работающей в сложных температурных ус-
ловиях, большое значение имеет сохранение стабильных пара-
метров аппарата в целом, для чего необходимо обеспечить ста-
бильность параметров отдельных узлов и в том числе контур-
ных катушек. Между тем при изменении температуры окружа-
ющего воздуха, например, при нагревании в катушках происхо-
дят следующие явления:

а) увеличивается длина и диаметр каркаса, что приводит к
изменению шага намотки и диаметра витков;

б) увеличивается длина и диаметр провода намотки, что
приводит к тем же последствиям;

в) увеличивается сопротивление провода намотки, в результа-
те чего меняется распределение тока по поперечному сечению про-
водника. Как следствие меняется сопротивление проводника току
высокой частоты и эффективный диаметр витка с учетом действия
поверхностного эффекта и «эффекта близости»;

г) увеличиваются потери в материалах каркаса и изменяется его
диэлектрическая проницаемость.

Все перечисленные явления, как это следует из изложенного
выше, должны приводить к изменению индуктивности, добротнос-
ти и собственной емкости катушек, что в большинстве случаев край-
не нежелательно. Полностью устранить или скомпенсировать дей-
ствие дестабилизирующих факторов не представляется возможным
и поэтому любая катушка будет менять свои параметры в тех или
иных пределах при изменении окружающих условий. Однако рацио-
нальным выбором конструкции можно свести действие дестабили-
зирующих факторов к минимуму. Рассмотрим более подробно
вопрос о стабильности индуктивности и собственной емкости ка-
тушки.

Для примера возьмем однослойную катушку. Для увеличения
стабильности следует, в первую очередь, выполнить каркас из ма-
териала с малым коэффициентом линейного расширения, с малыми
и стабильными значениями 6 и 8. Хорошие результаты дает при-
менение керамики класса IV группы в по ГОСТ 5458—57, имеющей
8 < 7,5, т. к. (е) = + (60 + 20) 10~6, температурный коэффици-
ент линейного расширения а1 = 0,3. 10“5 и (§6 = 0,0006.

Для дальнейшего повышения стабильности катушки необходи-
мо обеспечить прочное сцепление токопроводящего слоя с каркасом.
В противном случае при нагревании диаметр витка увеличится боль-
ше, чем диаметр каркаса (для меди а1 = 16- 10“6), шаг намотки из-
менится из-за увеличения диаметра провода, что так же приведет
к изменению индуктивности. Кроме того, из-за уменьшения сцеп-
ления провода с каркасом может произойти сдвигание витков, в ре-
зультате чего появятся необратимые изменения индуктивности.

Наилучшие результаты повышения стабильности катушек по-
лучаются при выполнении намотки методом вжигация серебра (см.
рис. 4.2, г). В этом случае тонкий слой серебра оказывается прочно
сцепленным с керамикой, благодаря чему изменение размеров то-
копроводящего слоя определяется только линейным расширением
каркаса. Кроме того, при малой радиальной толщине витка эф-
фективный диаметр намотки за счет перераспределения тока по
поперечному сечению проводника меняется незначительно, что
так же способствует повышению ее стабильности. Описанная вы-
ше катушка может иметь т. к. (I) = (5 4- 10) 10-6. Однако таким
способом невозможно выполнить катушку с достаточно большой
индуктивностью в приемлемых габаритах из-за большого шага
намотки и ширины витка, которые диктуются особенностями
технологического процесса изготовления керамики. Указанные
катушки имеют индуктивность, как правило, не более 10 мкгн.

Значительно худшими значениями т. к. (Л) обладают многослой-
ные катушки, у которых не представляется возможным устранить
составляющую т. к. (1), вызываемую изменением размеров провода
намотки и распределением тока по поперечному сечению провод-
ника. Кроме того, при конструировании многослойных катушек
должны быть предприняты меры по устранению взаимного необра-
тимого перемещения витков. С этой целью многослойные катушки
подвергают пропитке в изоляционных лаках, которые после высы-
хания склеивают витки. Эти вещества, а также изоляция провода
так же меняют размеры при изменении температуры, что являет-
ся дополнительным дестабилизирующим фактором. Многослойные
катушки типа «универсаль» имеют т. к. (1) порядка (50 4- 100) 10~6.

Необходимо отметить, что величина т. к. (Л) с достаточной для
практики степенью точности рассчитана быть не может. Поэтому
при оценке стабильности приходится ориентироваться на резуль-
таты экспериментальной проверки.

При изменениях температуры одновременно меняется доброт-
ность <2 катушки: при повышении температуры добротность умень-
шается, при понижении — возрастает. Уменьшение добротности
при повышении температуры связано с увеличением сопротивле-
ния провода намотки, с увеличением потерь в диэлектрике кар-
каса.

Температурный коэффициент сопротивления меди т. к. (р) =
= 0,004. Таким образом, при изменении температуры окружающего
воздуха от 4-20 до + 60°С (А/ = 40°С) сопротивление провода на-
мотки увеличится на 16%, что вызовет соответствующее изменение
добротности. В длинноволновых катушках, где потери определяют-
ся в основном потерями в меди, эта составляющая будет определять
падение добротности при нагреве. При конструировании катушек
коротковолнового (КВ) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазо-
нов, у которых суммарные потери определяются в значительной ме-
ре потерями в диэлектрике (потерями в собственной емкости), сле-
дует стремиться к применению таких материалов, которые мало ме-
няют величину $ и 8 ПРИ нагреве (например, керамики).

Иногда, при конструировании задающих каскадов передатчи-
ков и гетеродинов приемников к катушкам предъявляются такие
требования по стабильности индуктивности, которым невозмож-
но удовлетворить при современном уровне радиоаппаратостроения.
В этом случае элементы, определяющие стабильность параметров
аппарата, помещают в термостат, в котором автоматически под-
держивается определенная температура. Вопросы термостатиро-
вания радиоаппаратуры рассмотрены в гл. XI.

Для того чтобы параметры катушки мало менялись при меха-
нических воздействиях, необходимо устранить возможность взаим-
ного перемещения витков. В однослойных катушках это достигает-
ся, например, применением каркасов с канавками и керамических
каркасов с обмоткой, выполненной методом вжигания серебра. Для
многослойных катушек применяют пропитку в лаках.

Воздействие влаги на параметры катушек. При длительном пре-
бывании катушек в атмосфере с большой относительной влажностью
происходит увеличение собственной емкости и уменьшение доброт-
ности. Указанное явление связано с тем, что влага, проникая в по-
ры диэлектрика, увеличивает значение диэлектрической проница-
емости е и в результате возрастают собственная емкость ка-
тушки и потери в ней. У однослойных катушек, намотанных про-
водом без изоляции, стабильность собственной емкости и доброт-
ности при воздействии влаги определяется свойствами диэлектрика
каркаса; у многослойных катушек, кроме того, — свойствами изо-
ляции провода и пропиточных материалов. Чтобы предотвратить
резкое уменьшение добротности однослойных катушек при воздей-
ствии влаги, следует применять каркасы из негигроскопичных ма-
териалов, керамики, полимонохлорстирола.

В менее ответственных случаях применяют каркасы из пласт-
масс К-221-2, К-21-22 и др.

Более чувствительны к влиянию многослойные катушки, имею-
щие провод с волокнистой (шелковой или хлопчатобумажной) изо-
ляцией. Такие катушки подвергают пропитке. Для пропитки необ-
ходимо применять негигроскопичные материалы, хорошо проникаю-
щие в микропоры пропитываемого диэлектрика (имеющие малую
вязкость), с малым значением е и 8. В противном случае в ре-
зультате пропитки (даже без воздействия влаги) произойдет значи-
тельное увеличение Со и потерь в катушке.

К числу таких материалов относится, например, кремний-
органический лак К-55 (в = 3,1; § = 0,003 при / = 106 гц).

Защита катушек от влаги может осуществляться помещением
их в герметично запаянный футляр; как показано на рис. 4.23, а,
§ 7. Катушки с магнитными и немагнитными
сердечниками

Сердечник из магнитного материала, помещенный внутри катуш-
ки, концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает ее ин-
дуктивность. Применение магнитных сердечников позволяет умень-
шить размеры катушки и в ряде случаев увеличить ее добротность.
Кроме того, используя сердечник, который способен перемещаться
внутри катушки, можно менять ее индуктивность без изменения
числа витков, что имеет большое значение для компенсации откло-
нений индуктивности и других элементов схемы при регулировке
аппарата.

Свойства магнитных материалов, используемых для изготовле-
ния сердечников. Свойства сердечника из магнитного материала,
находящегося в поле катушки, по которой текут токи высокой час-
тоты, существенно отличаются от свойств при низких частотах. По
мере увеличения частоты поля увеличивается э. д. с., наведенная в
сердечнике, что в свою очередь приводит к возрастанию вихревых
токов.

При протекании вихревых токов создается вторичное поле,
направленное навстручу основному полю катушки, что уменьшает
ее индуктивность. Одновременно часть энергии, запасенной в поле
катушки, расходуется на нагрев сердечника вихревыми токами и
добротность катушки уменьшается.

Чтобы уменьшить вихревые токи, сердечники нужно изготав-
ливать из материала, который, кроме магнитных свойств, имеет
большое сопротивление.

Применяемые в катушках магнитные материалы можно разде-
лить на две основные группы: магнитодиэлектрики и ферриты (окси-
феры). Магнитодиэлектрик состоит из мельчайших частиц проводя-
щего магнитного материала, изолированных друг от друга слоем
диэлектрика, который одновременно является связующим вещест-
вом, скрепляющим частицы.

В отличие от магнитодиэлектриков, феррит — монолитный ма-
териал, который обладает ферромагнитными свойствами и одновре-
менно имеет большое удельное объемное сопротивление (порядка
1010 — 1012 ом-см). Это важнейшее преимущество ферритов перед
металлическими магнитными материалами обуславливает малые
потери на вихревые токи и позволяет использовать их в виде мо-
нолитных сердечников на радиочастотах.

Одной из основных характеристик любого магнитного материала
является величина магнитной проницаемости рь, которая показы-
вает, во сколько раз увеличивается индуктивность тороидальной
катушки с сердечником по сравнению с индуктивностью катушки
без сердечника. Применяемые в радиоаппаратостроении магнито-
диэлектрики имеют = 10 50, а ферриты ’х = 15 4- 3000. Кро-
ме того, свойства любого магнитного материала характеризуются
величиной возникающих в нем потерь.

Указанные параметры магнитных материалов не являются стро-
го стабильными: они могут изменяться от воздействия различных
факторов. Магнитная проницаемость зависит от температуры сер-
дечника; температурная нестабильность характеризуется темпе-
ратурным коэффициентом магнитной проницаемости [т. к.] (рь)]:

Т. К. (11) = ,

где

— величина магнитной проницаемости при нормальной темпера-
туре;

Д|1 — изменение магнитной проницаемости, при изменении темпе-
ратуры на А/ град.

Магнитная проницаемость зависит от напряженности поля, в ко-
тором находится сердечник. Для некоторых магнитных материалов
характерно явление старения (изменение магнитной проницаемости
во времени), которое оценивается относительным изменением маг-
нитной проницаемости за определенный период времени (— %).

Свойства магнитных материалов в значительной степени зависят
от частоты электромагнитного поля, в котором они будут находить-
ся: при повышении частоты магнитная проницаемость уменьшается,
а потери в материале растут. Чем меньше размеры зерна в магни-
тодиэлектрике, чем меньше 3 диэлектрика, тем выше частота, на
которой могут использоваться катушки с магнитными сердечника-
ми.

Ферриты, как указывалось выше, имеют большое удельное соп-
ротивление и малые потери на вихревые токи, что обусловливает
общий малый уровень потерь на радиочастотах.

К группе магнитодиэлектриков относятся карбонильное желе-
зо и альсифер. Промышленность выпускает несколько сортов кар-
бонильного железа, отличающихся в основном размерами зерна.
Карбонильное железо марки Р-2 может использоваться на частотах
до 50 Мгц; марки Р-4 — на частотах до 10—20 Мгц. На более вы-
соких частотах добротность катушки при введении сердечника зна-
чительно снижается и применение сердечников становится нецеле-
сообразным. Материалы этой группы имеют ц 10 4- 12;
т. к. ([1) (150 4- 180) 10~6.

Альсиферы могут иметь магнитную проницаемость ц до 50—60.
Однако потери в альсифере значительно больше, чем в карбониль-
ном железе, что ограничивает его применение в тех случаях, когда
нужно получить высокую добротность катушки.

Альсиферы имеют отрицательный .т. к. (р-), величина которого в
зависимости от марки лежит в пределах от — 50 • 10~6 до — 400 X
X Ю~6. Карбонильное железо и альсифер практически не подвер-
жены старению; магнитная проницаемость этих материалов в очень
незначительной мере зависит от напряженности поля. При изготов-
лении контурных катушек радиоаппаратуры в большинстве слу-
чаев используются сердечники из карбонильного железа.

Основное преимущество ферритов перед магнитодиэлектрика-
ми — высокое значение магнитной проницаемости, достигающее для
некоторых марок величины 3000. Однако наряду с этим ферриты име-
ют ряд существенных недостатков. Температурный коэффициент
магнитной проницаемости ферритов значительно больше, чем у кар-
бонильного железа и для марок с большим значением у, достигает
величины (5000^-7000) 10~6. Значение т. к. (у-) имеет большой раз-
брос от партии к партии в пределах одной марки материала; т. к.(у,)
в области положительных и отрицательных температур может
отличаться в несколько раз. Ферриты подвержены старению (изме-
нение магнитной проницаемости составляет 1,0—1,5% за год); зна-
чение магнитной проницаемости ферритов очень сильно зависит от
напряженности поля (изменение у. может достигать десятков и со-
тен процентов). / ' 2_

Магнитная проницаемость ферритов зависит от частоты электро-
магнитного поля: для каждой марки феррита существует предель-
ная частота, при превышении которой магнитная проницаемость на-
чинает резко уменьшаться. Эта частота зависит, в свою очередь, от
величины начальной магнитной проницаемости: чем выше у-, тем
меньше значение предельной частоты. Так, например, для феррита
марки Фх — 2000 (у = 2000) проницаемость начинает уменьшать-
ся при частотах более 200 кгц, а для Фх — 250 (у- = 250) — при
частотах более 3 гц.

Типы магнитных сердечников и их основные параметры. При-
меняемые в радиоаппаратостроении сердечники по конструкции мож-
но разбить на две основные группы: цилиндрические и броневые.
Их разновидности показаны на рис. 4.16. Основной параметр сер-
дечника — магнитная проницаемость ус, называемая часто эффек-
тивной магнитной проницаемостью, показывает, во сколько раз ин-
дуктивность катушки с сердечником больше индуктивности той
же катушки без сердечника.

4 = Ьуьс, (4.39)

где

Ьс — индуктивность катушки с сердечником;

Ь — индуктивность той же катушки без сердечника.

Сердечники, изображенные на рис. 4.16, в отличие от тороидаль-
ных, не образуют замкнутого магнитопровода, и часть магнитных
силовых линий катушки рассеивается через воздух. Поэтому маг-
нитная проницаемость ус цилиндрических и броневых сердечников
всегда меньше магнитной проницаемости тороидального сердечни-
ка, т. е. меньше магнитной проницаемости материала у-, из которого
сердечник сделан.
Магнитная проницаемость рс зависит от целого ряда факторов:

1. От магнитной проницаемости р материала; при увеличении
растет рс.

2. От процентного содержания в сердечнике (из магнитодиэлект-
рика) магнитного материала и диэлектрика. При изготовлении сер-
дечников методом литья под давлением количество диэлектрика
(полистирола или полимонохлорстирола) берут больше, чем при

Рис. 4.16. Сердечники из магнитных материалов:

СЦГ — сердечник цилиндрический гладкий; СЦТ — сердечник ци-
линдрический трубчатый; СЦР — сердечник цилиндрический резьбо-
вой; 'СБ-а — сердечник броневой с замкнутым магнитопроводом;

СБ-б — сердечник броневой с разомкнутым магнитопроводом

сухом прессовании с использованием бакелитовой смолы. Поэтому
в первом случае магнитная проницаемость р-с при прочих равных
условиях имеет меньшее значение. Кроме того, зависит от дав-
ления при прессовке, от формы зерна магнитодиэлектрика.

3. От конфигурации сердечника; наибольшей магнитной про-
ницаемостью рьс обладает тот сердечник, при использовании кото-
рого магнитные силовые линии поля катушки наименьшую часть
пути проходят через воздух и наибольшую — через магнитный ма-
териал. Например, у сердечника броневого типа имеет большее
значение, чем у цилиндрического;1 у броневого сердечника с замк-
нутым магнитопроводом (СБ - а) |лс больше, чем у аналогичного
сердечника с разомкнутым магнитопроводом (СБ-б); из двух цилинд-
рических сердечников равного диаметра большее значение имеет
сердечник большей длины.

4. От взаимного расположения витков катушки и сердечника;
чем ближе расположен сердечник к виткам катушки, тем больше ве-
личина Например, один и тот же цилиндрический сердечник при
испытании его с двумя однослойными катушками, имеющими рав-
ную длину /, но разные значения 1)0, будет иметь |лс больше для той
катушки, у которой Иц — меньше; для однослойной катушки, имею-
щей диаметр каркаса Ъо, магнитная проницаемость цилиндрическо-
го сердечника рьс будет больше, чем для многослойной, имеющей тот
же диаметр каркаса 220, так как в последнем случае часть витков
(2-го и последующих рядов) оказывается удаленной от сердечника
и его влияние на поле этих витков уменьшено.

В силу перечисленных причин в справочниках и технических
условиях приводятся значения рьс, относящиеся к случаю измере-
ния во вполне определенной для каждого типа сердечника эталон-
ной катушке. Указанные эталонные катушки во многих случаях
близки по конфигурации к тем реальным катушкам, в которых сер-
дечники будут использоваться. В этих случаях приведенные в спра-
вочниках и технических условиях значения |хс могут быть исполь-
зованы для соответствующих расчетов. В тех случаях, когда кон-
фигурация эталонной и проектируемых катушек значительно отли-
чаются, следует экспериментально определить рьс для катушки нуж-
ной конфигурации.

Так как магнитная проницаемость сердечника меньше, чем
магнитная проницаемость материала рь, то температурный коэффи-
циент магнитной проницаемости сердечника [т. к. (рьс)] меньше тем-
пературного коэффициента магнитной проницаемости материала

т. к. (|хс) = — т. к. (р-). (4.40)

р-

Сердечники типа СБ содержат подстроечник (позиция 1 на рис.
4.16), который служит для изменения индуктивности катушки в
небольших пределах при настройке аппарата.

При введении подстроечника происходит увеличение магнитной
проницаемости сердечника (индуктивности катушки), так как умень-
шаются воздушные промежутки на пути магнитных силовых ли-
ний.

Чашки сердечника СБ-а (позиция 2, 3, рис. 4.16) образуют более
замкнутый магнитопровод, чем чашки (позиция 2, 4, рис. 4.16) сер-
дечника СБ-б. Поэтому подстроечник в сердечнике СБ-а обеспечи-
вает меньшее изменение магнитной проницаемости, чем в сердеч-
нике СБ-б.

Размеры и основные параметры сердечников СЦР и СБ, у ко-
торых чашки выполнены из карбонильного железа с использованием
бакелитовой смолы, а подстроечники с использованием поли-
монохлорстирола, приведены в табл. 4.7 и 4.8.

Таблица 4.7

Размеры и основные параметры цилиндрических сердечников

Тип сердечника 1 с, мм о с, мм % (на частоте 15 Мгц
СЦР-1 10 1М6 х 0,75 1,75
СЦР-2 19 1М6Х0,75 1,85
СЦР-3 10 1М7 X 0,75 1,75
СЦР-4 19 1М7 X 0,75 1,85
СЦР-5 10 1М8 X Г 1,75
СЦР-6 19 1М8 X 1 1,85
СЦР-7 10 1М9 X 1 1,75
СЦР-8 19 1М9 X 1 1,85

Таблица 4.8

Размеры и основные параметры сердечников типа СБ

Тип сердечника ММ ^3 » ММ ММ н, мм к, ММ |хс при вы- вернутом под- строечнике (на частоте 0,5—1 Мгц) Др-с » % (Уве- личение р.с при введенном подстроечнике)
СБМ 9,6 7,5 4,6 7,2 4,2 3 15
СБ-1а 12,3 10 6 10,6 8,2 3,5 15
СБ-16 12,3 10 . 6 10,6 8,2 2 22
СБ-2а 23 18,5 10 11 6,2 3,3 15
СБ-26 23 18,5 10 И 6,2’ 2,2 22
СБ-За 23 18 11 17 12 3,9 15
СБ-4а 28 22 13 23 17 4,3 15
СБ-5а 34 27 13,5 28 20,4 4,1 15

Указанные сердечники предназначены для эксплуатации при тем-
пературе от — 60 до + 100°С, при относительной влажности воз-
духа до 98% и температуре + 40°С, а также в условиях вибрации
и ударов.

Параметры катушек с магнитными сердечниками. Как следует
из изложенного выше (см. формулу 4.39), при введении в катуш-
ку сердечника ее индуктивность увеличивается в у>с раз.

Добротность катушки с сердечником

О ______ со«р>с«Д _____ Р'С ______________о Н'в

С гк + ''с Гк Гс Гс

Гк

где

(? — добротность катушки без сердечника;

Ь — индуктивность катушки без сердечника;
гк — сопротивление потерь в катушке;

гс— сопротивление потерь, вносимых сердечником в катушку.

Как видно из указанной формулы, если гс < гк, то при введении
сердечника добротность катушки увеличивается в у.с раз.

При увеличении частоты тока, текущего через катушку, магнит-
ная проницаемость р.с уменьшается, а потери, вносимые сердечни-
ком гс, растут. При некотором значении частоты дробь

и сердечник уменьшает добротность катушки. Однако часто сер-
дечники используют для изменения индуктивности катушки в про-
цессе регулировки и тогда, когда их применение приводит к умень-
шению добротности. Необходимая величина изменения индуктив-
ности зависит от конкретной схемы, где используется катушка.

Рассмотрим, например, параллельный резонансный контур,
который должен быть настроен на частоту

• У1НОМ • Сном

Допустим, что используемая в контуре катушка изготавливается
с отклонением индуктивности от номинального значения на ± 2%,
а отклонение емкости контура (она слагается из емкости конденса-
тора, емкости монтажа, емкости лампы и др.) составляет ± 7%.
В этом случае максимальные значения емкости и индуктивности
будут соответственно

I —1027 С — 1 07 С
^шах — ^ном» ^тах — ином»

а частота настройки контура

, = 1 = 1 _ 1

2тс Лтах • Стах 2яУ 1,02-

Сном'1>07СНОМ 2^/1,09-

Сном * Сном

Для того чтобы обеспечить настройку контура на заданную часто-
ту /ном, нужно, чтобы у одного из элементов контура (например, у
катушки) можно было в процессе регулировки уменьшить величину
индуктивности на 9%.

Аналогично можно показать, что при минимальных значениях
Ь и С катушка должна позволять увеличивать индуктивность на 9%.
Таким образом, для рассматриваемого примера следует считать,
что величина индуктивности катушки в процессе регулировки дол-
жна изменяться не менее чем на ± 9% от номинального значения.

Собственная емкость катушек с сердечниками (особенно с бро-
невыми) больше, чем у катушек без сердечников. Увеличение ем-
кости происходит за счет появления дополнительных паразитных
емкостей между витками обмотки и металлом сердечника, а также
из-за концентрации электрического поля в его диэлектрике. Соб-
ственная емкость несекционированной катушки в броневом сер-
дечнике может достигать 50—80 пф.

Температурная стабильность индуктивности катушек с магни-
тными сердечниками. При использовании в катушках индуктив-
ности сердечников появляется дополнительный дестабилизирую-
щий фактор — изменение магнитной проницаемости сердечника.
Поэтому, при прочих равных условиях, т. к. (Л) катушки с сердеч-
ником больше, чем т. к. (Л) той же катушки без сердечника. Тем-
пературный коэффициент индуктивности катушки с сердечником

т. к. (Ьс) = т. к. (I) + т. к. (|ХС), (4.41)

где

т. к. (Л) — температурный коэффициент индуктивности катушки
без сердечника;

т. к. (р-с) — температурный коэффициент магнитной проницаемости
сердечника.

Кроме того, при изменении температуры и при механических воз-
действиях может происходить взаимное перемещение катушки и
сердечника, что так же приведет к ухудшению ее стабильности.

Для того чтобы уменьшить влияние сердечника на стабильность
катушки, необходимо, как это следует из формул (4.40) и (4.41), при-

Т.К.(и)
менять материалы с малым значением--------— •

К числу таких материалов относится, например, карбонильное
железо. Наличие у этого материала и других положительных свойств
(отсутствие старения, практическое отсутствие зависимости от
индукции, одинаковое значение т. к. (р-) в области положительных
и отрицательных температур и др.) определяют наиболее широкое
применение его для контурных катушек. При использовании сер-
дечников типа СБ из карбонильного железа можно получить катуш-
ки с т. к. (Л) = (150 4-200) 10“6.

Как указывалось выше, ферриты наряду с высоким значением
р- обладают большим т. к. (р,), величина которого имеет большой раз-
брос от партии к партии и техническими условиями не ограничи-
вается. Кроме того, величина р- для ферритов зависит от индукции
поля и меняется в процессе естественного старения материала. По-
тери в ферритах сильно растут при увеличении амплитуды перемен-
ного напряжения, и добротность контурных катушек при этом па-
дает. Поэтому катушки с сердечниками из феррита при прочих рав-
ных условиях имеют стабильность параметров более низкую,
чем аналогичные катушки из карбонильного железа.

Область применения сердечников из магнитных материалов.
В тех случаях, когда при использовании сердечника желательно
получить минимальное значение т. к. (Л) (это, в первую очередь, от-
носится к контурным катушкам), применяют сердечники из кар-
бонильного железа: броневые с замкнутым магнитопроводом (СБ-а),
86
броневые с разомкнутым магнитопроводом (СБ-б), цилиндрические
резьбовые, гладкие и трубчатые.

Броневые сердечники СБ-а имеют наибольшую величину маг-
нитной проницаемости и позволяют максимально сократить габари-
ты катушки. В тех случаях, когда необходимо иметь увеличенный
коэффициент подстройки, применяют сердечники СБ-б, которые
имеют уменьшенную величину магнитной проницаемости. При-
менение сердечников типа СБ ограничено диапазоном частот до
1,5—2 Мгц , так как на более высоких частотах добротность катуш-
ки начинает резко падать из-за увеличения потерь в материале сер-
дечника.

Сердечники типа СЦР предназначены в основном для изменения
индуктивности однослойных катушек в процессе настройки аппа-
рата. Для этого в каркасе делается резьба, по которой перемещает-
ся сердечник. Сердечники СЦГ применяются для увеличения ин-
дуктивности и, следовательно, уменьшения размеров катушек, не
требующих подстройки, для чего их неподвижно закрепляют внут-
ри каркаса клеем.

При использовании указанных сердечников из карбонильно-
го железа марки Р-4 в катушках средней добротности (ф = 100 4-
4- 120) на частоте 15 Мгц не происходит увеличения добротности
катушек, а индуктивность увеличивается.

Резьбовые сердечники используют и на более высоких частотах
для подстройки индуктивности, хотя добротность катушек при этом
будет уменьшаться.

На частотах до 50 Мгц используют резьбовые сердечники из
карбонильного железа марки Р-2, которые дают возможность из-
менять индуктивность на 10—15% при уменьшении добротности ка-
тушки примерно на 10%. В тех случаях, когда стабильность индук-
тивности катушки не имеет существенного значения (например,
в дросселях высокой частоты) целесообразно использовать сер-
дечники из феррита, броневые и цилиндрические, которые могут
обеспечить сокращение габаритов катушек.

Пример 4.3. Определить габариты и число витков катушки
индуктивности по следующим данным: Ь = 2200 мкгн\ / = 330 кгц\
т. к. (Л) < (200^- 250) 10~6.

В процессе настройки аппарата индуктивность должна изменять-
ся не менее, чем на ± 8%.

Для получения минимальных габаритов применим для катушки
броневой сердечник из карбонильного железа, который может обес-
печить требуемое значение т. к. (Л).

Применим сердечник с разомкнутым магнитопроводом (типа
СБ-б), который позволяет изменять индуктивность катушки под-
строечником на 22% ( ± 11%).

При требуемом изменении индуктивности ± 8% подстроечник
не придется полностью выворачивать, что обеспечивает устойчи-
вое его положение в резьбе чашки.
Выберем сердечник типа СБ-26.

Его габаритные размеры приведены в табл. 4.8 и на рис. 4.16.
Исходя из размеров сердечника, определим размеры намотки. Тол-
щину стенок каркаса катушки 8 принимаем 1 мм. Тогда диаметр
каркаса (см. рис. 4.3) До = + 2 8 = 10 + 2 • 1 = 12 мм.

Длина намотки I < Н = 6,2 мм; принимаем I = 5 мм. Наружный
диаметр катушки Д < & = 18,5 мм; принимаем Д = 18 мм.

Для уменьшения собственной емкости применим намотку «уни-
версаль».

Рис. 4.17. Зависимость из-
менения индуктивности ка-
тушки от размеров сердеч-
ника из проводящего мате-
риала:

/с—• длина сердечника; Г>с—
диаметр сердечника

Рис. 4.18. Зависимость из-
менения добротности одно-
слойной катушки от изме-
нения индуктивности при
использовании сердечника
из проводящего материала

Определим расчетную индуктивность катушки без сердечника.
Магнитная проницаемость сердечника без подстроечника р.с = 2,2.
При среднем положении подстроечника магнитная проницаемость
увеличится на 11%:

^/==2,2-4- — .2,2 = 2,44.

1 100

По формуле (4.39) индуктивность катушки без сердечника

г Гс 2200

Г = =-----= 900 мкгн.

Рч/ 2,44

Дальнейший расчет катушки ведем, как показано в примере 4.2.
При этом следует учесть, что из-за влияния сердечника значения ф
и Со будут отличаться от полученных в примере 4.2 и должны быть
уточнены по результатам эксперимента.

Катушки с сердечниками из немагнитного материала. Приме-
нение магнитных сердечников в диапазоне УКВ значительно ухуд-
шает добротность катушек и не позволяет менять их индуктивность,
88
так как в этом диапазоне |хс 1. В тех случаях, когда необходимо
менять величину индуктивности в процессе регулировки аппарата
в небольших пределах (3—5%), можно применять сердечники из
проводящих материалов. Такой сердечник можно рассматривать
как короткозамкнутый виток. При приближении сердечника к ка-
тушке ее индуктивность будет уменьшаться; одновременно будет

Рис. 4.20. Магнитное поле
катушки и экрана

Рис. 4.19. Катушка с
регулировкой индуктив-
ности диском из немаг-
нитного проводящего ма-
териала

ками, приведенными на

уменьшаться и добротность катушки.
Если сердечник выполнить из хорошо
проводящего материала (например, ме-
ди), можно получить изменение индук-
тивности на 3—5% при уменьшении
добротности до 10%. Влияние сердечни-
ка на свойства катушек приближенно
можно определить, пользуясь графи-
рис. 4.17 и 4.18.

Конструктивно катушки с немагнитными сердечниками могут

выполняться, например, так, как показано на рис. 4.19. Для из-
готовления сердечников применяют медь, латунь, алюминий.

§ 8. Экранирование катушек индуктивности

Для того чтобы уменьшить влияние электромагнитного поля ка-
тушки на расположенные рядом другие элементы схемы, а также
для уменьшения влияния внешних полей на катушку, ее помещают
внутри металлического экрана. Если сечение экрана в плоскости,
перпендикулярной осевой линии катушки, образует замкнутый
контур, то по экрану текут токи, индуктируемые полем катушки.

Как видно из рис. 4.20, вне экрана поля катушки и экрана на-
правлены в противоположные стороны, т. е. экран ослабляет поле
катушки в окружающем ее пространстве и уменьшает влияние ка-
тушки на другие каскады аппарата. Одновременно следует отме-
тить, что внутри катушки поля катушки и экрана так же направ-
лены в противоположные стороны, т. е. поле экрана ослабляет ос-
новное поле катушки, что эквивалентно уменьшению ее индуктив-
ности.

Если экран тщательно заземлить, то он будет выполнять роль
статического экрана, т. е. будет ослаблять емкостную связь меж-
ду витками катушки и другими каскадами аппарата.

Проверка расчетным путем способности экрана ослаблять внеш-
нее поле катушки встречает большие трудности. Кроме того, для
оценки допустимости тех или иных паразитных связей нужно знать
характер всех паразитных связей, существующих в аппарате, что
практически не осуществимо; при конструировании аппаратуры
такая проверка не проводится, тем более, что правильно сконструи-
рованный экран в большинстве случаев обеспечивает необходимую
степень экранирования.

Индуктивность экранированной катушки можно вычислить по
следующей формуле:

^к.э —

(4.42)

где

Лк. э — индуктивность катушки с экраном;

Ь — индуктивность катушки без экрана;

Р — диаметр катушки;

Рэ — диаметр экрана;

т] — коэффициент, который для однослойных катушек зависит от

Значение для однослойных катушек может быть взято из гра-
фика (рис. 4.21).

Рис. 4.21. График зависимости коэффициента т] для
расчета индуктивности экранированной катушки

В современной радиоаппаратуре многослойные катушки обычно
выполняются в‘ сердечниках броневого типа, при использова-
яии которых большая часть силовых линий магнитного поля ка-
тушки замыкается через сердечник и меньшая — через воздух. В
этом случае влияние экрана на индуктивность катушки в значи-
тельной мере уменьшено.

При экранировании катушки в нее вносится дополнительное
сопротивление гвн, которое можно определить, воспользовавшись

известными соотношениями, вытекающи-
ми из теории связанных цепей. Одно-
временно за счет экрана уменьшается
напряженность магнитного поля катуш-
ки, в результате чего уменьшается со*
ставляющая сопротивления катушки,
которая определяется «эффектом бли-
зости».

Следует отметить, что применение
экрана приводит к уменьшению доброт-
ности катушки даже при неизменном
ее сопротивлении за счет уменьшения
величины индуктивности.

В результате влияния экрана на ка-
тушку увеличивается ее собственная
емкость, так как появляются дополни-

Непрадильно

Рис. 4.22. Примеры распо-
ложения швов на экране

влияния на его экоани-

тельные емкости между витками и экра-
ном: чем ближе экран к катушке, тем
больше величина Со. Такое же влияние
на Со оказывают другие элементы конст-
рукции аппарата, расположенные вбли-
зи катушки.

Таким образом, чем ближе экран к
катушке, тем больше его влияние на
параметры катушки. Экраны изготавли-
вают в виде стаканов круглого или пря-
моугольного сечения из алюминия или
меди. Толщина стенки экрана не оказывав

рующие свойства, так как на радиочастотах ток протекает толь-
ко по поверхностному слою. Поэтому при конструировании экра-
нов толщину стенки 5 следует выбирать из конструктивных сооб-
ражений: обычно 5 0,5 4- 1 мм.

Экран не должен иметь пазов или разрезов, увеличивающих соп-
ротивление индуктируемому в нем току (см. рис. 4.22), так как в
противном случае ухудшится его экранирующее действие. Обыч-
но при проектировании катушек средней добротности (ф^ЧОО) бе-

рут следующие соотношения между диаметрами экрана и катушки:
а) для однослойной — 1,6 ~ 2;

б) для многослойной — — 1,5 ~ 1,8.
При этом индуктивность катушки уменьшается не более, чем на 20%.

Наилучшая добротность однослойной экранированной катуш-
ки получается при = 0,8 4-1,2. Для катушек средней доброт-
ности экран целесообразно изготавливать из алюминия. При про-
ектировании катушек высокой добротности ((^ > 150 4-200) сле-
дует увеличивать размеры экрана и выполнять его из меди.

Примеры конструктивного выполнения катушек с экранами при-
ведены на рис. 4.23. Внутри экрана обычно располагают и другие

Рис. 4.23 Экранирование катушек:

а) — герметичный экран; б) — негерметичный экран; / — изо-
ляционное основание (для случая а — из керамики); 2 —эк-
ран; 3 — катушка; 4 —г заглушка; 5 — металлизированная
часть керамического основания

элементы схемы с таким расчетом, чтобы получить законченный
функциональный узел (например, колебательный контур), удоб-
ный для замены. Часто применяют экраны, имеющие прямоуголь-
ное сечение. Такие экраны сложнее в изготовлении, чем круглые,
но их применение оправдывается лучшим использованием площа-
ди шасси: квадратный экран, занимающий столько же места на шас-
си, как и круглый, более удален от катушки и, следовательно, в
меньшей степени влияет на ее параметры. При учете влияния та-
ких экранов в расчет следует вводить О'э = 1,2 а, где а наимень-
шая сторона поперечного сечения экрана.

В экранированных катушках из-за разницы в коэффициентах
линейного расширения материала экрана, материала каркаса и
провода намотки происходит взаимное смещение катушки и экра-
на, что приводит к появлению дополнительной составляющей
т. к. (Л), которая может достигать величины порядка (104-40)10 а-

Для особо стабильных катушек экраны можно делать из ма-
териалов, имеющих малый коэффициент линейного расширения (ме-
таллизированной керамики); чем выше требование к стабильности
катушки, тем более удаляют от нее экран берут равным 2,5—3
и более).

Пример 4.4. Определить размеры, число витков и доброт-
ность экранированной катушки по следующим данным: индуктив-
ность 2,5 мкгн; рабочая частота / = 15 Мгц; площадь, занимаемая
катушкой с экраном на шасси, не должна превышать (16,5х16,5)жл12.

1. Определяем исходные данные для расчета катушки.

Задаемся размерами экрана: для максимального использования
площади шасси применим экран квадратной формы с размером сто-
роны 16,5 мм. В соответствии с формулой (4.43) эквивалентный диа-
метр экрана

©/= 1,2а = 1,2.16,5 = 19,8 мм.

Для получения максимальной добротности катушки зададимся

— = 2; тогда диаметр катушки О =

= 9,9 мм.

Примем© — 10 мм.

Для получения максимальной добротности катушки примем
значение

По графику (рис. 4.21) определяем коэффициент ц;

7] = 1,26.

По формуле (4.42) определяем расчетную величину индуктив-
ности катушки без экрана

I =-----------=---------------= з мкгн.

/О\* ( 1 \з

2. Дальнейший расчет размеров, диаметра провода, числа витков
и собственной емкости производим так, как показано в примере 4.1
настоящей главы.

Примечание. Следует иметь в виду, что фактическая величина Со
катушки в экране будет несколько больше, чем вы-
численная в примере 4.1 без учета влияния экрана.
§ 9. Связанные катушки

Связанные катушки применяются для осуществления индуктив-
ной связи между двумя цепями. Расчет связанных катушек сводит-
ся к определению индуктивностей каждой из них и коэффициента
связи между катушками.

Коэффициент связи между катушками зависит только от их
взаимного расположения и геометрических размеров и не зависит
от электрических параметров.

Расчет коэффициента связи требует трудоемких вычислений и
поэтому здесь приводиться не будет; кроме того, при наличии сер-
дечников и.экранов точность указанных рас-
четов значительно понижается. Поэтому ни-
же будут приведены некоторые данные, ко-
торыми можно воспользоваться для ориен-
тировочных расчетов. При необходимости
уточнение коэффициента связи к может
быть произведено по результатам эксперимен-
тальной проверки.

Если витки катушки связи располагаются
между витками контурной катушки (см. рис.
4.24), то коэффициент связи к 0,84-
4- 0,95; меньшая цифра относится к намотке
с расстоянием между витками катушек (обыч-
но, 0,5—1 мм), большая — к намотке вплот-
ную. Следует иметь в виду, что при этом ем-
костная связь между катушками так же мо-
жет иметь значительную величину: чем боль-
ше диаметр провода намотки, чем ближе рас-
положены витки, чем больше © материала кар-
каса, тем больше Ссв.

Если одна из катушек короткая много-
слойная, а другая однослойная (имеющая
1), то к = 0,5; разделением однослойной
катушки на две и расположением их по обе
стороны от многослойной можно увеличить
коэффициент связи до к 0,654-0,75. Для
двух узких многослойных катушек, распо-
ложенных на расстоянии 1—2 мм, к 0,8.

Если ввести внутрь двух катушек общий магнитный сердечник,
коэффициент связи значительно возрастет. Если, например, намо-
тать катушку связи поверх контурной и заключить их в сердеч-
ник броневого типа, то можно получить значение коэффициента
связи, близкое к единице. Если же одну из катушек заключить в
броневой сердечник, а другую расположить рядом, то значение ко-
эффициента связи уменьшится до к 0,01 4- 0,02, так как основ-

Рис. 4.24. Связанные
катушки:

а) — две однослойные;

б) — многослойная и од-
нослойная; в) — много-
слойная и однослойная,
разделенная на две час-
ти; г) — две многослой-
ные
ная часть магнитного потока первой катушки будет замыкаться че-
рез сердечник и не будет пронизывать вторую катушку. Если надо
уменьшить значение коэффициента связи, следует удалять друг от
друга катушки или располагать их осевые линии перпендикулярно.
Коэффициент связи двух коаксиальных катушек может быть зна-
чительно уменьшен, если между ними расположить короткозамк-
нутое кольцо. Однако при этом уменьшится добротность катушек и
их индуктивность.

Рис. 4. 25. Связанные катушки с регулируемой связью:

1,2 — неподвижные катушки; 3 — вращающаяся катушка; 4 — шкив;

5 — нитка; 6 — конденсатор

Часто одна из катушек — контурная — имеет сердечник для
регулировки величины индуктивности. В этом случае катушка свя-
зи должна быть расположена так, чтобы в процессе настройки кон-
турной катушки торец сердечника не перемещался в зоне распо-
ложения катушки связи и между катушками; в противном случае
коэффициент связи будет зависеть от того положения, которое зай-
мет сердечник в процессе настройки аппарата.

На величину коэффициента связи оказывает влияние экран:
при наличии экрана коэффициент связи уменьшается. Одна из
связанных катушек обычно бывает настроена на частоту, отличную
от рабочего диапазона частот. Поэтому к ней предъявляются мень-
шие требования по добротности, чем к контурным катушкам. Для
уменьшения габаритов такие катушки связи обычно мотают тонким
проводом (й 0,07 — 0,15).

В большинстве случаев требуется, чтобы коэффициент связи
между катушками при эксплуатации аппарата оставался неизмен-
ным, для чего связанные катушки закрепляют так, чтобы исклю-
чить возможность их взаимного перемещения. Однако иногда тре-
буется менять коэффициент связи между катушками при эксплуа-
тации аппарата. Такое требование предъявляется, например, к
катушкам усилителя промежуточной частоты с регулируемой по-
лосой пропускания.

На рис. 4.25 показаны катушки с изменяемым коэффициентом
связи, используемые в широковещательных приемниках; измене-
ние осуществляется поворотом катушки 3.

§10. Дроссели высокой частоты

Рис. 4. 26. Использование дрос-
селя в схеме с параллельным
питанием

Дросселем высокой частоты называется устройство, предназ-
наченное для того, чтобы уменьшить величину тока высокой час-
тоты, протекающего в какую-либо цепь, сохранив возможность
протекания тока низкой частоты
или постоянного тока.

На рис. 4.26 показана схема ре-
зонансного усилителя с парал-
лельным питанием, в которой дрос-
сель обеспечивает подачу постоян-
ного напряжения на анод лампы,
защищая от тока высокой часто-
ты источник анодного питания.

Если рассматривать дроссель,
как чистую индуктивность, то мож-
но придти к следующему выво-
ду: для того чтобы дроссель имел
хорошие заградительные свойст-
ва для тока высокой частоты, необ-

ходимо, чтобы он имел большую величину индуктивности Ьдр. Од-
нако необходимо учитывать, что параллельно дросселю включена
и емкость Сдр, которая слагается из собственной емкости катуш-
ки Со и емкости монтажа См; Ьдр и Сдр образуют параллельный
контур.

Если резонансная частота этого контура /0 будет меньше час-
тоты /с фильтруемого тока, то дроссель для тока с частотой /с бу-
дет иметь емкостное сопротивление. Сопротивление дросселя будет
определяться уже не величиной индуктивности, а величиной ем-
кости дросселя Сдр. Следовательно, для того чтобы повысить загра-
дительные свойства дросселя в данном случае, необходимо умень-
шить емкость Сдр.

Если добиться выполнения соотношения /0 > /с и

за счет уменьшения 1др, то это не приведет к требуемым результа-
там, так как из-за малой величины о)Лдр его заградительные свойства
будут недостаточны. Кроме того, уменьшение величины Лдр до тре-
буемого предела не всегда возможно. Например, в схеме рис. 4.26
необходимо выполнить соотношение > Лк; в противном слу-
чае индуктивность дросселя будет оказывать большое влияние на
индуктивность контура. Для выполнения поставленной задачи оста-
ется единственный путь — уменьшать емкость дросселя Сдр.

Следовательно, одна из основных задач, стоящих перед проекти-
ровщиком дросселя — создание катушки с малой величиной Со
и такой конструкции закрепления, при которой См также мало.

Если дроссель включен параллельно резонансному контуру,
то он оказывает влияние на его параметры; о влиянии величины 1др
говорилось выше.

Потери в проводе дросселя в большинстве случаев не оказывают
существенного влияния на добротность контура, так как вносимое
сопротивление пропорционально/"— У; так как Лдр > Лк, то этими
\^др/

потерями можно пренебречь.

Емкость дросселя оказывается подключенной параллельно ем-
кости контура. Если Сдр имеет большую величину, эти две емкости
могут быть соизмеримы, особенно при настройке контура на выс-
шую частоту диапазона. Тогда потери в Сдр могут существенно вли-
ять на добротность контура. Следовательно, кроме уменьшения
емкости дросселя в подобных случаях нужно уменьшать потери в
ней, т. е. применять диэлектрик с малой величиной 8. Факторы,
от которых зависит Со любой катушки, в том числе и дросселя, были
рассмотрены в § 4 настоящей главы.

Если дроссель применяется для фильтрации, например, в цепях
накала, где текут большие токи, то первостепенное значение при-
обретает уменьшение величины активного сопротивления провода
намотки, так как в противном случае будет иметь место большое па-
дение напряжения на дросселе. Потери в дросселе на высокой час-
тоте в данном случае влияния на его работу не оказывают.

При работе секционированного дросселя в широком диапазоне
частот между емкостями и индуктивностями отдельных секций могут
возникнуть на отдельных частотах последовательные резонансы,
при этом сопротивление дросселя току высокой частоты может рез-
ко уменьшиться, что приведет к ухудшению его заградительных
свойств. Поэтому параметры секций (индуктивность и собственную
емкость) делают различными. При этом указанные выше резонанс-
ные явления не могут возникнуть сразу во всех секциях (из-за раз-
личия их Ь и Со) и нерезонирующие секции будут выполнять свои
функции.

В зависимости от схемы, частоты, степени фильтрации, приме-
няемые в радиоаппаратуре дроссели имеют индуктивность от долей
микрогенри до десятков миллигенри. Требуемые значения Лдр и Сдр
определяются при расчете схемы, в которой дроссель будет исполь-
зоваться. Определение числа витков, размеров и прочего произво-
дится на основании соображений, приведенных в соответствующих
разделах настоящей главы.

4 Г. Д. Фрумкин

97
На рис. 4.27 показан дроссель, намотанный на сопротивлении
типа ВС. Малая величина диаметра каркаса, намотка с шагом про-
водом малого сечения позволяют получить малую величину Сдр.
Таким способом можно получить дроссели с величиной до не-
скольких микрогенри. При необходимости уменьшить Сдр можно
применять бескаркасную намотку. Если нужно получить 1,др по-
рядка десятков микрогенри и более, целесообразно переходить на

Рис. 4.27. Дроссели высокой частоты:

а) — на каркасе от сопротивления ВС; б) — секционированный с раз-
личными значениями А и С секций; в) — на ферритовом стержне

намотку «универсаль», или «внавал», секционируя ее для умень-
шения Сдр, как показано на рис. 4.8 и 4.27, а также применять од-
нослойные и многослойные катушки с сердечниками из феррита.

На рис. 4.27,в приведен внешний вид дросселя, выполненного
на цилиндрическом сердечнике из феррита с большой магнитной
проницаемостью. Несмотря на малые размеры (диаметр не более
3,5 мм, длина — 12 мм), такой дроссель имеет индуктивность до
125 мкгн.

§ 11. Вариометры

Вариометром называется катушка, индуктивность которой мо-
жет быть изменена оператором в процессе эксплуатации аппарата.
Вариометры могут применяться для перестройки контуров в пре-
делах широкого диапазона частот, а также в целях подстройки.

В большинстве современных вариометров величина индуктив-
ности изменяется за счет изменения взаимоиндукции между двумя
катушками или же введением в катушку сердечника из магнитного
материала.

На рис. 4.28 показан принцип устройства вариометра с измене-
нием взаимоиндукции: одна из катушек (статор) неподвижна, а дру-
гая (ротор) может вращаться вокруг оси. Катушки соединены по-
следовательно. Если направления магнитных полей двух катушек
совпадают, то их общая индуктивность

^шах ~ + 2Л/, (4.44)
где

Ьр и Ьс—индуктивности, соответственно ротора и статора;

М — взаимоиндукция между катушками.

При повороте ротора на 180° поля двух катушек будут направлены

навстречу и

Ьт1п = Ьр + Лс-2Л4. (4.45)

Коэффициент перекрытия вариометра по
индуктивности

___ ^тах __ Ч~ 2Л4 /4 46)

Ьтт + Ас — 2М

Учитывая, что М = кУ и пола-
гая Лр = Ьс, после подстановки в (4.46)
получим

(4-47>

Рис. 4.28. Вариометр с

витками ротора и стато-
ра, расположенными по
цилиндрической поверх-
ности каркаса

Можно показать, что для случая па-
раллельного соединения катушек величи-
на коэффициента перекрытия кь также оп-
ределяется выражением 4.47.

Таким образом, коэффициент перекрытия вариометра опреде-
ляется исключительно величиной коэффициента связи к\ теорети-

чески коэффициент перекрытия

Рис. 4.29. Вариометр с витками ро-
тора и статора, расположенными
по образующей цилиндра

может быть сделан сколь угодно
большим, если можно осуще-
ствить две вращающиеся ка-
тушки с коэффициентом связи
к близким к единице.

Однако для вариометра, схе-
ма которого изображена на рис.
4.28, невозможно получить ко-
эффициент перекрытия кь более
4—5, так как для обеспечения
вращения диаметр ротора дол-
жен быть значительно меньше

внутреннего диаметра статора и при этом невозможно получить
коэффициент связи между катушками больше 0,6 — 0,7.

Если расположить витки обмоток по образующим цилиндров
(см. рис. 4.29), то коэффициент перекрытия по индуктивности кь
может быть увеличен до 6—10.

Значительное увеличение кь получается при использовании маг-
нитных сердечников. На рис. 4.30 показана схема, поясняющая
принцип действия одного из таких вариометров: при положении ро-
тора и статора, показанном на рис. 4.30, магнитные потоки их об-
моток складываются и индуктивность обмоток вариометра имеет
максимальное значение; после поворота ротора на 180° эти потоки
будут вычитаться, и индуктивность вариометра будет иметь мини-
мальное значение. При такой конструкции можно получить коэф-
фициент перекрытия кь порядка нескольких десятков.

Рис. 4.31. Вариометр с по-
ступательным движением
сердечника из магнитного
материала

На рис. 4.31 показан варио-

Рис. 4.30. Вариометр с вращаю-
щимся сердечником из магнитно-
го материала

метр, у которого изменение ин-
дуктивности производится за
счет поступательного движения
П-образного ферритового сер-

дечника. Основание также выполнено из феррита; большая тол-
щина основания и наличие немагнитного зазора между стенками

отверстий и сердечником позволяют достигнуть плавного измене-
ния индуктивности при движении сердечника. При использовании
феррита с р.= 1000 в такой конструкции удалось получить &д> 100.

При проектировании вариометров может быть использовано
свойство ферритов менять величину магнитной проницаемости в
зависимости от величины постоянного магнитного поля. В этом слу-
чае на сердечнике из феррита помещают две катушки: основную
(высокочастотную) и управляющую, через которую пропускают
постоянный ток; меняя величину постоянного тока, можно менять
величину |лс, а, следовательно, и индуктивность основной катуш-
ки в 100 раз. Следует при этом иметь в виду, что при изменении тем-
пературы окружающего воздуха величина [лс будет меняться, как
это вытекает из свойств феррита.
Глава V

ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ

§ 1. Классификация и область применения

Применяемые в радиотехнических устройствах трансформаторы
разделяются на силовые, низкочастотные и импульсные.

Силовые трансформаторы служат для получения напряжений,
необходимых для питания выпрямителей, цепей накала ламп, мо-
торов, сельсинов и других нагрузок, а также для разделения цепей
постоянного и переменного тока (например, в выпрямителях, имею-
щих один заземленный полюс).

В усилителях низкой частоты трансформаторы применяются в
качестве элемента связи между источником сигнала и входом уси-
лителя, между двумя усилителями или между усилителем и на-
грузкой. По месту расположения в схеме такие трансформаторы де-
лятся на входные, междукаскадные и выходные.

Особую группу составляют импульсные трансформаторы, ко-
торые используются для трансформации импульсов малой длитель-
ности.

Дроссели наиболее часто применяются в фильтрах выпрямите-
лей, где вместе с другими элементами фильтра служат для умень-
шения пульсаций, которые получаются после выпрямления пере-
менного тока.

Несмотря на различие функций силовых и низкочастотных тран-
сформаторов, основные физические процессы, протекающие в них,
одни и те же. Поэтому трансформаторы различного схемного на-
значения имеют однотипную конструкцию: любой трансформатор
состоит из сердечника, изготовленного из магнитного материала,
на котором размещена катушка с обмотками. Часто для изготовле-
ния различных по назначению трансформаторов используются
совершенно одинаковые материалы.

§ 2. Исходные данные для расчета

Цель расчета трансформатора или дросселя — определить мар-
ку материала сердечника и его размеры, марку провода для намот-
ки, его диаметр и число витков, конструкцию каркаса и намотки,
101
а также параметры ряда других элементов конструкции. Ниже пе-
речислен комплекс данных, которые являются исходными для кон-
структивного расчета.

Для расчета трансформатора низкой частоты необходимо знать:

1. Индуктивность первичной обмотки Этот параметр опре-
деляет коэффициент усиления каскада в области низких частот:
чем больше величина тем меньше завал частотной характерис-
тики. Поэтому при расчете трансформатора этот параметр обычно
ограничивают минимально допустимым значением;

2. Коэффициент трансформации
где

— число витков вторичной обмотки;

— число витков первичной обмотки.

Величина коэффициента трансформации оказывает влияние на
коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление, а так-
же на ряд других параметров усилительного каскада;

3. Индуктивность рассеяния трансформатора Ь8 оказывает влия-
ние на вносимые трансформатором частотные искажения в области
высших частот. Для того чтобы получить усилительный каскад
(работающий на активную нагрузку) с малыми частотными искаже-
ниями, необходимо уменьшить величину Ь8. Поэтому значение Ь8
ограничивают максимально допустимым значением;

4. Сопротивление обмоток трансформатора гг г2...гп оказывает
влияние на его к. п. д., а, следовательно, и на к. п. д. и коэффициент
усиления каскада.

Указанные параметры характеризуют свойства трансформатора.
Для конструктивного расчета трансформатора необходимо, кроме
того, знать диапазон усиливаемых частот, величину постоянного
тока, текущего через первичную обмотку трансформатора, напря-
жение источника анодного питания, величину мощностй, отдавае-
мой в нагрузку, уровень входного сигнала, требования к весу, га-
баритам и стоимости, а также — условия эксплуатации трансфор-
матора.

Исходными данными для расчета силового трансформатора яв-
ляются:

а) напряжение и частота питающей сети;

б) напряжения и токи вторичных обмоток;

в) требования к весу, габаритам, стоимости;

г) условия эксплуатации.

Для расчета дросселя-фильтра необходимо знать:

а) минимально допустимую величину индуктивности при задан-
ном значении постоянного тока;

б) максимально допустимую величину сопротивления обмотки;
в) потенциал обмотки дросселя по отношению к шасси аппарата;

г) требования к весу, габаритам и стоимости;

д) условия эксплуатации.

§ 3. Основные свойства магнитных материалов

Если ферромагнитный материал поместить в магнитное поле,
то он намагнитится. Степень намагничивания характеризуется ве-
личиной индукции В, которая возникает под действием поля, имею-
щего напряженность Н. Индукцию В измеряют в гауссах; напря-
женность поля — в эрстедах или ампервитках на сантиметр дли-
ны магнитной силовой линии (сш). В дальнейшем будет использо-
ваться более удобная для практических расчетов единица измере-
ния напряженности поля — аю)

/•ДО
аш = —,
1с
где
ш — число витков катушки, образующей магнитное поле
/ — ток, текущий через катушку, а\
1С — длина магнитной силовой линии, см.

(5.1)

Рис. 5.1. Кривая намагничивания ферромагнит-
ного материала

В зависимости от характера тока, текущего через катушку, раз-
личают постоянное и переменное магнитное поле. Напряженность
постоянного поля обозначают индексом сш0, а переменного — аш.

Зависимость В от Н изображена на рис. 5.1.

Первоначальный процесс намагничивания материала характе-
ризуется участком АС указанной кривой, который называется ос-
Рис. 5.2. Зависимость индукции в магнитопроводе от напряженности

переменного магнитного поля
новной кривой намагничивания. Как видно из рис. 5.1, зависимость
между В и Н — нелинейная. После достижения напряженностью
поля некоторого значения Нг дальнейшего роста индукции В не
происходит. Это значение индукции называется индукцией насы-
щения Вс. Процессы размагничивания и перемагничивания при
изменении величины и знака поля от + Нг до — Н± характери-
зуются верхней ветвью петли гистерезиса СДЕ\ при изменении на-
пряженности поля от — Н± до + Нх значения В характеризуются
нижней ветвью петли гистерезиса. Как будет показано ниже, ин-

дукция в сердечнике из магнитного материала в реальных условиях
зависит не только от напряженности поля, но и от геометрических
параметров сердечника. Зависимость амплитудного значения ин-
дукции от напряженности переменного поля для некоторых мате-
риалов приведена на рис. 5.2.

Величина индукции В может быть связана с напряженностью
поля через магнитную проницаемость рь

Как указывалось выше, магнитная проницаемость рь показывает,
во сколько раз увеличивается индуктивность катушки при введении
в нее данного сердечника.

Как следует из основной кривой намагничивания и определения
|х, магнитная проницаемость не есть величина постоянная. Зави-
симость [л от амплитудного значения индукции в переменном поле
приведена на рис. 5.3 = 0). Значение рь при Вт, равном или
близком к нулю, называют начальной магнитной проницаемостью
|лн; при увеличении Вт сначала р- растет, а затем начинает умень-
шаться, достигая сколь угодно малой величины. Значения рн для
ряда трансформаторных сталей приведены в табл. 5.1.

Если по обмотке трансформатора, кроме переменного тока, про-
текает и постоянная составляющая, то в сердечнике появляется
дополнительно постоянное магнитное поле. В этом случае магнит-
ная проницаемость р зависит и от постоянной составляющей напря-
женности поля Указанная зависимость приведена на графике

Рис, 5.4. Зависимость маг-
нитной проницаемости от
постоянного подмагничива-
ния

Рис. 5.5. Зависимость магнитной
проницаемости от зазора

(рис. 5.4): при увеличении постоянного подмагничивания магнит-
ная проницаемость р уменьшается.

Магнитная проницаемость материала зависит также от величи-
ны зазора в магнитопроводе /3. Если трансформатор работает без
постоянного подмагничивания, то при увеличении зазора магнитная
проницаемость уменьшается (кривая = 0 на рис. 5.5). Если
трансформатор работает с постоянным подмагничиванием, то при
увеличении зазора магнитная проницаемость р сначала растет,а потом
начинает уменьшаться. Максимальное значение магнитной прони-
цаемости, которое можно получить при заданной индукции и на-
личии постоянного подмагничивания за счет создания воздушного
зазора в магнитопроводе, обозначают ропт; соответствующее ему
значение зазора — /опт. Чем больше величина постоянного подмаг-
ничивания, тем больший зазор нужно делать в сердечнике для полу-
чения ропт. При увеличении постоянного подмагничивания макси-
мальная величина магнитной проницаемости ропт уменьшается (смо
график на рис. 5.5).
На рис. 5.6 приведено значение оптимальной начальной прони-
цаемости |*н.опт Для некоторых марок стали, а на рис. 5.7— соответ-
ствующие им величины зазора /опт.

Рис. 5.6. Зависимость оптимальной началь-

Рис. 5.7. Зависимость оптимального зазора
от постоянного подмагничивания

На графике (рис. 5.7) величина зазора выражена в процентах
по отношению к длине магнитной силовой линии.

Когда сердечник из магнитного материала находится в перемен-
ном магнитном поле, то часть энергии этого поля рассеивается в сер-
дечнике. Эти потери складываются из потерь на вихревые токи
и потерь на гистерезис (потерь на перемагничивание). Потери на

вихревые токи зависят от удельного сопротивления материала сер

дечника и от частоты
поля. Чтобы уменьшить
эту составляющую по-
терь, для сердечников
применяют специальные
трансформаторные стали
с большим удельным
сопротивлением. Кроме
того, сердечник изготав-
ливают из тонких лис-
тов, изолированных друг
от друга. Чем выше час-
тота, тем больше потери
на вихревые токи. Поэ-
тому сердечники транс-
форматоров, работаю-
щих на высоких часто-
тах, собирают из более
тонких пластин. Потери
на гистерезис пропор-
циональны площади кри-
вой гистерезиса. Вели-
чина этих потерь зави-
сит от индукции в сер-
дечнике: чем больше ин-
дукция, тем больше по-
тери. Обычно, в практи-
ке расчетов эти состав-
ляющие потерь не раз-
деляют.

Свойства материала
оценивают удельными
потерями Рс.уд, которые
представляют собой сум-
марные потери на вих-
ревые токи и гистере-
зис, отнесенные к 1 кг
материала, при задан-
ной частоте поля и ве-

личине индукции. Удельные потери обозначают: Р15/5о,Р]5/4оо
и т. д. Числитель индекса — индукция в килогаусах, знаменатель —
частота в герцах, при которой измерены эти потери.

Значения Рс.уд для различных материалов приведены в табл.

6.1, а также на графике (рис. 5.8). 1
Таблица 5.1

Электромагнитные характеристики наиболее широко применяемых
трансформаторных сталей

Марка стали Толщина, мм Удельные потери вт’[кг, на частоте 50 гц, при индукции В, кгс Удельные потери Р , вт1кг, На С. уд частоте 400 гц при индукции В, кгс Начальная магнитная проницае- мость ^н
10 15 17 7,5 10
Э-310 0,5 1,1 2,45 3,2 -- 500
Э-310 0,35 0,8 1,75 2,5 — 500
Э-320 0,5 0,95 2,1 2,8 — — 500
Э-320 0,35 0,7 1,5 2,2 — — 500
Э-330 0,5 0,8 1,75 2,5 —- — 500
Э-330 0,35 0,6 1,3 1,9 — — 500
Э-ЗЗОА 0,35 0,5 1,1 1,6 — — 500
Э-41 0,5 1,55 3,5 — — — 350
Э-41 0,35 1,35 з,о — — — 350
Э-42 0,5 1,4 3,1 — — — 400
Э-42 0,35 1,2 2,8 — — — 400
Э-43 0,5 1,25 2,9 — — — 400
Э-43 0,35 1,05 2,5 — — — 400
Э-43А 0,5 0,9 2,2 — — — 400
Э-44 0,35 — — — 10,7 19 500
Э-44 0,2 — — 7,2 12,5 500
Э-44 0,1 — — — 6 10,5 500
Э-46 0,35—0,2 — — — — — 600
Э-48 0,35-0,2 — — — — 600
Н80ХС 0,05—0,08 — — — — — 18000
Н80ХС 0,1 —0,15 — — — 20000
Н79М4 0,05—0,08 — — — — — 12000
Н79М4 0,1 —0,15 — — — — — 15000
Н50ХС 0,05—0,08 — — — — 1800
Н50ХС 0,1 —0,15 — — — — — 2000
Н45 0,05—0,08 — — — — 1500
Н45 0,1 —0,15 — — — — — 1800

Примечание. Марка электротехнической стали обозначается согласно
действующему ГОСТу буквой—Э (электротехническая) и группой из двух-
четырех цифр.

Первая по порядку цифра обозначает степень легирования стали: 1 — сла-
болегированная; 2 — среднелегированная; 3 — повышеннолегированная; 4 -= вы-
соколегированная.

Вторая по порядку цифра (1, 2 или 3) обозначает, что для стали гаран-
тируется величина удельных потерь и индукция в сильных полях на частоте
50 гц\ 1 — нормальные потери; 2 — пониженные потери; 3 — низкие потери;
вторая по порядку цифра (4) означает, что для стали гарантируется величина
удельных потерь и индукция в средних полях на частоте 400 гц. Вторая по
порядку цифра (5, 6, 7 и 8) означает, что для стали гарантируется величина
магнитной проницаемости: 5 — нормальная проницаемость; 6 — повышенная
проницаемость в слабых полях (от 0,002 до 0,008 а/см)\ 7 — нормальная
проницаемость; 8 — повышенная проницаемость в средних полях (от 0,03 до
10 а/см).

Третья по порядку цифра (0) означает, что сталь холоднокатаная тексту-
рованная.
Третья и четвертая по порядку цифры (0 0) означают, что сталь холодно-
катаная мало текстурованная.

Стоящая в конце обозначения буква А означает, что сталь имеет особо
низкие потери.

В случае, если необходимо определить удельные потери в ста-
ли при иных значениях индукции и частоты, чем приведенные в табл.
5.1, а необходимые графики зависимости Рс>уд от Вт отсутствуют, для
ориентировочных расчетов можно воспользоваться следующей фор-
мулой:

Р7 ~р (В”1' V/П1>4 (5 2\

г с.уд = 'с. уд I р I г

где

Рс<уд— найденное из табл. 5.1 для рассматриваемого материала зна-
чение удельных потерь при индукции Вт и частоте /;

Р'с.уд— искомое значение удельных потерь при индукции Втг и
частоте

Широкое применение в трансформаторах получили холодно-
катаные (текстурованные) стали марок Э310 4- Э340. В этих сталях
при холодной прокатке получается ориентация кристаллов вдоль
направления проката. В результате стали Э310 ~ Э340 имеют вдоль
направления проката более высокую индукцию и меньшие потери.
Применение холоднокатаных сталей позволяет сократить габариты
трансформатора, особенно если сердечник сконструирован так, что
в трансформаторе магнитные силовые линии располагаются вдоль
направления проката.

На свойства магнитных материалов большое влияние оказы-
вает механическая обработка: при штамповке и гибке магнитная
проницаемость материала уменьшается, а потери растут. Для вос-
становления электромагнитных характеристик детали из магнит-
ных материалов после механической обработки подвергают отжигу.

§ 4. Элементы конструкции трансформаторов
и дросселей

Магнитопроводы. Для трансформаторов и дросселей исполь-
зуется два типа магнитопроводов: стержневой и броневой, показан-
ные на рис. 5.9. При использовании броневого магнитопровода все
обмотки трансформатора размещают на одной катушке, которую оде-
вают на средний стержень. При использовании стержневого маг-
нитопровода на двух стержнях располагают две катушки. В мало-
мощных силовых и низкочастотных трансформаторах применяют
броневые сердечники, так как применение одной катушки упроща-
ет конструкцию и позволяет получить максимальный коэффициент
заполнения окна магнитопровода медью. Стержневую конструк-
цию используют обычно для трансформаторов большой и средней
мощности, так как при наличии двух катушек увеличивается пло-
110
щадь теплоотдачи ^улучшается тепловой режим обмоток. Достоин-
ством стержневой конструкции является слабое внешнее поле, так
как поля двух катушек, направленные навстречу, вычитаются.

Наименьшее внешнее поле получается при использовании в тран-
сформаторах тороидальных сердечников. Однако эти сердечники
применяются редко из-за низкой производительности труда при
намотке провода.

Рис. 5.9. Ленточные магнитопроводы:
а) — броневой; б) — стержневой; в) — тороидальный

По конструкции броневые и стержневые магнитопроводы делят-
ся на собранные из штампованных пластин и ленточные. В первом
случае магнитопровод собирают из отдельных пластин. Сборка мо-
жет производится «вперекрышку» или встык (см. рис. 5.10). При
сборке «вперекрышку» обеспечивается минимальный воздушный
зазор в магнитопроводе, что необходимо, например, для трансфор-
маторов низкой частоты, работающих без постоянного подмагни-
чивания, и для силовых трансформаторов. При сборке встык за счет
установки между Ш-образными и замыкающими пластинами про-
кладки из изоляционного материала можно получить немагнитный
зазор, что требуется для трансформаторов и дросселей, работаю-
щих с постоянным подмагничиванием.

Ленточный магнитопровод, показанный на рис. 5.9, может быть
получен путем навивки и склейки полосы трансформаторной стали.
После разрезки получаются С-образные сердечники, и$ которых мо-
гут быть получены броневые или стержневые магнитопроводы (для
изготовления ленточных сердечников применяются и другие тех-
нологические процессы).

Если нужно иметь минимальный воздушный зазор, то торцы
сердечников после установки в катушку склеивают пастой, содер-
жащей ферромагнитный материал. Если зазор необходим, то в мес-
те стыка двух сердечников устанавливают изоляционные проклад-
ки. Процесс производства ленточных сердечников может быть ме-
ханизирован. Сборка трансформатора с ленточными сердечниками

Рис. 5. 10. Способы сборки магнитопроводов из штам-
пованных пластин (зазор между пластинами показан
условно):

а) — сборка встык; б) — сборка вперекрышку; 1 — Ш-образная
пластина; 2 — замыкающая пластина

значительно менее трудоемка, чем сборка из штампованных плас-
тин, особенно малой толщины. Кроме того, при использовании тек-
стурованных сталей применение ленточных сердечников позволяет
сократить размеры и вес трансформатора. Это происходит потому,
что в штампованных сердечниках часть магнитных силовых линий
проходит перпендикулярно направлению проката. При этом поте-
ри в стали имеют большую величину. В ленточных сердечниках
линии поля расположены вдоль направления проката по всей дли-
не магнитопровода. Наибольшая разница получается при исполь-
зовании холоднокатаных текстурованных сталей Э310—ЭЗЗО. При
использовании этих сталей на частоте 400 гц при индукции 15 000 ас
общие потери в трансформаторе с ленточным сердечником при-
мерно на 10% меньше, чем в собранном из штампованных пластин.

В силовых трансформаторах ленточные сердечники получили
наибольшее распространение. Хорошие результаты получаются
112
при использовании ленточных сердечников и для трансформаторов
низкой частоты и дросселей.

Важными параметрами сердечника, которые необходимы для
дальнейших расчетов трансформаторов, являются средняя длина
магнитной силовой линии 1С, средняя длина витка катушки /м,
площадь поперечного сечения магнитопровода 5С, площадь окна 50
и вес магнитопровода Сс.

Площадь поперечного сечения магнитопровода

5с = йс-2а6, (5.3)

где

кс — коэффициент заполнения, учитывающий, что часть площади
поперечного сечения магнитопровода занята окислами метал-
ла и другими немагнитными материалами.

Величина кс зависит от толщины материала, из которого изготов-
лен магнитопровод, и способа изготовления. Для ленточных маг-
нитопроводов кс лежит в пределах от 0,85 до 0,95.

Остальные обозначения показаны на рис. 5.9.

Длина средней магнитной силовой линии

/С = 2(с + /г) + «а. (5.4)

Вес магнитопровода

ес = 5с-/с-Тс> (5.5)

где

5С • 1С — объем магнитопровода;

7с — удельный вес материала магнитопровода.

Площадь окна

<$0 = с./г. (5.6)

Средняя длина витка катушки (при полном заполнении окна
намоткой)

/м = 4а + 2Ь + тс + 4,86ДК, (5.7)

где

Дк— толщина каркаса, на котором выполнена намотка.

В табл. 5.2 приведена номенклатура наиболее широко применя-
емых ленточных сердечников броневого типа. Габаритные размеры
и перечисленные параметры, кроме мощности и конструктивной
постоянной, вычислены по приведенным формулам.

Каркасы катушек. Основание, на котором размещен и закреп-
лен провод обмотки трансформатора, называется каркасом. По кон-
струкции каркасы могут быть разделены на две основные группы:
со щечками (рис. 5.11) и без щечек — гильзы (рис. 5.12).

Каркасы со щечками изготовляют из прессовочных материалов
(например, АГ-4) или сборными из листовых изоляционных ма-
териалов (электроизоляционного картона, гетинакса).
Основные параметры броневых ленточных магнитопроводов (тип ШЛ) (обозначение размеров — см. рис. 5.9)

Тип магнитопровода Размеры сердечника 5 с см2 1 с см 6 с г 5 0 СМ1 / м см Ориентировочная сум- марная мощность, снимаемая со вторич- ных обмоток, при ча стоте Конструк- тивная постоянная А • 105
а мм мм мм п мм н мм Ъ мм
1 = 50 гц | 1 = 400 гц
ШЛ 6X6,5 6,5 0,34 14 4,40 1,97
ШЛ 6X8 3 6 24 15 21 8 0,41 5,1 17 0,9 4,70 2,22
ШЛ 6X10 10 0,52 21 5,10 2,6
ШЛ 6x12 12,5 0,65 26 5,60 — — 2,96
ШЛ 8X8 8 0,55 31 5,80 15 3,4
ШЛ 8X10 4 8 32 20 28 10 0,69 6,8 38 1,6 6,20 20 3,95
ШЛ 8X12,5 12,5 0,86 48 6,70 24 4,55
ШЛ 8X16 16 1,10 62 7,70 — 30 5,07
ШЛ 10X10 10 0,87 60 7,20 37 5,6
ШЛ 10X12,5 5 10 40 25 35 12,5 1,09 8,5 75 2,5 7,70 47 6,6
ШЛ 10X16 16 1,39 96 8,40 56 7,7
ШЛ 10X20 20 1,74 120 9,20 — 67 8,8
ШЛ 12x12,5 12,5 1,31 105 8,70 80 8,8
ШЛ 12X16 6 12 48 30 42 16 1,68 10,2 138 3,6 9,40 94 9,9
ШЛ 12x20 . 20 2,1 175 10,20 112 11,5
ШЛ 12X25 25 2,63 220 11,20 — 135 13,1
ШЛ. 16X16 16 2,24 250 11,50 13 158 16,5
ШЛ 16X20 8 16 64 40 56 20 2,80 13,6 310 6,4 12,30 19 195 19,2
ШЛ 16X25 25 3,50 390 13,30 28 250 22,2
ШЛ 16X32 32 4,50 500 14,70 38 300 25,8
ШЛ 20X20 20 3,50 490 14,30 45 330 26,7
ШЛ 20X25 10 20 80 50 70 25 4,40 17,1 610 10 15,30 61 380 31,4
ШЛ 20X32 32 5,60 780 16,70 77 450 36,5
ШЛ 20X40 40 7,10 975 18,30 100 540 42,3
Тип магнитопровода Размеры сердечника
а мм мм о мм и. мм и мм ь мм
ШЛ 25X25 25
ШЛ 25X32 12,5 25 100 62,5 87,5 32
ШЛ 25X40 40
ШЛ 25X50 50 1
ШЛ 32X32 32
ШЛ 32X40 16 32 128 80 112 40 1
ШЛ 32X50 50 1
ШЛ 32X64 64 1
ШЛ 40X40 40 1
ШЛ 40X50 20 40 160 100 140 50 1
ШЛ 40X64 64 2
ШЛ 40X80 80 2
Продолжение табл. 5.2

5 с см2 1 с см 6с г 5 о см2 1 м см Ориентировочная сум- марная мощность, снимаемая со вторич- ных обмоток, при частоте Конструк- тивная постоянная А . 103
? = 50 гц | | / = 400 гц
5,5 950 17,90 120 610 43,7
7,1 21,3 1220 15,6 19,30 150 730 52,2
8,8 1520 20,90 190 840 59,6
1,4 1900 22,90 240 990 70,6
9,1 2000 22,90 280 74,7
1,3 27,3 2500 25,6 24,50 350 — 86,7
4,2 3140 26,50 440 100,5
8,1 4000 29,30 550 — 116
4,2 3900 28,60 640 121
7,2 34,2 4900 40 30,60 670 — 141
2,7 6300 33,40 900 — 166
8,4 7900 36,60 1100 — 190
Гильзы делают из тонкого картона или кабельной бумаги путем
навивки нескольких слоев на оправке и склейки. Клеящие ма-

териалы, применяемые для изготовления каркасов, не должны со-
держать свободных кислот и щелочей. В противном случае при ра-
боте трансформатора будет происходить электрохимическая кор-

а)

розня, что приведет к разруше-
нию провода обмотки.

Для вывода концов намотки
в щеках каркаса делают отвер-
стия, как показано на рис. 5.11,
или закрепляют контакты.

При использовании каркасов
со щечками получается лучшее

Рис. 5.12. Схема намотки на гильзе^

1 — гильза; 2 — первая обмотка* 3 — меж-
дурядная прокладка; 4 — междуобмоточная
прокладка; 5 — наружная изоляция; 6 —
вторая обмотка

Рис. 5.11. Каркас со щечками:

а) — каркас; б) — прокладка междурядная
и между обмоточная для каркаса со щеч-
ками

заполнение окна магнитопровода медью, чем при использовании
гильзы. Однако гильза имеет более простую конструкцию; при ис-
пользовании гильзы можно производить намотку на одном станке
одновременно нескольких катушек. Поэтому при крупносерийном
производстве трансформаторов гильзы находят широкое приме-
нение.

Размеры отверстия в каркасе ак и Ьк берут на 0,5—1 мм больше,
чем размеры соответствующей части магнитопровода, которая вхо-
дит в это отверстие. Длину каркаса Нк берут на 0,5—1 мм меньше,
чем высота окна в магнитопроводе. Это обеспечивает возможность
свободной установки каркаса на магнитопровод. Толщина стенок
каркаса в зависимости от его размеров и используемых материалов
обычно имеет величину от 0,5 до 1 мм.

Обмоточные провода. При изготрвлении трансформаторов для
радиотехнической аппаратуры применяется медный изолирован-
ный провод. К изоляции провода предъявляются следующие тре-
бования:

а) малая толщина;

б) большое пробивное напряжение;

в) механическая прочность и хорошее сцепление с металлом про-
вода;

г) малое изменение электроизоляционных свойств при длитель-
ном воздействии повышенной температуры (теплостойкость);

д) нерастворимость в лаках и составах, которые применяются
для пропитки трансформаторов.

В настоящее время для маломощный силовых и низкочастот-
ных трансформаторов, а также для дросселей, наиболее широко
применяют провода с эмалевой изоляцией марок ПЭЛ и ПЭВ. Про-
вод марки ПЭЛ более дешевый, однако у него изоляция имеет худ-
шее сцепление с металлом, чем у ПЭВ. Кроме того, ПЭЛ допус-
кает эксплуатацию при температуре до 105°С, а ПЭВ — до 125°С.
Поэтому в ответственной аппаратуре, особенно работающей в слож-
ных климатических условиях, применяют провод ПЭВ; ПЭЛ при-
меняют в малоответственной аппаратуре, работающей в облегчен-
ных условиях. Провод марки ПЭВ выпускается двух типов: ПЭВ-1 —
с однослойной изоляцией и ПЭВ-2 — с двухслойной. Толщина изо-
ляции у провода ПЭВ-2 на 0,01—0,03 мм больше, чем у ПЭВ-1.

Провод ПЭВ-1 применяют при напряжениях до 500 в; ПЭВ-2 —
при напряжениях более 500 в; ПЭВ-2 применяют и при более низ-
ких напряжениях, когда хотят обеспечить более надежную работу
трансформатора. При более высоких температи>ах можно исполь-
зовать провод ПЭТВ (теплостойкость + 155°С).

Обмоточные провода изготавливаются диаметром от 0,03 мм. Од-
нако следует избегать применения проводов диаметром менее 0,064-
4- 0,08 мм, так как они имеют малую механическую прочность и при
их использовании возможны обрывы во время эксплуатации транс-
форматоров (при изменениях температуры и других воздействиях).
Номенклатура выпускаемых промышленностью проводов ПЭЛ и
ПЭВ приведена в табл. 5.3.

Если на щечках каркаса установлены контакты, то провод намот-
ки припаивают или приваривают непосредственно к ним. Если при-
меняются щечки с отверстиями или гильзы, то при диаметре про-
вода менее 0,2 мм выводы делают гибким изолированным проводом,
который припаивают к проводу намотки; место припайки тщатель-
но изолируют. При большем диаметре провода специальных выво-
дов не делают, а на провод надевают изоляционные трубки.

Типы намотки. Укладка провода на катушку может произво-
диться двумя способами: беспорядочно (внавал) и правильными ря-
дами, виток к витку (рядовая намотка). В последнем случае между
рядами намотки необходимо укладывать изоляционные прокладки.
Основные данные обмоточных проводов

Диаметр про- вода без изоляции д., мм Сечение про- вода без изо- ляции Зп , мм2 Вес 1 м про- вода без изо- ляции, г Диаметр провода в изоляции <1^ мм
ПЭЛ | пэв-1 ПЭВ-2
0,06 0,0028 0,0252 0,075 0,085 0,09
0,07 0,0039 0,0343 0,085 0,095 0,1
0,08 0,0050 0,0448 0,095 0,105 0,11
0,09 0,0064 0,0567 0,105 0,115 0,12
0,1 0,0079 0,0700 0,12 0,125 0,13
0,11 0,0095 0,0847 0,13 0,135 0,14
0,12 0,0113 0,101 0,14 0,145 0,15
0,13 0,0133 0,118 0,15 0,155 0,16
0,14 0,0154 0,137 0,16 0,165 0,17
0,15 0,0177 0,158 0,17 0,18 0,19
0,16 0,02 0,179 0,18 0,19 0,2
0,17 0,0227 0,202 0,19 0,2 0,21
0,18 0,0254 0,227 0,20 - 0,21 0,22
0,19 0,0283 0,252 0,21 0,22 0,23
0,20 0,0314 0,280 0,225 0,23 0,24
0,21 0,0346 0,309 0,235 0,24 0,25
0,23 0,0415 0,370 0,255 0,27 0,28
0,25 0,0491 0,438 0,275 0,29 0,30
0,27 0,0573 0,510 0,31 0,31 0,32
0,29 0,0660 0,589 0,33 0,33 0,34
0,31 0,0755 0,673 0,35 0,35 0,36
0,33 0,0855 0,762 0,37 0,37 0,38
0,35 0,0962 0,857 0,39 0,39 0,41
0,38 0,113 1,01 0,42 0,42 0,44
0,41 0,132 1,18 0,45 0,45 0,47
0,44 0,152 1,36 0,49 0,48 0,50
0,47 0,173 1,55 0,52 0,51 0,53
0,49 0,189 1,68 0,54 0,53 0,55
0,51 0,204 1,82 0,56 0,56 0,58
0,53 0,221 1,97 0,58 0,58 0,60
0,55 0,238 2,12 0,60 0,60 0,62
0,57 0,255 2,28 0,62 0,62 0,64
0,59 0,273 2,44 0,64 0,64 0,66
0,62 0,302 2,69 0,67 0,67 0,69
0,64 0,322 2,86 0,69 0,69 0,72
0,67 0,358 3,14 0,72 0,72 0,75
0,69 0,374 3,33 0,74 0,74 0,77
0,72 0,407 3,63 0,77 0,77 0,80
0,74 0 430 3,83 0,80 0,80 0,83
0,77 0,466 4,15 0,83 0,83 0,86
0,80 0,503 4,48 0,86 0,86 0,89
0,83 0,541 4,82 0,89 0,89 0,92
0,86 0,581 5,17 0,92 0,92 0,95
0,90 0,636 5,67 0,96 0,96 0,99
0,93 0,679 6,05 0,99 0,99 1,02
0,96 0,725 6,45 1,02 1,02 1,05
1,00 0,785 7,00 1,07 1,08 1,Н
Важной характеристикой намотки является величина коэффи-
циента заполнения к3, который показывает, какая часть площади
окна магнитопровода занята медью (обычно, для трансформаторов
к3 0,2 -г 0,3).

Намотка внавал дает лучший коэффициент заполнения, однако
применяется редко, так как при хаотическом расположении витков
возможно появление больших напряжений между соседними вит-
ками, что может привести к пробою изоляции провода и корот-
ким замыканиям.

В ответственной аппаратуре применяют рядовую намотку. При
использовании гильзы провод не должен доходить до ее края, так
как в противном случае возможно спадание провода и замыкание
его на магнитопровод. Для низкочастотных и силовых трансформа-
торов на рабочие напряжения до 500 в ширину концевой изоляции
Ииз (см. рис. 5.12) делают 1,5 4- 2,5 мм. Кроме того, у каждой по-
следующей намотки ширину желательно уменьшать по отношению
к предыдущей на 0,5—1 мм, так как это уменьшает опасность «спол-
зания» крайних витков. При использовании каркасов <о щечками
ширина намотки может быть равна расстоянию между щечками /гн,
а прокладки должны иметь ширину больше, чем йн. По краям про-
кладок делают просечки (см. рис. 5.11). Такие прокладки предохра-
няют ближайшие к щечкам витки от проваливания в предыдущие
ряды, что устраняет опасность пробоя между витками.

Для прокладок между рядами обмотки используют бумагу:

а) при диаметре провода до 0,3 мм — конденсаторную, толщиной
0,01; 0,02 и 0,03 мм;

б) при диаметре провода 0,3—0,6 мм — намоточную, толщиной
0,05 мм;

в) при диаметре провода 0,6—0,9 мм — намоточную, толщиной
0,07 мм;

г) при диаметре провода более 0,9 мм — кабельную, толщиной
0,12 мм.

Между обмотками укладывают несколько слоев кабельной бу-
маги. Снаружи намотку также обертывают несколькими слоями ка-
бельной бумаги. Толщина междуобмоточной или наружной изоля-
ции может быть найдена, исходя из следующих соображений: ис-
пытательное напряжение между обмотками, а также между обмот-
кой и сердечником

С7исп = 1000 + 267раб, (5.8)

где

1/раб — рабочее напряжение в схеме между указанными элементами
конструкции; пробивное напряжение изоляции должно быть
в 1,5—2 раза больше испытательного напряжения.

Для кабельной бумаги К-120 (толщина 0,12 мм) пробивное на-
пряжение не менее 1,2 кв.
Расчет размеров катушки и проверка возможности ее разме-
щения на магнитопроводе. Если известны размеры магнитопровода,
размеры каркаса, диаметры проводов в изоляции и число витков
обмоток, то может быть выполнен расчет размещения обмоток, ко-
торый проводится в следующей последовательности:

1. Определяется длина намотки Лн: для каркаса со щечками Лн
равна расстоянию между щечками; при использовании гильзы дли-
на намотки

= Лк 2йиз. (5.9)

2. Определяется число витков в слое для каждой обмотки:
^ = 7^7-, (5.10)

где

йиз — диаметр провода в изоляции для рассчитываемой обмотки;
ку — коэффициент, учитывающий неплотность укладки провода;
его значения приведены в табл. 5.4.

3. Определяется число слоев каждой обмотки:

ис=-, (5.11)

где

— число витков, рассчитываемой обмотки.

Полученное значение пс округляется до ближайшего большего це-
лого числа.

4. Определяется радиальная толщина каждой обмотки:

а ис ^из 4“ (^ 0 * Ар» (5. 12)

где

Др — толщина междурядной изоляции для рассчитываемой обмотки.

5. Определяется полная радиальная толщина обмотки:

«о = Дз + Дк + 1.1 (Еа + 2ДМ + Дн). (5.1 з)

где

Д3 — зазор между каркасом и сердечником;

Дк — толщина стенки каркаса;

Еа — сумма радиальных толщин всех обмоток;

ЕДМ — сумма толщин между обмоточной изоляции;

Дн — толщина наружной изоляции.

Таблица 5.4

Коэффициент ку неплотности укладки провода

^из> 0,06—0,1 0,1—0,2 0,2 -0,3 0,3 —0,8 Более 0,8
/г У 1,15-1,1 1,1-1,07 1,07—1,05 1,05—1,04 1,04
Коэффициент 1,1 в формуле (5.13) учитывает «разбухание» катуш-
ки при намотке. Значение а0, рассчитанное по формуле (5.13),
должно быть меньше, чем ширина окна с выбранного магнито-
провода.

Расчет сопротивления обмоток. Сопротивление провода обмотки
может быть найдено по формуле:

г = (5’14>

где

р — удельное сопротивление провода (для меди

р= 0,0175 ?Л|'Л<Л<2У
м ) ’

I — длина провода обмотки, м\
(1 — диаметр провода, мм.

Длина провода обмотки I рассчитывается по формуле:

/ = и-./м, (5.15)

где
а> — число витков обмотки;

/м — средняя длина витка, мм.

Для точного определения длины провода необходимо знать сред-
нюю длину витка каждой обмотки. Однако с достаточной для прак-
тики точностью можно в формулу (5.15) подставлять среднюю длину
витка всех обмоток /м , величина которой приведена в табл. 5.2
для каждого типоразмера сердечника.

Рассчитанное таким образом по формуле (5.14) сопротивление
для нижних обмоток (расположенных ближе к магнитопроводу)
будет на 10—15% больше, а для наружных — на 10—15% меньше
истинного.

Крепление элементов конструкции. После сборки катушки с
магнитопроводом необходимо так закрепить его отдельные части,
чтобы при последующих технологических операциях и эксплуата-
ции не происходило изменение величины воздушного зазора. Если
магнитопровод состоит из ленточных С-образных сердечников, то
их жесткое закрепление может быть выполнено, как показано
на рис. 5.13.

Если магнитопровод состоит из штампованных пластин, то для
его скрепления можно применять стальные накладки, которые при-
крепляются к магнитопроводу с двух сторон при помощи сквозных
шпилек (см. рис. 5.14, а). Эти же накладки служат для крепления
трансформатора в аппарате.

Для дешевых трансформаторов, используемых в неответствен-
ной аппаратуре, применяют обжимку магнитопровода в металли-
ческой скобе, как показано на рис. 5.14,6.
Герметизация катушек. При эксплуатации многих категорий
аппаратуры трансформаторы и дроссели работают при повышен-
ной влажности воздуха, что может вызвать преждевременный про-
бой изоляции из-за ухудшения изоляционных свойств материалов.
Кроме того, при воздействии влаги интенсивно протекают процес-

Рис. 5.13. Крепление броневого ленточного сердечника:

1 — сердечник; 2 — катушка; 3 — лента; 4 — скоба

сы электрохимической коррозии проводов, в результате чего мо-
жет произойти его разрушение.

Для защиты трансформаторов и дросселей от действия влаги
применяют пропитку катушки изоляционными лаками. В резуль-

Рис. 5.14. Крепление сердечника из штампованных плас-
тин:

а) — шпильками; б) — обжимной скобой: 1 — угольники; 2 — магни-
топровод; 3 — катушка; 4 — шпилька; 5 — скоба
тате пропитки лаками одновременно происходит уменьшение тем-
пературы нагрева провода, так как лак заполняет воздушные про-
межутки между витками катушки, что улучшает ее теплопровод-
ность и способствует более интенсивному отводу тепла к поверх-
ности трансформатора. Лаки, применяемые для пропитки, не дол-
жны оказывать разрушающего действия на изоляцию проводов.
Для того чтобы лак хорошо заполнял самые малые полости, он дол-
жен обладать хорошей проникающей способностью. В практике
применяют большое количество различных лаков, например АФ17
(на основе алкиднофенольной смолы), 100АСФ (на основе алкид-
ностирольной, глифталевой и фенолсиликоновых смол) и др. Тон-
кая пленка лака, образующаяся при пропитке, не способна надеж-
но защитить катушку от длительного воздействия повышенной влаж-
ности. Поэтому трансформаторы и дроссели, которые предназна-
чены для работы в жестких климатических условиях, после сборки
дополнительно защищают от воздействия влаги, нанося на их по-
верхность влагозащитный слой толщиной от нескольких десятых
до единиц миллиметров. Материалы, применяемые для такой по-
верхностной защиты, должны создавать монолитный слой, обладаю-
щий хорошей влагозащитой, а также должны иметь надежное
сцепление с катушкой и магнитопроводом. При воздействии повы-
шенной температуры эти материалы не должны разрушаться. Ши-
рокое применение для поверхностной защиты трансформаторов
получили эмали на основе эпоксидных смол с наполнителями (нап-
ример, ОЭП 4171).

До последнего времени широко применялась защита трансфор-
матора при помощи металлического стакана с последующей залив-
кой компаундами или же при помощи герметически запаянного
металлического- футляра. Однако по сравнению с рассмотренным
выше, эти методы приводят к увеличению веса и габаритов транс-
форматоров или дросселей и в настоящее время используются
редко.

§ 5. Основные соотношения для трансформаторов

Схема простейшего двухобмоточного трансформатора изображе-
на на рис. 5.15. Обмотка /, которая предназначена для подключения
к источнику энергии, называется первичной. К обмотке II подклю-
чается нагрузка; эта обмотка называется вторичной.

Режим работы трансформатора, при котором первичная обмот-
ка подключена к источнику энергии, а вторичная разомкнута (на-
грузка не подключена), называется режимом холостого хода. При
этом режиме через первичную обмотку протекает ток /0, который
создает в сердечнике магнитный поток Фо.

Ток холостого хода /0 слагается из двух составляющих:

а) реактивной составляющей /ор, величина которой определяет-
ся напряжением сети и индуктивным сопротивлением первич-
ной обмотки х
б) активной составляющей /Оа, величина которой зависит от
потерь в сердечнике магнитопровода на вихревые токи и перемаг-
ничивание.

Ток холостого хода

=/4+4- (5.16)

Рис. 6.15. Схема двухобмоточного трансформатора

Магнитный поток Фо, замыкаясь через магнитопровод, пронизы-
вает первичную и вторичную обмотки, в результате чего в них ин-
дуктируются э. д. с.:

^1 = 4,44/.йУ1.5с.Вт.10“8,

^2 = 4,44/.ш2.5с.Вт.1О-8, (5.17)

где

Е1 и Е2 — величины индуктированных напряжений, в;

/ — частота подведенного к первичной обмотке напряже-

ния, гц;

и — число витков первичной и вторичной обмоток;

Вт — амплитуда индукции в сердечнике, гс;

5С — поперечное сечение магнитопровода, см2.

Если ко вторичной обмотке подключить нагрузку 7?н, то через
обмотку потечет ток /2 и появится поток Ф2, направленный навстре-
чу потоку Фо и ослабляющий его. При этом должна уменьшиться
э. д. с. Е1г направленная навстречу приложенному напряжению
В результате ток, текущий через первичную обмотку, увеличится
до величины а поток — до такой величины Фр при которой раз-
ность — Ф2 будет незначительно меньше Фо.

Магнитный поток в магнитопроводе и индукция в режиме холос-
того хода несколько больше, чем при работе под нагрузкой. Ука-
занное различие получается потому, что при работе под нагрузкой
увеличивается падение напряжения на обмотках, что приводит
к уменьшению потока и индукции.

Индукция при работе трансформатора на холостом ходу может
быть найдена по следующей формуле:

50т = 5„([1+^-), (5.18)
где

Вт — индукция при работе трансформатора под нагрузкой;

— выраженное в процентах падение напряжения на первич-
ной обмотке трансформатора.

Напряжение, подведенное к первичной обмотке и снимаемое
с нагруженной вторичной обмотки, отличается от наведенных в
них э. д. с. на величину падения напряжения на обмотках. Падение
напряжения в ряде случаев можно не учитывать. Тогда

= Ег = 4,44/.и»1.Зс.Вт. 10~8, (5; 19)

Е2 = 4,44/.^2.5с.Вот. 10-8.

Из формулы (5.19) следует, что

и>2

(5.20)

Выше было указано, что реактивная составляющая тока первич-
ной обмотки зависит от напряжения сети и индуктивного сопротив-
ления первичной обмотки.

Индуктивность катушки с ферромагнитным сердечником, у
которой практически весь поток замыкается через сердечник, мо-
жет быть найдена по следующей формуле:

1,2510в’?'А> <5-21)

где

— индуктивность первичной обмотки, гн;

|л — магнитная проницаемость сердечника, гс/э;

— число витков первичной обмотки;

5С — площадь поперечного сечения сердечника, см2;

1С — средняя длина магнитной силовой линии, см.

Реактивный ток первичной обмотки

/р = -^- =------(/1,10Мс 2 . (5.22)

р ш!,! 2х./.1,256ф.и>*.5с ’

Подставляя в формулу (5.22) значение (7Х из формулы (5.19),
получаем

/=^ (5.23)

где

к — числовой коэффициент.

Магнитная проницаемость материала

^ = /(5™). (5.24)

Поэтому к- — также является функцией индукции:

&.^ = -р(Вт). (5.25)
Подставляя выражение из формулы (5.25) в формулу (5.23), по-
лучаем

^=?(5т). (5.26)

— выраженная в ампервитках на сантиметр напряженность
поля (адо), необходимая для создания в сердечнике индукции Вт.
Зависимость аш от Вт была ранее приведена на рис. 5.2.

Если по графику (рис. 5.2) найдено значение сш), то реактивную
составляющую тока первичной обмотки можно вычислить по сле-
дующей формуле:

, = о«Мс . (5.27)

В указанную формулу нужно подставлять /с в сантиметрах, тогда
/р будет получаться в амперах.

Если в формулу (5.27) подставить значение аю, найденное по
графику (рис. 5.2) при индукции Вт, которая имеется при работе
трансформатора под нагрузкой, то будет получена реактивная со-
ставляющая тока первичной обмотки при работе под нагрузкой.

Соответственно, если использовать в качестве исходной индук-
цию холостого хода В0/п, то будет получена реактивная составляю-
щая тока холостого хода /ор.

Как видно из графика (рис. 5.2), аю зависят от В и от размеров
магнитопровода, хотя последняя зависимость не вытекает из фор-
мулы (5.26). Указанное кажущееся противоречие получилось по-
тому, что при выводе формулы (5.26) не учитывалось влияние на
воздушного зазора, который неизбежно получается в месте стыка
частей магнитопровода. Так как магнитная проницаемость сердечни-

I зазора
ка зависит от отношения-----— , а это отношение для сердечников

,/с

разных размеров различно, то, фактически, ахю зависят не только от
индукции, но и от длины магнитной силовой линии. Графики, при-
веденные на рис. 5.2, получены экспериментально.

В § 3 было показано, что удельные потери в стали Рс>уд зависят
от величины индукции Вт. Если известен вес магнитопровода, то
может быть найдена величина активных потерь в стали магнитопро-
вода

Рс = ^с.уд-Ос. (5.28)

В выражение (5.28) Рс уд нужно подставлять в ваттах на кило-
грамм, О — в килограммах.

Если в формулу (5.28) подставлять значения Рс уд, найденные
по графику (рис. 5.8) приВ^ и при ВОт, то будут получены, соответ-
ственно, значения потерь в стали Рс при работе трансформатора
под нагрузкой и при холостом ходе.

Активная составляющая тока холостого хода

/оа=^. (5.29)

В эту формулу следует подставлять Рс, найденное по формуле (5.28)
при индукции ВОт.

Полное значение тока холостого хода можно найти по формуле
(5.16). При протекании тока по обмоткам трансформатора часть под-
веденной к нему мощности рассеивается в виде тепла в проводе об-
моток. Если известно сопротивление обмотки, то рассеиваемая в
ней мощность может быть определена по формуле:

Ри = Г.г = 1*.р .1 (5.30)

где

/ — ток, текущий через обмотку, а;

I — длина провода обмотки, м;

5П — поперечное сечение провода обмотки, жж2;

р — удельное сопротивление провода, ож-жж2/ж.

Умножим числитель и знаменатель формулы (5.30) на 5П • ум (ум —
удельный вес материала провода); учтем, что плотность тока

8 = 1 (5.31)

а вес меди обмотки

Ом = (-5п.7м. (5.32)

После несложных преобразований получим

^,= (5.33)

7м

При работе трансформатора провод может быть нагрет до темпера-
туры порядка 100°С, что сказывается на удельном сопротивлении р;
поэтому формула (5.33) для трансформатора, имеющего обмотки
из медного провода, может быть записана в следующем виде:

РМ-2,6^.ОМ, (5.34)

где

Рм— потери в меди обмотки, вт\
6 — плотность тока, а /мм2;

Ом — вес меди обмотки, кг.

Если известно падение напряжения на обмотке Д^/, то потери
в меди могут быть определены по формуле:

РМ = /.Д^/. (5.35)
Полный ток первичной обмотки при работе вторичной обмотки
на нагрузку также может быть представлен в виде двух составля-
ющих: активной и реактивной

Л= V ^1а+ • (5.36)

Величина реактивной составляющей /р может быть найдена по фор-
муле (5.27). Активная составляющая тока первичной обмотки сла-
гается из двух составляющих: /1а', которая определяется токами
вторичных обмоток, и /1а", которая возникает за счет потерь в меди
и стали,

/ = /' 4-1" •
11а — 1 ха 1 1а>

(5.37)

(5.38)

(5.39)

где

1Х, /2, ••• 1п — токи вторичных обмоток;
ииз,... 1/„— напряжения вторичных обмоток;

, „__ Рс + + /’м2+‘ • • +^мя

/1а ,

где

Рс — потери в стали при работе трансформатора под нагрузкой
(см. формулу (5.28).

Значение Рм каждой из обмоток может быть найдено по одной
из приведенных выше формул.

§ 6. Расчет трансформаторов низкой частоты

Выбор материала для магнитопровода. При выборе материала
для магнитопровода необходимо учитывать назначение трансфор-
матора, требования к весу и стоимости, наличие постоянного под-
магничивания, а также мощность трансформатора.

В табл. 5.5 приведены марки материалов, применение которых
дает наилучшие результаты с учетом приведенных выше соображе-
ний.

Указанная в таблице зависимость марки материала от мощ-
ности трансформатора является ориентировочной. Поэтому при
расчете трансформаторов целесообразно вначале выполнять два ва-
рианта расчета для разных материалов, приведенных в табл. 5.5.
После выбора размеров сердечника и расчета обмоток для того и
другого материала станет ясно, при использовании какого материа-
ла вес или цена трансформатора будут наименьшими.

Определение магнитной проницаемости сердечника. Для рас-
чета трансформатора низкой частоты необходимо знать величину
магнитной проницаемости сердечника. Как указывалось ранее,
Таблица 5.5

Магнитные материалы, применяемые для изготовления трансформаторов
низкой частоты

Мощность трансформатора При наличии постоянного подмагничивания При отсутствии постоян- ного подмагничивания
для трансфор- маторов наи- меньшего веса для трансфор- маторов наи- меньшей стоимости для трансфор- маторов наименьшего веса для трансфор- маторов наи- меньшей стой мости
Десятые доли ват- Н45 Э310 эззо Н79М4 Э46 (несколько
та и менее Н50ХС (несколько большая стои- мость полу- чается при использовании Э42, Э43) Н80ХС большая стои- мость полу- чается при использовании ЭЗЮ-ЭЗЗО)
Единицы ватт и более Э3104-Э330 ЭЗ10 4-ЭЗЗО Э310 4-Э330 ЭЗЮ-ЭЗЗО

величина магнитной проницаемости зависит от целого ряда факто-
ров: постоянного и переменного поля, зазора и др.

При определении величины магнитной проницаемости следует
учитывать, что значение одного из основных параметров трансфор-
матора — индуктивности первичной обмотки (см. формулу (5.21),
должно быть не менее величины, найденной в результате электри-
ческого расчета трансформатора. Поэтому в расчетные формулы сле-
дует подставлять то минимальное значение магнитной проницае-
мости р., которое может получиться при любых возможных значе-
ниях постоянного и переменного поля. В этом случае, при иных зна-
чениях указанных факторов, магнитная проницаемость может быть
только больше, чем принятая при расчете, что приведет к возраста-
нию индуктивности первичной обмотки и уменьшению частотных
искажений усилительного каскада в области низких частот.

В соответствии со сказанным, при выборе величины магнитной
проницаемости р- для подстановки в расчетные формулы, следует
руководствоваться следующими соображениями:

При отсутствии постоянного подмагничивания. Если транс-
форматор в схеме должен работать при сколь угодно малом уровне
входного сигнала, следует ориентироваться при расчете на началь-
ную магнитную проницаемость р,н, значение которой для выбран-
ного материала может быть взято из табл. 5.1. Если минимальный
уровень сигнала, при котором будет работать трансформатор, за-
дан, следует по формуле (5.19) определить соответствующее ему
значение индукции, а затем — по графикам (рис. 5.2) — величину
магнитной проницаемости р,.

Так как для определения индукции необходимо предваритель-
но знать число витков и площадь поперечного сечения магнито-
провода, то расчет следует вести методом последовательного приб-

5 Г. Д. Фрумкин

129
лижения: задаются значением р,, выбирают магнитопровод, рас-
считывают число витков и индукцию в сердечнике, после чего по
графикам (рис. 5.2) определяют магнитную проницаемость р и срав-
нивают ее с тем значением, которым задавались в начале расчета.
Если два значения р отличаются более, чем на 10%, то расчет сле-
дует повторить, приняв за исходное значение р, которое было най-
дено из графика (рис. 5.2).

При наличии постоянного подмагничивания. В этом случае зна-
чение эквивалентной начальной проницаемости рн опт и соответствую-
щее ему значение оптимального зазора /опт может быть найдено
по графикам (рис. 5.6 и 5.7). Однако в начале расчета, когда число

Рис. 5.16. Ориентировочное значение магнит-
ной проницаемости сердечника при наличии
постоянного подмагничивания

витков катушки и размеры магнитопровода еще не известны, вос-
пользоваться этими графиками не представляется возможным. По-
этому в начале расчета трансформатора определяют ориентировоч-
ное значение магнитной проницаемости по графику (рис. 5.16) в за-
висимости от произведения 1^1*. После определения размеров маг-
нитопровода и числа витков следует уточнить значения р,н опт по
рис. 5.6 и расчет повторить.

Связь между основными электрическими характеристиками и
размерами магнитопровода. Рассмотрим, от каких факторов за-
висят размеры магнитопровода трансформатора. Сначала это сдела-
ем для сердечника, имеющего одну (первичную) обмотку.

Из формулы (5.21) следует, что между размерами трансформато-
ра и индуктивностью его обмотки Ь существует определенная взаимо-
связь: при заданной магнитной проницаемости р для того чтобы по-
лучить большое значение 1, следует применить сердечник с боль-
шим значением 5С или с большей площадью окна 50, что позволит
разместить на сердечнике обмотку с большим числом витков и).
Таким образом, чем больше величина 1, тем больше должны быть
размеры сердечника.
Рассмотрим, как связаны размеры сердечника с сопротивлением

обмотки г. г = Р^=Р^, (МО)
где 1 — длина обмотки трансформатора;

/м — средняя длина витка;

да — число витков;

5П — площадь поперечного сечения проводника;

р — удельное сопротивление провода намотки.

После умножения числителя и знаменателя формулы (5.40) на

получим г = рк“?=р^1 (5.41)

где

5М=3П • ад — суммарное сечение меди обмотки.

Величина 5М должна быть меньше, чем площадь окна магнитопро-
вода 50, так как часть площади окна занимает каркас катушки,
изоляция проводов, междуслойная, междуобмоточкля и наружная

изоляция.

Обозначим ~ = &м,
5о

где

Ам — коэффициент заполнения окна медью.
Тогда

/м-^2
г = р-±—

(5.42)

Для того чтобы получить катушку с малым сопротивлением при
неизменной величине "индуктивности, необходимо увеличить пло-
щадь окна 50, что позволит увеличить площадь поперечного сечения
провода. Таким образом, чем меньше сопротивление катушки, тем
больше должны быть габариты трансформатора.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что размеры трансфор-
матора являются функцией отношения —: чем больше —, тем боль-
г г

ше должны быть размеры трансформатора.

Введем обозначение:

- = т. (5.43)

Размерность т — секунда и поэтому данную величину называют
постоянной времени трансформатора.

Найдем, от каких факторов зависит величина т, для чего в фор-
мулу (5.43) подставим значения Ь и г из формул (5.21) и (5.42).

~7 1^ТС Р-/М-®2 ЙГ ₽/с-/м‘ ’
В радиоаппаратуре используют трансформаторы с обмоткой из
медного провода, имеющего объемное удельное сопротивление
р = 1,75 • 10-6 ом • см.

При используемых в настоящее время изоляционных материа-
лах для маломощных трансформаторов значение коэффициента за-
полнения окна медью ка лежит в пределах к = 0,2 4- 0,3.

Подставляя значения р и кы в формуле (5.44), получаем

(1,434-2,15)10-3.(х.^2. (5.45)

Формула (5.45) устанавливает связь между индуктивностью и со-
противлением обмотки трансформатора, с одной стороны, и его га-
баритами и магнитной проницаемостью примененного материала,
с другой стороны.

Из формулы (5.45) следует, что

-= (1,434-2,15) Ю-з (5.46)

Р- А: •

Введем обозначение:

— = Л. (5.47)

Величину А называют конструктивной постоянной трансформатора.
Конструктивная постоянная А зависит только от размеров сердеч-
ника. При расчете трансформатора величины Ь и г бывают заданы.
Соображения о выборе марки материала были изложены выше. Та-
ким образом, по формуле (5.47) может быть вычислена конструктив-
ная постоянная А. При помощи формулы (5.47) можно выбрать та-
кие размеры магнитопровода, при которых возможно получить тран-
сформатор с заданными значениями Ь и г. При этом в большинстве
случаев конструктору не приходится самому подбирать значения
5С, 50, /с и /м, так как в каталогах типовых магнитопроводов для
каждого типоразмера приводится значение конструктивной постоян-
ной Л, вычисленное по формуле (5.46) (см. например, табл. 5.2).
Следует так выбирать магнитопровод, чтобы его конструктивная
постоянная была больше или равна значению 4, вычисленному по
формуле (5.47).

До сих пор рассматривалась зависимость размеров магнито-
провода от величины Ь и г для магнитопровода, имеющего одну об-
мотку. Если трансформатор имеет несколько обмоток, то в указан-
ные выше формулы следует подставлять значение

тр

(5.48)

где

т — • т —- — • т — кп

Т1 — » 2 ” г ’ п “ г

Г1 Г2 ГП
В частном случае, для двухобмоточного трансформатора, рабо-
тающего в режиме класса «А», т2 = т, и

х = 2^ф (5.49)

Для двухобмоточного трансформатора, работающего в режиме
класса «В», та = 0,707 т1 и

т= 1,707 Л. (5.50)

Приведенные выше соображения позволяют подобрать такие
размеры сердечника, на котором можно разместить обмотки с задан-
ными значениями Ь и г. Однако существуют и другие факторы, ко-
торые оказывают влияние на размеры сердечника.

Как указывалось выше, зависимость между напряженностью
поля и индукцией в материале сердечника не является линейной.
Поэтому, при протекании через первичную обмотку тока, изменяю-
щегося по синусоидальному закону, индукция в сердечнике будет
меняться по закону, отличному от синусоидального. В соответствии
с формулой (5 17) по такому же (не синусоидальному) закону будет
меняться э. д. с., наведенная во вторичной обмотке. Таким обра-
зом, трансформатор вносит нелинейные искажения в трансформи-
руемый сигнал. Величина нелинейных искажений тем больше, чем
больше величина максимальной индукции в сердечнике. Если тран-
сформатор работает в такой схеме, где нелинейные искажения имеют
значение, следует ограничивать величину индукции.

В табл. 5.6 приведены значения индукции для сталей Э310 4-
4- ЭЗЗО, при которых не возникает значительных нелинейных ис-
кажений; при превышении указанных значений нелинейные иска-
жения быстро растут

Таблица 5.6

Рекомендуемые предельные значения амплитуды индукции
для трансформаторов низкой частоты из стали Э310 4-Э330

Мощность трансформатора, вт . . . 1 3

Амплитудное значение индукции
Вт, кгс.......................... 4,6 6,5

9,5

Для трансформаторов малой мощности с сердечником из спла-
вов Н79М4, Н80ХС индукцию не следует брать более 1000 гс\
для аналогичных трансформаторов с сердечниками из сплавов Н45,
Н50ХС — не более 2000 гс.

В ряде случаев может оказаться, что при размере магнитопро-
вода, найденном исходя из конструктивной постоянной Л, невоз-
можно обеспечить получение приведенных выше значений индук-
ции. В этом случае приходится брать следующий, больший размер
магнитопровода.
Трансформаторы наименьшего веса и наименьшей стоимости.
Выше было показано, что размеры сердечника трансформатора низ-
кой частоты зависят от постоянной времени его обмоток. Из фор-
мулы (5.46) следует, что расчет размеров трансформатора — зада-
ча, не имеющая однозначного решения. Если заданы величины Л
и г обмоток и выбрана марка стали, то в соответствии с формулой
(5.46) можно подобрать сердечник с большой площадью окна 50 и
малой площадью поперечного сечения магнитопровода 5С и наобо-
рот. В том и другом случае на сердечнике можно будет разместить
обмотку с заданными значениями Ь и г. Разница заключается в том,
что в первом случае (50 — велико, 5С — мало) для изготовления
трансформатора потребуется большое количество обмоточного про-
вода и малое количество стали. Во втором случае потребуется малое
количество обмоточного провода и большое количество стали.

Так как удельный вес обмоточных материалов (с учетом собст-
венной изоляции провода и изоляции между рядами обмотки) в
несколько раз меньше удельного веса стали, то трансформатор с
большей площадью окна будет иметь вес меньше, чем трансформа-
тор с малой площадью окна, в котором применяется мало меди и
много стали. Стоимость изоляционных и обмоточных материалов в
несколько раз больше, чем стоимость стали. Поэтому общая стои-
мость материалов первого трансформатора будет больше, чем у вто-
рого.

Таким образом, за счет изменения соотношения размеров сер-
дечника можно получать трансформаторы малой стоимости и боль-
шого веса или трансформаторы большой стоимости и малого веса.

Можно так выбрать размеры пластин и витых магнитопроводов,
чтобы при существующем соотношении удельных весов обмоточ-
ных материалов и стали получить трансформатор наименьшего
веса.

Если при расчете учитывать стоимость изоляционно-обмоточ-
ных материалов и стали, то можно получить соотношение размеров
пластин и магнитопроводов, при котором стоимость трансформато-
ра будет наименьшей.

В промышленности применяется два типа пластин и магнито-
проводов, которые называются пластинами и магнитопроводами
наименьшего веса и наименьшей стоимости. Для первых характер-
ным является отношение — ^0,94-1,2 (обозначения — см.рис. 5.9).
2а

Характерным для вторых является отношение ~ 0,54-0,8 .

Приведенные в табл. 5.2 типы магнитопроводов относятся к ка-
тегории магнитопроводов наименьшего веса.

Изложенные выше соображения в равной мере относятся и к
силовым трансформаторам. Трансформаторы минимальной стоимос-
ти используют в массовой недорогой аппаратуре стационарного
типа. Трансформаторы минимального веса используют в перенос-
134
ной, самолетной и других категориях аппаратуры, где требование
минимального веса является основным.

Определение числа витков обмоток. После того как выбраны
размеры магнитопровода, может быть найдено число витков обмо-
ток. Число витков первичной обмотки можно найти, исходя из за-
данной величины индуктивности, по следующей формуле (получе-
на из формулы (5.21) путем несложных преобразований):

да. = 8.92.103 1/ЦК (5.51)

1 Г |Л.5С

где

— индуктивность первичной обмотки, гн;

5С — площадь поперечного сечения магнитопровода, см2;

р — магнитная проницаемость сердечника, гс/э;

1( — средняя длина магнитной силовой линии, см.

Число витков первичной обмотки, необходимое для того, чтобы
индукция не превышала определенных значений, можно найти из
формулы (5.17), если предварительно определить значение Ег, на-
веденной в первичной обмотке. Величина Ег не равна подведенному
напряжению 0^ разница между Е^^ и Щ зависит от величины к. п. д.
трансформатора. Однако с достаточной для практики степенью точ-
ности можно считать, что

Ег 0,9С/г (5.52)

(Эта формула дает ошибку не более 10% при изменении к. п. д.
трансформатора от 65 до 100%.)

Из формул (5.17) и (5.52) можно найти минимально допустимое
число витков обмотки, необходимое для того, чтобы индукция в
сердечнике не превышала установленного значения. Число витков

где

(/х — напряжение, подведенное к первичной обмотке, в;

Вт — рекомендуемое значение амплитуды индукции, гс (табл. 5.6);
/н — низшая частота рабочего диапазона, гц;

5С — площадь поперечного сечения магнитопровода, см2.

Из двух значений числа витков и найденных по форму-
лам (5.51) и (5.53), следует выбрать большее, так как в этом случае
индукция в сердечнике будет не более заданной, а индуктивность
обмотки — не менее заданной.

Если в результате расчета по формулам (5.51) и (5.53) окажется,
что значительно больше, чем то есть опасность, что обмот-
ка с таким числом витков не разместится на выбранном сердечнике.
В этом случае целесообразно выбрать по каталогу сердечник с боль-
шим значением конструктивной постоянной А и повторить расчет
числа витков с учетом новых значений /с и 5С.
Число витков вторичной обмотки можно найти по формуле
(5.20).

Определение диаметра провода обмоток. Диаметр провода каж-
дой обмотки можно найти, исходя из заданного значения ее сопро-
тивления:

4 = 0,15 ]/у,

(5.54)

где

б/ — диаметр провода, мм;

I — длина провода обмотки, м (см. формулу (5.15));

г — сопротивление обмотки, ом.

По найденному значению диаметра провода следует подобрать бли-
жайший стандартный диаметр, выбрать марку провода и по спра-
вочникам найти диаметр провода в изоляции б/из.

Определение размеров обмотки и индуктивности рассеяния тран-
сформатора. После определения числа витков и диаметра
провода в изоляции, может быть произведен расчет размеров об-
мотки, как было указано в § 4.

Индуктивность рассеяния трансформатора можно определить
по следующей формуле:

1,256-*.

108. йн

(Дм+

«14~аг'

3 ,

(5.55)

где

Ь3 — индуктивность рассеяния, гн\

к — коэффициент, значение которого . зависит от конструк-
ции обмотки; для двухобмоточного трансформатора
(рис. 5.12) й = 0,8 4-0,9;

/м — средняя длина витка обмотки, см;

и а2 — радиальная толщина обмоток, см;

Ам — толщина междуобмоточной изоляции, см.

Если найденное по формуле (5.55) значение Ь5 превышает задан-
ное при расчете, следует применить чередование обмоток. Простей-
ший пример чередования показан на рис. 5.17: обмотка с большим
числом витков разбита на две части и между ними расположена дру-
гая обмотка.

В общем случае, при наличии чередования, индуктивность рас-
сеяния уменьшается в (р — I)2 раз, где р — общее число частей,
из которых состоят первичная и вторичная обмотки. Для чередо-
вания, показанного на рис. 5.17, б, Р — 3 и индуктивность рассея-
ния уменьшается в четыре раза. Если необходимо уменьшить ин-
дуктивность в еще большее число раз, следует одну из обмоток раз-
бить на три части, а другую на две части (Р = 5).

Потери в трансформаторе низкой частоты. Как указывалось
выше, потери в.трансформаторе слагаются из потерь в стали и по-
терь в меди. Однако трансформаторы низкой частоты обычно ра-
ботают при относительно малых значениях индукции в сердечнике
(см. табл. 5.6) и поэтому потери в стали, практически, можно не
учитывать. Нагрев трансформатора низкой частоты определяется,
в основном, потерями в меди, которые могут быть найдены для каж-
дой из обмоток трансформатора по формуле (5.30). Температуру
нагрева катушки трансформатора можно определить ориентировоч-
но по следующей формуле:

I — / _1_

окр+ 13.10-4.5кат’

(5.56)

где

/окр — температура окружающего воздуха;

Рм — потери в меди всех обмоток, вт-,
5кат — полная поверхность катушки, см2

Рис. 5. 17. Схема чередования обмоток трансформатора:
а) — нечередующаяся обмотка; б) — чередующаяся обмотка (3=3)

Пример 5. 1. Рассчитать выходной трансформатор для
усилителя, работающего в режиме «А». Данные для расчета следую-
щие:

а) индуктивность первичной обмотки ;> 23 гн;

б) сопротивления обмоток: 1\ = 2000 ом, г2 = 80 ом\

в) индуктивность рассеяния Ь8 0,25 гн\

г) низшая рабочая частота /н = 200 гц\

д) коэффициент трансформации п = 0,2;

е) напряжение источника анодного питания Ея = 250в;

ж) постоянная составляющая анодного тока лампы/о =5 мег,
з) переменное напряжение, подводимое к первичной обмотке
трансформатора = 2 4- 66 а;
и) мощность, отдаваемая в нагрузку Р2 = 0,2 вт;

к) трансформатор предназначен для эксплуатации при темпера-
туре окружающего воздуха от — 60°С до + 70°С, при относитель-
ной влажности воздуха до 98%; вес трансформатора — минималь-
ный.

1. В соответствии с данными, приведенными в табл. 5.5, выбира-
ем для магнитопровода пермаллой марки Н45.

2. Так как трансформатор будет работать с постоянным подмаг-
ничиванием и при малом уровне входного сигнала, при расчете
будем ориентироваться на цн>опт. Вычисляем параметр 1^%:

I,/2 = 23(5.10-3)2 =5,75.10~4.

По графику (рис. 5.16) находим

Ин. опт 600 гс/э.

3. По формуле (5.49) вычисляем постоянную времени:

х = = 2—= 0,023 сек.

гг 2000

4. По формуле (5.47) вычисляем конструктивную постоянную:

А = —— = = 3,84.10~5.

^н.опт 600

По табл. 5.2 выбираем магнитопровод ШЛ 8 X 10, имеющий А =
= 3,95 . 10~5. Его основные данные: 5С = 0,69 см2; <$0 = 1,6 см2;
1С = 6,8 см; 1М — 6,2 см; /г = 20 мм; с = 8 мм.

5. По формуле (5.51) вычисляем число витков первичной обмот-
ки, необходимое для получения заданной индуктивности:

> 8.92. 1О> = 8,92.103 - 5480.

6. По табл. 5.5 находим предельное значение индукции для выб-
ранного материала Вт = 2000 гс.

По формуле (5.53) вычисляем число витков первичной обмотки,
при котором индукция не будет превышать найденного значения:

ш, 2,02-1СРС/1мах = 2,02.107.66 = 4840

1 ' Вт7н.5с 2000.200.0,69

Из двух значений и о/, выбираем наибольшее: а>1 = 5480.

7. По формуле (5.1) вычисляем ампервитки постоянного подмаг-
ничивания:

оа,,= _ 5''°--518° = 4,02.

/с 6,8

8. По графику (рис. 5.6) находим цн.опт = 650 гс/э. По формуле
(5.51) находим уточненное число витков: при |лн.опт—$50 = 5280.
9. Полученное при использовании пермаллоя Н45 значение
Нн.опт == 650 больше, чем значение рн Для трансформаторных сталей
даже без постоянного подмагничивания.

При наличии постоянного подмагничивания любая из транс-
форматорных сталей будет иметь рНе0ПТ заведомо меньше 650 гс/э
(см. рис. 5.6). Поэтому повторный расчет трансформатора с исполь-
зованием трансформаторных сталей производить в данном случае
не следует, так как трансформатор будет иметь большую конструк-
тивную постоянную и габариты, чем при использовании пермаллоя
Н45.

10. По графику (рис. 5.7) определяем величину зазора в магни-
топроводе при = 4,02 а-вит/смл

1от = — 1с = —-6,8 = 0,0054см = 0,054 мм.

опт 100 с 100

Для получения такого зазора необходимо проложить в месте сты-
ка частей магнитопровода один слой телефонной бумаги, толщиной
0,05 мм.

11. По формуле (5.20) вычисляем число витков вторичной обмот-
ки:

= шх.п = 5280-0,2 — 1056.

12. По формуле (5.15) вычисляем длину провода обмоток:

/х = /м .ы>1 = 6,2 • 5280 = 32700 см = 327 м;

1% — 1и = 6,2 • 1056 — 6550 см = 65,5 м.

13. По формуле (5.54) вычисляем диаметр провода обмоток:
^==0,15 ]А = 0,15 1/^1 = 0,061 мм;

й?2 = 0,15 ]Л|/ = 0>136 мм.

* ’ Г 80

Принимаем (1г = 0,06 мм\ й2 = 0,14 мм.

При мощности, снимаемой со вторичной обмотки, Р2 = 0,2 вт
дополнительный нагрев трансформатора будет незначительный.
Поэтому даже при наибольшей температуре окружающего воздуха
( + 70°С) температура обмоток будет незначительно превышать
70°С. Однако с целью повышения надежности выбираем провод
марки ПЭВ-1.

По табл. 5.3 находим диаметр провода в изоляции;

й1из “ 0,085 мм\ б/2из = 0,165 мм.

14. Выбираем длину каркаса Лк на 0,5 мм меньше высоты окна:
Лк= 19,5 мм. Выбираем ширину концевой изоляции Лиз = 1,5 мм.
Находим ширину намотки для первой обмотки (см. рис. 5.12) ЛН1 =
— Нк — 2ЛИЗ= 19,5—2 • 1,5 = 16,5 мм. Для второй обмотки при-
нимаем йн2= 15,5 мм.

15. По формуле (5.10) вычисляем число витков в слое. Значения
коэффициента неплотности ку берем из табл. 5.4. Для первичной
обмотки

Лн 16,5 1СЛ

о)1с =--и— =---------1-----= 169 витков;

<4из-*у 0,085-1,15

и»2с = —— = 84 витка.

2 0,165-1,08

16. По формуле (5.11) находим число слоев каждой обмотки:
„1с= ^ = 5^=31;

1 ш1с 169

1056 с

и2с=----= 12,5.

2С 84

Принимаем п2с = 13.

17. По формуле (5.8) находим величину испытательного напря-
жения для трансформатора (7ИСП= 1000+2 1000+2-250=1500 в.

Выбираем толщину изоляционных материалов.

Толщина каркаса Дк= 0,5 мм (четыре слоя кабельной бумаги
К-12). (7проб = 4 • 1,2 = 4,8 кв, что больше С/исп. Толщина между-
рядной изоляции для первичной обмотки Др1 = 0,01 мм. Толщи-
на междурядной изоляции для вторичной обмотки Др2= 0,03 мм.
Толщина междуобмоточной и наружной изоляции: (по два слоя
кабельной бумаги толщиной 0,12 мм) Дм = 0,24 мм\ Дн = 0,24 мм.
{/проб= 2 • 1,2 = 2,4 кв.

18. По формуле (5.12) вычисляем толщину каждой обмотки:
а, = и1с й1из + (л1с — 1) Др1 = 31 . 0,085 + (31 — 1)0,01 = 2,93 мм;

а2 = 13-0,165 + (13— 1)0,03 = 2,5 мм.

19. По формуле (5.13) вычисляем полную радиальную толщину
катушки. Выбираем зазор между магнитопроводом и каркасом
0,25 мм, что обеспечивает свободное одевание каркаса на магнито-
провод.

а0 = Д3 + Ак+1,1(^ + 2Дм + Дн) =

= 0,25 + 0,5 + 1,1 (2,93 + 2,50 + 0,24 + 0,24) = 7,17 мм.

Полученное значение а0 меньше ширины окна с, следовательно,
катушка разместится в магнитопроводе.

20. По формуле (5.55) вычисляем индуктивность рассеяния тран-
сформатора:

1,256-6-1м-аг / а1+ а \ _

* 108-6н \ 3 )

1,256-0,85-6,2-52802 0244- 0>293+°>250>\ = о 23 г

~ 108-1,65 \ 3 / ~

Полученное при расчете значение меньше заданного.
§ 7. Расчет силового трансформатора

При расчете силового трансформатора бывают заданы напряже-
ние и частота / питающей сети, а также напряжения и токи вто-
ричных обмоток.

Как указывалось выше, при работе трансформатора часть под-
веденной к нему энергии рассеивается в виде тепла в сердечнике и
обмотках. Температура нагрева трансформатора зависит от рассеи-
ваемой в нем мощности, от поверхности теплоотдачи и от темпера-
туры окружающей среды. Задача расчета — определить такие ми-
нимальные размеры трансформатора, при которых нагрев обмоток
не превосходит определенных допустимых значений. Максималь-
но допустимая температура нагрева обмоток определяется свойст-
вами используемых изоляционных материалов. Чтобы размеры тран-
сформатора были минимальные, надо уменьшать рассеиваемую в
нем мощность и применять изоляционные материалы, которые мо-
гут работать при высоких температурах.

Выбор марки и толщины материала для магнитопровода. Ес-
ли к трансформатору предъявляется требование наименьшего веса
и его стоимость имеет второстепенное значение, то для магнитопро-
водов следует выбирать такие материалы, которые на заданной час-
тоте имеют малые потери при больших индукциях (12—16 кгс). В
§ 3 было показано, что при уменьшении толщины листа потери в
стали, особенно на частоте 400 гц, уменьшаются. Однако надо учиты-
вать, что при уменьшении толщины материала одновременно умень-
шается коэффициент заполнения площади поперечного сечения маг-
нитопровода сталью кс, в результате чего уменьшается фактическое
количество стали в сечении магнитопровода и увеличивается ин-
дукция.

Опыт показывает, что при использовании ленточных сердеч-
ников для трансформаторов наименьшего веса на частоту 400 гц
наилучшие результаты получаются при использовании стали ХВП,
толщиной 0,08—0,2 мм. Для трансформаторов на частоту 50 гц
целесообразно использовать сталь Э310 4-Э330, толщиной 0,35мм.

Выбор индукции в сердечнике. Величину индукции в сердеч-
нике можно определить по следующей формуле (получена из форму-
лы (5.19):

Вт^ 2’24510^-, (5.57)

где

Вт — амплитуда индукции, гс\

V\ — напряжение, подведенное к первичной обмотке, в;

/ — частота питающей сети, гц-,

5С — площадь поперечного сечения магнитопровода, смг\

— число витков первичной обмотки.
Рассмотрим, как влияет изменение величины индукции на потери
в трансформаторе, при неизменных его габаритах и мощности, сни-
маемой со вторичных обмоток.

Если размеры магнитопровода выбраны, то различные значе-
ния индукции можно получить за счет изменения числа витков об-
моток. Зависимость удельных потерь в стали от индукции изобра-
жена на рис. 5.8. С достаточной для практики степенью точности
эту зависимость можно представить следующим уравнением:

Р^а.Вгт, (5.58)

где
а—числовой коэффициент;
г = 243.

Потери в стали можно най-
ти, воспользовавшись формулой

Ч 4/ у <5-28):

\ / / Рс — РС'уц ' Ос = а • Вт • Ос.

\ / / Из этой формулы следует,

VI / / что Рс пропорционально В*\

/ / РС~В\

\ / Зависимость потерь в стали

\ от индукции изображена на

рис. 5.18 кривой /.
Потери в меди первичной и
_____2 вторичной обмоток можно най-
ти по формуле (5.30)-

/ /
рм=с-р#-+/:-рг-- <5-59)

Рис. 5.18. Зависимость потерь в °1П °2П

трансформаторе от индукции: Длина провода каждой обмотки
/-потерн в стали Рс ; 2 —потери в меди / и / может быть Найдена ПО
пХчн;йЖХ«ТсЫчеетПХ™вВнойТ формуле (5.15). Площадь попе-
ставляющей тока; 4 — суммарные потери реЧНОГО СеЧСНИЯ ПрОВОДНИКЭ
каждой обмотки

51п=—; 52п = (5.60)

где
501 и 502 — часть площади окна трансформатора, занимаемая соот-
ветственно медью первичной и вторичных обмоток.

Подставляя /р /2; 51п и 52п из формул (5.60) и (5.15) в формулу
(5.59) и учитывая, что в соответствии с формулой (5.20)
после несложных преобразований получаем
(5.61)

Из формулы (5.57) следует, что

(5.62)

Подставляя из формулы (5.62) в формулу (5.61), получаем

(5.63)
т

Зависимость Рм от Вт изображена на рис. 5.18 кривой 2

При увеличении индукции уменьшается магнитная проницае-
мость сердечника, что приводит к увеличению реактивной состав-
ляющей тока первичной обмотки, и, как следствие, — к дополни-
тельным потерям в меди. Эти потери могут быть заметны на часто-
те 50 гц\ на частоте 400 гц они оказывают малое влияние на сум-
марные потери в трансформаторе. Зависимость потерь в меди от
реактивной составляющей тока первичной обмотки показана на
рис. 5.18 кривой 3.

Суммарные потери в меди и стали магнитопровода изображены
на рис. 5.18 кривой 4. Из рис. 5.18 следует, что существует такое
значение индукции, при котором потери в трансформаторе имеют
минимальное значение.

Величина индукции, при которой потери имеют минимальное
значение, зависит от ряда причин, в том числе от свойств стали и
частоты питающей сети. При увеличении удельных потерь в ста-
ли или частоты возрастут суммарные потери в стали, в результате
чего кривая 1 на рис. 5.18 будет расположена левее. При этом ми-
нимальные потери в трансформаторе будут при меньшем значении
индукции. Однако суммарные потери (величина коэффициента
полезного действия трансформатора) в ряде случаев не имеют су-
щественного значения; основной задачей является создание транс-
форматора с минимальным нагревом обмотки.

Нагрев обмотки зависит не только от суммарной мощности,
рассеиваемой в трансформаторе, но и от распределения ее между
сердечником и обмоткой, от условий теплоотдачи, от теплопровод-
ности изоляционных материалов, от радиальной толщины намотки
и ряда других факторов. Поэтому значение индукции, при котором
нагрев обмоток минимален, зависит не только от марки стали и
частоты питающей сети, но, в частности, от размеров трансформа-
тора, которые в свою очередь, связаны с мощностью, снимаемой
со вторичных обмоток.

В табл. 5.7 приведены полученные экспериментально оптималь-
ные значения индукции, при которых нагрев обмоток имеет ми-
нимальную величину. Этими значениями следует задаваться при
проектировании силовых трансформаторов на ленточных броневых
сердечниках.
Таблица 5.7

Оптимальные значения амплитуды индукции для силовых трансформаторов
на ленточных сердечниках

Материал магнитопровода Л гц Индукция Вт, кгс, при мощности, вт
15—300 | 300—500 | 500-1000
ХВП, толщина 0,08—0,15 мм . . . 400 16 16 16
Э310 толщина 0,35 мм 50 14 13 12

Выбор размеров магнитопровода. Как было показано выше,
при работе силового трансформатора в стали магнитопровода и ме-
ди обмоток рассеивается энергия, что приводит к нагреву трансфор-
матора. Любой трансформатор должен быть сконструирован так,
чтобы температура нагрева не превышала значений, допустимых
для используемых в трансформаторе изоляционных материалов. В
противном случае будет происходить быстрое старение изоляции,
что приведет к ее пробою и преждевременному выходу трансформа-
тора из строя. Рассмотрим, как связана температура нагрева тран-
сформатора с его габаритами.

Предположим, что имеется трансформатор с известными габа-
ритами, со вторичных обмоток которого снимается мощность Р2
при частоте тока /. Марка и толщина материала магнитопровода
выбраны. При этом в меди и стали трансформатора будет рассеи-
ваться определенная мощность (выделяться тепловая энергия), ве-
личина которой [см. формулы (5.28) и (5.34)] зависит от веса меди и
стали, а также от плотности тока и индукции в стали При устано-
вившемся тепловом режиме эта тепловая энергия будет отдаваться
в окружающее пространство поверхностью трансформатора. Пе-
регрев трансформатора (превышение температуры его деталей над
температурой окружающего воздуха) при прочих равных условиях
будет зависеть от количества выделяемой в трансформаторе мощ-
ности, приходящейся на единицу поверхности теплоотдачи. Если
увеличить габариты трансформатора, сохранив снимаемую с него
мощность, то появится возможность увеличить число витков обмо-
ток и сечения проводников. Одновременно при увеличении габа-
ритов, возрастет площадь поперечного сечения магнитопровода 5С.
Это приведет к уменьшению индукции в стали и плотности тока в
обмотках.

Так как потери в стали пропорциональны индукции во второй
или третьей степени [см. формулу (5.58)], а потери в меди — квад-
рату плотности тока, то суммарные потери энергии (количество вы-
деляемого тепла) ув трансформаторе уменьшатся, несмотря на то,
что вес меди и стали увеличились. Кроме того, при увеличении га-
баритов трансформатора увеличивается поверхность теплоотдачи
трансформатора. В результате действия перечисленных факторов
температура нагрева трансформатора уменьшится.

Наоборот, если уменьшить габариты трансформатора, то умень-
шится 5С и придется уменьшить число витков и сечение проводни-
ков, что, в свою очередь, приведет к увеличению индукции и плот-
ности тока. Одновременно уменьшится поверхность теплоотдачи,
и температура перегрева трансформатора возрастет.

Таким образом, при заданных физических свойствах проводни-
ковых и магнитных материалов и частоте тока существует взаимо-
связь между размерами трансформатора (магнитопровода), снима-
емой с трансформатора мощностью и температурой перегрева: если
температура перегрева задана, то каждому из перечисленных в
табл. 5.2 типоразмеров магнитопроводов должна соответствовать
вполне определенная максимально допустимая мощность, снимае-
мая со вторичных обмоток. Рассмотрим, как зависит эта мощность
от частоты трансформируемого напряжения (например, 50 и 400 гц).

Допустим, что при выбранных типоразмерах сердечника, мар-
ке материала, частоте 50 гц и снимаемой мощности Р2, температу-
ра перегрева трансформатора соответствовала*предельно до-
пустимой для выбранных изоляционных материалов.

Если увеличить частоту трансформируемого напряжения с
/ = 50 гц до = 400 гц (в восемь раз), то в соответствии с форму-
лой (5.57) в восемь раз уменьшится индукция.

Как следует из формулы (5.2), удельные потери в стали при этом
уменьшатся. Одновременно за счет уменьшения индукции и увели-
чения частоты уменьшится реактивная составляющая тока холос-
того хода. В результате действия всех перечисленных факторов
уменьшится мощность, рассеиваемая в трансформаторе, и темпера-
тура перегрева его обмоток. Это позволит в рассматриваемом случае
уменьшить габариты сердечника до такой величины, при которой
температура перегрева достигнет прежнего значения.

Таким образом, при прочих равных условиях, трансформатор
на частоту 400 гц имеет меньшие габариты, чем трансформатор
на частоту 50 гц. В табл. 5.2 приведены значения мощности Р2, сни-
маемой со вторичных обмоток при температуре перегрева Ы =
= 50°С для ленточных магнитопроводов наименьшего веса, изго-
товленных из сталей ХВП и Э310, толщиной 0,08—0,35 мм.

Необходимо отметить, что приведенные зависимости мощности
от габаритов являются ориентировочными, так как не учитывают
ряда факторов. Так, например, в зависимости от числа вторичных
обмоток, напряжений и диаметра проводов меняется часть площа-
ди окна, занятая непосредственно проводом (коэффициент запол-
нения окна медью км), что влияет на плотность тока и нагрев тран-
сформатора. Приведенные в таблице значения мощности рассчита-
ны для средних значений коэффициента заполнения ки. Поэтому
в отдельных случаях при экспериментальной проверке оказывает-
ся, что температура перегрева трансформатора больше допустимой.
Это вынуждает применить сердечник больших размеров, чем сле-
дует из табл. 5.2, исходя из мощности вторичных обмоток.

Выбор плотности тока в обмотках. Как указывалось выше,
плотность тока влияет на количество тепловой энергии, выделяе-
мой в обмотках. С этой точки зрения желательно, чтобы величина
плотности тока 8 была минимальной. С другой стороны, при задан-
ных значениях токов уменьшение плотности тока требует увели-
чения диаметра провода, в результате чего будет опасность, что
обмотка вместе с необходимыми изоляционными материалами не
разместится в окне магнитопровода.

В табл. 5.8 приведены значения плотности тока в обмотках тран-
сформаторов, обеспечивающие полное заполнение окна магнито-
провода и рассчитанные для приведенных в табл. 5.2 магнитопрово-
дов, исходя из выбранных ранее значений мощности, индукции
и температуры перегрева 50°С.

Таблица 5.8

Рекомендуемые значения плотности тока в обмотках силовых
трансформаторов, собранных на магнитопроводах,
приведенных в табл. 5.2

Сумма мощностей вторичных обмоток Е Р2, вт 15—50 50—150 150—300 300-500 500—1000
Плотность тока Ь, а/мм2, при / = 50 гц 2—2,6 2,6—2,4 2,4—2,2 2,2—2 2-1,8
Плотность тока а/мм2, при / = 400 гц 9,4—6,4 6,4—3,7 3,7—2,7 2,7—2 2—1,5

Следует иметь в виду, что указанные значения плотности тока 8 яв-
ляются ориентировочными и могут уточняться после расчета раз-
мещения обмоток в окне магнитопровода и температуры перегрева,
так как рассчитаны они для некоторых средних значений коэффи-
циента заполнения окна медью км. Для нижних обмоток, располо-
женных ближе к магнитопроводу, для которых условия теплоот-
дачи хуже, следует брать значения 8 на 10% меньше, чем указано
в табл. 5.8; для наружных обмоток, имеющих лучшую теплоотда-
чу, значения 8 нужно брать на 10% больше.

Расчет числа витков обмоток трансформатора. В § 5 были при-
ведены формулы (5.17), которые позволяют найти число витков об-
моток, если известны наведенные в них э. д. с. Ер Е2 и т. д. Эти
э. д. с. отличаются от напряжения [/р подводимого к первичной,
и — (72, снимаемого со вторичной обмотки, на величину падения
напряжения на обмотке. Для первичной обмотки
Для вторичной обмотки

В формулах

и — выраженное в % падение напряжения на первичной
и вторичных обмотках.

Подставляя значения Е1и Е2 в формулы (5.17), получаем

^2==

_4,447-Вот.5с

4,44./.Вот.5с

(5.64)

(5.65)

Найденные по формулам (5.64 и 5.65) значения числа витков
должны быть округлены до ближайшего целого числа.

В табл. 5.9 приведены ориентировочные значения для тран-
сформаторов, собранных на сердечниках, которые даны в табл. 5.2.

Таблица 5.9

Падение напряжения Д^/ на обмотках трансформатора

Сумма мощностей вторичных обмоток Е Р2> в/и 15-30 30-50 50-150 150—300 300—1000
Д1/, %, при / =400 гц Д1/, %, при / — 50 гц 9—5,8 6,0 5,8-3,8 6,0—5,5 3,8-1,4 5,5-4 1,4—0,8 4-3 0,8—0,3 3-1,7

Расчет потерь в трансформаторе и тока первичной обмотки.
Для определения потерь в стали следует воспользоваться формулой
(5.28), подставив в нее значение Рс уд, соответствующее выбранной
индукции и марке стали (см. рис. 5.8 ) и — 0с, соответствующее
выбранному магнитопроводу (см. табл. 5.2). Для определения по-
терь в меди каждой обмотки следует воспользоваться формулой
(5.35). Однако для определения потерь в меди первичной обмотки
необходимо знать ток, величина которого в свою очередь зависит
от потерь.

Для ориентировочного определения тока первичной обмотки
следует воспользоваться следующей формулой:

(5.66)

В этой формуле Г 1а—составляющая тока первичной обмотки, за-
висящая от токов вторичных обмоток. Значение Г 1а можно найти
по формуле (5.38); к— коэффициент, учитывающий увеличение
тока за счет потерь. Его ориентировочные значения приведены в
табл. 5.10.

Таблица 5.10

Значения коэффициента к

Сумма мощностей вторич- ных обмоток Е Р2> вгп 15—50 50—150 150-300 ‘ 300-1000
к, при / = 50 гц 1,75 1,27 1,15 1,14
частоте [ = 400 гц 1,35 1,23 1,1 1,07

После определения потерь в стали, потерь в меди вторичных об-
моток и ориентировочного значения потерь в меди первичной об-
мотки можно приступить к вычислению составляющих тока пер-
вичной обмотки.

Составляющую /7/]атока первичной обмотки, величина которой
зависит от потерь в трансформаторе, следует определять по фор-
муле (5.39).

Полную активную составляющую / 1а тока первичной обмотки —
по формуле (5.37).

Реактивную составляющую /р тока первичной обмотки — по фор-
муле (5.27).

Полный ток первичной обмотки можно найти по формуле
(5. 36).

Если вычисленное по этой формуле значение 71, значительно
отличается от ориентировочного, найденного по формуле (5.66),
следует заново определить потери в меди первичной обмотки,
подставив в формулу (5.35) значение Iр найденное по формуле
(5.36), и повторить перечисленные выше вычисления.

Ток холостого хода трансформаторов можно определить по
формуле (5.16). Предварительно вычисляют составляющие этого
тока: а) активную /оа—формула (5.29), б) реактивную /ор—форму-
ла (5.27). Реактивную вычисляют, подставив в (5.27) значение
адо, соответствующее индукции холостого хода Вот [см. формулу
(5.18)].

Площадь поперечного сечения провода

= 4 , (5.67)

где

/ — ток, а;

8 — плотность тока, а/мм2;

5П— площадь поперечного сечения провода, мм2.
С другой стороны

(5.68)
где

й — диаметр провода, мм.

Решая уравнения (5. 67) и (5. 68) относительно й, получаем

4=1,13|/^. (5.69)

Подставляя в указанную формулу найденные ранее значения тока
и плотности тока, можно определить диаметр провода для каждой
обмотки. После этого по каталогу обмоточных проводов нужно
подобрать марку и ближайший выпускаемый промышленностью
диаметр и определить диаметр провода в изоляции йиз.

После определения диаметра провода обмоток должен быть
произведен расчет размещения обмоток, как указано в § 4. Если
в результате этого расчета окажется, что радиальная толщина об-
мотки больше, чем ширина окна, следует несколько уменьшить
диаметры проводов за счет увеличения плотности тока или приме-
нить для трансформатора магнитопровод большего размера.

Тепловой режим силового трансформатора. Энергия, теряемая
в обмотке и сердечнике (Рм и Рс), рассеивается внутри трансфор-
матора в виде тепла, что вызывает его нагрев. Одновременно теп-
ловая энергия, распространяясь по объему трансформатора, до-
ходит до поверхности и отдается в окружающее пространство. При
длительной работе трансформатора наступает состояние теплового
равновесия, при котором количество тепловой энергии, выделяе-
мой внутри трансформатора и отдаваемой в окружающее про-
странство, равны. При этом температура нагрева для каждой точки
объема трансформатора становится величиной постоянной. Темпе-
ратура нагрева обмоток, как указывалось выше, является важней-
шим фактором, который определяет надежность работы трансфор-
матора.

Температура нагрева зависит от свойств трансформатора и от
внешних условий, например, от температуры окружающей среды.
Поэтому тепловой режим трансформатора оценивают температу-
рой перегрева катушки

Д/ = /1-^окр> (5.70)

где

1Т — температура нагрева обмоток трансформатора;
/окр — температура окружающей среды.

Из формулы (5. 70) следует, что

^т = ^окр+д^ (5.71)

Следует иметь в виду, что температура перегрева Д/ для различных
точек катушки имеет различное значение, так как условия переда-
чи тепла от разных точек к поверхности различны. Определение
распределения температуры внутри трансформатора встречает
большие технические трудности. Тепловой режим трансформатора
оценивают некоторой средней величиной А/. Поэтому рассмотрен-
ный ниже метод оценки температуры перегрева А/ является ориен-
тировочным.

В общем случае температура перегрева катушки трансформато*
ра А/ может быть найдена по следующей формуле:

Ы = +....рс > (5.72)

5 • к
где

А/ — температура перегрева катушки;

Рм + Рс — сумма потерь в стали и меди, вт;

5 — поверхность теплоотдачи, см2;

к — коэффициент теплоотдачи, вт!см2 • град.

Коэффициент теплоотдачи учитывает передачу тепла в окружающее
пространство за счет конвенции, лучеиспускания и теплопередачи;
к 13 . КГ4.

Поверхность теплоотдачи 5 является величиной постоянной
для каждого типоразмера трансформатора и может быть вычисле-
на по его геометрическим размерам.

Коэффициент теплоотдачи к зависит от способа отделки по-
верхности трансформатора, от соотношения мощностей, рассеивае-
мых в обмотке и сердечнике. Это соотношение, в свою очередь, за-
висит от свойств используемых материалов, индукции в сердечни-
ке, плотности тока в обмотках и частоты трансформируемого тока.
Коэффициент теплоотдачи к определяет количество ватт, отдавае-
мых с единицы поверхности трансформатора при перегреве один
градус.

Введем обозначение:

к8 = кТ. (5.73)

Коэффициент кТ (размерность вт/град) определяет количество ватт,
отдаваемых со всей поверхности трансформатора при перегреве
один градус.

После подстановки значения к • 5 из формулы (5. 73) в форму-
лу (5. 72) последняя может быть записана в следующем виде:

Д/ = рм + рс, (5.74)

Ориентировочные значения для каждого типоразмера сер-
дечника, при условии использования материалов, значений ин-
дукции и плотности тока, указанных выше, для пропитанных кату-
шек, окрашенных в серый или другой темный цвет, приведены в
табл. 5. 11.

Во всех остальных случаях можно пользоваться формулой
(5. 72).
Значения коэффициента к?

Таблица 5.11

Тип сердечника Коэффициент теплоотдачи кт, вт/град, при частоте
/ — 50 гц / - 400 гц
ШЛ 8X8 0,07
8X10 0,08
8X12,5 0,09
8X16 0,10
ШЛ 10X10 0,10
10X12,5 — о,и
10X16 — 0,12
10X20 — 0,14
ШЛ 12X12,5 — 0,15
12X16 «ж 0,16
12x20 — 0,17
12X25 — 0,19
ШЛ 16X16 0.1 0,2
16X20 0,11 0,23
16X25 0,13 0,28
16X32 0,15 0,32
ШЛ 20X20 0,17 0,31
20X25 0,19 0,34
20X32 0,22 0,4
20X40 0,25 0,47
ШЛ 25x25 0,31 0,4
25X32 0,33 0,54
25X40 0,37 0,62
25X50 0,42 0,73
ШЛ 32X32 0,52
32X40 0,59 —
32X50 0,67 —
32X64 0,76 —
ШЛ 40X40 0,89 —
40X50 1,0 —
40x64 1,2 —
40X80 1.3 —

После расчета и изготовления макетов необходимо эксперимен-
тально определить температуру перегрева и с учетом максималь-
но возможной температуры окружающей среды рассчитать темпе-
ратуру нагрева обмоток трансформатора. Если эта температура
окажется больше допустимой для используемых материалов, сле-
дует применить более теплостойкие изоляционные материалы или
же заново рассчитать трансформатор, применив магнитопровод
большего размера. Это позволит уменьшить индукцию и плот-
ность тока при одновременном увеличении поверхности теплоот-
дачи, что приведет к снижению температуры нагрева трансформа-
тора.
Следует иметь в виду, что температура перегрева зависит от
давления окружающего воздуха, при котором будет работать тран-
сформатор. Эта зависимость приведена на рис. 5. 19.

Пример 5.2. Рассчитать силовой трансформатор по сле-

дующим данным:

а) напряжение питающей сети (/1 = 115 в;

б) частота питающей сети / = 400 гц;

Рис. 5.19. Зависимость увели-
чения температуры нагрева
трансформатора от высоты над
уровнем моря

в) напряжения и токи вторичных
обмоток:

(72 = 125 в, /а = 100 ма;

113 — 6,3 в, 13 — 2,5 а.

г) трансформатор предназначен
для эксплуатации при температуре
окружающей среды до 4-70°С;

д) вес и габариты трансформатора

минимальные.

1. Определяем мощность, снимае-
мую со вторичных обмоток транс-
форматора Р2= 131/2-\-1зиз=0,\ • 1254-
4-2,5 • 6,3 = 28,25 вт.

2. По табл. 5.2. выбираем для трансформатора сердечник
Ш 8 X 16, изготовленный из стали ХВП толщиной 0,08 мм.

Для этого сердечника 5С = 1,1 см2; Ос = 62 г; 1С = 6,8 см;
1М = 7,4 см.

3. По табл. 5.7 находим индукцию в сердечнике; Вт = 16000 гс.

4. По табл. 5.8 выбираем плотность тока в обмотках; для пер-
вичной — 6 = 7,2 а/мм2; для вторичной — 6 = 8 а/мм2; для
третьей — д = 8,8 а/мм2.

5. По табл. 5.9 находим падение напряжения на обмотках тран-
сформатора; Д1\=Д^/2 = ДЛ/3 = 5,8%.

6. По формулам (5.64; 5.65) определяем число витков для каж-
дой обмотки:

Л ДЦ\

115

108

_____1----1^2-----= 347;
4,44.400-16000.1,1

,447.вт.5<

4,44./-Вт.5с

Дб'з

100

4,-447.Вт5с

____1-------------= 423;

4,44.400.16000.1,1

________\____1 уу/_______2|

— 4,44.,400.16000.1,1 “
7. По формуле (5.18) вычисляем индукцию ё сердечнике при
работе трансформатора на холостом ходу:

Ват = Вт (1 + = 16000 (1 + = 16900 гс.

\ 100 / \ 100/

8. По графику (рис. 5. 8) определяем удельные потери в стали
при индукции Вт = 16000 гс и ВОт = 16900 гс; Рс.уд = 34 вт/кг
при Вт и Рс-уд = 39 вт/кг при ВОт. По формуле (5. 28) вычисляем
потери в стали:

Рс = Рс.уд-ес — 34-0,062 == 2,17 вт при

Рс = 39-0,062 = 2,42 вт при ВОт.

9. По формуле (5.38) вычисляем составляющую тока первич-
ной обмотки, зависящую от токов вторичных обмоток:

/'1а = /г-+ — =0,1 — 4- 2,5 = 0,245а.

1а 2УХ ' 1/, 115 ' 115

10. По табл. 5.10 определяем значение коэффициента й; по
формуле (5.66) вычисляем ориентировочное значение тока пер-
вичной обмотки:

1,35; /х = /1аЛ = 1,35-0,245 = 0,331 а.

11. По формуле (5.35) вычисляем потери в меди всех обмо-
ток:

рм = Рм. + Рма4-Рмз = 7^ 115-0,331 + 125-0,1 + ^.6,3-2,5 =

= 3,73 вт.

12. Пэ формуле (5.39) вычисляем составляющую тока первич-
ной обмотки, зависящую от потерь в трансформаторе:

, рс+ рм, + РМ, + Рщ _ 2,17 + 3,73 = о 051 а

1а 01 ~ 115

13. По формуле (5.37) вычисляем полную активную составляю-
щую тока первичной обмотки:

/1а = /1а' + /1а" = 0,245 + 0,051 = 0,296 а.

14. По графику (рис. 5.2) определяем напряженность поля,
необходимую для создания в сердечнике индукции 16000 го и
16900 гс\ ат) = 10,3 а-вшп/см\ ат\х = 11,7 а-вит/см.

15. По формуле (5.27) вычисляем реактивную составляющую
тока первичной обмотки при работе под нагрузкой и на холо-

стом ходу:

/ = = 20’3'6’8 = 0,02 а;

₽ а>1 347

’ ___ й^хх* Ц

0р

р 0Ух

11,7*6,8 п
= —\~ 0,023 а.
16. По формуле (5.36) вычисляем полный ток первичной об-
мотки:

/х= К 4+^ = /о,296*4-0,022 = 0,296 а.

17. Так как полученное в п.16 значение /х = 0,296 а отлича-
ется от того, которое было ориентировочно определено в п. 10,
задаемся значением /х = 0,296 а и повторяем вычисления по
пп. 11 и 12 и пп. 13 и 16. В результате расчета получаем:

Ри = 3,5 вт-, /ха" = 0,049 а;

71а = 0,294 а-, /х = 0,294 а.

Полученное значение /х = 0,294 а близко к тому, которым зада-
вались.

18. По формуле (5.29) вычисляем активную составляющую
тока холостого хода:

, Рс 2,42 ппо.

/Оа = — — -1— = 0,021 а.

оа 1/х 115

19. По формуле (5.16) вычисляем ток холостого хода:

4 = /4+4= /0,021*+ 0,023* = 0,031 а.

20. По формуле (5.69) вычисляем диаметр провода каждой
обмотки:

с1х = 1,13 ]/^ = 1,13 = 0,23 мм;

= 1,13 ]/^ = 0,127 мм;

й3 = 1,13 1/14 = 0.605 мм.
Г 0,0

21. Выбираем провод марки ПЭВ-1.

По табл. 5.3 выбираем ближайшие стандартные диаметры и
определяем их йиз. Для выбранного диаметра <Л1 — 0,23 мм
йхиз = 0,27 мм; = 0,13 мм й2нз = 0,155 лиг; йз = 0,59 мм
г/3из — 0,64 мм.

22. Выбираем длину каркаса на 0,5 мм меньше высоты окна:
= 19,5 мм.

Выбираем ширину концевой изоляции Лиз = 1,5 мм.

Находим ширину намотки для первой обмотки:

Лвх = Нк — 2йиз = 19,5 — 2.1,5=16,5 мм.

Для второй обмотки принимаем йв2 = 15,5 мм.

Для третьей обмотки — йн3 = 14,5 мм.

23. По формуле (5.10) находим число витков в одном слое.
Значения коэффициента неплотности намотки берем из табл. 5. 4.
Для первой обмотки

Ли1
Ш1С = -.....-

^1из*^у

16,5 с7
---------= 57 витков.

0,27-1,06

Для второй обмотки

®2С =

15.5 по

-----------= 92 витка.

0,155-1,08

Для третьей обмотки

®ЗС =

14,5 оо
--------- = 23 витка.

0,59-1,04

24. По формуле (5.11) находим число слоев каждой обмотки:
и1с = — = — = 6,1 (принимаем п1с= 7);

Дою 57

и2с = — = 4,6 (принимаем и2с= 5);

21
пзс= — = 0,91 (принимаем п3с = 1).

25. По формуле (5.8) находим величину испытательного на-
пряжения для трансформатора:

^исп = Ю00 + 2(/р= 1000 + 2 (115 + 125) = 1480 в.

26. Выбираем толщину изоляционных материалов.

Толщина гильзы каркаса Дк = 0,5 мм (четыре слоя кабельной
бумаги К-12).

Толщина междурядной изоляции: для первой обмотки Др1 =
= 0,03 мм; для второй обмотки Др2 = 0,01 мм.

Толщина междуобмоточной и наружной изоляции: Дм = 0,24 мм\
Дн = 0,24 мм (по два слоя кабельной бумаги).

27. По формуле (5. 12) вычисляем толщину каждой обмотки:

а1 = <4з + («к — 1) +1 = 7 • 0,27 + (7 — 1)0,03 = 2,08 мм',

а2 = 5.0,155 +(5— 1)0,01 = 0,82 мм\

а3 = 1.0,64 + (1 — 1) Др = 0,64 мм.

28. По формуле (5. 13) вычисляем полную радиальную толщи-
ну катушки. Выбираем зазор между сердечником и катушкой Д3 =
= 0,25 мм. Полная радиальная толщина

«о = Дз + Дк+1Л(2а + 2Дм + Лн) =

= 0,25 + 0,5 4- 1,1 (2,08 + 0,82 + 0,64 + 2 • 0,24 + 0,24) = 5,43 мм.

29. Полученная при расчете радиальная толщина катушки
значительно меньше ширины окна магнитопровода (с — 8 мм).
Делать трансформатор с таким малым заполнением окна нецеле-
сообразно. Можно либо увеличить сечение провода, что приведет
к уменьшению потерь в меди, либо применить для рассчитываемо-
го трансформатора другой, меньший сердечник. Чтобы определить
целесообразность повторного расчета трансформатора с меньшим
сердечником, рассчитаем температуру нагрева трансформатора
при сердечнике ШЛ 8 X 16. По формуле (5. 74) вычисляем темпе-
ратуру перегрева, предварительно найдя по табл. 5. 11 значение
коэффициента &т. Коэффициент = 0,1.

Тогда

__ Рм+Рс __ 3,50-4-2,17 57°С
0,1

По формуле (5.71) вычисляем температуру нагрева трансфор-
матора:

I. = %Р + = 70 + 57 = 127°С.

Полученное значение температуры нагрева превышает допустимое
(для провода ПЭВ — 125°С). Поэтому дальнейшее уменьшение га-
баритов трансформатора невозможно. Для снижения температуры
нагрева в данном случае необходимо увеличить диаметры проводов
за счет незаполненной части окна.

30. Задаемся новыми значениями диаметра провода для каж-
дой обмотки: = 0,27 мм (б/1из = 0,31 мм); й2= 0,15 жж (б/2из =
= 0,18 жж); = 0,69 жж (йзиз = 0,74 жж).

Повторяем расчет размещения обмоток по пп. 23 и 24 и пп. 26—
28.

В результате расчета получаем:

ш1с = 51, &у2с = 81, &узс = 19;

Лю = 7, п2с = 6, П3с = 2,

АР1 = 0,05; АР2 = 0,02; АРз = 0,07; Дм = Дн = 0,24;

Дк = 0,5 мм; ах = 2,46; а2 = 1,18; а3= 1,55; а0 = 7,25 мм.

Полученное в результате повторного расчета значение а0 при-
мерно на 10% меньше ширины окна с, что является вполне прием-
лемым.

31. По формуле (5.15) определяем длину провода каждой об-
мотки. При этом учитываем, что для первой обмотки длина про-
вода должна быть примерно на 10% меньше, а для третьей—на
10% больше расчетной. Длина провода

/1 = 0,9-йУх./м = 0,9.347.7,4 = 2300 см = 23 ж;

/2 = ау2./м = 423.7,4 = 3130 сж = 31,3 ж;

/3= 1,1ш3./м= 1,1-21.7,4= 170 сж= 1,7 ж.

32. По формуле (5.14) вычисляем сопротивление обмоток при
температуре 20°С:
Г, = р-^- = 0,0175 ±2®- =7,05 ом;

1 те-^ я-0,27*

г2 = 0,0175 • ^к3 =31 ом;

2 те-0,15»

г, = 0,0175-^-7 = 0,08ол.

2 те.0,69»

Задаемся температурой нагрева обмоток 115°С. Вычисляем
сопротивление обмоток при этой температуре:

г( = г (1 4- 0.004Д/), Д/ = 115° — 20° = 95°С,

г,= г (14-0,004-95)= 1,38 г;

г1(= 1,38.7,05 = 9,7 ом;

гг(= 1,38-31 = 42,7 ом;

г3(= 1,38-0,08 = 0,11 ом.

33. Вычисляем падение напряжения на обмотках и рассеивае-
мую на них мощность:

Д% = Л-<1 = 0,296.9,7 = 2,87в; Д%%= 100 = 2,5%;

115

Д{/2= 72-г2 = 0,1-42,7 = 4,27в; Д%% = 100 = 3,4%;

125

д% = /8-Гз = 2,5.0,11 = 0,275в; Д%% = Ю0= 4,4%;

РМ1 = /!-Д% = 0,296-2,87 = 0,84 вт;

Р„2 = /2. Д% = 0,1 • 4,27 = 0,43 вт;

= /3.Д% = 2,5-0,275 = 0,69 вт.

34. По формулам (5.74) и (5.71) вычисляем температуру пе-
регрева и температуру нагрева трансформатора:

Д/ = + Рс = 0,84 + 0,43 + 0,69 + 2,17 = 41 30 &

0,1 ’

= /Окр + Д/ = 70 4- 41,3° С = 111,3° С.

35. Так как значения падения напряжения на обмотках, при-
нятые в и. 5 расчета, отличаются от полученных в п. 33, уточ-
няем заново число витков. Число витков

4,44.400-16000.1,1

= 358;

4,44-400.16000.1,1

= 415;
/ 4,4\

6,3 1+-^-.10»

1-----------= 20,8 = 21.

4,44.400.16000.1,1

§ 8. Расчет дросселя низкой частоты

При расчете дросселя бывают заданы величина индуктивности,
сопротивление обмотки, величина постоянного тока, потенциал
обмотки по отношению к сердечнику, а также условия эксплуата-
ции и требования к стоимости, весу и габаритам.

Расчет дросселя принципиально не отличается от расчета тран-
сформатора низкой частоты, так как и в этом случае задача состоит
в отыскании габаритов магнитопровода и намоточных данных,
которые могут обеспечить получение нужной величины индуктив-
ности и сопротивления при заданном значении постоянного тока.

Дроссели обычно имеют большое число витков при малой вели-
чине переменного напряжения на обмотке, в результате чего ин-
дукция в сердечнике имеет малую величину. Поэтому потери в
магнитопроводе дросселя обычно бывают не велики и- их можно
не учитывать; для изготовления магнитопровода целесообразно
брать стали толщиной 0,35—0,5 мм.

Магнитная проницаемость сердечника при этих условиях ока-
зывается практически равной начальной магнитной проницаемо-
сти. Для изготовления магнитопроводов дросселей целесообразно
использовать сталь Э310, имеющую наиболее высокую проницае-
мость в сильных постоянных полях.

Расчет дросселя низкой частоты производится в таком же по-
рядке, что и трансформатора низкой частоты с постоянным подмаг-
ничиванием.

Ввиду того что дроссель имеет одну обмотку, определение по-
стоянной времени производят по формуле (5. 48), полагая тг =
= 0 ... т„ = 0.

Число витков определяют по заданной индуктивности по фор-
муле (5. 51).
Глава VI

КОНДЕНСАТОРЫ

§ 1. Классификация конденсаторов;
область применения и выполняемые функции

Применяемые в радиоаппаратуре конденсаторы можно разде-
лить на конденсаторы постоянной емкости, переменной емкости и
подстроечные.

У конденсаторов постоянной емкости в конструкции не преду-
сматривается возможность изменения величины емкости. Указан-
ные конденсаторы применяются в качестве элементов колебатель-
ных контуров, настроенных на фиксированную частоту, в каче-
стве элементов связи, для компенсации изменений параметров
других элементов контура при воздействии повышенной или пони-
женной температуры, для сопряжения контуров в супергетеродин-
ных приемниках, в качестве разделительных, блокировочных и
для многих других целей. Разнообразие функций привело к созда-
нию большого количества типов конденсаторов постоянной емко-
сти, которые изготавливаются по соответствующим государствен-
ным стандартам или техническим условиям.

Если в конденсаторе можно плавно менять емкость в процессе
эксплуатации аппарата, то его называют конденсатором перемен-
ной емкости. Конденсаторы переменной емкости используются
главным образом для плавной настройки колебательных контуров
в пределах некоторого диапазона частот.

Подстроечным (полупеременным) называется конденсатор, ем-
кость которого можно изменять в процессе регулировки изделия;
в процессе эксплуатации емкость подстроечного конденсатора долж-
на оставаться постоянной. Эти конденсаторы используются при
регулировке для компенсации отклонений параметров других эле-
ментов схемы аппарата.

Подстроечные конденсаторы широко применяются в схемах с
плавным изменением частоты для компенсации разброса началь-
ной емкости схемы, для установки требуемой величины емкостной
связи, для настройки контуров на требуемые фиксированные ча-
стоты и для других целей.

Таблица 6.1

Номинальные величины емкости конденсаторов (для всех типов, кроме электролитических)

Допусти - мое от- клонение емкости, % । Емкость, пф
+ 5 1 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,7 3 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1 10
+10 1 — 1,2 — 1,5 — 1,8 — 2,2 — 2,7 — 3,3 — 3,9 — 4,7 __ 5,6 — 6,8 — 8,2 — 10
±20 1 — — — 1,5 — — — 2,2 — — — 3,3 — — — 4,7 — — — 6,8 — — — 10

Для емкостей от 10 до 10000 пф следует умножить приведенные выше значения на 10; 100; 1000.

Допусти-
мое от-
клонение
емкости,
%

Емкость, мкф

±5 И

+ 10

+20

0,010 0,012 0,015 0,018 0,022 0,027 0,033 0,039 0,047 । 0,056 0,068 0,082 0,1 0,15 0,22 0,33 0,47 0,68 1
0,010 — 0,015 — 0,022 — 0,033 — 0,047 0,068 — о,1 0,15 0,22 0,33 0,47 0,68 1

Для емкостей от 1 до 100 мкф следует умножить приведенные в таблице значения от 0,1 до 1 мкф на 10, 100.
Электролитические конденсаторы выпускаются со следующими значениями емкости: 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500;
1000; 2000; 5000 мкф.
§ 2. Основные технические параметры конденсаторов

1. Номинальная величина емкости и класс точности. Применяе-
мые в радиоаппаратуре конденсаторы имеют емкость от единиц
пикофарад до тысяч микрофарад. Номинальная величина конден-
сатора постоянной емкости не может иметь произвольное значение:
она должна выбираться из ряда чисел (шкалы емкостей), который
установлен ГОСТом. Номинальные
величины емкостей приведены в
табл. 6.1.

Величина отклонения факти-
ческой величины емкости от но-
минального значения определяет-
ся классом точности конденсато-
ра. Для большинства типов уста-
новлено три класса:

I класс — допустимое откло-
нение не более ±5%;

Рис. 6.1. Площадь обкладок кон-
денсатора

II класс —допустимое отклоне-

ние не более ± 10%;

III класс — допустимое отклонение не более ± 20%.

Отдельные типы конденсаторов могут выпускаться с отклонением
емкости ±2% (0 класс). Для

некоторых типов конденсаторов до-

Число пластин П=5

С •С1 *С2 *С3 +Сд

Рис. 6.2. Многопла-
стинчатый конденса-
тор

Рис. 6.3. Коаксиаль-
ный конденсатор

пускается отклонение величины емкости от номинальной до 50%.

Емкость конденсатора, образованного двумя плоскими парал-
лельными пластинами,

е5

3,6к.4’

(6.1)

где

С — емкость, пф\

$ — относительная диэлектрическая проницаемость материала,
расположенного между пластинами (для воздуха с достаточ-
ной для практики степенью точности можно считать е== 1);
5 — площадь взаимного перекрытия пластин, см2 (см. рис. 6.1);
(I — расстояние между пластинами, см.

Часто для увеличения емкости конденсатор собирают из боль-
шого числа пластин, соединенных в две группы (см. рис. 6.2);
при общем числе пластин и, результирующая емкость слагается
из суммы (п — 1) емкостей. Если расстояния между пластинами
одинаковые, то

С=-^- (и—1), (6.2)

3,6я.бГ Л к ;

где

п — общее число пластин; остальные обозначения такие же, как
и в формуле (6.1).

Емкость конденсатора, образованного двумя коаксиальными
цилиндрами, (см. рис. 6.3).

С = 0,241 , (6.3)

1 ^2

где

— диаметр внутреннего цилиндра;

Р2 — диаметр наружного цилиндра;

I — длина взаимного перекрытия цилиндров.

2. Электрическая прочность конденсатора. Электрическая проч-
ность характеризуется величиной рабочего и испытательного на-
пряжения.

• Рабочее — такое напряжение, которое конденсатор может вы-
держивать длительное время (например, 10000 час). Эксплуати-
ровать конденсатор при напряжении, превышающем рабочее, нель-
зя, так как при этом срок службы конденсатора может резко со-
кратиться.

Испытательным называется такое напряжение, которое конден-
сатор может выдержать в течение малого промежутка времени
(например, 10— 60 сек). Обычно испытательное напряжение равно
110—300% от рабочего (в зависимости от типа конденсатора).

Величина рабочего и испытательного напряжений определяет-
ся свойствами и толщиной примененного диэлектрика, а также рас-
стоянием между выводами конденсатора. Наибольшая опасность
пробоя между выводами по воздуху появляется при эксплуатации
конденсаторов при пониженном атмосферном давлении, так как
электрическая прочность воздуха при этом уменьшается.

В радиоаппаратостроении используются конденсаторы с рабо-
чим напряжением от единиц вольт до десятков киловольт.

3. Сопротивление изоляции. Величина сопротивления изоляции
конденсатора зависит от удельного объемного и поверхностного
сопротивлений диэлектрика, а также от его размеров.
Значительные по величине токи утечки, которые появляются
при низком значении сопротивления изоляции, в отдельных слу-
чаях могут привести к нарушению работоспособности схемы.
Жесткие требования, в частности, предъявляются к величине со-
противления изоляции конденсаторов, которые используются в ка-
честве разделительных между анодной цепью одного каскада и
сеточной цепью другого.

Промышленностью выпускаются конденсаторы с величиной со-
противления изоляции в нормальных условиях до 10000 Мом.
Значение сопротивления изоляции уменьшается при повышении
температуры окружающего воздуха и воздействии повышенной
влажности. С целью защиты от воздействия влаги многие современ-
ные конденсаторы выпускаются в герметизированных корпусах.

4. Температурная стабильность величины емкости. При изме-
нении температуры окружающего воздуха происходит изменение
диэлектрической проницаемости диэлектрика, площади обкладок
и зазоров между ними, в результате чего меняется величина емко-
сти.

Если после окончания температурного воздействия емкость
возвращается к своему первоначальному значению, то изменение
емкости называется обратимым (цикличным). Обратимое измене-
ние характеризуется температурным коэффициентом емкости

ДС

т. к. (С) = --,

4 7 С.Д/’

где

ДС — изменение емкости при изменении температуры на Д/ град;
С — значение емкости при нормальной температуре.

Необратимым называется такое изменение емкости, при котором
она не возвращается к первоначальному значению после оконча-
ния температурного воздействия. Необратимые изменения харак-
теризуются коэффициентом температурной нестабильности емко-
сти

Л С -2

где

Сг — первоначальное значение емкости до изменения температуры;

С2 — конечное значение емкости после окончания температурных
воздействий.

Необратимые изменения происходят за счет остаточных деформа-
ций в элементах конструкции конденсатора, за счет старения ди-
электрика, перегруппировки воздушных прослоек между обклад-
ками и твердым диэлектриком, а также за счет ряда других причин.
Выпускаемые промышленностью конденсаторы в зависимости от
конструкции имеют т. к. (С) в пределах от 10”5 до 10~2 Мград.
Стабильные конденсаторы (т. к. (С) порядка 50.10“ ) при-
меняются в задающих каскадах передатчиков, в гетеродинах при-
емников и в других схемах.

5. Потери в конденсаторах. Характеризуются тангенсом угла
потерь В), который представляет собой отношение мощности
потерь к полной реактивной мощности, запасаемой в конденсаторе.
Потери в конденсаторе определяются, за редким исключением,
свойствами используемого диэлектрика: например, воздушный
конденсатор на керамическом основании имеет В = 0,0001 4-
4- 0,0003; конденсатор со слюдяным диэлектриком имеет в нор-
мальных условиях В = 0,001; конденсатор с бумажным диэлект-
риком имеет В = 0,01 4- 0,02. Конденсаторы с малым значе-
нием В должны применяться в контурах с высокой доброт-
ностью.

Следует иметь в виду, что при включении конденсатора Сг
параллельно контуру дополнительное затухание, вносимое в кон-
тур,

С*

где

В — потери в конденсаторе С5;

С — полная емкость контура с учетом емкости Сг Поэтому
в отдельных случаях подключение конденсатора даже со значи-
тельными потерями может незначительно ухудшить добротность

контура, если емкость конденсатора составляет незначительную
долю от полной емкости контура.

6. Собственная индуктивность конденсатора. Каждый конден-
сатор обладает индуктивностью, которая определяется конструкцией
его выводов и обкладок. Наибольшей
м Г индуктивностью обладают конденсаторы,

Л —। о имеющие длинные изогнутые выводы и

длинные обкладки, свернутые в спи-
Рис. 6.4. Эквивалентная раль; наименьшей индуктивностью об-

схема конденсатора г

н ладают конденсаторы с короткими пря-

молинейными выводами и обкладками.

Эквивалентная схема конденсатора с учетом собственной ин-
дуктивности и потерь изображена на рис. 6. 4.

и частоте /0 = ------в указанной цепи наступает пос-

2к у ЬС

ледовательный резонанс и сопротивление конденсатора становит-
ся минимальным и равным сопротивлению потерь г.

При частоте / > /0 сопротивление конденсатора имеет индук-
тивный характер, а при / < /0 — емкостный.

Поэтому каждый конденсатор можно использовать при частоте
в два-три раза меньшей, чем собственная резонансная частота /о.
Предельная частота, на которой могут использоваться бумаж-
ные конденсаторы, составляет примерно 1—1,5 Мгц-, специаль-
ные безындукционные бумажные конденсаторы могут выполнять
свои функции на частотах до 30—80 Мгц-, отдельные типы керами-
ческих и специальные слюдяные — до 2000—3000 Мгц.

7. Габариты и вес конденсатора.

8. Допустимые значения температуры окружающего воздуха,
относительной влажности, вибрационных и ударных перегрузок.

§ 3. Стандартные и нормализованные конденсаторы
постоняной емкости

Промышленность выпускает большое количество типов кон-
денсаторов постоянной емкости, различающихся по используемо-
му диэлетрику и конструкции. Ниже будет рассмотрена конструк-
ция и основные характеристики наиболее широко применяемых и
перспективных типов конденсаторов.

Керамические конденсаторы. Большинство керамических кон-
денсаторов выполняется в виде дисков или трубок из керамики, на
которую методом вжигания наносятся обкладки из серебра. По-
лучающееся при этом хорошее сцепление обкладок с керамикой, а
также практическое отсутствие у нее старения обеспечивают кера-
мическим конденсаторам малое значение 0 (не более 0,15%).

В качестве диэлектрика используются разнообразные сорта ке-
рамики, имеющие различные значения диэлектрической проницае-
мости е и температурного коэффициента диэлектрической прони-
цаемости т. к. (г).

Выпускаемые в настоящее время керамические конденсаторы
по т. к. (С) делятся на ряд групп (см. табл. 6. 2).

Таблица 6.2

Значение т. к. (С) керамических конденсаторов

Группа | с р м л д к н
Цвет окраски Синий Серый Голубой Белый Красный Зеленый Оранжевый
т. к. (С) + (120 ± ±30)Х Х10~6 + (30± ±30) X ХЮ-6 — (50± ±30) X ХЮ- 6 -(75 ± ± 30) X Х10“6 — (700 ± ± 100) X ХЮ-6 -(1300 ± ± 200) X Х10~6 не огра- ничен

Керамика с большим значением $ имеет большее абсолютное
значение т. к. (г). Поэтому при равных габаритах конденсаторы
группы Р могут иметь емкость большую, чем конденсаторы груп-
пы М или Р.

Конденсаторы групп Р и М относятся к категории термоста-
бильных. Они применяются, например, в задающих каскадах пе-
редатчиков, в гетеродинах приемников и других каскадах, требую-
щих повышенную стабильность параметров. Конденсаторы групп
I) и К используются в качестве термокомпенсирующих в сочетании
с другими элементами схемы, имеющими положительное измене-
ние параметра, а также в качестве блокировочных на УКВ диапа-
зоне. Для термокомпенсации подбирается, например, такое значе-
ние емкостей и т. к. (С) у двух параллельно включенных конден-
саторов, чтобы суммарное изменение емкости при изменении тем-
пературы лежало в допустимых пределах.

Заготовка для конденсатора К Г: С

ПоАА

Керамические конденсаторы

Конденсаторы группы Н используются в качестве блокировоч-
ных, переходных и т. п. В радиоаппаратуре получили распростра-
нение конденсаторы типов КТК (трубчатые керамические) и КДК
(дисковые керамические), КТМ и КДМ (трубчатые и дисковые ма-
логабаритные), КДУ (дисковые для работы на частотах до 500 Мгц),
КГК (герметизированные керамические), КДО (керамические ди-
сковые опорные — для блокировки на частотах до 30 Мгц) и др.
Внешний вид указанных конденсаторов приведен на рис. 6.5.
Все перечисленные конденсаторы предназначены для исполь-
зования при температуре окружающего воздуха от 60 до +8О4-
4-85°С, при относительной влажности воздуха до 98%, при пони-
женном до 5—90 мм рт. ст. давлении окружающего воздуха (в
зависимости от типа), при воздействии вибрационных и ударных
ускорений; в нормальных условиях они имеют сопротивление изо-
ляции 500—1000 Мом\ 8 — 0,0012 4- 0,0015. Максимальная
величина емкости (в зависимости от типа и группы т. к. (С) лежит
в пределах от единиц пикофарад до 4300 пф. Более подробные дан-
ные о конденсаторах приведены в соответствующих ГОСТах или
технических условиях.

Конденсаторы типа КДС (дисковые, сегнетоэлектрические),
благодаря высокому значению е сегнетоэлектрической керамики
(г =* 10000) имеют максимальную емкость большую, чем у пере-
численных выше конденсаторов. Однако они используются только
для целей блокировки, так как при изменении температуры их
емкость меняется в несколько раз.

Рассмотренные выше керамические конденсаторы имеют малую
величину емкости при относительно больших габаритах. Дальней-
шее увеличение емкости без увеличения габаритов может осущест-
вляться за счет уменьшения толщины диэлектрика, так как электри-
ческая прочность керамики составляет не менее 6 кв/мм и для
получения конденсаторов на низкое рабочее напряжение доста-
точно иметь толщину диэлектрика порядка десятков микрон. Од-
нако при трубчатой или дисковой конструкции конденсатор имеет
очень малую механическую прочность, и использовать его не пред-
ставляется возможным.

Этот недостаток устранен в конденсаторах типа КЛС (конден-
сатор литой секционированный). Для изготовления конденсаторов
КЛС применяется метод горячего литья керамики, что позволяет
получить в керамической призме пазы и перегородки толщиной
порядка 100 мк. (см. рис. 6. 5). После металлизации всех пазов
получается большое количество соединенных параллельно эле-
ментарных конденсаторов, что резко увеличивает рабочую пло-
щадь обкладок и позволяет получить большие емкости при
малых габаритах. Например, удельная емкость (количество пи-
кофарад, приходящееся на 1 см3 объема) у конденсаторов типа
КЛС в 10 — 20 раз больше, чем у конденсаторов типа
ктк.

По остальным техническим характеристикам КЛС сходны с
рассмотренными выше конденсаторами, за исключением макси-
мально допустимой рабочей температуры, которая равна
+ 150°С.

В законченном виде конденсатор имеет вид прямоугольной
призмы; проволочные выводы припаиваются к металлизирован-
ным поверхностям В и С, после чего конденсатор покрывается
слоем защитной эмали.
Слюдяные конденсаторы. В качестве диэлектрика в указанных
конденсаторах используются пластинки слюды, толщиной 20—
100 м/с, обкладками является алюминиевая фольга или слой метал-
ла, нанесенный на слюду методом распыления или вжигания.
Каждый слюдяной конденсатор состоит из большого числа описан-

Рис. 6.6. Схема слюдяного кон-

денсатора

ных выше элементарных конденсаторов, соединенных параллельно.

На рис. 6. 6 изображена схема, поясняющая устройство слю-
дяного конденсатора: между пластинами слюды 7, покрытыми сло-
ем металла 2, закладываются полоски оловянной или медной фоль-
ги 3, при помощи которых соединяются параллельно отдельные
секции конденсатора. Концы по-
лосок 3 вместе со слюдой обжима-
ются металлическими скобками (на
рис. 6.6 не показаны), к которым
привариваются выводы конденса-
тора.

Промышленность выпускает
слюдяные конденсаторы, емкостью
от 51 пф до 0,01 мкф-, в радио-
аппаратостроении широко исполь-

зуются слюдяные конденсаторы,
имеющие емкость до 10000 пф.

По температурной стабиль-

ности величины емкости слюдяные

конденсаторы делятся на четыре группы; значение т. к. (С) для
каждой группы приведено в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Значение т. к. (С) слюдяных конденсаторов

Группа А Б В г
т. к. (С) В технических условиях не ограничивается ±200 • 10-6 ±100.10~б ±50 . 10~6

Наихудшую стабильность имеют конденсаторы группы А, у
которых обкладки выполнены из фольги. Изменение емкости кон-
денсаторов группы А происходит за счет изменения площади об-
кладок, толщины и диэлектрической проницаемости слюды, а так-
же за счет изменения величины воздушных зазоров между слюдой
и обкладкой при изменении объема воздуха. Для конденсаторов
группы А величина т. к. (С) . достигает ±500 • 10-6. Кроме того,
из-за перегруппировки воздушных включений и других факторов
возникают нецикличные изменения емкости, достигающие величи-
ны 1,5%.
У конденсаторов групп Б, В, Г с обкладками, выполненными
методом распыления металла, отсутствуют воздушные включения
между слюдой и обкладками, что повышает стабильность емкости.
Кроме того, у этих конденсаторов изменение площади обкладок
определяется коэффициентом линейного расширения слюды, ко-
торый примерно в три раза меньше, чем у металла.

С целью защиты от воздействия повышенной влажности возду-

КСО-1 КСО-5

ха слюдяные конденсаторы
опрессовывают в пластмассу
или помещают в герметично
запаянный кожух.

На рис. 6.7 изображены

Рис. 6.7. Конденсаторы типа КСО Рис. 6.8. Конденсатор типа

СГМ

некоторые конденсаторы типа КСО (конденсатор слюдяной опрес-
сованный).

При изменении температуры окружающего воздуха, за счет
разницы температурных коэффициентов линейного расширения
металла и пластмассы в месте выхода проволочного вывода из
пластмассы образуются микроскопические каналы, через которые
при длительном воздействии температуры в конденсатор может
попадать влага.

На рис. 6.8 изображен конденсатор типа СГМ (слюдяной гер-
метизированный малогабаритный). Слюдяной конденсатор 1 по-
мещен в керамическую трубку 2, концы которой металлизирова-
ны. На концы трубки надевают металлические колпачки 3, кото-
рые одновременно являются и выводами конденсатора. Герметиза-
ция осуществляется за счет тщательной припайки колпачков 3 к
металлизированному слою трубки 2.

На рис. 6.9 изображен конденсатор типа КСГ (конденсатор
слюдяной герметизированный). Герметизация в этом случае дости-
гается помещением конденсатора в запаянный металлический ко-
жух. Подключение обкладок к схеме осуществляется через стек-
лянные или керамические проходные изоляторы.

Конденсаторы типа СГМ и КСГ лучше защищены от воздейст-
вия влаги, чем конденсаторы КСО; сопротивление изоляции слю-
дяных конденсаторов в нормальных условиях /?из > 7500 Мом.
В наихудших климатических условиях для конденсаторов КСО
Киз может уменьшаться до величины 1000 Мом; для герметизи-
рованных конденсаторов /?из>2500 Мом.

Конденсаторы СГМ и КСГ имеют большие габариты, чем кон-
денсаторы КСО, что ограничивает их применение.

Зависимость потерь в слюдяном конденсаторе от величины ем-

Рис. 6.10. Зависимость 1§ 6 слюдяных
конденсаторов от величины емкости

Рис. 6.9. Конденсатор типа КСГ:

1 — конденсатер; 2 — кожух; 3 — крыш-
ка; 4-—проходной стеклянный изолятор
(типа ИСШ)

кости приведена на рис. 6.10. При увеличении емкости сверх
1000 пф (§8 практически не меняется.

Рассмотренные конденсаторы предназначены для эксплуатации
при температуре от —60 до +704-80°С, при относительной влаж-
ности воздуха до 98%, при, пониженном до 5—40 мм рт. ст. ат-
мосферном давлении (в зависимости от типа), при воздействии виб-
рационных и ударных ускорений. Более подробные сведения при-
ведены в технических условиях.

Слюдяные конденсаторы могут использоваться в качестве кон-
турных, разделительных, фильтровых и в других схемах.

Конденсаторы малых габаритов (например КСО-1) при длине
выводов до 10 мм могут использоваться на частотах до 50—100 Мгц.

Бумажные конденсаторы. Конденсаторы с бумагой в качестве
диэлектрика выпускаются с величиной емкости от сотен пикофарад
до единиц микрофарад. Для получения таких значений емкости
при малом значении е бумаги необходимо иметь большую площадь
обкладок; поэтому бумажные конденсаторы изготавливаются из
длинных, свернутых в рулон лент фольги, изолированной специаль-
ной конденсаторной бумагой (см. рис. 6. 11). Применяемая для
изготовления конденсаторов бумага имеет толщину до 25 мк. Для
того чтобы устранить опасность пробоя из-за наличия в бумаге
посторонних включений, обычно между фольгой прокладывают
несколько слоев бумаги. При этом увеличивается надежность кон-
денсатора, так как вероятность того, что два включения в разных
слоях совпадут, ничтожно мала.

Для повышения электрической прочности, увеличения диэлект-
рической проницаемости, для защиты от воздействия влаги, а так-
же для уменьшения старения бумажные конденсаторы подвергают
пропитке.

Для пропитки используют конденсаторное масло, вазелин, це-
резин, касторовое масло, олеовакс и ряд других материалов. Одна-
ко пропитка не может обеспечить достаточной защиты от воздейст-
вия влажности; крометого, некоторые пропиточные материалы в нор-

мальных условиях являются жидки-
ми. Поэтому все современные бу-
мажные конденсаторы выпускаются
в герметизированном исполнении.

Рис. 6.12. Герметизаций конден-
сатора БГМТ;

1 — корпус; 2 — конденсатор; 3 — про-
кладка из резины

Рис. 6.11. Схема бумажно-
го конденсатора:

/, 2 —обкладки из фольги; 3,4—
конденсаторная бумага

Герметизация может осуществляться керамическим корпусом
с запаянными металлическими крышками (аналогично конденсато-
ру СГМ, см. рис. 6. 8), а также металлическими корпусами со
стеклянными или керамическими проходными изоляторами (ана-
логично конденсатору КСГ, см. рис. 6. 9).

В последнее время для конденсаторов в цилиндрических кор-
пусах применяется заливка торцов эпоксидной смолой или
же уплотнение торцов специальной теплостойкой резиной (см. рис.
6.12).

Бумажные конденсаторы, образованные длинными обкладками,
свернутыми в спираль, имеют большую величину индуктивности,
что позволяет использовать их ограниченно, на частотах не более
нескольких Мгц. Для уменьшения величины индуктивности один
слой фольги при намотке несколько сдвигают по отношению к дру-
гому (см. рис. 6. 13), выступающую по торцу фольгу опаивают, в
результате чего спираль оказывается закороченной и индуктивность
конденсатора резко уменьшается. Такие конденсаторы, особенно
малых габаритов, можно использовать в качестве фильтровых на
частотах до нескольких десятков мегагерц.
Промышленностью выпускается большая серия бумажных кон-
денсаторов типа КБГ. Герметизация почти всех конденсаторов
этой серии осуществляется помещением их в цилиндрический или
прямоугольный металлический корпус со стеклянными или керами-
ческими проходными изоляторами (см. рис. 6.14).

Конденсаторы типа КБГ (в зависимости от типа) имеют емкость
от 680 пф до 10 мкф при рабочих напряжениях от 200 до 1500 в.
Они предназначены для эксплуатации при температуре от —60 до
+70°С, при относительной влажности воздуха до 98% и давлении
до 41 мм рт. ст.

Рис. 6.13. Схема намотки конден-
сатора

КБГ-МН

Рис. 6.14. Конденсаторы
. типа КБГ

/, 2 — обкладки; 5, 4 — конденсаторная
бумага

Потребность в более теплостойких конденсаторах привела к
созданию конденсаторов типа БГМТ (бумажный герметизирован-
ный малогабаритный теплостойкий, см. рис. 6. 12), которые мо-
гут эксплуатироваться при температуре до 4-Ю0°С. Указанные
конденсаторы имеют емкость от 470 пф до 0,25 мкф и рассчитаны
на напряжение от 400 до 600 в.

Широкое применение в радиотехнике полупроводниковых дио-
дов и триодов вместо ламп потребовало создания миниатюрных
конденсаторов. Снижение объема конденсаторов стало возможным
благодаря снижению рабочих напряжений в схемах с полупровод-
никовыми приборами. К числу малогабаритных относится конден-
сатор типа БМ (бумажный малогабаритный), рассчитанный на ра-
боту при напряжении до 100 в постоянного тока.

Указанный конденсатор предназначен для работы при темпера-
туре от —60 до 4~70°С, относительной влажности до 98% и давле-
нии до 5 мм рт. ст.
Особую группу составляют металлобумажные конденсаторы, в
которых в качестве обкладок вместо фольги используется тонкий
слой металла, нанесенный на конденсаторную бумагу методом
испарения в вакууме.

Важным свойством металлобумажных конденсаторов является
способность самовосстанавливать свою электрическую прочность
после пробоя: при случайном замыкании в отдельных точках об-
кладок ток короткого замыкания расплавляет и частично испаряет
тонкий слой металла вокруг зоны пробоя, в результате чего об-
кладки оказываются изолированными друг от друга.

Указанное свойство позволяет уменьшить число слоев бумаги
между обкладками, что в сочетании с малой толщиной обкладки

приводит к резкому сокра-
щению габаритов конденсато-
ра. Промышленностью выпус-
каются конденсаторы МБГ
(металлизированные бумаж-
ные герметичные), которые
могут эксплуатироваться в
тех же условиях, что и кон-
денсаторы типа КБГ.

Для использования в ап-
паратуре с полупроводнико-
выми приборами выпускают-
ся конденсаторы типа МБМ
(металлизированные бумаж-
ные малогабаритные) для эк-
сплуатации при рабочем нап-
ряжении до 160 в (см. рис.
6.15).

Конденсаторы типа МБГТ

МБГ

МБМ

Рис. 6.15. Металлобумажные конден-
саторы

(теплостойкие) предназначены для

эксплуатации при температуре до +Ю0°С.

Конденсаторы с бумажным диэлектриком имеют 3 = 0,01 4-
-0,015.

Пленочные конденсаторы. В конденсаторах указанного типа
диэлектриком является тонкая пленка из полиэтилена («стиро-
флекс»), полистирола или фторопласта-4.

Указанные пленки имеют е = 2 4- 2,5, практически не зави-
сящий от частоты, малое значение б, высокое удельное сопро-
тивление, хорошую влагостойкость и большую электрическую
прочность.

Большинство полистирольных конденсаторов выпускается в
негерметизированном исполнении, в результате чего их можно
эксплуатировать при относительной влажности воздуха до 80%.

Конденсаторы типа ПО (пленочные открытые) имеют емкость
от 50 пф до 0,03 мкф и предназначены для эксплуатации при тем-
пературе от —40 до +50°С и рабочем напряжении до 300 в.
Конденсаторы типа ПСО (пленочные стирофлексные открытые)
имеют емкость от 470 до 10000 пф и предназначены для экс-
плуатации при температуре от 0 до +60°С и рабочем напряжении
до 500 в.

Конденсаторы типа ПОВ (пленочные открытые высоковольтные)
выпускаются с емкостью 390 пф на рабочее напряжение 10 и 15 кв.

Конденсаторы типа ПМ (пленочные малогабаритные) выпус-
каются на рабочее напряжение 60 в постоянного тока и предназна-

чены для использования в аппаратуре с полупроводниковыми при-

борами. Они имеют емкость от 100 до 10000 пф. Их применяют при
температуре от —60 до + 70°С. Конденсаторы ПМ выпускаются

в открытом исполнении (ПМ-1) и
в уплотненном исполнении (ПМ-2).
В последнем случае конденса-
тор помещается в металлическую
трубочку, торцы которой залива-
ют эпоксидной смолой; конденса-
торы ПМ-2 допускают эксплуата-
цию в атмосфере с относительной
влажностью до 98%.

Пленки из материала фторо-

пласт-4 в отличие от бумаги и по-

листирола имеют высокую тепло-
стойкость и могут быть использо-
ваны при температуре от—60 до+
+200°С. Изготавливаемые из них

Рис. 6.16. Пленочные конденсаторы конденсаторы типа ФТ (фторо-
пластовые теплостойкие) имеют ем-
кость от 510 пф до 0,5 мкф при рабочем напряжении от 200 до 600 в
и допускают эксплуатацию при относительной влажности до 98%
и давлении до 5 мм рт. ст. Внешний вид пленочных конденсаторов
приведен на рис. 6. 16.

Электролитические конденсаторы. Особенностью конструкции

электролитических конденсаторов является то, что в качестве ди-
электрика используется тонкий слой оксидной пленки, нанесенной
на алюминиевую или танталовую пластину; вторым электродом
является электролит.

Электролитические конденсаторы изготавливаются из двух
лент фольги (одной — оксидированной, другой — неоксидирован-
ной), между которыми помещается прокладка из бумаги или тка-
ни, пропитанная электролитом. Полученный таким образом кон-
денсатор сворачивается в рулон и помещается в кожух. Выводы
делаются от оксидированной фольги (положительный электрод)
и от неоксидированной фольги, которая плотно соприкасается с
электролитом (отрицательный электрод). Использование в каче-
стве диэлектрика тонкой пленки окисла, имеющей большую ди-
электрическую проницаемость, а в качестве одной из обкладок —
электролита, накладывает отпечаток на электрические характери-
стики конденсатора.

Электролитические конденсаторы могут иметь емкость до со-
тен и даже тысяч микрофарад при относительно небольших габа-
ритах. Большое сопротивление электролита приводит к тому, что
д электролитических конденсаторов достигает значения 0,2.
По допустимому значению отрицательной температуры электро-
литические алюминиевые конденсаторы делятся на четыре группы
(см. табл. 6.4).

Таблица 6.4

Допустимые значения отрицательной температуры
для электролитических конденсаторов

Группа по морозостойкости Н (неморозо- стойкие) М (морозо- стойкие) пм (с повышенной морозостой- костью) ом (особо морозо- стойкие)
Допустимое значение отрицательной темпе- ратуры, °С — 10 —40 —50 -60

Следует иметь в виду, что при заданной величине емкости и
рабочего напряжения повышение морозостойкости вызывает уве-
личение габаритов конденсатора. Большинство типов электролити-
ческих алюминиевых конденсаторов допускают эксплуатацию при
температуре не более +60°С; некоторые типы конденсаторов с ра-
бочим.напряжением до 100 в допускают эксплуатацию при темпера-
туре до +85°С.

Емкость электролитического конденсатора в нормальных усло-
виях может отличаться от номинального значения на +50 -4-20%;

при понижении температуры окружающего воздуха емкость умень-
шается не более чем в два раза; при увеличении температуры ок-
ружающего воздуха до предельного значения — увеличивается
на 20—30%. Электролитические конденсаторы относятся к катего-
рии униполярных: они могут работать при постоянном или пульси-
рующем напряжении определенной полярности; при изменении по-
лярности или включении в цепь переменного тока электролитиче-
ский конденсатор выходит из строя. Ограниченная толщина окис-
ной пленки позволяет создавать алюминиевые конденсаторы на
рабочее напряжение до 500 в, а танталовые — до 100—150 в.

Промышленность выпускает много типов электролитических
алюминиевых конденсаторов. На рис. 6. 17 изображены конденса-
торы типа ЭГЦ и КЭ (первый предназначен для эксплуатации при
относительной влажности воздуха до 98%, второй—до 80%). Ука-
занные конденсаторы выпускаются в цилиндрических корпусах с
гайкой для крепления к шасси (КЭ), в гладком корпусе для креп-
ления специальным хомутиком (КЭ и ЭГЦ), а также — с фланца-
ми (КЭ и ЭГЦ).
Потребность в малогабаритных конденсаторах для аппаратуры
на полупроводниковых приборах привела к появлению малогаба-

Рис.6. 17. Конденсаторы типа КЭ и ЭГЦ

ритных конденсаторов типа ЭМ (рис. 6. 18.). Эти конденсаторы име-
ют емкость от 0,5 до 25 мкф при рабочем напряжении от 60 до 4 в.

Рис. 6.18. Конденсатор типа
ЭМ

Конденсаторы помещаются в цилинд-
рические корпуса, торцы которых
уплотнены прокладками из теплостой-
кой резины.

Особую группу малогабаритных
конденсаторов образуют танталовые
конденсаторы с объемно-пористым
анодом типа ЭТО (рис. 6. 19). Плен-
ка окиси тантала имеет 25, что
превышает, примерно, в 2,5 раза зна-
чение е для окиси алюминия.

Аноды танталовых конденсаторов
изготавливают из порошка методом
спекания. Полученный таким образом,

Рис. 6.19. Конденсатор типа
ЭТО:

- объемно-пористый анод; 2 —элек
тролит; 3 — корпус; 4 — изоляцион-
ная прокладка; 5 — положительный
вывод
пористый анод в сочетании с жидким электролитом резко увели-
чивают фактическую площадь электрода.

Конденсаторы ЭТО, изображенные на рис. 6. 19, имеют ем-
кость от 10 до 80 мкф при рабочем напряжении от 70 до 4 в. Они
предназначены для эксплуатации при температуре от —60 до
+ 150°С и при влажности воздуха до 98%. Конденсаторы ЭТО на-
иболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к элек-
тролитическим конденсаторам для малогабаритной аппаратуры.

Выбор типа конденсатора. Чтобы выбрать конденсатор для
какой-то конкретной схемы, нужно проанализировать условия ра-
боты конденсатора (величину напряжения в схеме, температуру и
влажность окружающего воздуха и т. д.), а также требования,
предъявляемые к его параметрам. После этого, пользуясь справоч-
никами и техническими условиями, следует подобрать конденсатор,
характеристики которого удовлетворяют предъявленным требова-
ниям. При этом следует учитывать, что надежность конденсатора
зависит в первую очередь от величины приложенного напряжения
и от температуры нагрева. Поэтому конденсаторы следует выби-
рать так, чтобы фактическое напряжение на конденсаторе и темпе-
ратура окружающей среды были меньше предельных величин,
установленных техническими условиями.

§ 4. Конденсаторы переменной емкости

Способы изменения величины емкости. Как было показано
в § 1, конденсатором переменной емкости называется такой конден-
сатор, емкость которого может быть плавно изменена в процессе
эксплуатации аппарата. Из формулы (6. 1) следует, что емкость
конденсатора можно менять, изменяя одну из следующих величин:
е, с! или5.

Изменение величины емкости за счет зазора й не применяется,
так как при этом будет изменяться электрическая прочность воз-
душного промежутка; кроме того, как будет показано ниже, ста-
бильность емкости конденсатора в значительной мере зависит от
величины зазора между пластинами.

В радиоаппаратостроении применяют конденсаторы, емкость
которых меняется за счет изменения площади 5 взаимного пере-
крытия пластин. Обычно в конденсаторах переменной емкости од-
ну группу пластин (статор) делают неподвижной, а другой группе
пластин (ротору) сообщают вращательное движение.

Основные технические параметры. Каждый конденсатор пере-
менной емкости в дополнение к изложенному в § 2 настоящей гла-
вы характеризуется следующими параметрами:

а) номинальным значением максимальной и минимальной ве-
личин емкости;

б) допустимым отклонением от номинала для максимальной и
минимальной величин емкости;
в) величиной угла поворота ротора, при котором емкость меняет-
ся от максимального до минимального значения;

г) законом изменения емкости от изменения угла поворота ро-
тора;

д) числом секций (числом самостоятельных конденсаторов, ро-
торы которых закреплены на одной оси).

Диэлектрик для конденсатора переменной емкости. Воздух
в качестве диэлектрика, по сравнению с твердыми и жидкими, об-

Рис. 6.20. Статор конденсатора переменной ем-
кости:

1 пластина; 2 — швеллер

ладает целым рядом положительных свойств: ничтожными поте-
рями, малой проводимостью, независимостью диэлектрической
проницаемости $ от частоты, малой зависимостью е от температу-
ры, влажности и давления.

При использовании газообразного диэлектрика наиболее про-
сто осуществляется изменение емкости за счет взаимного перемеще-
ния пластин.

К числу недостатков воздуха как диэлектрика следует отнести
малые значения диэлектрической проницаемости е и пробивного
напряжения 6/пр.

Перечисленные выше положительные свойства воздуха как
диэлектрика позволяют создать наиболее простые конструкции
конденсаторов с высокими электрическими характеристиками.
Поэтому в радиоаппаратостроении получили распространение кон-
денсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком.

Конструктивное оформление конденсаторов переменной емкос-
ти. Каждый конденсатор переменной емкости состоит из сле-
дующих основных частей: станины, оси с ротором и статора.
Станины для конденсаторов переменной емкости изготавливают
методом литья или из штампованных и точеных деталей, которые
соединяются расчеканкой с последующей пайкой.

При серийном производстве целесообразно применять литые
станины, так как они обеспечивают большую жесткость конструк-
ции. Пластины статора, относящиеся к одной секции конденсато-
ра, закрепляют на металлических пластинах (швеллерах) методом
расчеканки и пайки (см. рис. 6. 20).

В конденсаторах длинно- и средневолнового диапазона пласти-
ны ротора всех секций обычно закрепляют непосредственно на ме-
таллической оси. Если используется ось с канавками, то пластины
запрессовываются в канавки (см. рис. 6. 21, а), после чего произ-

Рис. 6.21. Закрепление

пластин ротора на оси:

а) на оси с канавками; б) — на гладкой оси; в) — на гладкой
оси

водится обжатие выступов. Чтобы устранить возможность качания
пластины в канавке, производится расчеканка оси в промежутках
между пластинами, как показано на рис. 6. 21, а.

При использовании гладкой оси крепление пластин может
осуществляться обжатием выступов с последующей пайкой (см.
рис. 6. 21, б) или же напрессовкой пластин на ось, как показано
на рис. 6. 21, в. В последнем случае отверстие в пластине делается
несколько меньше диаметра оси, пластины собираются в пакет с
технологическими прокладками, после чего ось запрессовывается
в пластины. При этом происходит вытяжка материала пластины',
в результате чего получается конструкция, показанная на
рис. 6.21, в. Указанный способ обеспечивает прочное крепление
пластин и технологичность конструкции.

В конденсаторах УКВ диапазона, где паразитная связь между
секциями за счет металлической оси может нарушить работу схе-
мы, применяют керамические оси. В этом случае пластины ротора
каждой секции припаивают к металлической трубке, а гото-
вые секции крепят на керамической оси при помощи клея (см.
рис. 6.22).

Закрепление ротора в станине производится при помощи ша-
рикоподшипников (см. сечение ББ на рис. 6. 23): в одной стенке
Рис. 6.22. Закрепление роторных
секций на керамической оси

Рис. 6. 23. Односекционный конденсатор переменной емкости:

/ — ротор; 2 — статор; 3 — станина; 4 — регулировочный винт шарового подпятника;
5—радиально-упорный подшипник; 6—стенки станины; 7 — керамические пластины
для крепления статора; 8— токосъем
станины устанавливается радиально-упорный подшипник, а в
другой — шаровой подпятник. Вращением регулировочного винта
подпятника полностью устраняют зазор в подшипнике, так как при
наличии зазора будет происходить радиальное и осевое перемеще-
ния ротора и как следствие изменение емкости.

Керамическая ось может быть установлена так, как это показа-
но на рис. 6. 24.

Для крепления статора на станине устанавливают керамиче-
ские пластины с металлическими угольниками или со втулками,
к которым припаивают швеллеры статора (см. рис. 6. 23 и 6. 25).
Таким образом, статоры всегда изолируют от станины.

керамическая

Рис. 6.24. Установка кера-
мической оси

Рис. 6.25. Закрепление стато-
ра:

/ — керамическая пластина, закреп
ленная на станине; 2 — статор

Роторы, закрепленные непосредственно на металлической оси,
соединены со станиной, а следовательно, и с массой аппарата через
шарикоподшипники; роторы, закрепленные на керамической оси,
изолированы от станины.

На станине конденсатора около каждой роторной секции ус-
танавливают специальные пружины — токосъемы, которые плотно
прижимаются к ротору. При помощи токосъемов производят под-
ключение роторных секций конденсатора к соответствующим уча-
сткам схемы аппарата.

Некоторые варианты конструкции токосъема показаны на рис.
6. 23 и 6. 26.

Переходное сопротивление между токосъемом и ротором долж-
но быть мало, так как оно оказывается включенным в колебатель-
ный контур; при большом переходном сопротивлении будет заметно
уменьшаться добротность контура. Кроме того, в многосекционном
конденсаторе при большой величине переходного сопротивления
возникают нежелательные паразитные связи между секциями кон-
денсатора (каскадами радиотехнического изделия), так как сопро-
тивление токосъема является элементом обратной связи между
двумя рядом расположенными секциями.
Обычно токосъемы изготавливают из серебрёной бронзы и рас-
считывают так, чтобы величина контактного давления была не ме-
нее 100—150 г. При этом можно получить переходное сопротивле-
ние порядка 0,01 ом. Однако в аппаратуре УКВ диапазона даже
такая величина переходного
& сопротивления является неже-
лательной, а индуктивность то-
косъемной пружины может ока-
заться соизмеримой с индуктив-
ностью контурной катушки.
Поэтому в УКВ диапазоне при-
меняют конденсаторы с емкост-
ными токосъемами (см. ниже).

Максимальная и минималь-
ная емкость конденсатора. На
рис. 6.27 схематически изобра-
жен конденсатор, у которого
пластины ротора полностью выве-
дены из статора. Несмотря на
то, что площадь взаимного пе-
рекрытия ротора и статора рав-
на нулю, между ними суще-
ствует некоторая емкость, кото-
рая называется минимальной
(начальной) емкостью конден-
сатора Ст1П. Она слагается из

емкости между пластинами статора и осью ротора (Сг), емкости
между торцовыми частями пластин статора и ротора (С2), емкости
между пластинами статора и станиной (С3), а также емкости, ко-
торая образуется в месте крепления пластин статора к станине
(С4); последняя составляет обычно 50—70% от Ст1п.

При конструировании конденсаторов переменной емкости стре-
мятся по возможности уменьшить величину Ст{П, так как при
этом увеличивается диапазон частот, который можно перекрыть
при помощи конденсатора.

При повороте ротора, когда его пластины входят между пла-
стинами статора, емкость конденсатора увеличивается на величи-
ну, определяемую площадью взаимного перекрытия пластин.

Таким образом, емкость конденсатора при любом значении угла
поворота может быть определена по формуле:

(«-!) +Ст!п> (6.4)

З.бгс.д

где

С и $ — соответственно емкость и площадь перекрытия при угле
поворота ротора <р; остальные обозначения — такие же,
как в формулах (6. 1 и 6. 2)/
Если 5 = 5тах, то С = Стах.

Расчет величины Ст1п связан с большими трудностями. Поэто-
му при проектировании конденсаторов можно задаваться ориенти-
ровочными значениями Ст1п из табл. 6. 5, которая составлена на
основании экспериментальных данных.

Таблица 6.5

Стах и Стт конденсаторов переменной емкости

Стах, пф

750—450 450—250 250—150 150—50 50—40

35—25

ДО 15

Ст1п, пФ

25—12 15—10 12—8 10—6

Рис. 6.28. К расчету кон-
денсатора переменной ем-
кости

1 2

Рис. 6.27. Схематическое
изображение конденсато-
ра переменной емкости:

1 — ротор; 2— статор; 3 —
изоляторы; 4 — станина; Сх,
С2, С3—элементарные емко-
сти, из которых слагается
Ст!п

Точность величины Стах опреде-
ляется в основном точностью испол-
нения зазора й, который, в свою оче-
редь, зависит от толщины пластин и
их взаимного расположения. Напри-
мер, для получения Стах с точностью

2,5—5% при зазоре 0,5 мм толщина пластин должна выдержи-
ваться с точностью 0,01—0,02 мм\ при необходимости иметь боль-
шую точность, или же при меньшей величине зазора, для изго-
товления конденсаторов применяют пластины с допуском по тол-
щине порядка 0,005 мм.

Выбор числа пластин конденсатора. Как следует из формулы
(6. 4), конденсатор с заданной величиной Стах можно изготовить
с большим числом пластин п и малой площадью 5 или с малым
числом и большой площадью пластин 5.

В первом случае, особенно в многосекционном конденсаторе, уве-
личится длина оси, и ее механическая устойчивость может оказать-
ся недостаточной. При увеличении площади 5 растут геометриче-
ские размеры и уменьшается механическая устойчивость пластин.
Обычно число пластин выбирают так, чтобы размеры секции (дли-
на, ширина и высота) были одного порядка. Часто при проекти-
ровании один из размеров конденсатора бывает ограничен требо-
ваниями к рациональному размещению других деталей при компо-
новке аппарата.

Если, например, задана высота конденсатора, то можно рас-
считать максимально возможную площадь пластин, после чего по
формуле (6. 4) определить число пластин, необходимое для получе-
ния заданного значения Стах. Полученное таким образом число
пластин округляют до целого. Обычно число пластин п берут не-
четное и на роторе делают на одну пластину больше, чем на статоре;
это позволяет производить корректировку емкости конденсатора
(см. ниже).

Зазор между пластинами. Как следует из формулы (6. 4), при
заданной величине емкости объем конденсатора зависит от рас-
стояния между пластинами б/. Действительно, если уменьшить
й, то для сохранения прежней величины емкости потребуется
уменьшить число пластин п или их площадь 5. В том и другом
случае объем конденсатора уменьшится. Однако величина зазора
влияет на ряд других характеристик конденсатора.

Рис. 6.29. Зависимость пробивного напряжения воздуха от величины
зазора (для однородного поля)
Рис. 6. 30. Зависимость пробивного напряжения воздуха от величины зазора и давления (для однородного поля)
Электрическая прочность воздуха зависит от величины зазора,
формы электродов и давления.

На рис. 6. 29 приведена зависимость напряжения пробоя от
величины зазора. Указанная зависимость получена эксперимен-
тально для давления воздуха 760 л«л* рт. ст. при использовании
плоских электродов с закругленными краями, которые создают
поле, близкое к однородному. Как следует из рис. 6. 29, при зазо-
ре 10 мм пробой наступает при напряжении /7пр = 31 кв, чему со-
ответствует напряженность поля
/\ /\ в зазоре Еар = 3,1 кв/мм. При

/ \ / \ зазоре 0,1 мм пробой наступает

\ / ПРИ напряжении <7пр = 0,97 кв,

/II I ^^^4- чемУ соответствует напряженность
( 11) поля в зазоре Епр = 9,7 кв/мм.

\ / \ / Таким образом, при уменьшении

1/ \ / зазора происходит возрастание

у '' с1<<г напряженности поля, вызывающе-
- -г I- го пробой.

Зависимость напряжения про-
Рис. 6.31. Электроды, создающие по- доя от зазОра и давления возду-
Ле, бЛИЗКОе К ОДНОРОДНОМУ Н

1 ха приведена на рис. 6. 30. Из
указанного рисунка видно, что <7пр
является функцией произведения р . <1, где р — давление воздуха
в мм рт. ст., а Л — зазор в миллиметрах/

Следует иметь в виду, что оба указанных графика построены
для электродов, создающих поле, близкое к однородному. Такое
поле получается, например, если напряжение приложить к двум
шарам, радиусы которых значительно больше расстояния между
шарами (см. рис. 6. 31).

Электрическое поле в конденсаторе, состоящем из тонких пло-
ских пластин, имеющих острые грани, не может быть однород-
ным. Кроме того, как будет показано ниже, при регулировке
конденсатора обычно производится подгибка крайних пластин ро-
тора, в результате чего величина зазора между пластинами в от-
дельных точках значительно отличается от расчетного значения.
Поэтому при конструировании конденсатора с воздушным диэлект-
риком номинальную величину зазора нужно выбирать так, чтобы
напряжение пробоя, определенное по графикам рис. 6. 29 и 6. 30,
было в пять-семь раз больше амплитудного значения рабочего на-
пряжения.

Если конденсатор работает при напряжении порядка несколь-
ких десятков вольт, то для обеспечения электрической прочности
воздуха достаточна величина зазора порядка сотых долей милли-
метра. При этом следует иметь в виду, что изготовление в серийном
производстве конденсаторов с зазором меньше 0,15—0,2 мм очень
сложно. Конденсаторы с зазором 0,15—0,2 мм применяют в мало-
габаритной аппаратуре, когда к стабильности емкости конденсато-
ра предъявляются пониженные требования (см. ниже).

Большинство используемых конденсаторов имеют зазор 0,3 —
— 0,6 мм; в особо стабильной аппаратуре применяют конденса-
торы с зазором 1—2 мм. Зазор между осью и вырезом статорных
пластин принимают в два-три раза больше, чем зазор между пла-
стинами.

Форма пластин конденсатора переменной емкости. Закон из-
менения емкости конденсатора от угла поворота ротора С == /(ф) оп-
ределяется конфигурацией роторных или статорных пластин. Ука-
занный закон зависит от требуемого закона изменения частоты на-
стройки контура и должен быть задан при проектировании кон-
денсатора; кроме того, должна быть известна величина выреза в
статорной пластине г0 (см. рис. 6. 28). Величину г0 можно опреде-
лить, если задаться радиусом оси и прибавить к нему два-три
значения й. Для определения текущего радиуса роторной пласти-
ны можно воспользоваться формулой:

= 1/413^40 2 (6>5)

1 Г П — 1 (к? ' О •

Выполнив дифференцирование выражения С = /(ср) и подставив
в полученное выражение ряд значений ф, получим ряд значений
—; подставив эти значения в формулу (6. 5), получим ряд значе-
йу
ний р, каждое из которых соответствует определенному углу ф.
По указанным значениям р и ф можно построить чертеж роторной
пластины.

В частном случае для прямоемкостного конденсатора (линей-
ный закон изменения емкости)

С ау Ст1п,

ас
— = а и

4Ш2 ; з

п — 1 1 о

(6.6)

(6.7)

Таким образом, для прямоемкостного конденсатора текущий ради-
ус пластины есть величина постоянная, т. е. пластина очерчивается
дугой окружности. Если для прямоемкостного конденсатора зада-
ны Сгаах, Сга}П и угол поворота ротора ф, при котором емкость
меняется от максимального до минимального значения, то значе-
ние коэффициента а может быть найдено из формулы (6. 6).

_ ^тах ^тш __ &С '
Во многих случаях закон изменения емкости от угла поворота
задается графически. В этом случае для расчета формы роторной
пластины может быть применен графоаналитический способ.

На построенном в большом масштабе графике С = /(<р) (рис.

Рис. 6.32. К графоаналитическому спо-
собу расчета конденсаторов

6.32) угол поворота ротора фх

разбивают на т равных уча-
стков (чем больше число т,
тем точнее результаты расче-
та; обычно т = 10-4-20). Для
каждого участка находят со-
ответствующее ему изменение
емкости АС. Так как участ-
ки малы, то можно считать,
что в пределах каждого уча-
стка емкость меняется по ли-
нейному закону.

Значение коэффициента а
для любого участка может

быть найдено

(6. 8):

АС
а = —
<р

из формулы

АС
т

т*АС

— (М)

Тогда

= т/_413.дс.«.к.а , р. (6< 10)

Г — 1) 1 о

Подставив в формулу ряд значений ДС (ДС\, ДС2, ДС3, ...),
можно найти р(рг р2, р3, ...) для каждого участка. По полученным
значениям р выполняют чертеж пластины.

Рассмотренный выше прямоемкостной конденсатор имеет ро-
торные пластины, очерченные дугой окружности, что облегчает их
изготовление. Однако использование такого конденсатора для на-
стройки колебательных контуров сопряжено с рядом неудобств:
шкала настройки получается неравномерной; поэтому прямоем-
костные конденсаторы применяют в аппаратах с малым коэффициен-
том перекрытия по частоте так как в этом случае неравномер-
ность получается незначительной.

Для получения равномерной шкалы можно применить конден-
сатор, у которого емкость меняется по закону:

С = - - (прямочастотный конденсатор).
Тогда

г__ 1 __ а? + Ь

' ~~ 2к У"1С ~ 2к./Г
и шкала настройки получается линейной. К числу недостатков та-
кого конденсатора следует отнести удлиненность формы пластины
(см. рис. 6. 33), в результате чего пластина имеет плохую механи-
ческую устойчивость; конденсатор с такой пластиной занимает
большой объем. Поэтому на практике часто применяют так
называемую «типовую» пластину, имеющую форму, несколько от-
личную от прямочастотной. Такая пластина обеспечивает закон из-
менения емкости, близкий к прямочастотному, и имеет уменьшен-
ные габариты.

Любой требуемый закон изменения емкости от угла поворота
можно получить, применяя полукруглый ротор, если в статорных

Рис. 6.34. Конденсатор с
вырезом в статорной плас-
тине, который обеспечивает
требуемый закон изменения
емкости

Рис. 6.33. Пластины кон-
денсаторов:

1 — контур прямочастотной пла-
стины; 2 — контур «типовой» пла-
стины

пластинах сделать вырез специальной формы (см. рис. 6. 34). Для
рассматриваемого случая текущий радиус выреза в статорной пла-
стине

„=/^-1!^, (6.11)

где

7? — радиус роторной пластины.

Конденсатор с переменным радиусом выреза в статорной пластине
имеет пластины ротора более жесткой конструкции, что дает су-
щественное преимущество, например, когда надо получить прямо-
частотный закон изменения емкости. Кроме того, у такого конден-
сатора несколько меньше величина СтЬ1, так как пластины стато-
ра более удалены от оси ротора. Обычно крайние пластины ротора
выполняют с разрезами, как это показано на рис. 6. 33. За счет
подгибки образовавшихся секторов производят корректировку:
устраняют расхождение между емкостью различных секций в мно-
госекционных конденсаторах.

Конденсатор с емкостными токосъемами. В аппаратуре, рабо-
тающей в диапазоне 100—150 Мгц и выше, применение токосъема
с трущимся контактом недопустимо, так как изменение величины
переходного сопротивления в токосъеме, а также его индуктив-
ность, будут влиять на параметры контура. В таких конденсато-
рах применяют емкостной токосъем.

Один из вариантов такого токосъема показан на рис. 6. 35:
рядом с основными пластинами ротора 1 установлены пластины то-
косъема 2, имеющие круглую форму,
благодаря чему Ст = сопзЕ При подключе-
нии конденсатора к схеме аппарата выво-
дами с и й конденсаторы С и Ст оказыва-
ются включенными последовательно и сум-
марная емкость

с = -С.:Ст . (6.12)

С + Ст '

Рис. 6.35. Емкостной то-
косъем с круглыми дис-
ками:

а) —• конструктивная схема;
б) — эквивалентная схема

Если поворот ротора можно ограни-
чить углом 90°, то статор разделяют на
две изолированные части и одну из них
используют как токосъем (см. рис. 6. 36).
Для такой конструкции, если ротор очер-
чен дугой окружности,

С = 77Т7 - г0)2 + Сга!п) (6.13)

14,4^ \180—ср/

где С — в пикофарадах, а размеры все — в
сантиметрах.

Рис. 6.36. Конденсатор с
разделенным статором

Рис. 6.37. Конденсатор ти-
па «бабочка»

На рис. 6. 37 показан еще один вариант конденсатора с емкост-
ным токосъемом (типа «бабочка»). Его емкость

С = ТЙ (Л-Г’>’(т5г)+С“- (6'14>
Особенностью конструкции рассматриваемого конденсатора яв-
ляется симметрия емкости двух статоров по отношению к земле при
любом положении ротора. Поэтому он часто используется в двух-
тактных схемах.

Температурная стабильность емкости. При изменении темпера-
туры воздуха происходит изменение его физических свойств, а
также геометрических размеров (5 и с1) конденсатора; как видно
из формулы (6. 1) все перечисленные факторы должны приводить
к изменению емкости. Рассмотрим влия-
е . ние указанных факторов по отдель-

Рис. 6.38. Схематическое
изображение конденсатора:

1 — станина; 2 — ось ротора; 3—
'пластины ротора; 4 — пластины
статора; 5 — диэлектрик

Рис. 6.39. Зависимость
изменения емкости от
перемещения пластин ро-
тора по отношению к
пластинам статора

одну статорную и две роторные пластины. При нагревании кон-
денсатора толщина пластин увеличивается, что приводит к
уменьшению зазоров й2 и увеличению емкости С. Кроме того,
при изменении температуры из-за разных коэффициентов линей-
ного расширения материала оси и станины произойдет перемеще-
ние пластин ротора по отношению к пластинам статора, в результа-
те чего один из зазоров (например йх) увеличится на Ай, а другой—
уменьшится на Ай.

Если в первоначальном состоянии зазоры = й2 = й, то
емкость конденсатора

с = -1^- (п—1) = _2^_
з,бк.сг з,бк. а

После изменения температуры

|_____~ 2е5 Г] . /Дб/\2"|

~ З,6к(с/ + Аб/) 3,6те (^ —Д^) = 3,6к.^[ \7) Г

Зависимость изменения емкости от величины Ай показана на рис.
6. 39. Таким образом, если в первоначальном состоянии = с/2,
то при изменении температуры емкость конденсатора увеличива-
ется.

Изменение зазоров и й2 будет происходить также из-за раз-
ного расширения швеллера статора и оси ротора и ряда других
причин. При изменении температуры окружающего воздуха однов-
ременно происходит изменение площади пластин 5 и диэлектриче-
ской проницаемости воздуха 8. Более подробный анализ показы-
вает, что наибольшие изменения емкости происходят из-за измене-
ния зазора. Поэтому с целью повышения температурной стабиль-
ности [т. к. (С)] конденсатора следует ось ротора, продольные
элементы станины, швеллеры статора, швеллеры ротора выпол-
нять из материалов с малыми и близкими по величине значениями
температурного коэффициента линейного расширения. Хорошие
результаты получаются при использовании для оси керамики (а;=
= 3 • 10-в), а для швеллеров и продольных элементов станины —
инвара (а, = 1 . 10-в). При использовании литых станин, с целью
повышения стабильности можно закреплять статоры на специаль-
ных керамических стержнях, расположенных параллельно оси
ротора.

Большое влияние на величину т. к. (С) конденсатора оказывает
номинальная величина зазора при одном и том же значении М
Д4 ДС л

отношение —, а, следовательно, и — будет меньше у того
Л С

конденсатора, у которого больше зазор й. Поэтому конденсаторы
с большим зазором <1 при прочих равных условиях имеют меньшую
величину т. к. (С). Для повышения стабильности емкости конден-
саторов величину зазора <1 иногда берут порядка 1,5—2 мм, хотя
из соображений электрической прочности во многих случаях был
бы достаточен в несколько раз меньше зазор; естественно, что при
этом резко возрастают габариты конденсатора.

Величина т. к. (С) конденсатора практически не может быть
рассчитана аналитически. Ниже для ориентировки приведены зна-
чения т. к. (С) некоторых конструкций конденсаторов:

а) станина литая из цинкового сплава (аг 28 • 10~в); ось,
швеллеры ротора и статора из латуни (а; 18 • 10~в); зазор <1 =

= 0,5 мм; т. к. (С) 200-10“в;

б) продольные колонки станины, швеллеры ротора и статора
из инвара; ось керамическая; зазор й = 0,5 мм; т. к. (С) 40 •

. 10-«;

в) станина литая из стали; ось, швеллеры ротора и статора из
стали; зазор (1 = 1,5 мм; т. к. (С) & 20 • 10"®.

Следует иметь в виду, что в отдельных элементах конструкции
конденсатора (станине, оси, роторе, статоре и др.) в процессе из-
готовления возникают внутренние напряжения. Эти напряжения
вызывают деформацию элементов конструкции, что, в свою очередь,
приводит к остаточным (необратимым) изменениям емкости конден-
192
Рис. 6.40. Принципиальная
схема полупроводникового
конденсатора переменной
емкости

сатора. Чтобы снять внутренние напряжения, роторы, статоры и
станины по отдельности, а также окончательно собранный конден-
сатор подвергают термотренировке: конденсатор несколько раз
последовательно нагревают и охлаждают. Длительность каждого
цикла, число циклов и температура нагрева подбираются экспери-
ментально, в зависимости от требований к стабильности и кон-
струкции конденсатора.

Полупроводниковые конденсаторы переменной емкости. Раз-
витие техники полупроводниковых приборов привело к созданию
переменных конденсаторов, которые не
имеют подвижных частей. Такой кон-
денсатор («варикап») может быть полу-
чен на базе кремниевого прибора с пе-
реходом р — п типа.

Если его включить в схему, как по-
казано на рис. 6. 40, то электроны, на-
ходящиеся в п области, и дырки, нахо-
дящиеся в р области, будут уходить из
зоны перехода и в слое, смежном с
ним, подвижный заряд будет отсутство-
вать: между областями с проводимостя-
ми р и п типа образуется запирающий
слой, который является диэлектриком.
Изменяя величину приложенного посто-
янного напряжения, можно менять толщину запирающего слоя,
что будет приводить к изменению емкости. Емкость такого при-
бора пропорциональна ([/+0,9)~2 .

Максимальная емкость конденсаторов типа «варикап» обычно
составляет несколько десятков пикофарад при напряжении на пе-
реходе 4 в\ при увеличении напряжения до 40—80 в емкость умень-
шается в три-четыре раза. Температурная стабильность емкости
таких конденсаторов имеет величину (200 4-500) 10~6 при макси-
мальной емкости и (20 4- 100) 10~6 при минимальной емкости; тан-
генс угла потерь В 0, 03.

Конденсаторы типа «варикап» имеют очень малые габариты и
находят применение в схемах автоматической подстройки частоты,
частотной модуляции и др.

§ 5. Полупеременные (подстроечные) конденсаторы

В радиоаппаратостроении применяется большое количество
типов подстроечных конденсаторов с различным конструктивным
выполнением; все конденсаторы можно разбить на две основные
группы: конденсаторы с воздушным и твердым диэлектриком.

Подстроечные конденсаторы характеризуются теми же парамет-
рами, что и конденсаторы переменной емкости; выбор основных
конструктивных размеров может производиться на основании со-
ображений, изложенных в § 4 настоящей главы. При конструиро-
вании подстроечных конденсаторов следует учитывать, что в за-
фиксированном состоянии их емкость не должна меняться при

Рис. 6.41. Подстроечный конден-
сатор с воздушным диэлектриком:
/ — керамическое основание; 2— ось ро-
тора; 3 — пластины ротора; 4 — колонка
для крепления пластин статора; 5 —
пластины статора; 6 — пружина — токо-
съем; 7 —запирающая шайба: 8 — ко-
лонка для крепления конденсатора; 9 —
втулка

Рис. 6.42. Коаксиальный подстроеч-
ный конденсатор:

1 — корпус ротора; 2 — ротор; 3 — статор;

4 — керамическая трубка; 5 — пружина; 6—
заглушка; 7 — выводы статора и ротора

воздействии вибрации и ударов. Это требование накладывает от-
печаток на способ закрепления ротора.

На рис. 6. 41 показан многопластинчатый конденсатор. Его
ротор закреплен в подшипнике скольжения; чтобы устранить
люфт, неизбежный для такого подшипника, применена пружина,
которая одновременно является токосъемом ротора; кроме того,
пружина тормозит вращение ротора и препятствует его самопро-
извольному вращению при воздействии вибрации и ударов.

В рассматриваемой конструкции пластины ротора прикрепле-
/

ны коси при помощи пайки. Крепление пластин статора к колон-
кам произведено аналогично. Колонки, в свою очередь, припаяны
к втулкам, которые развальцованы на основании. Такая конструк-
ция дает возможность правильно расположить статор относитель-
но ротора и после этого закрепить статор.

На рис. 6. 42 показана конструкция коаксиального конденсато-
ра плунжерного типа.

Конденсатор состоит из статора и корпуса ротора, изолирован-
ных керамической трубкой; крепление деталей к трубке осущест-
вляется при помощи клея. При
вращении ротора последний пере-
мещается по резьбе вдоль осевой
линии. При этом меняется длина
взаимного перекрытия цилиндров
ротора и статора, а, следова-
тельно, и емкость конденсатора.
Пружина тормозит вращение ро-
тора и предохраняет конденсатор
от самопроизвольного изменения
емкости при вибрации. Ленточные
выводы припаяны к статору и кор-
пусу ротора; при помощи этих вы-
водов конденсатор включается в
схему аппарата.

На рис. 6. 43. показан подст-
роечный конденсатор типа КПК
с керамикой в качестве диэлект-
рика (конденсатор подстроечный
керамический). Этот конденсатор
состоит из диска / (ротора), вра-
щающегося по основанию 2 (ста-
тору). На основании и диске на-
несены обкладки из серебра,
имеющие форму полукруга (зачер-
ненный участок на рис. 6. 43).
Емкость конденсатора изменяется

при вращении диска за счет изменения площади взаимного пере-
крытия обкладок.

Применение керамики с большим значением е позволяет полу-
чать керамические подстроечные конденсаторы с до 175 пф
при малых габаритах. Недостатком конденсаторов КПК является
низкая стабильность емкости: т. к. (С) » (—550 ± 250)10~в, что
ограничивает их применение.

Расчет и выбор основных параметров конструкции подстроеч-
ных конденсаторов можно производить по формулам и данным,
которые приведены в предыдущих параграфах для конденсаторов
переменной емкости.

Рис. 6.43. Керамический подст-
роечный конденсатор:

I •— ротор; 2 — статор; 3 — вывод от ро-
тора; 4 — вывод от статора; 5 — пружи-
на, прижимающая ротор к статору
Глава VII

ЛИНИИ И КОНТУРЫ СВЧ ДИАПАЗОНА

§ 1. Особенности линий для передачи энергии УВЧ
и СВЧ диапазонов и их основные характеристики

Для передачи энергии постоянного тока или переменного тока
низкой частоты используются двух проводные линии, которые со-
стоят из двух проводников, имеющих любую форму и взаимное
расположение. Потери энергии в таких линиях определяются толь-
ко омическими потерями в проводах.

При повышении частоты передаваемого тока величина потерь
энергии начинает зависеть от других факторов:

1. Величины энергии, излучаемой в окружающее пространство.
Кроме того, если в электромагнитном поле линии находятся эле-
менты конструкции из проводящих материалов, то в них будут
индуктироваться токи, в результате чего эти.элементы будут на-
греваться. Энергия, расходуемая на нагрев, отбирается из линии
индуктивным путем и является частью потерь линии. Потери за
счет излучения и индукции тем больше, чем выше частота переда-
ваемого тока.

2. Сопротивления проводника, которое при повышении частоты
возрастает, так как ток протекает по очень тонкому слою у по-
верхности проводника.

3. От присутствия в поле, образованном линией, элементов кон-
струкции из диэлектрика, в которых появляются значительные по-
тери.

При достаточно высоких частотах сумма перечисленных потерь
может оказаться соизмеримой с энергией, подводимой к линии,
т. е. ее к. п. д. будет низкий.

Поэтому для передачи энергии УВЧ и СВЧ диапазона приме-
няются линии особых конструкций, что позволяет снизить потери.

Потери энергии в линии оцениваются в неперах на метр или
децибеллах на метр (1 нп = 8,65 дб).

При передаче энергии высокой частоты длина линии может
быть соизмерима С длиной волны передаваемого тока. В этом слу-
чае, если линия оказывается нагруженной на сопротивление, не
равное ее волновому сопротивлению, возникает отраженная волна
и только часть энергии, дошедшей до нагрузки, поглотится ею;
остальная часть энергии отразится от нагрузки обратно в линию.
Это явление также снижает к. п. д. линии.

§ 2. Типы линий

В качестве линий в диапазонах УВЧ и СВЧ используются:
а) открытые двухпроводные линии, б) коаксиальные линии, в) двух-
проводные экранированные линии, г) волноводы. Тип используе-
мой линии зависит от диапазона частот и назначения аппаратуры.

Двухпроводные и коаксиальные линии. Открытая двухпровод-
ная линия (см. рис. 7. 1) образуется двумя параллельными провод-
никами цилиндрического или ленточного типа.

В открытой двухпроводной линии имеются все три вида потерь:
потери на излучение, потери в диэлектриках и потери в меди.
Поэтому такие линии могут использоваться на частотах до 100—
200 Мгц,

Волновое сопротивление открытой двухпроводной линии

276 2Л /7 14

₽ = 7Т1е^ Р.1)

где

р — волновое сопротивление, ом-,

& — диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей про-
странство между двумя проводниками.

Рис. 7.1. Открытая двухпро-
водная линия

Рис. 7.2. Кабель ленточно-
го типа со сплошной поли-
этиленовой изоляцией:

1 — провод; 2 — изоляционная
оболочка

Остальные обозначения показаны на рис. 7. 1. Приведенная фор-
А

мула справедлива при — > 2,5.

с1

Такая линия может быть выполнена в виде кабеля ленточного
типа со сплошной полиэтиленовой изоляцией (см. рис. 7. 2).
Коаксиальные линии представляют собой два цилиндрических
проводника, вставленных один в другой. Для закрепления внут-
реннего проводника необходимо либо устанавливать опорные шай-
бы (см рис. 7. 3), либо все пространство между проводниками за-
полнить диэлектриком.

Широкое применение получили коаксиальные линии, у кото-
рых наружный проводник выполнен из плетеных медных прово-
лок, а изоляция — из полиэтилена или фторопласта (коаксиаль-
ные кабели). Кабели имеют большие потери, чем линии, показан-

Рис. 7.3. Коаксиальная линия
с опорными шайбами:

/ — внутренний провод; 2 — внеш-
ний провод; 3 — опорные шайбы

Рис. 7.4. Конструкция гиб-
кого коаксиального кабеля:

/ — внутренний провод; 2— изо-
ляция; 5 — внешний провод; 4 —
защитная оболочка

ные на рис. 7. 3, однако они просты в изготовлении и удобны при
монтаже, так как допускают изгибы. Конструкция коаксиального
кабеля показана на рис. 7. 4.

Таблица 7.1

Основные параметры некоторых коаксиальных кабелей

Марка кабеля Волновое српротив ление, ом Ем- кость (не бо лее), пф/м Зату хание на ча с то те зооа Мгц, дб}м На- руж- ный диа метр, мм Конструкция центральной жилы
старое обозначение новое обозначение
РК-19 РК-50-2-13 50+2 115 2 4 Однопроволочная
РК-47 РК-50-7-15 50+2 115 1,25 10,3 Многопроволочная
РК-1 РК-75-4-15 75+3 76 1,3 7,3 ОднопроволочнЕЯ'
РК-49 РК-7о-4-16 75+3 76 1,5 7,3 Многопроволочная
РК-< 5-7-45 75^3 76 1,1 9,5 Однопроволочная
РК-20 РК-75-7-16 75?3 76 1,1 10,3 Многопроволочная
РКТФ-19 РК-50-2-21 50^2 105 2 4 Однопроволочная
РКТФ-47 РК-50-7-21 50+2 106 1,1 9,3 Многопроволочная
— РК-75-2-21 75^3 70 1,7 4 Однопроволочная
РКТФ-3 РК-75-7-21 75 ТЗ 70 1 9,3 Однопроволочная
РКТФ-2 РК-100-7-21 100+5 50 1,1 9,3 Однопроволочная

Волновое сопротивление коаксиальной линии может быть най-
дено по формуле

Р = (7.2)

у е а
где

р — волновое сопротивление, ом*

е — диэлектрическая проницаемость.

Остальные обозначения показаны на рис. 7. 3.

Величина потерь в коаксиальной линии определяется в основ-
ном потерями в меди и в диэлектрике и зависит от свойств при-
мененных материалов и геометрических размеров линии: чем боль-

ше диаметр линии, тем меньше потери.

Волноводы. На волнах короче 10 см в качестве линий для
передачи высокочастотной энергии находят широкое применение

волноводы, которые представляют со-
бой полые трубы прямоугольного
или круглого сечения, наполненные
Воздухом (см. рис. 7. 5).

Рассмотрим основные преимуще-
ства вол ное одов по сравнению с ко-
аксиальными линиями. Прежде всего
сравним потери в коаксиальных ли-
ниях и волноводах. Как указыва-
лось выше, потери в коаксиальных
линиях слагаются из потерь в меди
и потерь в диэлектрике; в коаксиаль-
ной линии электромагнитное поле
заключено внутри наружного про-
водника и поэтому потери на излу-
чение практически отсутствуют. Так
как в волноводах нет центрального
провода, и, следовательно, нет изо-
ляционных деталей, служащих для
его закрепления внутри оболочки, то
диэлектрические потери, которые на

Рис. 7.5. Волноводы:
а) — прямоугольный; б) — круглый

очень высоких частотах весьма значительны, в волноводах прак-

тически отсутствуют.

Потери в меди в волноводе имеются, но они меньше, чем в ко-
аксиальной линии тех же размеров и при той же частоте: в волно-
воде отсутствует центральный провод, в котором сосредоточены ос-

новные потери, так как периметр этого проводника меньше внеш-
него. Кроме того, волноводы обладают и другими преимущества-
ми по отношению к коаксиальной линии. Волноводы пропускают
большую мощность, чем концентрические линии таких же размеров:
для того чтобы увеличить передаваемую мощность, надо повысить
напряжение, а последнее может вызвать пробой изоляции. Как
видно из рис. 7. 3 и 7. 5, воздушный промежуток, пробивное на-

пряжение которого определяет пропускаемую мощность, в волно-
воде круглого или прямоугольного сечения, работающем на ос-
новном типе волны, будет больше, чем в коаксиальной линии.
Несмотря на большие преимущества волноводов перед коакси-
альными линиями последние не могут быть использованы на более
низких частотах, так как требующиеся для этого размеры волно-
водов оказываются слишком большими.

Для того чтобы передать энергию СВЧ по волноводу, необходи-
мо на одном конце его установить специальное возбуждающее
устройство для ввода электромагнитной энергии, а на другом —
для вывода. Два основных способа возбуждения и приема энергии
поля показаны на рис. 7. 6. В первом случае в волноводе возникают

Рис. 7.6. Основные способы воз-буждения электро-
магнитного поля в волноводе:

а) — электрическая связь; б) — магнитная связь

и распространяются электрические волны, а во втором — магнит-
ные волны. Для того чтобы к. п. д. волновода был достаточно велик,
необходимо, чтобы по волноводу распространялась волна только
одного типа, обычно основного, для чего соответственно выбирают-
ся размеры волновода.

Для прямоугольного волновода, работающего на волне ТЕ10,
необходимо выполнить следующие соотношения:

5-<»<>. (7.3)

(7.4)
где

X — длина волны.

Остальные обозначения показаны на рис. 7. 5.

Обычно выбирают а = 0,7А,. При уменьшении размера узкой
стенки Ь уменьшается предельное значение мощности, которую
можно передавать по волноводу, и возрастают потери. Обычно- вы-
бирают Ь — (0,3 ~ 0,35)Л,. Если передаваемая по волноводу мощ-
ность невелика, а потери не имеют значения, то используют узкие
волноводы, имеющие размер Ь = (0,14-0,15)4

Для круглого волновода, работающего на волне ТМ01, диаметр
рассчитывают по следующей формуле:
0,77к<Р<0,97к. (7.5)

Обычно выбирают О = 0,9.

Если в круглом волноводе должна распространяться волна
ТЕ1Р то

0,59Х < О < 0,77Х. (7.6)

В реальном волноводе переносимая мощность убывает вдоль
его оси по закону

Р=Рй.е~2?г, (7.7)

где

Р — постоянная затухания;

Ро — подведенная к волноводу мощность;

Р — мощность в любой точке с координатой г.

Из этой формулы следует, что чем длиннее волновод, тем боль-
шая мощность теряется в нем.

Для волны ТЕ10 в прямоугольном волноводе

? “ °’064 <7-8>

где

Р — постоянная затухания, нп1м\

<з — удельная проводимость металлических стенок волновода, ——;
ОМ-М

Ь — размер широкой стенки, м.

А — безразмерный коэффициент, который зависит от размеров
волновода и длины волны.

Из формулы (7. 8) следует, что потери в волноводе можно умень-
шить, применяя материал с большой проводимостью и увеличивая
размер Ь в пределах ограничений, налагаемых формулой (7. 4).

Величина удельной проводимости а для некоторых металлов
приведена в табл. 7. 2.

Таблица 7.2

Удельная проводимость металлов и сплавов

Материал Удельная проводимость а,
Серебро 6,245*107
Медь 5,5-107
Алюминий 3,2.107
Латунь 1,22-107
Припой 0,7-107

Затухание у латунных волноводов примерно вдвое больше, чем
у медных; однако латунь хорошо обрабатывается, поэтому на
практике наиболее часто используются латунные волноводы из
сплава Л96, Л62,
Если необходимо уменьшить вес, волноводы можно изготавли-
вать из алюминия.

С целью повышения проводимости латунные волноводы покры-
вают слоем серебра толщиной 10 мк. Слой металла, нанесенный
электролитическим путем, имеет проводимость примерно в 1,6
раза меньше, чем указано в табл. 7. 2. Следовательно, потери в

Рис. 7.7. Способы соединения волноводов:

д) — контактный; б, в) — дроссельный, /. 2 — волноводные трубы}
3 — гладкий фланец; 4 — дроссельный фланец; 5, 6 — контакт ныв
фланцы, 7— накидная гайка, 8 — болт; 9— уплотнительное резино-
вое кольцо

латунных волноводах с серебряным покрытием будут на 60% боль-
ше, чем у волноводов, изготовленных из серебра.

При уменьшении длины волны X уменьшается толщина поверх-
ностного слоя 6, по которому текут токи. На волнах короче 10 см
величина § составляет десятые доли микрона. Поэтому при изго-
товлении волноводов большое значение имеет чистота обработки
стенок и защита их от коррозии Плохая обработка поверхности
стенок увеличивает длину пути тока и затухание в волноводе, а
также снижает, максимальную мощность, которую можно переда-
вать по волноводу без опасности пробоя.
Для защиты посеребренной поверхности от потускнения и кор-

розии ее покрывают лаком или слоем родия толщиной 0,1—0,2 мк.

Обычно из соображений удобства монтажа и ремонта волноводы
разбиваются на секции. Секции соединяются между собой с по-

мощью фланцев. На рис.
7. 7, а показана конструк-
ция контактного фланца.
Для того чтобы отражения
в месте соединения двух
волноводов были малы, не-
обходимо обеспечить со-
прикосновение двух флан-

о)

Рис. 7.8. Вращающийся пе-
реход:

/ — волновод /; 2 •— волновод 2

Рис. 7.9. Элементы волноводного тракта:

а) — уголковый изгиб; б) — двойной уголковый из-
гиб; в) — закругленный переход; г) — отрезок
скрученного волновода

цев по всей окружности, что требует тщательной притирки
контактных поверхностей. Однако при эксплуатации в сложных
климатических условиях может происходить окисление материала
покрытия фланцев, что приведет к увеличению переходного сопро-
тивления и затухания в волноводе. Поэтому широкое распростра-
нение получили дроссельные фланцы, пример выполнения которых
показан на рис. 7. 7, б и в. Диаметр канавки О и ее глубина й вы-
бираются так, чтобы точка В, в которой соприкасаются два флан-
ца, находилась в узле тока, а входное сопротивление между точ-
ками С и О было минимальным. Фланцы изготавливают из латуни
и припаивают к волноводным трубам серебряными припоями, на-
пример, ПСр-45. После припайки фланец вместе с волноводом
покрывают слоем серебра. Чтобы исключить возможность смеще-
ния двух волноводов, в фланцах делают направляющие шпильки.
Фланцы стягивают при помощи болтов, как показано на рис. 7.7, а
и б, или накидными гайками (см. рис. 7.7, в). Чтобы затруднить
попадание влаги в волновод, между фланцами устанавливают ре-
зиновые прокладки.
Рис. 7.10. Секция гофрированного гибкого вол-
новода

Рис. 7.11. Основные методы связи коаксиальной линии с
волноводом:

а) — электрический связь; б) — магнитная связь; 1 — волновод; 2 — на-
ружный провод коаксиальной линии; 3— внутренний провод коаксиаль*
ной линии

Рис. 7.12. Переход от прямоуголь-
ного волновода к круглому

Дроссельное соединение в круглых волноводах может быть
использовано в тех случаях, когда одна часть волновода должна
вращаться. В этом случае между фланцами дросселя оставляется
зазор, что позволяет вращать одну часть волновода и осуществить
передачу энергии от неподвижной к вращающейся части (см. рис.
7.8).
Для удобства монтажа часто выполняют отрезки волноводов
в виде уголков, изогнутых секций или скруток, как показано на
рис. 7.9. В тех случаях, где требования, предъявляемые к коэффи-
циенту стоячей волны, несколько занижены, могут быть использо-
ваны гибкие волноводы, устройство которых показано на рис. 7.10.

В некоторых случаях, как например, в конструкциях антенных
переключателей, мостов и др., бывает необходимо перейти от коак-
сиальной линии к волноводу. Этот переход может быть осущест-
влен посредством штыря или петли, как показано на рис. 7.11.

Переход от прямоугольного волновода к круглому и наоборот
может быть выполнен, например, как показано на рис. 7.12.

§ 3. Объемные резонаторы

На очень высоких частотах ввиду резкого возрастания потерь
оказывается невозможным применять обычные колебательные кон-
туры с сосредоточенными параметрами. Поэтому на СВЧ исполь-
зуют объемные резонаторы. Объемный резонатор представляет со-
бой полость, окруженную проводящими металлическими стенками,
которые могут быть выполнены в виде волновода прямоугольного
или круглого сечения, в виде тороида и т. д. (см. рис. 7.13). Поле
в объемном резонаторе замкнуто внутри проводника и излучение
энергии в окружающее пространство исключается.

Как правило, объемный резонатор не содержит внутри себя изо-
ляционных материалов и поэтому потери в диэлектрике ничтожно
малы, так как сводятся к потерям в воздухе.

Основную часть потерь в объемном резонаторе составляют по-
тери в поверхностном слое металла, из которого выполнены стенки
резонатора. Для снижения этих потерь внутренние поверхности
резонатора покрывают слоем серебра, имеющего высокую электро-
проводность.

Ввиду вышеизложенного, объемный резонатор имеет малые сум-
марные потери, и, следовательно, очень высокую добротность и
большое резонансное сопротивление на СВЧ.

Чтобы в таком устройстве возникли резонансные явления, не-
обходимо соответствующим образом выбрать размеры. Размеры
объемного резонатора зависят от его конфигурации (прямоуголь-
ный, цилиндрический и т. д.), а также от типа возбуждаемой в
нем волны. Часто резонаторы выполняют в виде отрезков волново-
дов прямоугольного или круглого сечения, замкнутых с двух сто-
рон.

Длина объемного резонатора, выполненного в виде отрезка пря-
моугольного волновода (см. рис. 7.13, а) и работающего на основ-
ном типе волны ТЕ101
Размеры а и Ь определяют по формулам (7.3) и (7.4) Обозначения
показаны на рис. 7.13, а.

Размеры цилиндрического резонатора (см. рис. 7.13, б), рабо-
тающего на волне ^010, можно определить по следующим фор-
мулам:

О = 0,766Х;

1 < 0,8Х.

(7.Ю)

(7.П)

Обычно применяют объемные резонаторы, собственная частота
которых может быть изменена. Если собственную частоту резона-

Рис. 7.13. Объемные резонаторы:

а) — прямоугольный; б) — цилиндрический; в) — торои-
дальный; / — резонатор; 2 — петля связи; 3 — штырь

Рис. 7.14. Настройка
резонатора штырехм:

1 — корпус, 2 — винт; 3—
гайка

тора нужно изменять в небольших пределах (5—10%), тогда ис-
пользуются подстроечные элементы в виде пробки, вращающейся
лопасти или металлического штыря (рис. 7 14). В некоторых случаях
подстройку производят путем перемещения в полости резонатора
диэлектрических штырей или колец.

При необходимости изменения частоты резонатора в широких
пределах (два-три раза) требуется значительно, изменять объем
рабочей части резонатора, для чего используются короткозамыкаю-
щие поршни в виде диска.
Поршни с трущимися контактами (рис. 7.15, а) позволяют
производить перестройку резонаторов в широком диапазоне ча-
стот. Стабильность добротности такого резонатора зависит от ста-
бильности переходного сопротивления участка «поршень — стенка»,
так как в месте замыкания резонатора находится пучность тока и
через переходное сопротивление текут большие токи. От указан-
ного недостатка свободен резонатор, имеющий бесконтактный пор-
шень, длина которого равна четверти длины волны в резонаторе.

Рис. 7.15. Поршни для настройки резонаторов:

а) — контактный; б)—бесконтактный; / —корпус резонатора; 2 —
бесконтактный поршень; 3 — пружина; 4— гайка; 5 — контактная
пружина; 6 — шток

Входное сопротивление разомкнутой линии, образованной пор-
шнем и стенкой резонатора (участок АВ), близко к нулю, и пор-
шень оказывается электрически замкнутым со стенкой резонатора
в точке А. При изменении частоты настройки резонатора в широ-
ком диапазоне таким поршнем длина участка АВ оказывается не
равной четверти длины волны, что несколько сказывается на па-
раметрах резонатора.

Связь объемных резонаторов с линиями передачи и приема
выполняется с помощью тех же средств, что и в волноводных сис-
темах.

Изменение таких параметров окружающей среды, как темпера-
тура и влажность, существенно влияет на работу резонатора, так
как приводит к изменению диэлектрической проницаемости возду-
ха, заполняющего его полость. Кроме того, нагрев или охлаждение
резонатора приводит к изменению его размеров, а следовательно,
и частоты собственных колебаний.

Для уменьшения зависимости параметров резонатора от тем-
пературы окружающей среды его можно выполнять из металлов
с малым температурным коэффициентом линейного расширения,
например, из инвара. Однако резонаторы изготовляются обычно
из латуни, как из более дешевого металла; при необходимости при-
меняются специальные методы термокомпенсации.

Объемные резонаторы находят широкое применение во вход-
ных цепях, триодных, клистронных и магнетронных генераторах,
волномерах, устройствах для стабилизации частоты, коммутато-
рах «прием — передача» и т. д.
Глава VIII

СОПРОТИВЛЕНИЯ

§ 1. Основные технические параметры сопротивлений

Применяемые в радиоаппаратостроении сопротивления можно
разделить на постоянные и переменные. Переменным называется
такое сопротивление, величина которого может быть плавно изме-
нена в процессе эксплуатации или регулировки аппарата; величи-
на постоянного сопротивления в указанных условиях должна ос-
таваться неизменной.

Переменные сопротивления применяются в тех случаях, когда
во время работы аппарата должно производиться плавное измене-
ние его параметров или же для компенсации в процессе регулиров-
ки погрешностей параметров других элементов схемы. Во всех
остальных случаях используются постоянные сопротивления.

По конструкции токонесущей части сопротивления делятся на
тонкослойные, объемные и проволочные.

Кроме того, в некоторых схемах радиотехнических изделий
находят применение сопротивления, величина которых меняется
в зависимости от приложенного напряжения (варисторы), от тем-
пературы (термисторы) и от освещенности (фотосопротивления).

Свойства и область применения сопротивлений характеризуют-
ся определенными параметрами. Эти параметры следующие:

1. Номинальная величина сопротивления и класс точности.
Применяемые в радиоаппаратуре сопротивления имеют величины
от сотых долей ома до десятков мегом. Номинальная величина со-
противления должна выбираться из определенного ряда чисел (шка-
лы сопротивлений), который установлен ГОСТ 2825-55. Величина
отклонения фактической величины сопротивления от номинально-
го значения определяется классом точности. Большинство выпу-
скаемых промышленностью сопротивлений имеет три класса точ-
ности:

I класс — допустимое отклонение ±5%;
II класс —допустимое отклонение ±10%;

III класс — допустимое отклонение ±20%.

Для ряда схем такая точность является недостаточной. В этих
случаях применяют сопротивления более высокой точности, с до-
пустимыми отклонениями до десятых долей процента.

2. Допустимая мощность рассеивания. Допустимой называется
такая мощность, при рассеивании которой сопротивление может
длительно эксплуатироваться, сохраняя параметры в определен-
ных заранее установленных пределах.

Если рассеиваемая на сопротивлении мощность будет больше
допустимой, то это приведет к перегреву сопротивления и прежде-
временному выходу его из строя. Величина допустимой мощно-
сти зависит от температуры окружающего воздуха и от других
факторов, которые определяют интенсивность отдачи выделяемого
тепла в окружающее пространство: например, при соприкоснове-
нии корпуса сопротивления с элементами конструкции, имеющими
большую теплоемкость и теплопроводность, допустимая мощность
может быть повышена.

Применяемые в радиоаппаратуре сопротивления имеют допу-
стимую мощность от десятых долей ватта до десятков ватт.

3. Стабильность величины сопротивления. При изменении тем-
пературы происходит изменение геометрических размеров и физи-
ческих свойств материалов, что приводит к изменению величины
сопротивления.

Температурная стабильность характеризуется температурным
коэффициентом сопротивления [т. к. (/?)]:

(8Л>

где

△Л — изменение величины сопротивления при изменении темпера-
туры на М градусов;

/? — величина сопротивления при нормальной температуре.

Для ряда типов сопротивлений характерны, кроме того, обра-
тимые и необратимые изменения величины при воздействии
приложенного напряжения, влажности, времени и ряда других
факторов. Эти изменения оцениваются соответствующими коэффи-
циентами, которые представляют относительное изменение величи-
ны сопротивления при воздействии того или иного фактора.

Л/?

Например, коэффициент старения &ст -----100%,

где

△/? — изменение величины сопротивления при работе в заданном
режиме в течение определенного промежутка времени;

/? — величина сопротивления до испытаний.

4. Собственная индуктивность , сопротивления. Величина ин-
дуктивности сопротивления определяется конструкцией токопро-
водящего элемента и выводов. Эквивалентная схема сопротивле-
ния с учетом собственной индуктивности изображена на рис. 8.1.
При включении сопротивления в цепь высокой частоты может
оказаться, что > /?, что изменит характер тока, текущего по
сопротивлению, и может нарушить работу схемы.

5. Шумы сопротивлений. При протекании электрического тока
в сопротивлении возникает переменная электродвижущая сила,
источником которой являются тепловые флюктуации электронов,
а также изменения контактов между отдельными частицами, из
которых состоит токопроводящий слой. Если сопротивление вклю-
чить на вход чувствительного усилителя, то действие этой э. д. с.

проявится на выходе в виде шумов.

У проволочных сопротивлений, имеющих монолитный токопро-
водящий слой, э. д. с. шумов определяется тепловыми флюктуаци-
ями; величина э. д. с. тем больше, чем

больше температура и величина сопротив-
ления.

У непроволочных сопротивлений (тон-
кослойных и объемных) токопроводящий
слой состоит из отдельных частиц; в этом
случае величина э. д. с. шумов определя-
ется в основном второй причиной, так как

Рис. 8.1. Эквивалентная
схема сопротивления с
учетом собственной ин-
дуктивности

возникающие при этом шумы значительно

больше тепловых. Э. д. с. шумов непроволочных сопротивлений за-
висит от величины приложенного напряжения. Поэтому для воз-

можности сравнения величину шумов оценивают отношением

Вщ Г мкв
ъ

где

Еш — э. д. с. шумов;

I/ — величина напряжения, при которой производилось изме-
рение.

6. Габариты и вес сопротивления.

7. Допустимые климатические воздействия (температура, влаж-
ность и пр.) и механические перегрузки.

Кроме того, переменные сопротивления характеризуются оп-
ределенными параметрами. Эти параметры следующие:

1. Максимальная и минимальная величина сопротивления.

2. Характер изменения величины сопротивления при измене-
нии положения органа управления.

3. Устойчивость величины сопротивления в зафиксированном
состоянии.

4. Плавность изменения величины сопротивления при движении
органов управления.

5. Максимально допустимое число поворотов оси.
§ 2. Непроволочные постоянные сопротивления

Непроволочные постоянные сопротивления делятся на тонко-
слойные и объемные.

Основанием для тонкослойного сопротивления является кера-
мический стержень или трубка, на который нанесен тонкий слой
проводящего материала. Для подключения сопротивления к схеме

на стержень насаживаются два латунных колпачка, выводы кото-
рых могут припаиваться в аппарате. Для защиты токопроводяще-
го слоя от воздействия влаги и от ме-

Рис. 8.2. Сопротивления
ВС, МЛТ и УЛМ:

1 - керамическое основание; 2 —
токопроводящий слой; 3 — кон-
тактные колпачки; 4 — покровная
эмаль; 5 — проволочный вывод;

6 — спиральная канавка

ханических повреждений сопротивления
покрываются слоем эмали.

На рис. 8.2 изображены наиболее
широко применяемые в радиоаппарату-
ре сопротивления типов ВС, УЛМ и
МЛТ.

Сопротивления ВС выпускаются со
значениями от 27 ом до 10 Мом и
с номинальным значением допустимой
мощности рассеивания 0,25; 0,5; 1; 2; 5
и 10 вт (последние два типа в радио-
аппаратуре используются очень редко).
Сопротивления МЛТ имеют /? от 100<ш
до 10 Мом и номинальную мощность
0,25; 0,5; 1 и 2 вт. Сопротивления
УЛМ по конструкции и техническим
характеристикам аналогичны сопротив-
лениям ВС и отличаются от них допу-
стимой мощностью рассеивания (0,12 вт)
и габаритами (02,3x7 — без выводов).

Получить сопротивления с широ-
кой шкалой номинальных значений

(например, от 27 ом до 10 Мом) только за счет выбора материа-
ла токопроводящего слоя и его толщины при неизменных габа-
ритах не представляется возможным; необходимо менять длину и

сечение токопроводящего слоя, что достигается прорезанием изо-
лирующей спиральной канавки (рис. 8.2). При этом увеличивается
длина и уменьшается ширина (сечение) токопроводящего слоя.

Преимущество способа нарезки состоит в том, что он поддается
автоматизации и позволяет получить любую номинальную величи-
ну сопротивления (до 10 Мом) с отклонениями в пределах установ-
ленного допуска.

Следует иметь в виду, что при прорезании канавки резко воз-
растает индуктивность сопротивления. Это нужно учитывать при
использовании таких сопротивлений в цепях высокой частоты.

В сопротивлениях ВС и УЛМ токопроводящий слой образован
пленкой углерода; в сопротивлении МЛТ — тонким слоем метал-
ла, нанесенным на керамику методом испарения в вакууме.

Значительно большая теплостойкость металла позволяет из-
готавливать сопротивления МЛТ со значительно меньшими габа-
ритами, чем ВС, при равной допустимой мощности рассеивания.
Для сравнения приведем следующие цифры: сопротивление ВС с
номинальной мощностью рассеивания 0,5вт имеет габариты 05,4X
X 28,5 (без выводов); аналогичное сопротивление типа МЛТ имеет
габариты 04,2 X 10,8.

Рис. 8.3. Зависимость допустимой мощности рассеивания
для ВС, УЛМ и МЛТ от температуры окружающего воз-
духа

Допустимая мощность рассеивания для сопротивлений ВС,
УЛМ и МЛТ зависит от температуры окружающего воздуха; эта
зависимость изображена на рис. 8.3. Как видно из приведенного
рисунка, сопротивления ВС могут быть нагружены мощностью,
равной номинальной, если температура окружающего воздуха не
превышает +40°С; сопротивления МЛТ допускают нагрузку но-
минальной мощностью до температуры +70°С.

Если сопротивление ВС эксплуатировать, например, при тем-
пературе +70°С, то допустимая мощность будет составлять около
50% от номинальной (см. рис. 8.3). Если фактическая мощность,
рассеиваемая на сопротивлении, составляет 1 вт. то должно быть
взято сопротивление ВС мощностью 2 вт (габариты: 09,5 X 53);
в этих же условиях может быть использовано сопротивление
МЛТ — 1 вт (габариты: 06,6 X 13).

Таким образом, применение сопротивлений МЛТ позволяет
особенно резко сократить габариты аппаратуры, если температура
воздуха в ней при эксплуатации превышает +40°С.

По остальным параметрам сопротивления ВС, УЛМ и МЛТ в
достаточной мере сходны: они выпускаются I, II и III классов точ-
ности; имеют т. к. (/?) (6 ~ 12) 10“4; допускают эксплуатацию

при относительной влажности воздуха до 98%, а также в услови-
ях вибрации и ударов.

По ЭДС шумов перечисленные сопротивления делятся на две
группы: группа А с ЭДС шумов не более 1 мкв/в\ группа Б — не
более 5 мкв/в.

Во входных цепях чувствительных усилительных устройств
целесообразно применять сопротивления группы А.

В схемах с полупроводниковыми приборами, где можно достиг-
нуть максимального сокращения габаритов аппаратуры, наиболее
часто используются сопротивления УЛМ и МЛТ.

Объемные сопротивления отличаются от тонкослойных тем, что
у них токопроводящий слой имеет значительно большую толщину
и площадь поперечного сечения; это позволяет резко уменьшить
плотность тока при неизменных габаритах и повысить надежность
сопротивления. К этой группе относится сопротивление ТВО, ко-
торое представляет собой стеклокерамическую трубочку, внутри
которой расположен токопроводящий слой.

§ 3. Непроволочные переменные сопротивления

Переменные непроволочные сопротивления делятся на тонко-
слойные и объемные. К первой группе относятся СП (сопротивле-
ния переменные), ко второй — СПО (сопротивления переменные
объемные) — см. рис. 8.4. Токонесущим элементом у СП является
тонкий слой углерода, нанесенный на основание («подковку») из
гетинакса.

При вращении оси по токонесущему элементу скользит контакт-
ная пружина, благодаря чему меняется величина сопротивления
между концами подковки и пружиной. У сопротивлений СПО то-
конесущий слой запрессован в канавку, имеющуюся в керамиче-
ском основании.

Сопротивления СП выпускаются одинарные и двойные; в по-
следнем случае от одной оси вращаются ползунки двух отдельных
сопротивлений. По характеру изменения /? от угла поворота оси
сопротивления СП делятся на три группы (см. рис. 8.5): А —ли-
нейный закон; Б — логарифмический; В — показательный.

Для получения нелинейного закона на отдельные участки под-
ковки наносят токопроводящий слой с различным значением удель-
ного сопротивления.

У сопротивлений групп Б и В распределение мощности по по-
верхности токопроводящего слоя неравномерное, что приводит к
перегревам отдельных участков подковки. Поэтому одинарные
сопротивления группы А имеют номинальную мощность 2 вт, а —
группы Б и В — 1 вт\ у сдвоенных сопротивлений нижнее (бли-
жайшее к выступающему концу оси) имеет такую же мощность, а
верхнее в два раза меньшую (1 вт для группы А и 0,5 вт для групп
214
Б и В), При необходимости застопорить положение оси после ре-
гулировки аппарата на втулку сопротивления одевается цанговый
зажим (рис. 8.4); если ось сопротивления должна поворачиваться
в процессе эксплуатации аппарата, то цанговый зажим не приме-
няется.

По А А

Рис. 8. 4. Сопротивления СП и СПО*.

/ — керамическое основание; 2 — токонесущий слой;
5— контактная пружина, 4— основание из гетинакга
с токонесущим слоем для сопротивления СП; 5 — цан-
га

Сопротивления СП имеют величину от 470 ом до 4,7 Мом (точ-
ность +;20%). Они допускают эксплуатацию при температуре
окружающего воздуха от —60 до +70°С, при относительной влаж-
ности воздуха до 68%, в условиях вибрации и ударов.

Зависимость допустимой мсшности рассеивания от температу-
ры окружающего воздуха для сопротивлений СП такая же, как
для сопротивлений ЕС (см. рис. 8.3).

Сопротивления СПО выпускаются с номинальной мощностью
рассеивания 0,5 ; 1 и 2 вт. Двухваттные сопротивления имеют га-
бариты такие же, как и двухваттные СП. Однако сопротивления
СПО допускают эксплуатацию при номинальной мощности и тем-
пературе окружающего воздуха до +80 + 85°С, в то время как у
СП номинальная мощность сохраняется до температуры +40°С.
Это достигается тем, что у сопротивлений СПО плотность тока в

Рис. 8.5. Характер изменения
величины сопротивления от уг-
ла поворота для СП

токонесущем слое значительно
меньше, чем у СП, а условия теп-
лоотвода — лучше.

Таким образом, фактическая
мощность, которая может рассеи-
ваться на сопротивлении СПО при
температуре окружающей среды
более +40°С, значительно больше,
чем для сопротивлений СП.

Сопротивления СПО-0,5 и СПО-2
выпускаются с линейной зависи-
мостью = Да), а сопротивления
СПО-1 — с линейной и логарифми-
ческой.

Указанные сопротивления име-
ют величину /? от 47— 100 ом
(в зависимости от типа) до 4,7 Мом.
Они предназначены для эксплу-
атации при пониженной до —60°С

и повышенной температуре, при
относительной влажности воздуха до 98%, в условиях вибрации

и ударов.

§ 4. Проволочные постоянные сопротивления

Проволочные сопротивления образуются путем намотки прово-
да на каркас из изоляционного материала. При такой конструкции
можно получать сопротивлейия любой величины, начиная от долей
ома, с большой допустимой мощностью рассеивания, с точностью
и стабильностью большей, чем у непроволочных сопротивлений.
Указанные особенности определяют область применения проволоч-
ных сопротивлений. Следует иметь в виду, что проволочные сопро-
тивления имеют более сложную конструкцию, чем непроволочные,
и стоимость их выше; поэтому всюду, где это возможно, нужно
применять непроволочные сопротивления.

Величина сопротивления

(8.2)

где

— сопротивление, ом\

р — удельное сопротивление материала, ом • мм2/м\

I — длина провода, м;

8 — площадь поперечного сечения' провода, мм2.
Из указанной формулы следует, что длина провода намотки

/ = — . (8.3)

Для изготовления проволочных сопротивлений применяются
высокоомные сплавы. Характеристики наиболее широко применяе-
мых для этой цели материалов приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Характеристики высокоомных сплавов

Наименование и марка сплава Удельное сопротивле- ние р, 0М-ММ'2;М Температур- ный коэффи циент сопро тивления т. к. (р), 1/град Максимальная рабочая тем пература 1 раб тах, град Термо-э. д. с в паре с Медью и , тэ мкв/ град
Манганин МНМц 3—12 . 0,46 4-10~5 100 1
Константан МНМц 40-1,5 0,48 5-10“6 500 43
Нихром Х15Н80 .... 1,08 2.10-4 1000 22

При выборе материала для намотки проволочного сопротивле-
ния следует руководствоваться следующими соображениями:

1. Величина т. к. (7?) сопротивления не может быть меньше
величины т. к. (р) материала. Поэтому, если при проектировании
сопротивления ограничена величина его т. к. (/?), то следует вы-
бирать такой материал, у которого величина т. к. (р) меньше за-
данной величины т. к. (/?).

2. Температура нагрева провода намотки не должна превышать
допустимую, так как в противном случае будет происходить интен-
сивное окисление провода, что приведет к изменению параметров
сопротивления и к выходу его из строя.

3. При нагреве места спая провода намотки с медными монтаж-
ными проводами возникает термоэлектродвижущая сила. Величина
этой э. д. с. зависит от свойств используемых в конструкции мате-
риалов ((7ТЭ) и разницы температур нагрева двух мест спая.

Если напряжение на сопротивлении в схеме мало (порядка со-
тен и тысяч микровольт), а температура нагрева провода намот-
ки достигает десятков или сотен градусов, то величина термоэлек-
тродвижущей силы может быть соизмерима с уровнем приложенно-
го к сопротивлению напряжения, что может нарушить работу схе-
мы. Например, для константанового сопротивления, если темпе-
ратура нагрева одного спая = 100°С, а температура нагрева
другого спая /2 = 80°С, величина термоэлектродвижущей силы

^тэ = ^тэ (^2 — ^1) ~ 43 (100 — 80) = 860 мкв.

4. Габариты сопротивления зависят от р. Если применить
провод, имеющий большое удельное сопротивление р, то габари-
ты будут меньше.
Наиболее широкое применение получил константай, который
сочетает в себе хорошую стабильность р с достаточно высокой теп-
лостойкостью. Недостатком константана является большая термо-
э. д. с. в паре с медью, что в отдельных случаях ограничивает его
использование.

Нихром применяется для изготовления сопротивлений с отно-
сительно низкой стабильностью, которые должны иметь малые га-
бариты или будут работать в условиях сильного перегрева.

Характерной особенностью манганина является малая величи-
на термоэлектродвижущей силы и практическое отсутствие старе-
ния; манганин применяется для изготовления точных сопротивле-
ний, работающих при незначительной температуре нагрева.

Выделяемое в проводе тепло распространяется по объему со-
противления и отдается в окружающее пространство. При этом
разные элементы конструкции сопротивления имеют различную
температуру: наиболее сильно нагревается провод, меньше всего
элементы, расположенные на поверхности. Эта разница в темпера-
турах зависит от теплопроводности используемых материалов: чем
больше теплопроводность, тем меньше разница в температурах,
тем меньше* температура провода и соприкасающихся с ним изоля-
ционных материалов.

На температуру нагрева провода существенное влияние оказы-
вает плотность тока: если через сопротивление течет большой ток,
а поперечное сечение провода мало (мала поверхность), то передача
тепла от провода окружающим его элементам конструкции будет
затруднена, что приведет к местным концентрациям тепла и — как
следствие — к перегреву провода или изоляционных материалов
и преждевременному выходу из строя сопротивления. Обычно
плотность тока принимают порядка 5—10 а/мм2; меньшее значе-
ние относится к многослойным сопротивлениям, большее — к од-
нослойным.

Для определения среднего значения температуры поверхности
сопротивления может быть использована следующая формула:

(8.4)

где

Р — выделяемая на сопротивлении мощность, вт\
к —коэффициент теплоотдачи, вт/см2град;

5 — поверхность сопротивления, см2;

— температура поверхности сопротивления, град;

/ок — температура окружающей среды, град.

Для приборов, охлаждаемых воздухом, с линейными размера-
ми до 30 мм

к ^2 • 10~"3 вт/см2- град — для давления р — 760 мм рт, ст.,
к = 1,2 • 10““3 вт/см2- град — для давления р — 10 мм рт. ст.
Следует иметь в виду, что указанный метод позволяет определить
ориентировочное значение температуры поверхности сопротивле-
ния, так как учитывает зависимость коэффициента теплоотдачи к
только от давления воздуха. На самом деле к зависит от формы и
размеров нагретого тела, цвета и шероховатости поверхности, раз-
ности температур (/п — /ок) и ряда других причин. Кроме того,
часть тепловой энергии отдается нагретым телом не через воздух,
а непосредственно элементам конструкции аппарата через детали,
которыми осуществляется крепление сопротивления, что также не
учитывается в расчете.

Для уменьшения температуры нагрева при заданной величине
мощности следует:

а) воздушные промежутки между витками заполнять материа-
лом с хорошей теплопроводностью, что будет уменьшать местные
перегревы за счет хорошего отвода тепла от внутренних слоев со-
противления;

б) по возможности увеличивать поверхность сопротивления;

в) придавать сопротивлению такую форму, при которой пло-
щадь его соприкосновения с шасси или другими элементами кон-
струкции аппарата, обладающими большой теплоемкостью и хоро-
шей теплопроводностью, будет наибольшей. При этом тепло будет
хорошо отводиться от сопротивления, что может значительно
снизить его температуру.

Если уменьшение габаритов сопротивления является основным
требованием, в конструкции следует применять теплостойкие ма-
териалы, что обеспечит надежную работу сопротивления даже при
значительных перегревах. К числу таких материалов относится
керамика, прессматериал АГ-4, кремнийорганические лаки, стек-
лоткань и др.

Для расчета сопротивления должны быть заданы его величина
/?, ток / (или мощность Р = /2/?), требования к стабильности, же-
лательные габариты и температура, при которой сопротивление
будет эксплуатироваться.

Проектирование ведется в следующем порядке:

а) выбирают материал провода исходя из требований к стабиль-
ности;

б) задаются плотностью тока 8 и находят площадь поперечного
сечения провода 5 по формуле:

5 = 4; ($•$)

в) по найденному значению 5 и каталогу проводов подбирают
диаметр провода, имеющего площадь поперечного сечения, близ-
кую к 5;

г) по формуле (8.3) находят длину провода;

д) выбирают конструкцию сопротивления и определяют его
габариты, аналогично тому, как определялись габариты катушки
в гл. IV;
ё) определяют поверхность теплоотдачи;

ж) по формуле (8.4) находят температуру поверхности сопро-
тивления;

з) проверяют, выполняется ли соотношение /раб тах >/п, где
/раб тах — максимально допустимая температура для выбранной
марки провода;

и) производят подбор изоляционных материалов, которые мо-
гут обеспечить длительную работу при полученном значении тем-
пературы нагрева /п.

По соображениям, которые были изложены выше, расчет по
п. «ж» носит ориентировочный характер. Поэтому полученные при

Рис. 8.6. Сопротивление типа ПЭВ:

/ — керамический каркас; 2 — провод; 3 — теплостойкая эмаль

Разрез по А-А

расчете данные обязательно должны быть подтверждены результа-
тами экспериментальной проверки.

Если в результате эксперимента оказалось, что температура на-
грева превышает значения, допустимые для провода или изоля-
ционных материалов, то следует произвести уточнение конструк-
ции: применить более теплостойкие материалы или уменьшить
температуру нагрева.

Для снижения температуры нагрева необходимо изменить раз-
меры (например, увеличить диаметр провода, соответственно из-
менив его длину) так, чтобы поверхность теплоотдачи сопротивле-
ния увеличилась, или же принять меры по улучшению теплоотво-
да через элементы крепления.

Ниже приведены примеры конструктивного выполнения встре-
чающихся в практике радиоаппаратостроения проволочных сопро-
тивлений.

На рис. 8.6. изображено выпускаемое промышлённостью со-
противление типа ПЭВ. Указанное сопротивление получено путем
намотки нихромового провода на керамическом каркасе; сверху
оно покрыто слоем теплостойкой эмали. Сопротивления ПЭВ име-
ют величину от 5 до 56000 ом и выпускаются на номинальную
мощность от 2,5 до 100 вт\ на каждый ватт рассеиваемой мощности
приходится 1,5—2 см2 поверхности теплоотдачи, в результате чего
при работе сопротивления нагреваются до температуры 300—350°С.
Однако в таких условиях сопротивления ПЭВ могут работать в
течение нескольких тысяч часов, так как конструкция содержит
теплостойкие материалы, а провод защищен от окисления слоем
эмали.

Сопротивление, показанное на рис. 8.7, а, получено намоткой
провода на каркасе от непроволочного сопротивления ВС; при
однослойной намотке можно получить величину Я до несколь-
ких десятков ом.

В сопротивлении, показанном на рис. 8.7, б, применена намот-
ка типа «универсаль». Такие сопротивления имеют величину до

Рис. 8.7. Проволочные сопротивления:

а) — с однослойной намоткой; б) — с многослойной намоткой типа «универсаль»; в) —
с многослойной намоткой на каркасе

1 — 3 ком. В сопротивлении, изображенном на рис. 8.7, в, при-
менена намотка на пластмассовом или керамическом каркасе. При
такой конструкции получают сопротивление любой требуемой ве-
личины.

Если сопротивление предназначено для работы в цепях высо-
кой частоты, то величина его индуктивности и емкости должна
быть минимальной. С целью уменьшения индуктивности намотку
выполняют на плоском каркасе, разбивают ее на две части и рас-
полагают так, чтобы направленные навстречу друг другу поля
двух половин обмотки взаимно уничтожались; в идеальном случае
индуктивность сопротивления должна быть равна нулю. Однако
практически из-за неравенства параметров двух половин обмотки
полной взаимной компенсации полей добиться не удается и даже
такие «безындуктивные» сопротивления обладают, хотя и незначи-
тельной, индуктивностью.

Пример выполнения «безындуктивного» сопротивления с бифи-
лярной обмоткой приведен на рис. 8.8, а: намотка сопротивления
выполняется проводом, сложенным вдвое, благодаря чему дости-
гается равенство числа витков двух половин сопротивления и ми-
нимальная величина индуктивности.

На рис. 8.8, б показана обмотка, состоящая из двух параллель-
ных частей, намотанных в противоположных направлениях. Та-
кая обмотка применяется обычно для изготовления низкоомных со-
противлений.
Отклонения фактической величины /? проволочного сопротив-
Ленин от номинального значения происходят из-за отклонения
величины удельного сопротивления материала, сечения провода,
размеров каркаса и числа витков от номинальных значений. При
серийном производстве без применения специальной операции под-
гонки можно получить сопротивления с точностью ±(2—3)%. За

Рис. 8.8. Схема намотки с малой величиной ин-
дуктивности:

а) — бифилярная; б) — параллельная (стрелками показано
направление тока в обмотке); Ф! и Ф2 — направления век-
тора поля для двух половин обмотки

счет введения индивидуальной подгонки каждого сопротивления
точность может быть доведена до 0,1—0,3%. Однако следует иметь
в виду, что индивидуальная подгонка значительно увеличивает
трудоемкость и стоимость изготовления сопротивления.

§ 5. Проволочные переменные сопротивления

Применяемые в радиоаппаратуре проволочные переменные со-
противления состоят обычно из кольцевого каркаса с однослойной
намоткой и вращающегося контакта, который скользит по виткам.
На рис. 8.9 показан пример конструкции переменного сопротивле-
ния: оно состоит из пластмассового корпуса /, в который запрес-
сована втулка 2; в канавке, имеющейся в корпусе /, уложена
планка 4 из изоляционного материала, на которой расположена
намотка. На оси 5 закреплен изоляционный диск 7, к которому
прикреплена контактная пружина (ползун) 5; второй конец ползу-
на скользит по виткам намотки. Подключение ползуна к схеме ап-
парата производится через контактное кольцо с лепестком 6. Вра-
щение оси ограничивается выступом корпуса /, о который упира-
ется планка о, закрепленная на оси 5. Обычно намотку сопротив-
ления выполняют на плоской планке, а при сборке планку сгибают
и закрепляют на круглом каркасе. Для того, чтобы избежать сдви-
гания витков при намотке с шагом, планку с намоткой промазывают
лаком, который закрепляет провод.

Для переменных сопротивлений применяют те же провода, что
и для постоянных. Корпус прессуют из различных сортов пласт-
массы или керамики; желательно применять теплостойкие пласт-
массы (например, АГ-4, К-211-3 и др.). Ползун изготавливают из

фосфористой или берилиевой бронзы, так как этот материал соче-
тает в себе хорошие пружинящие свойства и устойчивость против
окисления с удовлетворительной электропроводностью. Планку
для намотки необходимо изготавливать из теплостойких гибких
материалов, например, из стеклотекстолита СКМ-1.

В зависимости от закона изменения величины /? от угла пово-
рота оси (/? = /(а)) сопротивления делятся на линейные и функцио-
нальные; в первом случае намотка производится на планке с па-
раллельными краями; во втором — планке придают специальную
форму (см. например, рис. 8.10), при которой обеспечивается не-
обходимый закон изменения сопротивления.

Рис. 8.10. Планка с намоткой:

а) — для функционального сопротивления; б) — для ли-
нейного сопротивления

Проволочное переменное сопротивление не может обеспечить
идеально плавного изменения величины при повороте оси. Как

Рис. 8.11. Изменение величины сопротив-
ления при повороте оси:

1 — провод намотки; 2—контактная пружина;
△/? — сопротивление одного витка; Да — угол по-
ворота оси, соответствующий переходу контактной
пружины с одного витка на другой

видно из рис. 8.11, при движении ползуна по намотке величина
сопротивления остается неизменной, пока точка А ползуна не вой-
дет в соприкосновение с точкой Б намотки; при этом /? изменится
на величину, равную сопротивлению одного витка.

В реальных условиях из-за неровности поверхности каркаса
витки намотки могут располагаться на различном уровне, в резуль-
тате чего величина «скачка» сопротивления будет неодинаковой.
Чтобы избежать указанного недостатка, там где неравномерность
недопустима, производят шлифовку планки с намоткой по поверх-
ности контакта с ползуном.

Наиболее ненадежным узлом конструкции переменного сопро-
тивления является место соприкосновения ползуна с намоткой.
Если контактное давление взять малым, то переходное сопротивле-
ние будет большим; это приведет к перегреву места соприкоснове-
ния ползуна с намоткой, интенсивному окислению материала, в
результате чего сопротивление быстро выйдет из строя из-за на-
рушения контакта. Если давление взять чрезмерно большим, то

это может привести к перетиранию провода намотки ползуном, в
результате чего образуется обрыв обмотки.

Величину контактного давления приходится подбирать экспе-

риментально, в зависимости от диаметра провода, величины тока,

марки провода и требуемого числа оборотов
контактной пружины. В зависимости от ука-
занных факторов величина контактного дав-
ления лежит в пределах от нескольких десят-
ков до сотен граммов.

При большой величине контактного дав*
ления момент трения на оси сопротивления
получается большой и самопроизвольного
поворота ползуна при воздействии вибрации
и ударов не происходит.

Если величина контактного давления ма-
лая и нужно устранить возможность само-
произвольного движения ползуна, можно
применить цанговые зажимы (рис. 8.4).

Рис. 8.12. Каркас с
намоткой для функ-
ционального потен-
циометра

Рассмотренные выше переменные сопро-

тивления могут обеспечить получение требуемого закона 7? = /(а)
с точностью ±(3-т-5)%. Такая точность в ряде случаев бывает недо-
статочной: если сопротивление используется в качестве элемента
следящего привода или в счетно-решающем устройстве, часто тре-
буется, чтобы отклонение от требуемого закона 7? = /(а) не пре-
вышало сотых или десятых долей процента (0,05—0,2%).

Для изготовления таких сопротивлений (потенциометров) при-

меняют тороидальные металлические каркасы, на поверхности ко-
торых методом глубокого анодирования образуют изоляционный
слой. Тороидальный металлический каркас может быть изготовлен
с высокой точностью, что необходимо для получения требуемого
закона 7? = /(а).

Одна из причин, вызывающих погрешность потенциометров —
шаговая погрешность, т. е. скачкообразное изменение величины
сопротивления при переходе ползуна с одного витка на другой.
Чтобы уменьшить шаговую погрешность для намотки потенциомет-
ров, применяют тонкие провода (до 0,03—0,04 мм), а контактную
дорожку (место соприкосновения ползуна с намоткой) подвергают

8 Г. Д. Фрумкин

225
тщательной полировке, которая необходима также для получения
большого срока службы: для ряда схем потенциометры должны
выдерживать до 106 поворотов.

Точные потенциометры могут иметь линейный и нелинейный
(например, синусоидальный) закон изменения сопротивления. В
первом случае торцы тороидального каркаса делают параллельны-
ми, а во втором им придают нужную конфигурацию, как показано,
например, на рис. 8.12.

Выбор типа сопротивления для конкретной схемы нужно про-
изводить с учетом условий работы (величины рассеиваемой мощно-
сти, температуры окружающей среды и т. д.,), а также требований,
предъявляемых к характеристикам сопротивления. На основании
этих данный, пользуясь справочниками и техническими условиями,
нужно подобрать сопротивление, параметры которого удовлетво-
ряют предъявляемым требованиям. Следует учитывать, что надеж-
ность сопротивления сильно зависит от рассеиваемой в нем мощно-
сти и температуры окружающей среды. Поэтому сопротивления
следует выбирать так, чтобы фактическая рассеиваемая мощность
и температура были меньше предельных значений, записанных в
технических условиях.
Глава IX

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ И РЕЛЕ

§ 1. Контакты переключателей и реле

Факторы, определяющие условия работы и конструкцию кон-
тактов. Переключатели и реле предназначены для коммутации
электрических цепей в аппаратуре. Любой переключатель или реле
состоит из одной или нескольких пар металлических деталей —
контактов и специального устройства, при помощи которого эти
контакты могут быть замкнуты или разомкнуты.

Если ввести в соприкосновения два металлических контакта и
измерить их сопротивление, то оно окажется значительно больше,
чем величина, вычисленная исходя из размеров контактов и свойств
примененных материалов. Это объясняется тем, что на поверхно-
сти контактов имеются микроскопические неровности и соприкос-
новение происходит в ограниченном числе точек. Образующееся
за счет этого сопротивление в месте перехода тока с одной кон-
тактной поверхности на другую носит название переходного со-
противления.

В реальных условиях поверхность контактов всегда покрыта
пленкой окисла, удельное сопротивление которого значительно
больше, чем сопротивление материала контактов. Наличие пленки
окисла значительно увеличивает переходное сопротивление между
контактами, а при достаточно толстой пленке находящиеся в со-
прикосновении контакты могут быть электрически не замкнуты,
т. е. не будут выполнять свою основную функцию.

Полный цикл работы контактов можно разбить на следующие
этапы:

1. Замыкание контактов. Предварительно разомкнутые кон-
такты начинают сближаться. В первый момент соприкосновение
происходит в ограниченном числе точек, причем площадь сопри-
косновения бесконечно мала и переходное сопротивление велико.
По мере увеличения силы, сдавливающей контакты (контактного
давления), происходит деформация неровностей металла, в резуль-
тате чего увеличивается площадь соприкосновения и переходное
Рис. 9.1. Зависимость переходно-
го сопротивления серебряных
контактов от давления

сопротивление уменьшается. Зависимость переходного сопротивле-
ния от давления для серебра приведена на рис. 9.1.

2. Замкнутые контакты. При протекании тока контакты на-
греваются за счет Джоулева тепла (ф = 0,24 /2/?ПерО и окисляют-
ся. Процесс окисления будет происходить тем более интенсивно,
чем больше величины переходного сопротивления и протекающего
тока.

3. Размыкание контактов. По мере уменьшения контактного
давления увеличивается переходное сопротивление. В момент,
предшествующий размыканию, переходное сопротивление, а,
следовательно, и количество выделяемого в контактах теп-
ла, может быть настолько велико, что появится точечное
расплавление металла контак-
тов. При дальнейшем раздви-
жении между контактами обра-
зуется «мостик» из жидкого ме-
талла. При протекании посто-
янного тока «мостик» разрывает-
ся ближе к одному из контак-
тов; в результате происходит
перенос металла с одного кон-
такта на другой. Одновременно
между разомкнутыми контак-
тами возникает дуга или иск-
ра, что приводит к окислению
и обгоранию контактных по-
верхностей.

или дуги существенное влияние

оказывают параметры цепи, которую размыкают контакты: чем
больше индуктивность цепи и чем меньше ее сопротивление, тем
больше экстратоки размыкания и тем интенсивнее дуга.

Уменьшение времени размыкания приводит к снижению темпе-
ратуры нагрева контактов. При этом уменьшается окисление, пе-
ренос, испарение и разбрызгивание материала контактов. Таким
образом, срок службы контактов может быть увеличен, если умень-
шить время размыкания.

Чтобы окисленные контактные поверхности при последующем
соприкосновении замкнулись, необходимо приложить к контактам
давление, достаточное для разрушения пленки окисла. При мно-
гократном повторении процесса размыкания и замыкания пленка
окисла может иметь такую толщину,что имеющегося контактного
давления не будет достаточно для ее разрушения; следовательно,
контакты электрически не замкнутся.

Таким образом, условия работы и конструкция контактов оп-
ределяются следующими факторами: величиной тока, текущего
через замкнутые контакты, и величиной напряжения на разомкну-
тых контактах, величиной индуктивности коммутируемой цепи,

На
скоростью размыкания, условиями охлаждения, частотой сраба-
тывания контактов и внешними климатическими условиями.

Типы контактов. Контакты переключателей и реле, в зависи-
мости от характера соприкосновения поверхностей при замыка-
нии и размыкании можно разбить на следую-
, щие две группы:

а) прижимные (рис. 9.2) контакты (работа
прижимных контактов была рассмотрена выше);

б) притирающиеся контакты (рис. 9.3).

У притирающихся контактов зона протека-
ния тока через замкнутые контакты и зона ин-
тенсивного разрушения при замыкании и раз-
мыкании расположены в разных местах. Кроме
того, процессу контактирования предшествует
трение одной контактной поверхности о дру-

Рис. 9.3. Притирающиеся контакты:

а) — контакты замкнуты; б) — момент, предшест-
вующий размыканию (стрелкой показано направле-
ние движения одного из контактов); б •— зона кон-
тактирования; х — зона интенсивного обгорания

Рис. 9.2. Контак-
ты прижимного
типа:

1 — контакт; 2 — пру-
жина (стрелкой пока-
зано направление пе-
ремещения одного из
контактов при замы-
кании)

гую, в результате чего происходит удаление окисленного контакт-
ного слоя. Притирающиеся контакты за счет самозачистки обес-
печивают более надежный контакт, чем прижимные. Однако про-
цесс самозачистки сопровождается интенсивным механическим
износом контактов.

Разновидностью притирающихся являются контакты врубаю-
щегося типа (рис. 9.4). Они обеспечивают более надежный контакт,

Рис. 9.4. Контакты врубающегося типа:
а) — контакты замкнуты; б) — контакты разомкнуты

чем изображенные на рис. 9.3, так как контактирование осущест-
вляется двумя параллельно включенными контактными элементами.
Контакты притирающиеся и врубающиеся для переключения
требуют большие усилия, чем прижимные.

Форма прижимных контактов. В контактах прижимного типа
наиболее широко используются пары, состоящие из одного плоско-
го и одного сферического или конического контактов (рис. 9.5, а
и б). К числу преимуществ таких контактных пар следует отнести
низкие требования к соосности, облегчающее регулировку: при
нарушении соосности (рис. 9.6, а) контакты остаются работоспо-
собными. У двух сферических или двух конических контактов при
нарушении соосности изменяется перемещение, необходимое для
их замыкания. Если нужно, чтобы износ контактов мало сказывал-
ся на их перемещении, радиус сферы одного из контактов берут
большой (рис. 9.5, в).

Для контактов на малые токи и при малых давлениях, когда
износ контактов за счет эрозии и истирания незначителен жела-

Рис. 9.6. Контакты со смещен-
ными осевыми линиями

Рис. 9.5. Форма прижимных .

контактов: тельно брать такую форму, при

которой площадь соприкоснове-

а) — плоскоконическая пара; б) — г г ~

плоскосферическая пара; в) — то НИЯ КОНТИКТОВ МЭЛЗ (рИС. 9.5,
же, с большим радиусом сферы; г) —

контакт с малой площадью сопри- с И С7/.

косновения; ко^т~ д“линдрические Материалы для контактов и
пружин. К материалам, применяе-
мым для изготовления контактов, предъявляются следующие тре-
бования: стойкость против, окисления, стойкость против эрозии,
хорошая механическая прочность, хорошая электро- и теплопро-
водность. Ниже рассмотрены используемые в промышленности
материалы и область их применения.

1. Платина ПлП-1, платино-иридиевый сплав ПИЮ, золото-
никелевый сплав ЗлНк5, золотоплатиновый сплав ЗлПл7 относятся
к группе «благородных» металлов. Они стойки к окислению и по-
этому обеспечивают надежный контакт при малых контактных
давлениях (Р > 3 Г); применяются в ответственной аппаратуре,
работающей в сложных климатических условиях, особенно при
малых напряжениях между контактами, когда по конструктивным
соображениям нельзя обеспечить большое контактное давление.
Применение этих металлов ограничено их дефицитностью и высо-
кой стоимостью.

2. Серебро химически чистое Ср 999 обеспечивает надежный
контакт при Р > 15 Г. Находит наиболее широкое применение для
изготовления контактов. Однако серебро сильно подвержено эро-
зии. Поэтому его применение ограничено при больших токах и
230
большой частоте срабатывания контактов. Не рекомендуется ря-
дом с серебряными контактами устанавливать детали из резины,
так как последняя при нагреве выделяет сернистые соединения,
создающие на поверхности серебра пленки с большим сопротивле-
нием.

3. Серебряно-медный сплав Ср 770 обеспечивает надежный
контакт при Р > 25 Г. В холоднокатаном виде приобретает пружи-
нящие свойства; применяется, в основном, в тех случаях, когда
контакт и пружина должны представлять единое целое.

4. Латунь твердая и бронза. Условия применения те же, что
для сплава Ср 770. Для улучшения контакта латунь покрывают
слоем серебра. Срок службы серебрёных контактов крайне огра-
ничен из-за быстрого износа слоя серебра.

5. Вольфрам и металлокерамика (ОК12, ОК15). Обладают боль-
шой тугоплавкостью; обеспечивают надежный контакт при Р >
> 80 — 100 Г. Применяются при больших токах и большой час-
тоте срабатывания (например, в вибропреобразователях).

Контакты закрепляются на пластинах, которые должны быть
изготовлены из пружинящего материала, чтобы они смогли воз-
вращаться в исходное положение. Указанный материал должен
обладать хорошей электро- и теплопроводностью, а при использо-
вании в переключателях и реле, рассчитанных на большое число
переключений—высоким пределом усталости. Наибольшее распро-
странение получили пружины из различных сортов бронзы, ней-
зильбера и нагартованной латуни (последняя — при малом числе
переключений).

Выбор зазора между контактами. Выбор воздушного зазора
между контактами, а также между контактами и неизолированны-
ми металлическими деталями переключателя производится исходя
из рабочего напряжения так, чтобы исключить возможность про-
боя.

При выборе зазора надо руководствоваться соотношением

С/пр > (2~3)С/исп, (9.1)

где

(7пр — пробивное напряжение, найденное по графикам (рис. 6.29
или 6.30);

(7ИСП — испытательное напряжение между контактами.

§ 2. Особенности переключателей и реле,
предназначенных для коммутации цепей высокой частоты

Между разомкнутыми контактами переключателя или реле, а
также между отдельными контактными парами в многоконтактных
устройствах всегда существует емкость. В каскадах высокой часто-
Ты указанная емкость может изменять параметры схемы или пол-
ностью нарушать ее работоспособность; если, например, в усили-
теле высокой частоты межконтактная емкость окажется включен-
ной в качестве элемента обратной связи между каскадами, то это
может привести к возникновению генерации; если межконтактная
емкость будет включена параллельно контуру, работающему в
диапазоне УВЧ, то потери в межконтактной емкости могут оказать-
ся соизмеримыми с общими потерями в контуре, что приведет к рез-
кому ухудшению его добротности.

Для получения малой величины межконтактной емкости кон-
такты следует располагать так, чтобы площадь взаимного перекры-
тия контактов и пружин была минимальной (см. рис. 9.7); расстоя-

Рис. 9.7. Влияние расположения контактов на величину
межконтактной емкости:

а) — большая емкость; б) — малая емкость

ние между контактами должно быть по возможности максимальным.

В качестве диэлектрика для закрепления* контактных пружин
следует применять материал с малым значением в; этот материал
должен обладать одновременно малым значением 8. В этом
случае абсолютная величина-потерь в межконтактной емкости будет
минимальной.

Обычно для цепей высокой частоты применяют переключатели
и реле с емкостью между контактами не более 1—2 пф: в качестве
диэлектрика используют высокочастотный гетинакс марки Гв

= 0,06; е 7) или керамику класса IV в = 0,006; е <
<7,5).

§ 3. Основные технические характеристики
переключателей

Свойства и область применения переключателя определяются
соответствующими характеристиками. Эти характеристики следую-
щие:

1. Переходное сопротивление. Чем меньше переходное сопро-
тивление, тем больше надежность контактов. Обычно в переклю-
чателях переходное сопротивление /?пер = 0,01 ~ 0,03 ом.
2. Емкость между контактами и потери в ней (см. § 2 гл. IX).

3. Сопротивление изоляции между контактами. Этот параметр

имеет существенное значение, если переключатель коммутирует
цепи, в которые включены большие сопротивления (порядку еди-
ниц мегом и более).

На рис. 9.8 изображена, например, схема одного диапазона

усилителя высокой частоты,
ключателя диапазонов (7?из)
оказалось включенным ме-
жду анодной цепью од-
ной и сеточной цепью дру-
гой лампы; последняя сое-
динена с массой через со-
противление /?!= 1 Мом. У
переключателя с изолято-
ром из гетинакса без до-
полнительной пропитки
после пребывания в атмо-
сфере с относительной
влажностью воздуха 98%
сопротивление изоляции
может ухудшиться до ве-
личины 10 Мом\ при этом
на сопротивлении = 1
Мом создается дополни-

причем сопротивление изоляции пере-

тельное падение напряже- Рис. 9.8. Пример влияния сопротивления
НИЯ 18,2 в, что приведет изоляции переключателя на работу схемы
к нарушению работоспо-

собности лампы Л2. Если в указанной схеме применить переклю-
чатель, собранный на керамике и имеющий в тех же условиях /?из>
> 200 Мом, то падение напряжения на 7?! уменьшится до 0,995 в
и условия работы лампы улучшатся. Чтобы полностью избежать
влияния 7?из на условия работы лампы Л2, в данной схеме следует
применить для коммутации анодных и сеточных цепей отдельные

переключатели, имеющие только общее управление.

4. Мощность контактов и срок службы.

В зависимости от конструкции контактов, скорости их размы-
кания, индуктивности и сопротивления цепи, которую будут ком-
мутировать контакты, а также от климатических факторов, для

каждого типа переключателя устанавливаются предельно допусти-
мые значения тока через замкнутые контакты и напряжения на
разомкнутых контактах, при которых гарантируется нормальная
работа контактов в течение определенного числа переключений. В
зависимости от указанных факторов срок службы контактов пере-
ключателя может составлять от нескольких тысяч до нескольких
миллионов переключений.

5. Четкость фиксации.
Производя переключения, оператор не видит контактов, так
как обычно они бывают скрыты панелью, на которой монтируются
органы управления. Чтобы остановить ручку в положении, при
котором обеспечиваются наилучшце условия перехода тока с одной
контактной поверхности на другую, в конструкцию переключате-
ля вводят фиксирующее устройство; оно тормозит движение ручки,
когда соответствующие контакты переключателя замкнуты или
разомкнуты, и препятствует ее остановке в промежуточном поло-
жении.

Качество работы фиксатора характеризуется отношением силы
(момента), необходимой для того, чтобы вывести переключатель
из зафиксированного положения, к минимальной силе (моменту),
необходимой для движения переключателя в любом промежуточ-
ном положении. Фиксация считается четкой, если это отношение
не менее 2,5—3.

Другое назначение фиксатора — препятствовать самопроизволь-
ному движению подвижной системы переключателя при воздейст-
вии вибрации и ударов.

6. Габариты и вес.

7. Допустимые при эксплуатации значения климатических фак-
торов и механических перегрузок.

§ 4. Переключатели, применяемые в радиоаппаратостроении

Типы переключателей. При изготовлении радиоаппаратуры при-
меняется большое количество разнообразных конструкций пере-
ключателей. Указанные переключатели в зависимости от конструк-
ции можно разбить на следующие группы: .нажимные (кнопки),
перекидного типа, галетного типа.

Ниже будут рассмотрены особенности конструкции переключа-
телей каждого типа.

Нажимные переключатели (кнопки).Пример конструкции кноп-
ки приведен на рис. 9.9. Нижняя часть корпуса и верхняя часть
соединяются при помощи резьбы и закрепляются на панели аппара-
та. При нажатии головка опускается вниз и металлический конус
замыкает лепестки; при снятии нагрузки головка с конусом под
действием возвратной пружины поднимается вверх и цепь размы-
кается. У других разновидностей кнопок цепь размыкается при
нажатии на головку. Такие кнопки применяются в цепях низкой
частоты и постоянного тока, когда необходимо осуществлять крат-
ковременное замыкание или размыкание цепи.

Переключатели перекидного типа. Широкое применение в ра-
диоаппаратостроении получили перекидные переключатели типа
«тумблер». Эскиз, поясняющий принцип действия указанного пе-
реключателя, приведен на рис. 9.10. При крайнем положении пе-
реключающего рычага 2, усилие Р, развиваемое пружиной 6, при-
жимает переключающий валик 4 к одной паре контактов 3, в ре-
зультате чего они оказываются замкнутыми. При вращении рычага
2 к другому крайнему положению (на рис. 9.10 против хода часовой
стрелки), после того, как центр головки рычага О окажется левее
линии Б—Б, горизонтальная составляющая силы Р', развиваемой
пружиной, заставит валик 4 двигаться вправо, и он замкнет другую
пару контактов 3.

Рис. 9.9. Переключатель нажимного ти-
па (кнопка):

1—головка; 2 — возвратная пружина; 3—
фиксирующие шарики; 4— верхняя часть кор-
пуса, 5 — нижняя часть корпуса; 6 — контакт-
ные лепестки; 7 — замыкающий конус; 8 — па-
нель, на которой закреплена кнопка

Ло А А
(Пружина условно
не показана)

Рис. 9.10. Переключатель мгно-
венного действия типа «тумблер»:

/ — корпус; 2 — рычаг; 3 — контакты
(две пары); 4 — переключающий валик;
б — изоляционный колпачок; 6 — пружи-
на;

Характерной особенностью переключателей типа «тумблер»
является то, что скорость размыкания и замыкания контактов не
зависит от скорости вращения рычага 2: движение валика 4 начи-
нается тогда, когда горизонтальная составляющая сила Р' ока-
жется больше сил трения. Указанные параметры подобраны так,
что переключение осуществляется с большой скоростью; это дает
возможность использовать переключатели типа «тумблер» для ком-
мутации больших токов при больших напряжениях. Из-за большой
межконтактной емкости их используют в цепях постоянного тока
и низкой частоты.

Выпускаемые промышленностью переключатели типа «тумблер»
имеют различные схемы коммутации и конструкцию и рассчитаны
на токи до 5—10 а при напряжении до 220 в. Переключатели пред-
назначены для эксплуатации при температуре окружающего воз-
духа от —60 до 4-704-80°С, относительной влажности воздуха до
98% и пониженном атмосферном давле-

Рис. 9.11. Переключа-
тель галетного типа:

1 — галета;-,,2 —- фиксатор; 3 —
колонки; 4 — стяжные шпиль-
ки

НИИ.

Переключатели галетного типа. Пе-
реключатель указанного типа (рис. 9.11)
состоит из галет 1 (от одной до четырех) и
устройства 2, осуществляющего фиксацию
положения и ограничение движения под-
вижной части переключателя. Каждая га-
лета (см. рис. 9.12) состоит из подвижной
части — ротора 2 и неподвижной части —
статора 1 На статоре имеется два отвер-
стия для крепления галеты и 12 отвер-
стий, расположенных по окружности че-
рез 30°, на которых могут быть закрепле-
ны до 12 контактных лепестков. На ро-
торе закреплена переключающая пласти-
на, имеющая выступ. В изображенной на
рис. 9.12,а галете переключающая пласти-
на имеет форму кольца с одним выступом;

на статоре имеется один длинный лепесток 3, который всегда
касается пластины 2 и 11 коротких лепестков 4, которые могут по
очереди соприкасаться с выступом пластины при вращении ротора.

Рис. 9.12. Галета:

а) — переключатель ПШН; б) — 5П2Н; в) — ЗПЗН; г) — 2П4Н

При помощи рассмотренной галеты можно осуществить пере-
ключение одной цепи на 11 положений. Такой переключатель
условно обозначают индексом 11П1Н (11 положений, 1 направле-
ние).
и 10 коротких (см. рис.

>м 120°, то при помощи

Рис. 9.13. Фиксатор и ог-
раничитель для переключа-
теля галетного типа

Если на роторе закрепить две отдельные переключающие плас-
тины, а на статоре—два длинных лепестр
9.12, б) и поворот ротора ограничить ут
такой галеты можно коммутировать две
цепи на пять направлений каждую
(5П2Н).

При закреплении на роторе трех
переключающих пластин, а на статоре—
трех длинных и девяти коротких ле-
пестков (см. рис. 9.12, в) получается
переключатель ЗПЗН; если на роторе
расположить четыре переключающих
пластины, а на статоре — четыре длин-
ных и восемь коротких лепестков (см.
рис. 9.12, г), то получается переключа-
тель 2П4Н.

Поскольку в переключателе могут
быть одна, две, три или четыре галеты,
то в любом из перечисленных случаев
число переключаемых цепей (число на-
правлений) может быть увеличено со-
ответственно в два, три или четыре ра-
за.

На рис. 9.13 изображена конструк-
ция фиксатора и ограничителя; фикса-
ция положения осуществляется шари-
ком 3, который под действием пружи-
ны 4 западает во впадины «звездочки» 2;
«звездочка» жестко соединена с осью 5
и пластиной 6, которая входит в пазы
роторов.

Упор 7 при сборке переключателя
может быть вставлен в любое из отвер-
стий, которые расположены в основа-
нии 1 с угловым шагом 30°, благодаря
чему поворот ротора может быть огра-
ничен любым углом, кратным 30°.

Переключатели галетного типа находят широкое применение
в радиоаппаратостроении для коммутации цепей как постоянного
тока низкой частоты, так и для цепей высокой частоты (межкон-
тактная емкость не превышает 1,5 пф). В последнем случае изоля-
ционные детали ротора и статора изготавливают из высокочастот-
ного гетинакса марки Гв или керамики.

Контактные лепестки изготавливают обычно из твердой лату-
ни Л62; переключающие пластины — из бронзы БрОФ 6,5-0,15;
покрытие — слой серебра толщиной 10 мк.

Переключатели указанного типа позволяют осуществить 10000
Рис. 9. 14. Малогабаритный галетный переключатель:

1 — корпус с контактами; г — корпус с контактами; 3 — ротор; 4 — крышка; 5 — корпус фи ксатора; 6 — замыкатель; 7 — пружина замыка-
теля; 5— контакты; 9 — шарик фиксатора; 10 — пружина фиксатора; 11 — ручка;
переключений при токе через контакты не более 0,3 а и напряжении
на контактах 400 в постоянного тока или 300 в переменного тока.
Они предназначены для эксплуатации при температуре окружаю-
щего воздуха от —60 до +90°С, при относительной влажности
воздуха до 98% и атмосферном давлении понижением до 5 мм рт.
ст. (при этом должно быть уменьшено напряжение на контактах).
Сопротивление изоляции в наихудших климатических условиях
не меньше 200 Мом при использовании керамических деталей и
не менее 10 Мом — при гетинаксовых деталях; пропиткой гети-
наксовых деталей в лаке СБ-1с сопротивление изоляции может
быть увеличено до величины 30—50 Мом.

На рис. 9.14 показан малогабаритный переключатель галетно-
го типа (МГП). При вращении ручки поворачивается ось, а вместе
с ней и ротор; при этом замыкатель соединяет между собой попар-
но контакты, запрессованные в корпусах (в каждом корпусе имеется
по 12 контактов, которые расположены с угловым шагом 30°).

При наличии в роторе одного замыкателя галета позволяет
осуществить переключение одной цепи на 12 положений (12П1Н).
Расположив в роторе два, три или четыре замыкателя, можно по-
лучить соответственно переключатели со схемой коммутации 6П2Н,
4ПЗН, ЗП4Н. Фиксация положения ротора осуществляется шарика-
ми, которые западают во впадины корпуса.

Рассмотренная конструкция позволяет на одной оси закрепить
до четырех галет. Достоинства переключателя типа МГП: малые
габариты и закрытое исполнение конструкции. Последнее исклю-
чает возможность загрязнения контактов и их повреждения при
сборке и ремонте аппаратуры. Переключатели МГП находят широ-
кое применение в малогабаритной аппаратуре.

Последнее время находят применение переключатели, контак-
ты которых выполнены методом печатания на изоляционных мате-
риалах. О таких переключателях более подробно сказано в гл.
XII.

§ 5. Электромагнитные реле

Принцип действия и конструкция. В зависимости от тока, пи-
тающего обмотку, электромагнитные реле делятся на реле постоян-
ного тока и переменного тока.

Из многих разновидностей конструктивного оформления наи-
большее распространение получили реле с качающимся якорем.
На рис. 9. 15 показано такое электромагнитное реле постоянного
тока.

При протекании тока через катушку возбуждается магнитный
поток, под действием которого шарнирно закрепленный якорь по-
ворачивается на острой грани магнитопровода и притягивается к
нему. При этом толкатель давит на контакты и замыкает их.

Если отключить ток от катушки, то под действием контактной
пружины якорь и контакты вернутся в исходное положение (от-
пускание реле). Иногда для возврата якоря в исходное положение
устанавливается специальная возвратная пружина.

Реле, имеющее указанную конструкцию, нельзя питать от се-
ти переменного тока по следующим причинам:

а) в магнитопроводе, выполненном из сплошного куска метал-
ла, будут значительные по величине вихревые токи, что приведет
к дополнительному нагреву реле;

б) в те моменты времени, когда мгновенное значение тока до-
стигнет нулевого значения, магнитный поток и сила, развиваемая

Рис. 9.15. Реле постоянного тока с по-
воротным якорем:

/ — неподвижная часть магнитопровода; 2—
катушка; 3 — подвижная часть магнитопрово-
да (якорь); 4—толкатель (выполнен из изоля-
ционного материала); 5—контактная группа;

/3 — воздушный зазор в магнитопроводе

Рис. 9.16. Неподвижная часть
магнитопровода для реле пе-
ременного тока:

1 — магнитопровод; 2 — короткозамк-
нутый виток

электромагнитом, также будут равны нулю; начнется отпускание
якоря, что приведет к ложным срабатываниям контактов.

Поэтому реле, предназначенные для питания от сети перемен-
ного тока, имеют сердечник, собранный из отдельных пластин.
Кроме того, на одном из концов неподвижной части магнитопрово-
да делается паз, в который закладывается короткозамкнутый ви-
ток (см. рис. 9.16). При этом та часть магнитного потока, которая
пронизывает виток, оказывается сдвинутой по фазе по отношению
к основному потоку и сила, развиваемая электромагнитом при про-
текании переменного тока через обмотку реле, никогда не достига-
ет нулевого значения.

Контакты реле могут иметь различные схемы включения: на
рис. 9.17, а показана контактная группа, работающая на замыка-
ние (при обесточенной катушке реле контакты разомкнуты); на
рис. 9,17, б — контактная группа, работающая на размыкание (при
обесточенной катушке реле контакты замкнуты); на рис. 9.17, в —
контактная группа, работающая на переключение. Выпускаемые
промышленностью реле в зависимости от конструкции, имеют раз-
личное количество групп перечисленных выше типов.
Основные технические характеристики. Свойства и область
применения реле определяются рядом основных характеристик.
Эти характеристики следующие:

1. Схема контактных групп и их число; параметры контактных
групп.

Параметры, характеризующие свойства контактных групп ре-
ле, аналогичны параметрам контактов переключателей и разобра-
ны в § 3 пп. 1—4 гл. IX.

Рис. 9.17. Типы контактных групп:

/ — неподвижная пружина с контактом; 2— подвижная пружина
с контактом; 3 — изолятор; 4 — толкатель (стрелкой показано на-
правление движения толкателя)

Схема контактных групп и их число должны соответствовать
схеме и числу коммутируемых цепей аппарата.

2. Ток срабатывания и ток отпускания реле.

Тяговое усилие, развиваемое электромагнитом постоянного тока,

г. (0,4^*/^)2 5С
г =----------------

8 тс/2
з

(9.2)

где

Р — сила, дин;

I — ток в обмотке реле, а;

ш — число витков обмотки;

5С — поперечное сечение магнитопровода, см2;
— воздушный зазор, см.
Рис. 9.18. Зависимость
тягового усилия Р элект-
ромагнита постоянного
тока от воздушного за-
зора /3 в магнитопроводе

Чтобы якорь* притянулся (реле сработало), указанное усилие
должно быть больше, чем сумма сил, противодействующих движе-
нию якоря: силы, развиваемой возвратной пружиной, силы, необ-
ходимой для деформации контактных пружин с целью создания
необходимого контактного давления и сил трения.

Как видно из формулы (9.2), при увеличении тока, текущего
через обмотку, увеличивается тяговое усилие электромагнита. Ми-
нимальное значение тока, при котором происходит срабатывание
реле, называется током срабатывания. .

Характеристика зависимости тягового усилия# электромагнита
реле от величины зазора в магнитопроводе (от перемещения яко-
ря), построенная на основании формулы
(9.2), приведена на рис. 9.18. Как видно
из указанного рисунка, при малых зазо-
рах тяговое усилие значительно возраста-
ет и поэтому оно оказывается больше,
чем противодействующие силы. Для того
чтобы реле отпустило, необходимо умень-
шить ток обмотки до такой величины,
при которой тяговое усилие станет мень-
ше противодействующих сил; это значение
тока называется током отпускания. Ток
отпускания реле всегда меньше, чем ток
срабатывания.

Выпускаемые промышленностью рел*е в
зависимости от конструкции имеют ток
срабатывания от десятых долей миллиам-
пера и более.

Напряжением срабатывания называется такое минимальное
напряжение, которое нужно подвести к обмотке реле для того,
чтобы реле сработало: (/ср = 1^ • /?обм.

Аналогично может быть найдено напряжение отпускания.

3. Время срабатывания реле.

При подключении обмотки реле к источнику питания ток в
обмотке возрастает не мгновенно, а достигает максимального зна-
чения через некоторый отрезок времени, определяемый индуктив-
ностью и сопротивлением обмотки реле и той цепи, от которой
оно питается. Следовательно, движение якоря начинается не мгно-
венно после подключения реле, а спустя некоторый отрезок време-
ни; для того чтобы якорь совершил движение, необходимое для
срабатывания контактов, также нужно определенное время.

Отрезок времени, который проходит с момента подачи напря-
жения на обмотку реле до момента срабатывания контактов, назы-
вается временем срабатывания реле (/ср).

По времени срабатывания реле делят на три группы: быстро-
действующие (/ср < 0,005 сек), нормальные (0,015 сек > /ср >
>0,005 сек), замедленные (/ср >0,015 сек).
Рис. 9.19. Стеклянный про-
ходной изолятор:

1 — основание из ковара; 2— стек-
ло; 3 — штырь из ковара

Для целей коммутации обычно используются реле с нормаль-
ным временем срабатывания; реле быстродействующие и замедлен-
ные часто используются в схемах автоматики и в некоторых дру-
гих специальных схемах.

4. Мощность, расходуемая обмоткой реле при срабатывании.

Желательно применять реле с малой мощностью, необходимой
для срабатывания, так как при этом уменьшается потребление
энергии от источников питания. Кроме того, при большой потреб-
ляемой мощности происходит интенсивный нагрев реле, что небла-
гоприятно сказывается на работе
контактов и ухудшает тепловой ре-
жим всего аппарата в целом.

5. Габариты и вес реле.

6. Допустимые при эксплуатации
значения климатических факторов и
механических перегрузок.

Работоспособность реле в слож-
ных климатических условиях. К сов-
ременным реле предъявляется требо-
вание высокой надежности при рабо-
те в условиях повышенной и пони-
женной температуры, пониженного
атмосферного давления, воздействия
механических перегрузок и т. д.

Наиболее эффективное средство

обеспечить надежную работу контактов в указанных условиях —
герметизация реле путем помещения его в запаянный металличес-
кий кожух. При этом исключается воздействие повышенной влаж-
ности воздуха, пониженного атмосферного давления и создается
возможность для заполнения герметизированного пространства газа-
ми, облегчающими работу контактов и улучшающими теплоотвод.

Подключение обмотки и контактов реле к схеме производят
через стеклянные проходные изоляторы, конструкция которых по-
казана на рис. 9.19.

Для того чтобы устранить растрескивание стекла при изменении
температуры, необходимо в стеклянном проходном изоляторе ис-
пользовать металл, который мало отличается от стекла по темпера-
турному коэффициенту линейного расширения. К числу таких ме-
таллов относится ковар, сплав железа, никеля и кобальта, имею-
щий 04 =0,5 10““в. Проходной изолятор обычно используется для
непосредственного закрепления на нем контактов, что приводит
к уменьшению габаритов реле. Одновременно устраняются изоля-
ционные прокладки между контактами, за счет усадки которых
при повышенных температурах может происходить разрегулиров-
ка реле.

Следует иметь в виду, что при нагреве реле происходит увели-
чение сопротивления его катушки:
₽/ = ₽0(14-т. к.(р)Д/),

где

— сопротивление при температуре нагрева 7, ом;

— сопротивление при нормальной температуре 70, равной 20°С,
ом;

т. к. (р) — температурный коэффициент сопротивления провода
(для меди т. к. (р) = 0,004);

Д / = I — 1й — изменение температуры катушки.

Из формулы (9.3) следует, что

7 = 1 + т. к. (р) Д/. (9.4)

АО

Обозначим — = к. Коэффициент к показывает, во сколько раз
/?о

увеличивается сопротивление катушки при нагреве.

Если катушка реле питается от генератора напряжения, то
при ее нагреве в к раз уменьшается ток через обмотку; одновре-
менно уменьшается тяговое усилие электромагнита.

Для нормальной работы реле в условиях нагрева необходимо
при температуре /0 равной 20°С, иметь ток в катушке (как мини-
мум) в к раз больше тока срабатывания. Чтобы обеспечить запас
надежности по срабатыванию, минимальное значение тока, те-
кущего через катушку, берут примерно в 1,2 к раз больше, чем
ток срабатывания реле в нормальных условиях (1,2 — коэффи-
циент запаса):

^кат И11П ’к ’/Ср. (9-5)

Если в технических условиях указано напряжение срабатыва-
ния реле, следует соответственно брать

^Асат пип 1>2 ' ^ср. (9-6)

Пример 9.1. Определить минимальное напряжение источ-
ника, от которого будет питаться обмотка реле, если задано: 77ср =
г= 17 в; температура I нагрева реле равна +70оС.

1. Определяем перегрев обмотки реле:

Д/= 70° —20° = 50° С.

2. По формуле (9.4) определяем коэффициент к\
к = 1 + 0,004-50 = 1,2.

3. По формуле (9.6) определяем минимальное значение напря-
жения источника питания:

С/Ю1П> 1,2-1,2-17 ^24,4 в.
Глава X

ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ

§ 1. Назначение

Большинство современных радиотехнических устройств, кро-
ме радиоэлементов (сопротивлений, конденсаторов и др.), содер-
жат и механизмы, которые имеют разнообразное назначение и кон-
струкцию.

Так, например, для того чтобы настроить радиовещательный
приемник на одну из частот диапазона, необходимо, как минимум,
иметь ручку и механизм, который преобразует ее движение во
вращение оси конденсатора переменной емкости.

В практике радиоаппаратостроения часто встречаются случаи,
когда по условиям размещения аппарата оператор оказывается
удаленным от управляемого механизма. В этом случае необходимо
иметь устройство для дистанционного управления. Такие системы
имеют более сложную конструкцию и могут включать в себя, кро-
ме устройств для преобразования параметров движения (редукто-
ров), моторы, сельсины, тахогенераторы и др.

Ниже будут рассмотрены ручки, редукторы, ограничители
движения, отсчетные устройства, моторы постоянного и переменно-
го тока.

§ 2. Ручки

Ручки отливаются из легких сплавов или изготавливаются из
пластмассы. В корпус ручки запрессовывается металлическая
втулка с резьбой для стопорных винтов. Примеры конструктивно-
го выполнения ручек приведены на рис. 10.1. Ручки одеваются на
оси. Примеры отделки осей под ручки приведены на рис. 10. 2.

Для осей (рис. 10.2, а и б) используются ручки с радиально
расположенными крепежными винтами (рис. 10.1, а, б, г). Для осей
с конусным срезом (рис. 10.2, в) используются ручки с осевым рас-
положением крепежных винтов (рис. 10.1, в); в последнем случае
обеспечивается наиболее прочное закрепление ручки на оси.
Для механизмов с плавным вращением наиболее целесообразно
применять ручки круглой формы. Для удобства захвата ручки на
цилиндрической поверхности ее делают рифление или выступы.

Для механизмов с фиксированными положениями и большим
моментом вращения применяют ручки удлиненной формы, напри-
мер, типа «клювик» (см. рис. 10.1, в, г).

Рис. 10.2. Концы осей органов управления

В ряде случаев для установки механизма в нужное положение
с высокой точностью оператор вынужден производить поворот руч-
ки на малые углы (порядка долей градуса). Точность установки
ручки в требуемое положение связана с окружным усилием, кото-
рое нужно приложить к ней: чем больше усилие, тем меньше точ-
ность установки. Величина окружного усилия зависит от момен-
та трения в механизме и диаметра ручки. Диаметр ручки нужно
выбирать так, чтобы величина окружного усилия не превышала
0,5—1 кГ.

§ 3. Механизмы замедления движения

Как показывает опыт, максимально возможная точность уста-
новки ручки управления в требуемое положение Аар =0,5 4- 1,5°.
Между тем в современной аппаратуре (например, в профессиональ-
ных приемниках, имеющих полосу пропускания несколько сотен
герц) роторы конденсаторов переменной емкости и другие анало-
гичные устройства, требуется устанавливать в нужное положение
иногда с точностью Аа0 порядка тысячных долей градуса. Для то-
го чтобы осуществить настройку с такой точностью, необходимо
ввести между осью ручки управления и осью ротора конденсатора
замедляющее устройство; необходимое передаточное отношение

Аар

(ЮЛ)

Величина замедления может получиться большой; при этом
для перемещения управляемого органа от одного крайнего положе-

ния до другого придется затрачи-
вать значительное время. Для уст-
ранения этого недостатка применяют
замедляющие устройства с двойным
передаточным отношением, имеющие
две ручки управления: ручку грубой
и ручку точной настройки. Пример
передачи с двойным передаточным от-
ношением приведен на рис. 10 3.

При проектировании зубчатых и
червячных передач следует учиты-
вать, что сравнительно небольшие
нагрузки, встречающиеся в радио-
приборах, позволяют в большинст-
ве случаев применять колеса с мо-
дулем 1; 0,5 и 0,3 мм, что значитель-
но сокращает габариты передачи.

При использовании передаточных
устройств неизбежно появляется
мертвый ход, в результате чего при

Рис. 10.3. Зубчатый замед-
ляющий механизм с двойным
передаточным отношением:

/ —ручка грубой настройки; 2 — руч-
ка точной настройки

вращении ручки в пределах некото-

рого угла управляемый орган остается неподвижным. Мертвый
ход значительно затрудняет управление аппаратом, а в пе-
редачах, связывающих управляемый орган с отсчетным устройст-

вом, недопустим.

В зубчатых и червячных передачах мертвый ход есть следст-
вие бокового зазора в зацеплении, который появляется за счет
погрешностей диаметров колес, погрешностей межцентрового рас-
стояния и ряда других причин. Для устранения мертвого хода в
зубчатых и червячных передачах применяют зубчатое зацепление
со сдвоенными колесами, показанное на рис. 10.4.

В радиоаппаратуре, кроме зубчатых и червячных, применяются
замедляющие устройства фрикционного типа, с гибкой нитью

Рис. 10.4. Зубчатое зацепление со
сдвоенными колесами:

/ — зубчатое колесо; 2а и 26 — сдвоенные
колеса; 3 — пружина

Рис. 10.5. Фрикционное замедляю-
щее устройство с шариками:

/ — корпус; 2 — ось грубой настройки; 3 —
ось точной настройки; 4 — прижимной кол-
пачок; 5 — пружина; 6 — шарики

и др. Пример фрикционного устройства с шариками приведен на
рис. 10.5. При вращении вала 2 движение передается непосредст-
венно управляемому органу (грубая настройка); при вращении
вала 3, вращение передается шарикам, которые обкатываются по
внутренней поверхности корпуса и увлекают за собой вал 2 (точная
настройка).

§ 4. Ограничители

Многие управляемые механизмы, применяемые в радиоприбо-
рах, имеют ограниченное вращение; например, у ряда конденсато-
ров переменной емкости поворот ограничен углом 180°. При этом
появляется опасность того, что после прихода управляемого ме-
ханизма в крайнее положение, оператор будет вращать ручку и
повредит механизм. Эта опасность усугубляется тем, что момент
на выходе замедляющего механизма больше момента, приложен-
кого к ручке в — раз. Если, например, механизм обеспечивает замед-
I

ление 100 раз а оператор прикладывает к ручке момент

УИВХ = 1 кГсм, то момент на выходе Л4ВЫ_ = Мв, = 100 кГсм.
ил ' г ишл ол

Рис. 10.6. Ограничитель винтового типа:

/- корпус; 2 — вал с резьбой; 5 — ползун; 4 — шпилька; 5 — вра-
щающийся штифт; 6 — направляющая шпилька

Чтобы защитить управляемые ме-
ханизмы от возможных повреждений,
применяют ограничители движе-
ния.

На рис. 10.6 показан ограничи-
тель винтового типа. При вращении
вала с резьбой, ползун 3 со шпиль-
кой 4 совершает поступательное дви-
жение (ползун не может вращаться
вместе с валом из-за наличия направ-

Рис. 10.7. Ограничитель
зубчато-кулачкового типа

ляющей шпильки б). Вращение вала
в ту и другую сторону может про-
исходить до тех пор, пока один из

штифтов не упрется в шпильку.
На рис. 10.7 показан зубчато-кулачковый ограничитель. Вра-
щение колес 3 и 4 ограничивается упором кулачка 2 в кулачок 1.

§ 5. Отсчетные устройства

Отсчетные устройства предназначены для визуального опреде-
ления величины параметра, который меняется при изменении поло-
жения управляемого механизма. Отсчетное устройство включает в
себя шкалу и указатель. Примером отсчетного устройства может
служить шкала настройки приемника, проградуированная в кило-
герцах, с указателем, кинематически связанным с ротором конден-
сатора переменной емкости.
В радиоаппаратуре применяют отсчетные устройства с непод-
вижной шкалой и подвижным указателем, с вращающейся шкалой
и неподвижным указателем, барабанного типа и др. (см. рис. 10.8).
Шкалы выполняют на металле, оргстекле, бумаге и других мате-
риалах.

Рис. 10.8. Отсчетные устройства:

а) — с вращающимся указателем, б) — с вращающейся шкалой; в) бара-
банного типа

Свойства отсчетного устройства характеризуются величиной
погрешности и удобством снятия отсчета.

Погрешность отсчетного устройства слагается из погрешностей,
вызванных неточностью изготовле-

ния отдельных элементов, и по-
грешностей, возникающих в про-
цессе снятия отсчета по шкале;
к числу первых относятся ошиб-
ки нанесения штрихов на шкале,

Рис. 10.10. Ошибка за счет па-
раллакса:

/ — шкала; 2 — указатель; а — пра-
вильное положение глаза операто-
ра, ^ — неправильное положение
глаза оператора; Дх — ошибка за
счет параллакса

Рис. 10.9. Ошибка за счет
эксцентриситета:

5 — величина эксцентриситета;

△а — величина ошибки

ошибки, возникающие за счет эксцентриситета окружности штри-
хов по отношению к оси указателя (см. рис. 10.9) и др.

К числу погрешностей, возникающих в процессе снятия отсче-
та, относится, например, ошибка' за счет параллакса (см. рис.
10.10); указанная ошибка тем больше, чем больше расстояние у
от плоскости шкалы до указателя.

Чтобы обеспечить удобство снятия отсчета, шкалу нужно рав-
номерно осветить, расстояние между штрихами следует делать не
менее 0,5—1 мм, толщину всех штрихов на шкале и толщину ви-
зирной линии — одинаковыми; при соблюдении этих требований
процесс снятия отсчета будет минимально утомлять оператора, что
в конечном итоге приведет к уменьшению погрешностей при сня-
тии отсчета.

§ 6. Электрические двигатели

Электрические двигатели преобразуют энергию электрического
тока в механическую энергию вращения; они используются в
радиотехнических устройствах как приводы различных механиз-
мов. Электрические двигатели питаются от сети постоянного или

Рис. 10.11. Двухфазный асинхрон-
ный двигатель:

/ — статор; 2—полный короткозамкнутый
ротор

Рис. 10.12. Зависимость
скорости вращения п от
нагрузки М для двух-
фазного асинхронного
двигателя

переменного тока. Наиболее широкое распространение в радиотех-
нических устройствах получили двигатели с мощностью на валу
от долей до десятков ватт, хотя в отдельных случаях применяются
и более мощные двигатели.

Двухфазные асинхронные двигатели переменного тока. Схема
двухфазного асинхронного двигателя показана на рис. 10.11.Дви-
гатель состоит из статора, на котором расположены две обмотки.
Внутри статора может вращаться короткозамкнутый ротор (обыч-
но полый цилиндр). На две обмотки статора подаются напряже-
ния, сдвинутые по фазе на 90°.
Важнейшим свойством двухфазного асинхронного двигателя
является зависимость направления вращения от фазы напряже-
ния на его обмотках. Если фазу напряжения на одной обмотке из-
менить на 180°, то изменится направление вращения ротора двига-
теля.

Характер зависимости скорости вращения от момента нагруз-
ки при неизменном напряжении питания приведен на рис. 10.12.
Как видно из указанного рисунка, наибольший момент двигатель
может развивать при заторможенном роторе (п = 0). Это значение
момента называется пусковым моментом 7Ипуск.

Если необходимо менять скорость вращения, в большинстве
схем на одну обмотку (обмотку возбуждения) подают постоянное
по величине напряжение, а на другую (управляющую) — регули-
руемое по величине.

Двухфазные асинхронные двигатели находят широкое приме-
нение в различных схемах управления и в первую очередь — в сле-
дящих системах. К числу достоинств указанных двигателей можно
отнести:

а) отсутствие трущихся электрических контактов, благодаря
чему двигатели не создают электрических помех и имеют большой
срок службы;

б) возможность регулирования скорости и направления враще-
ния за счет изменения величины и полярности управляющего на-
пряжения;

в) малый момент инерции ротора.

Недостатком двухфазного асинхронного двигателя является
низкий к. п. д. Двухфазные двигатели выпускаются для питания
от источников напряжения с различной частотой (например, 50 гц,
400 гц, 500 гц).

Выбор двигателя необходимо производить так, чтобы мощность,
которую он развивает при заданных значениях питающих напря-
жений, была равна или больше мощности Рн, которая необходима
для того чтобы вращать нагрузку. Предварительно она может
быть вычислена по формуле:

Рн=* 1,03- 1О5.Л/н.пнг (10.2)

где
Рн — мощность, необходимая для вращения нагрузки, вит,
Мн — динамический момент трения в нагрузке, Г см\
пп — число оборотов вала нагрузки, об/мин.

Если двигатель имеет число оборотов вала пд, отличное от за-
данного значения пн, между валом двигателя и нагрузкой устанав-
ливают редуктор. После расчета редуктора необходимо оконча-
тельно проверить правильность выбора двигателя, вычислив уточ-
ненное значение Р/ по формуле:

Рн' = 1,03.105-&.Л4н-пи,

(10.3)-
где

к — к. п. д. редуктора; остальные обозначения — такие же, как
в формуле (10.2).

Следует иметь в виду, что статический момент трения механиз-
мов, особенно работающих при пониженной температуре, может
быть значительно больше, чем динамический. Поэтому обязательно
нужно проверять, выполняется ли соотношение:

^пуск

Xх М н.ст»

(10.4)

где

Л4пуск — пусковой момент двигателя, Гем;

МНеСт — статический момент трения нагрузки в наихудших клима-
тических условиях, пересчитанный к валу двигателя.

Рис. 10.13. Схемы двигателей постоянного
тока:

а) — с параллельным возбуждением; б) — с после-
довательным возбуждением

Двигатели постоянного тока. В электродвигателе постоянного
тока вращающий момент создается за счет взаимодействия тока,
протекающего по обмотке ротора, с магнитным потоком статора.
Последний может создаваться или обмоткой, по которой протекает
постоянный ток, или постоянным магнитом. Как известно, обмотка
ротора двигателя постоянного тока состоит из нескольких само-
стоятельных частей, выводы от которых подведены к пластинам
коллектора. Питание ротора производится через щетки, соприка-
сающиеся с пластинами коллектора. Наличие трущихся щеток,
через которые ток поочередно подводится к частям обмотки ротора,
является принципиальным недостатком двигателя постоянного то-
ка. При работе такого двигателя возникает искрение и радиопоме-
хи. Кроме того, износ щеток и коллектора ограничивает срок служ-
бы двигателя и снижает его надежность.

Достоинствами двигателя постоянного тока являются большой
пусковой момент и малый вес и габариты по сравнению с рассмот-
ренными выше асинхронными двигателями.

Двигатели, у которых магнитный поток статора создается за
счет протекания тока через обмотку, по схеме включения можно
разделить на две группы (см. рис. 10.13):
а) двигатели с параллельным возбуждением, у которых обмот-
ка статора может питаться независимо от обмотки ротора;

б) двигатели с последовательным возбуждением, у которых об-
мотка статора включается последовательно с обмоткой ротора.

Существенным параметром двигателя постоянного тока, как и
любого другого, является величина пускового момента. Двигатели
с последовательным возбуждением при прочих равных условиях
имеют пусковой момент больше, чем двигатели с параллельным
возбуждением. Поэтому их целесообразно применять там, где тре-
буется вращать большую нагрузку. Однако у двигателя с последо-
вательным возбуждением менее «жесткая» характеристика: при не-
значительном изменении момента нагрузки скорость вращения
такого двигателя меняется в более широких пределах, чем у дви-
гателя с параллельным возбуждением. Поэтому двигатели с после-
довательным возбуждением целесообразно применять в тех устрой-
ствах, где постоянство скорости не имеет существенного значения.

Широкое распространение получают двигатели, у которых маг-
нитный поток статора создается за счет постоянного магнита; они
имеют небольшой вес и высокий к. п. д. Основной недостаток этих
двигателей — возможность размагничивания постоянного магни-
та в процессе работы.

При определении необходимой мощности и пускового момента
двигателя постоянного тока следует пользоваться формулами
(10.2, 10.3, 10.4).
Г лава XI

КОМПОНОВКА РАДИОАППАРАТУРЫ

§ 1. Установочные, соединительные
и вспомогательные детали и узлы

Шасси. Для того чтобы закрепить контура, трансформаторы,
конденсаторы, лампы, сопротивления и другие радиоэлементы, не-
обходимо иметь основание, которое называют шасси.

Шасси должно быть сконструировано так, чтобы обеспечить
прочность закрепления всех деталей, устойчивость их взаимного
расположения, а также удобный доступ к деталям и узлам в про-
цессе сборки и ремонта. В зависимости от технологии изготовления
шасси можно разделить на сборные из штампованных деталей и
литые.

Часто шасси имеет форму коробки, перевернутую вверх дном.
У аппаратов, устанавливаемых на кораблях, самолетах и других
подобных объектах, передняя панель крепится жестко к шасси,
как это показано на рис. 11.1, а. Шасси радиовещательной аппара-
туры не имеет передней панели.

Сборные шасси обычно изготавливают из стальных или алюми-
ниевых листов, толщиной 1,0—2,5 мм. Применение алюминия

Рис. 11. 1. Шасси:

а) — шасси с передней панелью из штампованных деталей; б) — шасси с передней па-
нелью и боковыми стенками из штампованных деталей; в) — литое шасси; / — передняя
панель; 2 — основание; 3 — боковые стенки
оправдано в тех аппаратах, где первостепенное значение имеет
снижение веса. Алюминий по механическим характеристикам зна-
чительно уступает стали. Однако, устанавливая в необходимых
местах ребра жесткости или делая выдавки, можно сконструиро-
вать алюминиевое шасси с достаточной механической прочностью
и жесткостью, по весу значительно более легкое, чем стальное.
Соединение отдельных деталей, из которых состоит шасси, произ-
водится точечной сваркой или клепкой.

Стальные шасси необходимо защищать от коррозии гальвани-
ческими покрытиями: обычно применяют цинкование или кадми-
рование. Кадмий обеспечивает лучшую защиту стали от коррозии,
особенно в морских условиях, лучше паяется, но он дефицитен.
Следует избегать применения цинкования с пассивированием там,
где требуется иметь хороший контакт установленных узлов с шас-
си, так как пассивная пленка обладает плохой электропроводно-
стью, в результате чего ухудшается «заземление» тех узлов, ко-
торые монтируются на шасси (например, экранов). Если необходи-
мо производить пайку к алюминиевому шасси, то его нужно под-
вергать серебрению. В тех случаях, когда изображенное на рис.
11.1, а шасси не может обеспечить требуемую жесткость, в кон-
струкцию вводят боковые стенки, как показано на рис. 11.1, б.
Для уменьшения веса в боковых стенках делают отверстия.

Литые шасси по сравнению со сборными обладают большей
жесткостью за счет монолитности конструкции. Пример литого
шасси приведен на рис. 11.1, в.

Ламповые панели, ламподержатели; крепление полупроводни-
ковых приборов. В современной радиоаппаратуре применяется
большое количество электронных ламп, которые относятся к кате-
гории приборов с ограниченным сроком службы: средний срок
службы для большинства типов составляет 500 час. При эксплуата-
ции аппаратуры лампы приходится заменять значительно чаще,
чем другие узлы и приборы. Поэтому закреплять лампы в радиоап-
паратуре необходимо так, чтобы в случае выхода из строя можно
было легко заменить их новыми. Чтобы выполнить указанное
требование, большинство типов ламп снабжают жесткими штырь-
ками, соединенными с электродами, а на шасси аппарата монти-
руют специальные устройства — ламповые панели.

Каждая ламповая панель состоит из корпуса, выполненного
из изоляционного материала, в котором закреплены гнезда по
числу штырьков на корпусе лампы. Разновидности гнезд, наибо-
лее часто применяемые в ламповых панелях, показаны на рис.
11.2. Гнезда изготавливают из бронзы и покрывают слоем серебра
для уменьшения переходного сопротивления.

В зависимости от конструкции цоколя лампы панели можно
разделить на октальные (восьмиштырьковые), семиштырьковые,
девятиштырьковые и специальные; в зависимости от материала, из
которого изготовлен корпус панели,,— на пластмассовые и керами-
ческие. Каждая панель, кроме электрического присоединения
электродов лампы к схеме аппарата, должна обеспечить ее меха-
ническое закрепление. Во всех панелях крепление осуществляется
за счет сил трения между штырьками цоколя лампы и гнездами;
однако, если при эксплуатации действуют большие вибрационные
и ударные перегрузки, такой способ не может обеспечить надежно-
го закрепления. В этих случаях применяют специальные держате-
ли, которые входят в состав конструкции панели или являются
самостоятельными деталями, применяемыми по мере необходимо-
сти. При использовании ламп, не имеющих собственного экрана,

лей:

а) — гнездо типа «лира»; б)—вариант хвостовика
для выполнения монтажа сваркой; в) — трубчатое гнездо

ными рядом элементами схемы и лампой. Поэтому некоторые ти-
пы панелей снабжают экранами.

Свойства каждой панели и область ее применения характери-
зуются определенными параметрами. Эти параметры следующие:

а) климатические и механические условия, при которых допу-
скается эксплуатация панели (диапазон рабочих температур, от-
носительная влажность воздуха, атмосферное давление, вибраци-
онные и ударные перегрузки);

б) максимально допустимая величина рабочего напряжения
между гнездами панели;

в) переходное сопротивление между штырьком лампы и гнездом
панели;

г) емкость и величина сопротивления изоляции между сосед-
ними гнездами;

д) усилие, необходимое для извлечения лампы из панели (при
снятом держателе, если он входит в состав панели);

е) допустимое число вставлений и извлечений лампы из панели.
Критерием годности ламповой панели после определенного
числа вставлений и извлечений лампы является величина переход-
ного сопротивления между штырьком и гнездом, которая не долж-
на превышать определенной, заранее установленной величины

Разметка для крепления

Рис.11. 3. Октальные ламповые панели:

а) ~ типа ПЛ-1; б) — типа ПЛ-2; в) — типа ПЛ-3; / — корпус панели с гнездами; 2 — пру-
жинное кольцо; 3 — шасси; 4 — корпус панели с гнездами; 5 — накидной фланец

(обычно порядка единиц миллиом). Это в равной степени относится
ко всем электрическим соединениям, имеющим непаянный контакт.

Ниже будут рассмотрены панели, получившие наиболее широ-
кое распространение в современной радиоаппаратуре.

Разновидности конструктивного оформления октальных пане-
лей показаны на рис. 11.3.
Панель ПЛ-1 крепится к шасси при помощи пружинного коль-
ца; выступы, которые делаются в шасси, входят в соответствующие
пазы на панели и предохраняют ее от проворачивания.

Панель ПЛ-2 крепится к шасси накидным фланцем при помощи
двух винтов с гайками. Панель может быть расположена сверху
шасси; в этом случае фланец располагается также сверху. Панели
указанных типов изготавливаются из керамики и пластмассы; в
первом случае они обозначаются ПЛ-1к и ПЛ-2к, во втором —
ПЛ-1п и ПЛ-2п.

Рис. 11.4. Ламподержатели для ламп с октальным цоколем:
а) — крепление за баллон лампы; б) — крепление за цоколь лампы

В панелях типа ПЛ применены гнезда, показанные на рис.
11.2, а.

В широковещательной аппаратуре иногда применяют панель
типа ПЛ-3, показанную на рис. 11.3, в. Эта панель крепится пу-
тем деформации отверстия в шасси (смотри пунктирную линию на
рис. 11.3, в), благодаря чему материал шасси заходит в паз пане-
ли и удерживает ее. Преимущество панели ПЛ-3 перед рассмотрен-
ными выше — отсутствие деталей для крепления (пружин, накид-
ных фланцев, винтов и т. д.), недостаток — трудность смены па-
нели при ремонте аппаратуры. Поэтому панель ПЛ-3 целесообраз-
но применять в дешевой широковещательной аппаратуре.

В тех случаях, когда необходимо закрепить лампу в панели
дополнительно, применяют ламподержатели, примеры выполнения
которых показаны на рис. 11.4.

На рис. 11.5 показаны панели для пальчиковых семиштырько-
вых ламп. Панель типа ПЛК7-Ф не имеет ни держателя для лам-
пы, ни экрана. Панель типа ПЛК7-Д снабжена пружинным держа-
телем; для того чтобы вставить лампу, пружину 1 необходимо
отогнуть в направлении, показанном стрелкой, после чего она дол-
жна быть одета на лампу. Панель типа ПЛК7-Э имеет экран и дер-
жатель. Экран 2 закрепляется на фланце панели при помощи зам-

Рис. 11.5. Панели для пальчиковых ламп:

а) — тина ПЛК7-Ф; б) — типа ПЛК7-Д; в) — типа ПЛК7-Э

ка байонетного типа, а пружина 3 удерживает лампу в панели.
Так как пружина 3 закреплена на экране, то она стремится при-
поднять его вверх и тем самым предохраняет байонетный замок от
самопроизвольного открывания. Выпускаемые промышленностью
пальчиковые лампы имеют различную высоту, поэтому различную
высоту имеют держатели и экраны панелей. Аналогичную конструк-
цию имеют панели для девятиштырьковых ламп (ПЛК9-Ф, ПЛК9-Д,
ПЛК9-Э). Они отличаются от рассмотренных выше только габарит-
ными размерами и числом гнезд. Необходимо отметить, что экран,
показанный на рис. 11.5, а, ухудшает условия охлаждения лампы,
несмотря на то, что в нем имеются отверстия для циркуляции воз-
духа. Поэтому экранированные панели следует применять только
тогда, когда это необходимо, если есть опасность паразитных свя-
зей.

Кроме перечисленных, промышленность выпускает большое чис
ло специальных панелей для ламп с другим количеством штырь

ков; часть этих панелей
сходна по конструктивному
оформлению с описанными
выше. На рис. 11.6 приведен
пример встречающегося кон-
структивного выполнения спе
циальной панели.

Лампы сверхминиатюрной
серии имеют выводы из мяг-
кой проволоки и включаются
в схему аппарата без пане-
лей, при помощи пайки. От-
каз от применения панелей
для этих ламп вызван стрем-
лением всемерно сократить
габариты. Лампы сверхми-
ниатюрной серии закрепляют
при помощи упругих метал-
лических скоб, показанных
на рис. 11.7. Для улучше-

Рис. 11.6. Панель для четырехштырь-
ковой лампы

ния механического закрепления лампу перед установкой можно
смазывать клеем, например, типа БФ-4.

Рис. 11.7. Крепление ламп сверхминиа-
тюрной серии:

1 — лампа; 2 — держатель; 3 — колодка с кон-
тактами

Лампы сверхминиатюрной серии при работе могут сильно на-
греваться, так как имеют малую поверхность теплоотдачи. Для
улучшения теплоотдачи нужно обеспечить плотное соприкоснове-
ние крепежной скобы с металлическим шасси. Кроме того, не сле-
дует располагать эти лампы в таких местах, где затруднена естест-
венная циркуляция воздуха внутри блока. Скоба выполняет фун-
кции не только держателя, но и экрана.

Выводы сверхминиатюрных ламп обрезают до нужной длины и
припаивают к колодке с контактами, как это показано на рис. 11.7,
или же непосредственно в отверстия печатной платы (подробнее
см. гл. XII).

Рис. 11.8. Крепление маломощных полупровод-
никовых триодов

При выборе метода крепления маломощных полупроводнико-
вых приборов типа П13 4- П15 и аналогичных необходимо учитывать
следующее:

1. При эксплуатации должна быть исключена возможность
перемещения корпуса триода относительно выводов. В противном
случае в стеклянных изоляторах, через которые проходят выводы,
могут появиться трещины, что приведет к разгерметизации корпу-
са триода и выходу его из строя. Поэтому в аппаратуре, которая У
эксплуатируется при воздействии вибрации и ударов, корпус при-
бора приклеивают к основанию при помощи клея БФ-4, как, на-
пример, показано на рис. 11.8.

2. Крепление корпуса следует производить на изоляционном
основании, если по схеме базовый вывод триода не соединен с шас-
си аппарата. В противном случае базовый вывод, соединенный
с корпусом триода, замкнет на шасси.

3. Длина вывода между корпусом и местом пайки должна быть
не менее величины, указанной в технических условиях на прибор.
При несоблюдении этого требования при пайке может произойти
перегрев перехода, что приведет к выходу триода из строя.

При закреплении триодов средней и большой мощности (типа
П4, П201 4- П203 и др.) необходимо обеспечить хорошую передачу
тепла от корпуса триода к шасси, так как выделяющаяся в триоде
тепловая энергия может нагреть переход до температуры выше
допустимой. Для этого лучше всего установить триод непосредст-

11.10. Крепление мощного

Рис.

Рис. 11.9. Крепление триодана радиаторе:
1 — радиатор; 2 — триод

венно на массивном металличес-
ком шасси; в тех случаях, когда
базовый вывод триода, соединен-
ный с корпусом прибора, должен
быть изолирован, между корпусом
и шасси устанавливают проклад-
ку из слюды. В непосредственной
близости от триода на шасси не

полупроводникового диода:

1 — диод; 2 — изоляционная шайба из
слюды; 3 ~ центрирующая изоляционная
втулка; 4 — контактный лепесток

должны располагаться другие источники тепла, так как это будет
дополнительно нагревать корпус триода. В технических условиях
на полупроводниковые триоды приводится зависимость предельно
допустимой температуры корпуса прибора от выделяемой в нем
мощности. Величина этой температуры является критерием пра-
вильности размещения триода. В отдельных случаях, когда темпе-
ратура корпуса превышает допустимое значение, триод устанавли-
вают на радиаторе, имеющем ребра, что улучшает отдачу тепла от
триода в окружающее пространство. Пример такой конструкции
приведен на рис. 11.9.

Все сказанное в равной мере относится к закреплению и разме-
щению мощных полупроводниковых диодов типа Д202 Д205,

Д214 4-Д215 и аналогичных (пример крепления приведен на рис.
11.10). Маломощные диоды (Д2, Д9 и др.) крепятся пайкой за вы-
воды.

Кабели и разъемы. Многие радиотехнические системы состоят
из отдельных блоков, которые должны соединяться между собой
кабелями. Кроме того, кабели необходимы для подключения ап-
паратуры к источникам питания, антенным устройствам и другим
системам. Присоединение кабелей к аппаратуре производится при
помощи кабельных разъемов. В ряде случаев аппаратура выпол-
няется в виде отдельных блоков, закрепленных на общем шасси.
Для того чтобы обеспечить быструю замену блоков при ремонте,
их электрическое соединение производится при помощи специаль-
ных, междублочных разъемов. Разъемы должны позволять быстро,
без применения специального инструмента, производить электри-
ческие присоединения и разъединения кабелей и блоков. При

Рис. 11.,11. Контакты разъемов:

а) — с цилиндрическим штырем; б) — с плоским штырем

этом должна исключаться возможность неправильного соединения
между собой электрических цепей, подведенных к частям разъема.
В зависимости от частоты протекающего тока, разъемы делятся на
низкочастотные и высокочастотные.

Контактные элементы являются наиболее ответственными час-
тями разъема, так как от их конструкции и выполнения в наиболь-
шей мере зависит надежность электрического соединения цепей.
Примеры конструктивного выполнения контактных элементов по-
казаны на рис. 11.11. Каждая контактная пара должна включать
в себя пружинящий элемент, за счет деформации которого создает-
ся контактное давление, необходимое для получения малого пере-
ходного сопротивления. В конструкции, показанной на рис. 11.11, а,
таким пружинящим элементом является разрезанное и сжатое
гнездо 2, которое разжимается при вдвигании в него цилиндриче-
ского штыря /. В конструкции, показанной на рис. 11.11, б, кон-
тактное давление обеспечивается за счет деформации пружины 4,
когда в нее входит плоский штырь 5.

Деформируемые контактные детали выполняют из материалов,
сочетающих хорошую электропроводность с пружинящими свой-
ствами. Наиболее часто для их изготовления применяют различ-
264
ные марки бронзы. Для уменьшения переходного сопротивления
штыри и гнезда серебрят или золотят. Золочение применяется
для ответственной аппаратуры, работающей в сложных климати-
ческих условиях, особенно, если во время эксплуатации контак-
ты длительное время находятся в замкнутом состоянии. При та-
ких условиях на серебре могут образоваться пленки окислов за
счет действия сероводорода, что может привести к нарушению
электрического контакта, если напряжение в электрической цепи
мало.

Свойства низкочастотных разъемов характеризуются опреде-
ленными параметрами. Эти параметры следующие:

а) климатические и механические условия, при которых до-
пускается эксплуатация разъемов (диапазон рабочих температур,

Рис. 11.12. Разъем типа ШР

атмосферное давление, относительная влажность воздуха, вибра-
ционные и ударные перегрузки);

б) число контактных пар, максимальное и минимальное зна-
чения тока, который может протекать через них, а также мини-
мальное напряжение между разомкнутыми контактами;

в) максимально допустимая величина рабочего напряжения
между соседними контактными парами, а также между контактны-
ми парами и корпусом разъема;

г) величина переходного сопротивления между штырьками и
гнездами каждой контактной пары;

д) .величина сопротивления изоляции между соседними штырь-
ками и гнездами;

е) допустимое число сочленений двух половин разъема.

Промышленность выпускает большое количество разъемов раз-
личных типов. В каждом конкретном случае разъем следует выби-
рать так, чтобы требования, предъявляемые к разъему, исходя из
конструкции и схемы аппарата, а также условия эксплуатации со-
ответствовали характеристикам, указанным в технических усло-
виях на разъем.

В качестве примера рассмотрим конструкцию широко применя-
емого разъема типа ШР (см. рис. 11.12), предназначенного для при-
соединения кабелей. Колодка а состоит из металлического корпу-
са 1 с резьбой и фланцем, в котором закреплены пластмассовый
вкладыш 2 с гнездами 3. Во вставке б имеется аналогичный вкла-
дыш 5 со штырьками 6. Колодка а закрепляется на стенке аппара-
та при помощи четырех винтов, которые вставляются в четыре от-
верстия фланца; к штырькам вставки припаиваются провода кабе-
ля. При сочленении вставки с колодкой штырьки входят в гнез-
да, а накидную гайку 7 навинчивают на резьбу корпуса колодки,
что обеспечивает надежное механическое соединение двух поло-
вин разъема. На корпусе колодки имеется паз 9, а на корпусе встав-

Рис. 11.13. Закрепление провода в хвостовике штыря
или гнезда:

/ —хвостовик штыря или гнезда; 2 — жила провода; 3— изоляция
провода, 4 — изоляционная трубка

ки — выступ 5, что обеспечивает возможность соединения колодки
и вставки только при одном, вполне определенном взаимном рас-
положении штырьков и гнезд. На конце корпуса 4 имеется хомут
10, который притягивается двумя винтами. Этот хомут закрепляет
кабель и разгружает место пайки проводников к штырькам от ме-
ханических нагрузок. Метод присоединения провода к хвостови-
ку штырька или гнезда показан на рис. 11.13.

В подобных разъемах обычно применяется «плавающее» закреп-
ление штырьков или гнезд: они имеют возможность совершать не-
большие радиальные перемещения во вкладышах 2 и 5; это необ-
ходимо для того, чтобы обеспечить возможность соединения штырь-
ков и гнезд при наличии их некоторого несовпадения из-за допу-
стимых отклонений размеров деталей.

Если необходимо при помощи таких разъемов соединять два
кабеля, на корпус колодки 1 одевают металлический кожух (на
рис. 11.12 не показан), который закрывает оголенные части гнезд
и закрепляет кабель. Разъемы типа ШР могут применяться для
соединения неэкранированных и экранированных кабелей. В по-
следнем случае на корпусе вместо хомута делается резьба с гайкой.
Метод крепления экранирующей оболочки кабеля показан на рис.
11.14. Рассматриваемые разъемы могут иметь в колодке гнезда, а
во вставке штыри и наоборот. Обычно гнезда применяют в той ча-
сти разъема, которая после разъединения продолжает оставаться
под напряжением, так как утопленные во вкладышах гнезда не
могут случайно замкнуть о какие-либо посторонние предметы. Кор-
пус колодки и вставки может быть прямой (как показано на рис.
11.12) и угловой. Применение того или иного корпуса определяется
удобством монтажа. Разъемы типа ШР выпускаются с числом кон-
тактных пар от 1 до 45. Штыри могут иметь диаметр 1,5; 2,5; 3,5 мм
и рассчитаны на пропускание тока до 50 а. В малогабаритной ап-
паратуре находят применение разъемы типа 2РМ. Эти разъемы

Рис. 11.14. Крепление экранирующей
оболочки кабеля к разъему типа ШР:

Рис. 11.15. Кабель в ре-
зиновой оболочке

/ — корпус разъема; 2 — гайка; 3 —- оболочка;
4 и 5 — втулки

отличаются от ШР в основном меньшими габаритами и конструк-
цией корпуса.

Колодки разъемов ШР и 2РМ могут быть герметичными. В гер-
метичных разъемах 2РМ гнезда закреплены в стеклянном изолято-
ре, который вварен в корпус. В герметичных разъемах ШР имеется
вставка из пластмассы с запрессованными гнездами, которая уп-
лотнена в корпусе при помощи резиновой прокладки.

Кабели для низкочастотных разъемов, предназначенные для
неподвижного монтажа (внутри фюзеляжа самолета, кузова авто-
мобиля и т. д.), изготовляют из изолированных многожильных
проводов, сплетенных в жгут. Широкое применение для изготов-
ления кабелей получил провод БПВЛ, изоляция которого состоит
из слоя полихлорвинилового пластиката и пропитанной в лаке
хлопчатобумажной оплетки. Для эксплуатации на открытом воз-
духе или при непосредственном воздействии осадков применяют
специальные многожильные кабели, в которых, кроме индивиду-
альной изоляции отдельных жил, имеется общая изоляция, выпол-
ненная, например, из резины. Пример такого кабеля показан на
рис. 11.15. Если блоки, соединяемые кабелем, при эксплуатации
будут иметь взаимные перемещения, следует обращать внимание
Рис. 11.16. Меж-
дублочный разъем:
а) — колодка; б) —
вставка; */ — штырь;
2 — корпус колодки;
3 — гнездо; 4 — кор-
пус вставки

на механическую прочность кабеля; наиболее часто поломка жилы
кабеля происходит в месте его выхода из разъема, так как в этом
месте возможны резкие перегибы кабеля. Для устранения этого
недостатка конец кабеля усиливают, например, опрессовкой в ре-
зину.

По конструкции междублочные разъемы имеют много общего с
кабельными и отличаются от них отсутствием металлического кор-
пуса, ' так как пластмассовые вкладыши со
штырями и гнездами крепятся непосредственно
к соответствующим узлам аппаратуры. Про-
мышленность выпускает большое количество
междублочных разъемов с числом контактных
пар от 3 до 60. Пример конструктивного вы-
полнения прямоугольного междублочного разъ-
ема приведен на рис. 11.16.

Высокочастотные разъемы предназначены для
присоединения коаксиальных кабелей, по кото-
рым передается энергия высокой частоты. У
коаксиального кабеля имеется два проводни-
ка — центральная жила и наружная медная
оплетка. Для присоединения такого кабеля
разъем должен иметь две контактные пары,
также расположенные коаксиально. Пример
выполнения высокочастотного разъема показан
на рис. 11.17. Для соединения центральной жи-
лы используется контактная пара, аналогичная
показанной на рис. 11.11, а. Наружная оплет-
ка кабеля присоединяется к корпусу вставки
разъема, который соединяется электрически с

корпусом колодки. Ввиду того, что корпус в высокочастотном
разъеме является токопроводящей деталью, его изготавливают из
латуни и серебрят. Диэлектрик, удерживающий гнездо и штырь в
колодке и вставке, должен иметь малые потери в диапазоне СВЧ.
Обычно используют полистирол (при температуре окружающей сре-
ды до 70—80°С) или фторопласт (при более'высокой температуре).
Две половины разъема механически соединяются между собой при
помощи накидной гайки (байонетного типа,, как показано на рис.
11.17, или с резьбой).

Для того чтобы разъем не создавал отражений в высокочастот-
ном тракте, его волновое сопротивление должно быть равно волно-
вому сопротивлению кабеля. Выше (гл. VII) было показано, что
волновое сопротивление разъема, как и любой концентрической
линии, зависит от наружного диаметра штыря, внутреннего диамет-
ра корпуса и диэлектрической проницаемости изолятора. Поэтому
размеры деталей разъема не могут выбираться произвольно, а
должны быть взаимно увязаны.

Корпус вставки разъема может быть прямой, как показано на
рис. 11.17, или угловой. Выбор того или иного корпуса опреде-
ляется удобством монтажа.

Колодки высокочастотных разъемов при необходимости выпол-
няются герметичными; в этом случае изоляционная шайба, удер-'
живающая штырь, изготавливается из стекла, которое вваривает-
ся в корпус разъема.

Рис. 11. 17. Высокочастотный разъем:

а) — колодка; б) — вставка; 1 — корпус колодки; 2 — корпус вставки; 3 — накидная
гайка с байонетным пазом; 4 — изолятор колодки; 5 — изолятор вставки

Крепление деталей. Большинство деталей и узлов радиоаппара-
туры, за исключением мелких сопротивлений, конденсаторов, ди-
одов и т. д., при монтаже аппаратуры не может крепиться пайкой
за собственные выводы из-за опасности поломки или разгермети-
зации корпуса при воздействии вибрации и ударов. Такие детали
и узлы должны крепиться за корпус.

Применяемые при этом методы крепления можно разделить на
две группы: разъемные и неразъемные. Разъемное крепление осу-
ществляется при помощи винтов и гаек. Если доступ к гайке при
монтаже затруднен, то в корпусе детали делают резьбу или в шас-
си развальцовывают втулку, как показано на рис. 11.18. Для уст-
ранения самопроизвольного вывинчивания винта при вибрации
резьбу контрят при помощи специальных шайб или же выступаю-
щий конец резьбы закрашивают краской.

Неразъемное соединение осуществляется путем развальцовки
пустотелых или полупустотелых заклепок или же путем отгибки
части конструкции закрепляемой детали, как показано на рис.
11.19. Такой метод снижает стоимость аппаратуры, так как исклю-
чаются винты и гайки; одновременно снижается трудоемкость сбо-
рочных работ. При неразъемных соединениях затруднен демонтаж
деталей при ремонте аппаратуры: заклепки необходимо высверли-
вать, а отгибаемые лапки, показанные на рис. 11.19, при повтор-
ной отгибке часто ломаются. Кроме того, отгибка не может обеспе-

чить прочное закрепление деталей и узлов, необходимое для аппа-
ратуры, устанавливаемой на транспортных средствах (самолетах,
вертолетах, кораблях и т. д.). Поэтому такой спосо бприменяют в
бытовой широковещательной аппаратуре.

При выборе метода крепления и размеров крепежных деталей

необходимо учитывать, что силы, действующие на элементы креп-
ления при воздействии вибрации, ударов и линейных ускорений,
могут быть во много раз больше веса закрепляемого тела. Величи-
на силы, появляющейся за счет действия указанных факторов,
может быть вычислена по формуле (1.3) р______-

гл. I. Входящая в эту формулу величи-
на перегрузки обычно бывает задана кон- >
структору при разработке. Если в тех- Ц] |[Р
ническом задании вибрационные воздейст-

Рис. 11.18. Втулка с резьбой, за-
крепленная методом развальцов-
ки

Рис. 11.19. Крепление
детали методом отгибки

вия заданы в виде частоты и амплитуды вибрации, то величи-
ну перегрузки можно вычислить по формуле (1.4) гл. I.

Расчет прочности крепления можно производить по формулам,
которые приводятся в курсах «Сопротивление материалов» и «Де-
тали машин». Следует учитывать, что при таком расчете будет
получен некоторый излишний запас прочности, так как силы, по-
являющиеся при вибрации и ударах, действуют кратковременно,
а упомянутые выше формулы выведены в предположении длитель-
ного воздействия сил.

Ряд элементов радиоаппаратуры не имеет специальных уст-
ройств для закрепления. Поэтому в радиоаппаратуре приходится
применять скобы, хомутики и другие детали для закрепления ра-
диоэлементов. При использовании таких деталей необходимо иметь
в виду, что корпусы конденсаторов и других радиоэлементов часто
изготавливают из алюминия толщиной 0,3—0,5 мм. Если при зак-
реплении создать большое удельное давление на корпус, то это мо-
жет привести к его деформации и выходу радиоэлемента из строя.

На рис. 11.20 . показаны различные конструкции хомутиков и
скоб, которые служат для закрепления деталей, имеющих цилинд-
270
рический корпус. При использовании скоб, показанных на рис.
11.20, а, а, целесообразно между корпусом и основанием устанав-
ливать прокладку из резины. При этом увеличивается сила сцеп-

Рис. 11.20. Детали для закрепления цилиндрических радиоэлементов:

1 — скоба; 2 — прокладка из резины; 3 — радиоэлемент; 4 — пружинящая скоба

ления корпуса с основанием и для прочного закрепления радио-
элемента требуется меньшая затяжка винта. В конструкции, по-
казанной на рис. 11. 20, д, крепление осуществляется за счет пру-
жинящих свойств скобы. Для увеличения прочности закрепления
корпус радиоэлемента перед установкой в скобу можно смазать
клеем. Для закрепления радиоэлементов, имеющих прямоуголь-
ный корпус, можно использовать аналогичные скобы.

Для установки радиоэлементов, которые можно крепить пай-
кой за собственные выводы, часто используют монтажные планки
и опорные стойки. Монтажная планка — это пластина из изоля-
ционного материала с опорами для монтажа в виде лепестков или
точеных колонок (см. рис. 11.21, а, 6), к которым припаиваются

Рис. 11.21. Монтажные, планки и
опорные стойки:

а) — монтажная планка со штампованными
контактами; б) — точеный контакт для план-
ки; в) — опорные стойки

выводы сопротивлений, конден-
саторов, полупроводниковых
диодов, триодов и других эле-
ментов. Штампованные лепестки
проще в изготовлении, чем то-
ченые колонки, однако приме-
нение колонок позволяет нес-
колько сократить габариты мон-
тажной планки. При использо-

вании лепестков монтаж мож-
но выполнять пайкой или свар-
кой; к колонкам детали можно
только припаивать.

Лепестки для монтажа свар-
кой, а также внешний вид сое-

динения после сварки показа-
ны на рис. 11.22. При исполь-
। зовании сварки сокращается

/Жч расход дефицитных припоев.

Однако этот метод нельзя при-
менять для присоединения чув-
ствительных к перегреву элементов (германиевых диодов, триодов
и др.); кроме того, при монтаже сваркой затруднен ремонт ап-
паратуры в случае выхода из строя приваренного элемента. По-
этому сварку применяют при монтаже дешевой широковещатель-

ной аппаратуры.

Применение монтажных планок позволяет упорядочить монтаж
сложного аппарата. Однако установленные на планках радиоэле-
менты оказываются удаленными от других элементов каскада (на-
пример, от электронных ламп) и соединяются с ними иногда длин-
ными проводами. Поэтому монтажные планки применяют для за-
крепления элементов тех каскадов, где паразитные связи не могут
нарушить работу схемы; обычно это относится, в первую очередь,
к каскадам низкой частоты и цепям питания. Элементы высокоча-
стотных каскадов на монтажных планках не монтируют.

Для изготовления монтажных планок используют листовой ге-
тинакс толщиной 2—3 мм. Для улучшения сопротивления изоля-
ции между соседними лепе-
стками изоляционную плас-
тину после механической об-
работки пропитывают в ба-
келитовом лаке с доведением
до стадии С или в лаке
СБ-1С. При этом защищаются
торцовые части пластины, а
также те места, где возникли
поверхностные трещины. Рас-
стояние между двумя рядами
опор монтажа выбирается ис-
ходя из габаритов монтируе-

мых деталей. Расстояние между двумя опорами в ряду определя-
ется, с одной стороны, габаритами деталей, а с другой сторо-
ны — требованиями к сопротивлению изоляции и величиной ис-
пытательного напряжения. Обычно шаг лепестков и колонок де-
лают 12—15 мм. Для монтажа радиоэлементов, которые должны
располагаться в непосредственной близости от каскадов, к кото-
рым они относятся, используют опорные стойки, показанные на
рис. 11.21, в. Такие стойки имеют от двух до шести лепестков,
запрессованных в пластмассу. Для закрепления стоек в них за-
прессовывают втулки с резьбой или делают отверстия.

Монтаж аппаратуры. Для монтажа радиоаппаратуры применя-
ют следующие типы проводов: одножильные неизолированные,
одножильные изолированные, многожильные изолированные, мно-
гожильные изолированные экранированные. Для сокращения тех-
нологического цикла сборки и получения идентичного монтажа на
разных экземплярах аппаратуры рекомендуется изолированные
провода соединять в жгуты. Пример выполнения жгута показан
на рис. 11.23. Провода, по которым текут токи высокой частоты,
обычно не объединяют в жгуты из-за опасности появления пара-
зитных связей; такие провода оставляют вне жгута и прокладывают
кратчайшим путем.

Чтобы при монтаже и ремонте аппаратуры можно было разли-
чить расположенные рядом провода, относящиеся к различным
цепям схемы, применяют провода с цветной изоляцией. Значитель-
но реже на концы проводов закрепляют бирки с номером провод-
ника, так как этот способ требует больших затрат времени.
Электрический монтаж аппарата должен быть выполнен так,
чтобы обеспечивалась возможность доступа ко всем элементам с

Рис. 11.23. Жгут:

/ — провода; 2 — нитки

целью осмотра, проверки и замены их в смонтированном приборе.
Чтобы исключить возможность поломки проводов из-за перемеще-

Рис. 11.24. Крепление жгута; Рис. 11.25. Защита жгута от

I- жгут; 2 -скоба; 3 -прокладка Острых кромок отверстия:

/ — жгут; 2 — втулка из пласти-
ката

ния жгутов при эксплуатации и транспортировке аппаратуры, жгу-
ты закрепляют скобами, показанными на рис. 11.24, или привязы-
вают к кронштейнам перекладинам и другим элементам конструк-
ции нитками или' лентами.
В месте прохода жгута через отверстия в металлических стен-
ках устанавливают втулки из изоляционного материала (см. рис.
11.25), которые предохраняют изоляцию жгута от повреждения.

§ 2. Общие вопросы компоновки

Компоновка радиотехнического изделия — часть процесса кон-
струирования, во время которого определяются конфигурация и
габаритные размеры всего аппарата в целом, а также взаимное
расположение отдельных узлов, деталей и блоков. Компоновка
является ответственным этапом, так как от ее качества в значитель-
ной мере зависят технические, технологические и эксплуатацион-
ные характеристики изделия. При компоновке необходимо удов-
летворять следующим основным требованиям:

а) между отдельными узлами, приборами и блоками должны
отсутствовать паразитные электрические взаимосвязи, влияющие
на технические характеристики изделия; тепловые и механиче-
ские взаимные влияния элементов конструкции не должны ухуд-
шать их технических характеристик;

б) взаимное расположение элементов конструкции должно
обеспечивать технологичность сборки и монтажа, легкий доступ
к деталям для контроля, ремонта и замены;

в) расположение органов управления и отсчетных устройств
на лицевых панелях должно обеспечивать максимальные удобства
для оператора;

г) габариты и вес изделия должны быть минимальными;

д) изделия бытового назначения (радиоприемники, телевизоры
и др.) должны иметь красивый внешний вид.

Удовлетворить одновременно всем перечисленным требованиям
в большинстве случаев не представляется возможным. Поэтому
процесс компоновки, как и всякий процесс конструирования, сво-
дится к нахождению оптимальных решений, при которых основные
требования удовлетворяются в наибольшей мере.

Встречающиеся в практике конструирования радиотехнические
изделия имеют различное назначение и состоят из разного коли-
чества элементов, составляющих схему. Так, например, схема кар-
манного радиовещательного приемника состоит из нескольких де-
сятков элементов, причем вес каждого из них не превышает десят-
ков грамм. При конструировании все эти элементы, включая ан-
тенну и источники питания, стремятся скомпоновать в виде одного
блока, удобного для переноски. Современная радиолокационная
станция может состоять из нескольких десятков тысяч элементов,
имеющих вес от единиц грамм до десятков килограмм. Попытка
создать станцию в виде одного блока приведет к абсурдным резуль-
татам: такая станция будет неудобна при транспортировке и раз-
мещении на объекте, будут затруднены ремонт и эксплуатация.
Поэтому современные сложные радиотехнические устройства обыч-
но выполняют в виде отдельных блоков, соединенных между собой
при помощи кабелей. Вес каждого блока не должен превышать
20—30 кг; при большем весе создаются неудобства при обслужива-
нии изделия.

Рис. 11.26. Аппарат, состоящий из отдельных блоков:

1 — приемник; 2 — блок питания; 3 — пульт управления; 4 — соединитель-
ные кабели

Если по конструктивным соображениям аппарат разбивают на
отдельные блоки, то применяют один из двух способов его разме-
щения на объекте (на корабле, самолете, автомашине, в стационар-
ном помещении и т. д.).

При первом способе каждый блок располагается исходя из
удобства размещения. В этом случае все блоки имеют самостоятель-
ные кожухи и устройства для закрепления и соединяются между
собой кабелями, длина которых зависит от выбранного взаимного
расположения блоков. Пример аппаратуры, предназначенной для
такого типа размещения, показан на рис. 11.26.

При втором способе все или большинство блоков, входящих
в устройство, размещаются в одной или нескольких стойках, от-
куда они могут выниматься по мере необходимости для ремонта,
профилактического осмотра и других целей. В этом случае взаим-
ное расположение блоков определяется конструкцией стойки. При-
мер изделия, сконструированного в виде отдельных блоков, объе-
диненных в общую стойку, показан на рис. 11.27.

Каждая стойка представляет собой металлический шкаф без
передней стенки, в котором на отдельных шасси располагаются
элементы, составляющие схему и конструкцию аппарата. Шасси
имеют самостоятельные направляющие и детали для крепления к
стойке; это позволяет при необходимости вынимать из стойки лю-
бое шасси независимо от других. Подключение элементов, установ-
ленных на каждом шасси, к остальным блокам аппарата обычно
производится при помощи разъемов междублочного типа: одна
половина разъема закрепляется на задней стенке шасси, а другая—
на задней стенке стойки; эти разъемы соединяются между собой
при помощи кабеля, проложенного по задней стенке стойки.

Применение того или иного способа соединения отдельных
блоков, а также их габариты и конфигурация, определяются кон-

кретными условиями, которые сущест-
вуют на объекте, где будет размещать-
ся аппаратура. Так, например, на само-
лете не представляется возможным
разместить всю радиотехническую ап-
паратуру в непосредственной близости
от оператора (пилота, штурмана, ра-
диста); поэтому в самолетной аппара-
туре, как правило, выделяют в виде
самостоятельных те блоки, на которых
сосредоточены органы управления и
индикаторные устройства. Это позволя-
ет расположить все остальные блоки в
фюзеляже, исходя из удобства разме-
щения всей аппаратуры, с учетом спе-
цифической особенности блоков.В боль-
шинстве случаев отдельные блоки не
объединяют в громоздкие стойки, ана-
логичные показанной на рис. 11.27;
каждый блок снабжают самостоятель-

1 — основание стойки; 2, 3, 4, 5,
6 — блоки;

ным устройством для закрепления и

соединяют блоки между собой при помощи кабелей. Такой способ
позволяет наиболее рационально использовать ограниченный объем
фюзеляжа самолета. Блоки стационарной аппаратуры, как прави-
ло, компонуют в виде стоек, габариты и веса которых ограничи-
ваются удобствами транспортировки. Исключения составляют обыч-
но антенные и высокочастотные блоки, размещение которых оп-
ределяется спецификой радиотехнического устройства. Для кора-
бельной аппаратуры применяется как первый, так и второй способ
компоновки блоков исходя из размеров корабля и конкретных усло-
вий.

Как следует из изложенного выше, любой аппарат, независимо
от количества входящих в него элементов, может быть представлен
в виде совокупности блоков.

Компоновка элементов схемы внутри каждого блока мо-
жет производиться исходя из нижеследующих основных принци-
пов:

1. Все детали, узлы и приборы закрепляются на общем шасси;
их электрическое соединение производится проводниками при по-
мощи пайки.
Такой принцип компоновки обладает рядом существенных не-
достатков. Для ремонта аппаратуры необходимо из числа несколь-
ких сотен найти тот элемент схемы, который отказал в работе, и
заменить его, для чего в большинстве случаев требуется произвести
перепайку соединительных проводов.

Ремонт аппаратуры может быть выполнен обслуживающим пер-
соналом, имеющим высокую квалификацию, и к тому же в спе-
циально оборудованных ремонтных мастерских.

Кроме того, технологический цикл сборки такого аппарата
получается длительным, так как в процессе сборки все элементы
должны последовательно устанавливаться на шасси.

2. Блок разбивается на отдельные подблоки по функциональ-
ным признакам (например, усилитель высокой частоты, усилитель
рассогласования системы автоматического управления и т. д.).
Каждый подблок имеет самостоятельное шасси, на котором детали,
узлы и приборы соединяются проводами при помощи пайки. За-
крепление подблоков на общем шасси производится так, чтобы уста-
новку и демонтаж каждого подблока можно было произвести быст-
ро при помощи стандартного инструмента (например, отвертки).
Электрическое соединение подблоков осуществляется при по-
мощи междублочных разъемов, рассмотренных в § 1 настоящей
главы, что также обеспечивает возможность быстрой замены
блока.

Такой способ компоновки имеет ряд неоспоримых преимуществ
перед рассмотренным выше. При блочном методе компоновки зна-
чительно облегчается ремонт аппаратуры, так как при наличии в
резерве запасных блоков для ремонта необходимо отыскать неис-
правный блок, а не неисправную деталь, как это имело место в
первом случае.

Трудоемкость такой операции значительно меньше, требования
к квалификации обслуживающего персонала также ниже. Ремонт
осуществляется непосредственно на объекте установки аппарата
путем замены отказавшего подблока без применения пайки.

Тех-юлогический цикл сборки аппарата, имеющего такую кон-
струкцию, также получается короче, так как все блоки могут
собираться“одновременно.

Метод компоновки аппарата из отдельных легкосъемных под-
блоков находит широкое применение в современном радиоаппара-
тостроении.

3. Модульный метод конструирования, при котором большинст-
во элементов схемы (сопротивления, конденсаторы, полупровод-
никовые приборы, сверхминиатюрные лампы и др.) компонуются
в отдельные небольшие блоки, имеющие одинаковые или кратные
размеры (см. рис. 11.28). Модули делают легкосъемными, для чего
включение их в схему производят при помощи междублочных
разъемов.

Данный метод компоновки является дальнейшим развитием
блочного метода, рассмотренного в п. 2, и отличается от него тем,
что в этом случае аппарат разделяется на большее число легко-
съемных и более мелких подблоков (модулей). Расположение де-
талей на модулях производится также по функциональным при-
знакам, с той разницей, что на одном модуле располагают меньшее
количество деталей (один или несколько каскадов).

Рис. 11.28. Шасси с модулями:

1 — шасси; 2 — передняя панель; 3, 4, 5 — модули; 6 — междублоч-
ный разъем

Применение модулей ускоряет процесс конструирования и под-
готовки производства, так как в этом случае основу изделия со-
ставляет большое количество однотипных по конструкции узлов.
Кроме того, при использовании модулей создаются хорошие пред-
посылки для дальнейшей унификации не только конструкции, но и
схем наиболее часто встречающихся каскадов, что позволяет в даль-
нейшем механизировать процесс их производства. Наибольший
эффект получается при использовании модулей в цифровых вычи-
слительных машинах, которые состоят из большого количества (до
нескольких тысяч) однотипных каскадов. Однако область примене-
ния модулей не ограничивается только цифровыми вычислительны-
ми машинами.

Модульная конструкция дает хорошее заполнение объема ра-
диоэлементами, что позволяет уменьшить габариты и вес аппарату-
ры. Каждый модуль состоит из одной или нескольких пластин
изоляционного материала, на которых закреплены лампы, полу-
проводниковые приборы, сопротивления, конденсаторы и другие
элементы схемы.

Для электрического соединения радиоэлементов обычно исполь-
зуется печатный монтаж (см. гл. XII). Конфигурация модуля мо-
жет быть различной, в зависимости от особенностей схемы и конст-
рукции аппаратуры, в которой модуль используется. На рис. 11.29
приведен пример встречающегося в практике конструктивного вы-
полнения модуля. Ремонт аппаратуры, состоящей из модулей, осу-
ществляют заменой неисправного модуля. Для его быстрого обна-
ружения в аппаратуру вводят встроенные контрольные приборы

гнезда для подключения пере-

или предусматривают специальные

Рис. 11. 29. Плоский модуль на печатной
плате: -

/ — печатная плата; 2 — навесные радиоэлементы;
3 — междублочный разъем

носных приборов, что зна-
чительно сокращает время
ремонта.

Модульный метод явля-
ется наиболее перспектив-
ным и находит широкое
применение при проекти-
ровании радиотехнической
аппаратуры.

Для выполнения ком-
поновки блока или под-
блока необходимо иметь
принципиальную электри-
ческую схему устройства
со спецификацией, а так-
же га ба р итно - уста ковоч-
ные чертежи всех дета-
лей, узлов и приборов,
составляющих схему. Кро-
ме, того, должны быть из-

вестны узлы, параметры которых оператор будет менять при
эксплуатации аппарата. Компоновка начинается с размещения
органов управления и отсчетных устройств на передней панели.

При конструировании профессиональных радиотехнических
устройств должно обеспечиваться максимальное удобство управле-
ния изделием:

а) отсчетные устройства должны находиться на уровне глаз
оператора;

б) ручки, которыми приходится пользоваться систематически
или наиболее часто, должны находиться на правой части передней
панели;

в) рука оператора во время работы с органами управления не
должна загораживать отсчетные устройства;

г) кабельные разъемы, если они расположены на передней па-
нели, не должны мешать подходу к органам управления.

Одновременно с размещением органов управления и отсчетных
устройств производят предварительное размещение на передней
панели и шасси управляемых узлов (переключателей, переменных
сопротивлений, конденсаторов переменной емкости, вариометров
и др.). Те органы, которыми в эксплуатации пользуются редко (на-
пример, при установке аппарата на объект), обычно не снабжают
рукоятками; их располагают внутри аппарата на передней панели,
напротив специальных отверстий, через которые при помощи от-
вертки производят установку в нужное положение.

После размещения управляемых узлов и органов управления
следует приступить к компоновке остальных элементов схемы, в
первую очередь наиболее крупных (ламп, трансформаторов, круп-
ногабаритных конденсаторов), которые обычно располагают в
верхней части шасси. Мелкие детали схемы (сопротивления, кон-
денсаторы и др.) размещают в нижней части шасси, в непосредст-
венной близости от того каскада, к которому они относятся. При
компоновке радиоприемников, телевизоров, проигрывателей, ра-
диол и других изделий бытового назначения необходимо добиваться
красивого внешнего вида. При этом органы управления на перед-
ней панели в большинстве случаев располагают симметрично, иног-
да в ущерб удобству внутреннего расположения частей конструк-
ции.

При расположении деталей следует учитывать особенности схе-
мы конструируемого блока. Особо серьезно нужно подходить к
компоновке усилителей сигналов высокой частоты, так как на вы-
соких частотах наиболее легко возникают паразитные связи, ко-
торые могут нарушить работу схемы. В таких устройствах каскады
располагают в непосредственной близости один от другого, что
сокращает длину соединительных проводов. Элементы схемы, по
которым текут токи высокой частоты, располагают в непосредст-
венной близости от электровакуумных приборов; катушки конту-
ров, создающие значительные магнитные поля, помещают в спе-
циальные экраны; лампы пальчиковой и сверхминиатюрной серии
также помещают при необходимости в экраны. Каскады такого
усилителя следует располагать в порядке прохождения сигнала по
схеме. Указанные соображения относятся и к усилителям проме-
жуточной частоты. Например, в усилителях промежуточной часто-
ты, работающих на частотах порядка десятков мегагерц, каскады
располагают один за другим, по прямой линии, что обеспечивает
минимальные обратные связи; кроме того, каскады разделяют друг
от друга экранирующими перегородками.

При компоновке трансформаторных усилителей низкой часто-
ты, следует учитывать, что трансформаторы создают значительные
магнитные поля, которые трудно поддаются экранированию. Поэто-
му трансформаторы следует размещать так, чтобы осевые линии их
катушек были перпендикулярны. При этом магнитные силовые
линии поля рассеяния одного трансформатора не будут пронизы-
вать катушку другого трансформатора, что ослабит их взаимное
влияние. Входные трансформаторы, работающие при малом уров-
не сигнала, следует располагать дальше от выходных. Для защиты
проводников от наводок их помещают в экран, выполненный в виде
оплетки из медных луженых проволок. При использовании таких
проводов на высоких частотах следует иметь в виду, что они обла-
дают значительной емкостью (до 100 пф/м).

Необходимо обращать внимание на взаимное расположение
сильно нагревающихся и чувствительных к повышению температу-
ры элементов схемы. Так, например, не следует размещать герма-
ниевые полупроводниковые приборы рядом с мощными сопротив-
лениями, лампами и другими источниками нагрева.

При компоновке следует искать такое взаимное расположение
деталей, при котором одновременно в наибольшей мере будут вы-
полняться два условия: минимальные обратные связи и наиболее
полное использование объема блока. Наилучший коэффициент
заполнения объема получается тогда, когда все крупногабаритные
детали имеют одинаковую высоту и кратные остальные размеры.

Следует стремиться к такому расположению элементов конст-
рукции, при котором обеспечивается технологичность сборки и
монтажа.

Компоновку выполняют, вычерчивая контуры деталей на бума-
ге в нескольких проекциях, либо пользуясь плоскими или объем-
ными макетами радиоэлементов.

§ 3. Защита радиотехнических устройств
от внешних воздействий

Амортизация радиоаппаратуры. Как было показано в гл. I,
при вибрации и ударах на аппарат действуют дополнительные уси-
лия, которые могут в несколько раз превышать его вес. Попытки
создать узлы и приборы, способные противостоять этим усилиям,
приводят к значительному увеличению веса аппаратуры. Поэтому,
если перегрузки при вибрации и ударах превышают значения, до-
пустимые для узлов и приборов, в конструкцию вводят амортиза-
торы — устройства, предназначенные для снижения перегрузок,
действующих на аппарат. В общем случае амортизатор — это пру-
жинящий элемент, соединяющий аппарат с вибрирующим основа-
нием (корпусом корабля, фюзеляжем самолета и т. д.).

Рассмотрим поведение при вибрации аппарата, установленного
на амортизаторах. Условно заменим все амортизаторы одним, за-
крепленным в центре тяжести аппарата (см. рис. 11.30). Будем
считать, что основание совершает относительно земли колебания
по синусоидальному закону с частотой ш и амплитудой А. Ампли-
туду колебаний аппарата относительно земли обозначим С. Вели-
чину 7 = — будем называть коэффициентом виброизоляции. Коэф-
фициент виброизоляции показывает, какую долю от амплитуды
колебаний основания составляет амплитуда колебаний аппарата;
чем меньше коэффициент виброизоляции 7, тем лучше амортиза-
ция. Будем считать, что потери на трение аппарата о внешнюю
среду, а также потери на внутреннее трение в материале амортиза-
тора отсутствуют (идеальный амортизатор).

Анализ рассматриваемых процессов приводит к следующей
формуле:

1=-—Ц-. (П.1)

О)2

В этой формуле (о — частота колебаний, совершаемых основанием,
а о>0 — частота собственных колебаний аппарата на амортизаторах

Рис. 11.31. Зависимость коэффици-
ента виброизоляции от частоты виб-
рации:

/ — при отсутствии затухания; 2—при на-
личии затухания

Рис. 11.30. Схема амор-
тизации аппарата:

1 — аппарат; 2 — амортиза-
тор; 3 — вибрирующее осно-
вание; 4 — земля

(резонансная частота). График зависимости абсолютной величины

7 от —, построенный по формуле (11.1), приведен на рис. 11.31
(О0

(кривая 1).

Как видно из графика, при 0 < — < 1 коэффициент виб-
(1)0

роизоляции 7 > 1, т. е. амплитуда С колебаний аппарата больше
амплитуды А колебаний основания.

При — = 1 имеет место совпадение частот собственных и вы-
«о

нужденных колебаний (резонанс) и 7, а следовательно, и С стре-
мятся к бесконечности.

При — > 1,41 коэффициент виброизоляции 7 < 1; в этом
о>0
случае С < А и имеет место облегчения условий работы аппарата.
Таким образом, амплитуда колебаний аппарата уменьшается толь-
ко при выполнении условия:

«>> 1,41 о>0. (11.2)

В этой формуле о)—частота колебаний, совершаемых основанием,
а «)0 — частота собственных колебаний амортизированного аппарата
в рад /сек. Если частоты измерять в герцах, то формула (11.2) при-
нимает следующий вид:

/>1,41/0. (П.З)

Чем больше отношение — или —, тем меньше значение 7 и
^0 /о

тем лучше виброизоляция.

Значение ш бывает задано конструктору; чтобы улучшить виб-
роизоляцию, следует применять амортизаторы, которые создают
систему с наиболее низким значением частоты собственных колеба-
ний. Частота собственных колебаний аппарата на амортизаторах
может быть вычислена по следующей формуле:

«,-99,2 /1 -15,8/1, (Ц.4)

где

г0 — прогиб амортизатора под действием собственного веса аппара-
та, мм.

Эта формула дает точный результат, если деформация амортизатора
пропорциональна приложенной нагрузке. Таким образом, для оп-
ределения частоты собственных колебаний достаточно знать прогиб
амортизаторов г0 под действием веса аппарата Ро.

Рассмотрим влияние веса амортизированного аппарата и жест-
кости амортизатора на качество виброизоляции. Жесткость аморти-
затора к будем характеризовать нагрузкой, которая вызывает де-
формацию амортизатора на 1 мм:

/г=Р-\

2о

Откуда следует:

2о==т°. (И.5)

В этих формулах г0 — деформация амортизатора под действием
веса аппарата Ро. Как-следует из формулы (11.5), увеличение же-
сткости к или уменьшение веса Ро приводят к уменьшению величи-
ны г0; при этом (см. формулу (11.4) частота собственных колебаний
о)0 увеличивается. При неизменной частоте вынужденных колеба-
ний о) отношение — уменьшается и качество виброизоляции при
«о

этом ухудшается. Наоборот, при уменьшении жесткости амортиза-
тора к или увеличении веса аппарата Ро качество виброизоляции
улучшается.

Основным отличием реальных амортизаторов от рассмотренно-
го выше идеального является наличие сил трения, вносящих зату-
хание в колебательную систему. Это затухание может создаваться
силами внутреннего трения в материале амортизатора или же спе-
циальными устройствами (демпферами), вводимыми в его конструк-
цию. При этом в момент резонанса амплитуда колебаний аппарата
будет иметь конечное значение, тем меньшее, чем больше затуха-
ние в системе. График зависимости коэффициента виброизоляции
у от — при наличии затухания приведен на рис. 11.31 (кривая 2).
соо

В этом случае виброизоляция аппаратуры (7 < 1) также имеет
место только при — > 1,41.

соо

С целью придания амортизируемому объекту боковой устойчи-
вости его закрепляют на нескольких амортизаторах. Прежде чем

Рис. 11.32. К расчету центра тяжести изделия

приступить к размещению амортизаторов, необходимо найти поло-
жение центра тяжести аппарата, для чего можно воспользоваться
известными формулами из курса теоретической механики (см. рис.
11.32):

X — 2^2+ * * * -\~РIх I. Р1У1 + Р2*/2 + • * * + ?1У1 (11 6)

Р1+Р2+...+ Р. ’ У ’ 7

В этих формулах Р2, Р1 — веса всех блоков, из которых
состоит аппарат, включая кожух и шасси; х2,.. , х1— коорди-
наты центра тяжести каждого блока относительно одной из произ-
вольно выбранных взаимно перпендикулярных координатных осей
(на рис. 11.32 относительно оси х, совпадающей с левой нижней
гранью аппарата); х — координата центра тяжести всего аппарата
относительно той же оси; уг, у 2, ..., у 1 — координаты центра тяже-
сти каждого блока относительно второй оси у, перпендикулярной
оси х; у — координата центра тяжести всего аппарата относитель-
но оси у.

Если амортизаторы расположить симметрично относительно
центра тяжести аппарата, то нагрузка на все амортизаторы будет
одинакова

(11.7)
п

где

Ро — вес аппарата;

Рх — нагрузка на каждый амортизатор;
п — число амортизаторов.

В технических условиях на амортизаторы приводится значение
номинальной нагрузки, на которую рассчитан амортизатор каждо-
го размера. Число амортизаторов и их размер должны быть выбра-
ны так, чтобы фактическая нагрузка на амортизатор была близка
к номинальной.

Следует иметь в виду, что при увеличении числа амортизаторов
и неизменном весе аппарата Ро, уменьшается нагрузка на каждый
амортизатор. Если жесткость амортизаторов при этом остается не-
изменной, то деформация каждого из них уменьшается; это приво-
дит к увеличению частоты собственных колебаний и ухудшению
качества виброизоляции.

До сих пор рассматривалась работа амортизаторов только при
воздействии вибрации. При этом был сделан вывод,- что для улуч-
шения защиты аппарата от вибрационных воздействий необходи-
мо применять мягкие амортизаторы, которые при заданном весе
объекта Ро обеспечивают получение малого значения частоты соб-
ственных колебаний ш0. '

Однако при эксплуатации многих категорий аппаратуры (само-
летной, корабельной, автомобильной и др.), кроме вибрации, мо-
гут быть и удары. Действие удара сводится к тому, что основание,
на котором закреплен аппарат, за короткий промежуток времени
приобретает большую скорость, т. е. на него действует большое
ускорение. Аппарат, который жестко закреплен на основании,
испытывает такое же ускорение. Если аппарат закреплен на осно-
вании при помощи амортизаторов, то за счет их деформации ско-
рость движения аппарата приобретает максимальное значение за
больший промежуток времени, в результате чего на него действует
меньшее ускорение.

В реальных конструкциях ход (деформация) амортизатора ог-
раничен. При достаточно большой величине перегрузки сила, дей-
ствующая на амортизатор, может вызывать его полную деформацию,
после чего должно происходить жесткое соударение устройств,
ограничивающих ход. При этом на аппарат будет действовать боль-
шое ускорение.

Чтобы защитить аппарат от действия больших ударных пере-
грузок, необходимо применять более жесткие амортизаторы. Как
было показано выше, такие амортизаторы будут плохо защищать

Рис. 11.33. Амортизатор типа «Лорд» и его крепление:

/ — резиновая шайба амортизатора; 2— втулка амортизатора, 3 - плас-
тинка амортизатора; 4 — футляр аппарата; 5 — основание, на котором за-
креплен аппарат; 6 — ограничительные шайбы (ограничивают величину
деформации и предотвращают разрушение амортизатора при больших пе-
регрузках); 7 — поверхность резиновой шайбы, воспринимающая ударные
перегрузки

аппарат от воздействия вибраций. Таким образом, при необходимо-
сти защитить аппарат от воздействия вибрации и ударов к аморти-
затору предъявляются явно противоречивые требования. Эти про-
тиворечия разрешаются на практике за счет использования в од-
ной конструкции двух амортизаторов: мягкого — для защиты от
вибрации и жесткого — для защиты от ударов. При этом более
жесткий (противоударный) амортизатор не должен включаться в
работу, когда на аппарат действуют вибрационные перегрузки; при
воздействии больших ударных перегрузок после того, как мягкий
амортизатор сдеформировался на величину своего рабочего хода,
возникающие при этом усилия должен воспринимать противоудар-
ный амортизатор.

Рассмотрим конструкцию и основные характеристики аморти-
заторов, используемых в радиоаппаратостроении Разновидность
конструктивного оформления пластинчатого резино-металлическо-
го амортизатора типа «Лорд» изображена на рис. 11.33 (там же
показан способ закрепления аппарата на амортизаторах).
Упругим элементом указанного амортизатора является резиновая
шайба / специальной формы, привулканизированная к металличе-
ской втулке и пластине.

Резино-металлические амортизаторы просты по конструкции,
компактны, легки и имеют низкую стоимость. Однако резина как
упругий элемент обладает рядом недостатков: она плохо выдержи-
вает большие и длительные деформации; жесткость резинового

Рис. 11.34. Амортизатор типа АД:

/—пружина амортизатора; 2 — резиновый баллон; 3 — калиброванное
отверстие в баллоне 2; 4 — резиновый фланец, ограничивающий ход
амортизатора; 5 — опорная пластина, 6 — корпус амортизатора; 7 —
ограничительная шайба; 8 — футляр аппарата

амортизатора резко увеличивается при понижении температуры
(при I = — 30°С жесткость возрастает примерно в два раза, а
при I = — 60°С резиновые амортизаторы вообще непригодны для
эксплуатации); при высоких положительных температурах (более
+ 80°С) и при воздействии солнечной радиации резина «стареет»
и в ней образуются поверхностные трещины.

Амортизаторы типа «Лорд» выпускаются нескольких типораз-
меров на номинальные нагрузки от 0,45 до 15,75 кТ. Среднее зна-
чение деформации амортизатора любого размера при номинальной
нагрузке и I = 20°С г0= 1,6 мм. При температуре окружающего
воздуха — 45° и номинальной нагрузке величина прогиба гот1п =
= 0,9 мм.

На основании указанных данных можно определить низшую ра-
бочую частоту, при которой указанные амортизаторы обеспечивают
виброизоляцию. Для среднего значения прогиба и номинальной
нагрузки, в соответствии с формулой (11.4)
15,8 = 15,8 = 12,5 гц.

Поэтому виброизоляция обеспечивается только при частоте вибра-
ции / > /о • 1,41 = 17,6 гц. При изменении температуры окружаю-
щего воздуха до — 45°С жесткость амортизатора увеличится (г0 =
= 0,9 мм) и виброизоляция будет иметь место при / > 23,5 гц.
Все перечисленные недостатки ограничивают область применения
амортизаторов типа «Лорд».

Недостатки резины как упругого элемента заставляют отказы-
ваться от ее использования и переходить к применению металличе-
ских пружин. Однако недостатком пружин является очень малое
собственное затухание, что требует применения в пружинном амор-
тизаторе специального демпфера.

В изображенном на рис. 11.34 амортизаторе типа АД упругим
элементом является спиральная пружина, сконструированная так,
что при увеличении веса объекта, входящие друг в друга витки
пружины осаживаются на опорную пластинку и выключаются из
работы; это приводит к увеличению жесткости амортизатора, ко-
торая рассчитана так, чтобы частота собственных колебаний меня-
лась незначительно. Такие амортизаторы называются равночастот-
ными. Применение равночастотных амортизаторов позволяет осу-
ществлять амортизацию объектов различного веса при небольшом
количестве типоразмеров амортизаторов. Пружина заключена в ре-
зиновый баллон, имеющий калиброванное отверстие. При дефор-
мации пружины воздух должен выходить через отверстие, за счет
чего создается дополнительное затухание.

Амортизаторы типа АД, рассчитанные на нагрузки от 0,25 до
15 /сГ, выпускаются восьми типоразмеров, каждый из которых
обладает равночастотностью при заданном диапазоне нагрузок;
при этом частота собственных колебаний объекта лежит в преде-
лах 7—9 гц и виброизоляция начинается с частот 10—12 гц. При
использовании амортизаторов на высотных самолетах, где давле-
ние окружающего воздуха в несколько десятков раз меньше нор-
мального, степень демпфирования резко ухудшается.

Один из недостатков амортизатора типа АД — зависимость сте-
пени демпфирования от свойств воздуха — устранен в амортизато-
рах типа АФД (рис. 11.35) использованием демпфера с сухим тре-
нием. В этом амортизаторе упругими элементами являются кони-
ческие пружины 1 и 2, нижняя из которых имеет большую жест-
кость. Профиль пружин рассчитан так, что амортизатор обладает
равночастотностью. Диск 3 прижимается к корпусу распорной пру-
жиной 4, благодаря чему обеспечивается демпфирование колеблю-
щейся системы за счет трения диска о корпус 5. Демпфирование
при вибрации, действующей в горизонтальной плоскости, осуще-
ствляется за счет трения шайб 6 и 7 о диск 5.
Для лучшего восприятия ударных нагрузок в нижней части
амортизатора расположена упругая шайоа 5, сплетенная из тонкой

проволоки.

Благодаря значительному демпфированию частотная характе-
ристика амортизатора АФД не имеет резко выраженного резонанса;
частота собственных колебаний в осевом направлении лежит в пре-
делах 13—17 гц.

Хар актер йстики амортизаторов типа АФД практически не ме-

изменении температуры окружающего

няются при

Рис. 11.35. Амортизатор типа
АФД

воздуха от
— 60 до + 150°С, при изменении
давления и влажности воздуха в
любых пределах.

Амортизаторы с фрикционным
демпфированием наиболее полно
удовлетворяют требованиям, предъ-
являемым к виброзащите самолет-
ной и других категорий аппаратуры.

Тепловая защита радиоаппа-
ратуры. Большинство радиотехни-
ческих устройств, потребляя от ис-
точников питания мощность, из-
меряемую десятками, а иногда и
сотнями ватт, отдают полезной
нагрузке от десятых долей до еди-
ниц ватта. Остальная электриче-
ская энергия, превращаясь в теп-

ловую, выделяется внутри аппа-
рата. Температура нагрева аппарата зачастую оказывается выше
температуры окружающей среды, и происходит процесс отдачи
тепла в окружающее пространство. Этот, процесс идет тем интен-
сивнее, чем больше разность температур аппарата и окружающей
среды.

При некотором значении температуры поверхности оказываются

равными количество тепла, отдаваемое в окружающее пространст-
во, и количество тепла, выделяемое внутри аппарата; при этом
наступает состояние теплового равновесия — температура нагре-
ва аппарата стабилизуется. Установившееся значение температуры
определяется количеством тепла, выделяемого внутри аппарата, и
интенсивностью процесса отдачи тепла в окружающее пространст-
во, а также температурой окружающей среды.

Передача тепла от нагретого тела в окружающее пространство
может осуществляться за счет конвекции, теплопроводности и радиа-
ции (лучеиспускания).

Для аппаратов, находящихся в воздушной среде, конвекция —
это перенос тепла перемещающимися частицами воздуха. При ес-
тественной конвекции нагретый воздух поднимается вверх, а на
его место поступает холодный воздух из нижних Частей аппарата.
При принудительной конвекции циркуляция воздуха внутри изде-
лия осуществляется специальными устройствами (вентиляторами).

Количество тепла, отдаваемое нагретым телом за счет конвекции
(вт),

Рк ж • 8,
где

М — разность температур нагретого тела и охлаждающего возду-
ха;

5 — поверхность охлаждаемого тела;

ак — коэффициент, значение которого увеличивается при увели-
чении зазоров и скорости движения воздуха (для горизон-
тальных стенок як больше, чем для вертикальных).

Радиация (лучеиспускание) — передача тепла за счет превра-
щения тепловой энергии в энергию электромагнитных волн, из-
лучаемых нагретым телом. Количество тепла, отдаваемое за счет
радиации,

где

5 — поверхность нагретого тела;

Токр — температура воздуха или других предметов, окружаю-
щих нагретое тело и поглощающих излучаемую им энер-
гию;

△/ — превышение температуры нагретого тела над температу-

рой окружающей среды;

ар — коэффициент радиации, величина которого зависит от из-
лучающих свойств поверхности нагретого тела и от отра-
жающих свойств поверхности окружающих тел.

Наибольшей излучающей и наименьшей отражающей способ-
ностью обладают «абсолютно черные» поверхности. Поэтому наи-
более интенсивная отдача тепла получается, когда нагретое и ок-
ружающие тела имеют черную матовую поверхность; наименее ин-
тенсивная теплоотдача — когда та и другая поверхность — глад-
кая и блестящая.

Таблица 11.1

Относительные значения коэффициента радиации

Цвет поверхности а р.отн

Алюминиевая поверхность, травле-
ная кислотой .....................

Алюминий, подвергнутый черному
анодированию .....................

Ровное черное покрытие ...........

Черное шероховатое покрытие . . .

1,32

1,6

1,8
В табл. 11.1 приведены относительные значения коэффициента
радиации яРв0ТН для поверхностей, подвергнутых различной обра-
ботке (за единицу условно принято значение ар для травленой алю-
миниевой поверхности).

Теплопроводность — способность тела передавать тепло от то-
чек с более высокой температурой к точкам с более низкой тем-
пературой. -Количество тепла, передаваемое за счет теплопровод-
ности (вт),

рт = ^.д/,

т I

где

А/ — разность температур на концах теплопроводящего тела;

5 — площадь поперечного сечения теплопроводящего тела;

I — его длина;

ат — коэффициент теплопроводности, зависящий от физических
свойств материала.

Значения ат для различных материалов приведены в табл.
11.2.

Таблица 11.2

Коэффициент теплопроводности разных
материалов

Материал

—1 1 л“—1

ккал -м -сек -град

Серебро .............

Медь.................

Алюминий.............

Дюраль...............

Латунь ..............

Бронза ..............

Сталь ...............

Фарфор ..............

Слюда................

Резина...............

Асбест...............

Фибра................

394
259

123

0,89
0,5
0,14
0,1
0,94

В радиотехнических устройствах тепловая энергия выделяется
в отдельных узлах и приборах, таких, как радиолампы, моторы,
трансформаторы, сопротивления и т. п.

Ввиду того, что указанные элементы размещаются по объему
аппарата неравномерно, в отдельных его точках получается кон-
центрация тепловой энергии, сопровождаемая местными повыше-
ниями температуры. При этом в тяжелых температурных условиях
могут оказаться как сами источники нагрева, так и другие узлы и
приборы, расположенные в непосредственной близости.

Конструктор обязан принять меры к тому, чтобы температура
их нагрева не превышала допустимые значения. При решении
этой проблемы конструктору приходится идти по двум путям: сни-
жение общей (средней) температуры нагрева аппарата и отвод теп-
ла от отдельных наиболее нагретых участков объема. При решении
первой задачи конструктор должен учитывать, что в большинстве
случаев кожух радиотехнического устройства не имеет непосред-
ственного теплового контакта с основанием, на котором он закреп-
лен, и поэтому охлаждение аппарата теплопередачей практически
исключено; передача тепла от нагретых изделий осуществляется в
основном за счет конвекций и радиации.

Для охлаждения аппарата следует, в первую очередь, интен-
сифицировать процесс радиации за счет окраски как внутренней,
так и наружной поверхности футляра темными (желательно чер-

Рис. 11.37. Схема охлаждения:

1 —.шасси; 2 — футляр; 3 — узел, за-
щищаемый от нагрева; 4 — тепловой
экран; 5—нагревающийся узел (стрел-
ками показано направление конвек-
ционного потока воздуха)

Рис. 11.36.

Футляр с реб-
рами (вид свер-
ху)

ными) красками, имеющими матовую или шероховатую поверх-
ность.

Интенсификация как радиации, так и конвекции может быть
достигнута при некотором увеличении объема аппарата, если уве-
личить поверхность теплоотдачи за счет размещения на футляре
ребер. Указанные ребра должны изготавливаться из материала с
хорошей теплопроводностью и иметь хорошее соприкосновение с
поверхностью футляра. Пример выполнения футляра с ребрами
приведен на рис. 11.36. Если снабдить стенки футляра жалюзи
или отверстиями (см. рис. 11.37), то будет иметь место циркуляция
воздуха непосредственно внутри аппарата, что может снизить тем-
пературу узлов и приборов на 15—20%. Отверстия следует рас-
полагать в нижней и в верхней части футляра аппарата так, что-
бы восходящие потоки воздуха омывали большую поверхность
нагревающихся элементов.

Охлаждение будет происходить тем более интенсивно, чем боль-
ше зазор между расположенными по соседству узлами и прибора-
ми. При работе аппаратуры на большой высоте теплоотдача за
счет конвекции уменьшается из-за уменьшения плотности и тепло-
емкости воздуха. Следует иметь в виду, что введение отверстий
или жалюзи недопустимо в аппаратуре, работающей в условиях
запыленного воздуха, а также и в других категориях аппаратуры,
если внутри футляра расположены незащищенные от воздействия
пыли точные механизмы, контакты реле, элементы схемы с высоки-
ми напряжениями и другие устройства, работа которых может
быть нарушена осаждающейся пылью. Значительное улучшение
теплового режима получается при принудительной циркуляции
воздуха внутри аппарата, для чего в конструкцию аппарата необ-
ходимо вводить вентиляторы и пылезащитные фильтры. Из-за
больших размеров и веса вентилятора указанный метод це-
лесообразно применять в аппаратуре, имеющей большие разме-
ры; тогда относительное увеличение объема и веса аппарата
за счет вентилирующих устройств будет незначительным.

Значительная часть тепловой энергии от нагревающихся эле-
ментов передается шасси аппарата. С целью отвода тепла от горя-
чих зон конструкцию шасси следует делать максимально тепло-
проводной. Хорошие результаты дает использование в качестве
материала алюминия. Тепло, накапливающееся в шасси, следует
отводить в окружающее пространство, для чего шасси должно
иметь хороший тепловой контакт с одной из стенок футляра. В ра-
диоаппаратуре специального назначения обычно шасси жестко
скрепляется с передней панелью.

Если на передней панели не располагаются термочувствитель-
ные элементы, целесообразно наиболее сильно нагревающиеся уз-
лы и приборы располагать в непосредственной близости от нее.
Это создаст наиболее короткий путь для теплового потока и умень-
шит распространение тепла в другие участки шасси, где могут рас-
полагаться термочувствительные элементы.

Наиболее интенсивно нагревающиеся узлы и приборы, темпе-
ратуру нагрева которых желательно снизить, должны иметь хоро-
ший тепловой контакт с шасси; соединение с шасси должно произ-
водиться только через устройства, изготовленные из материалов с
хорошей теплопроводностью. Поверхности таких узлов и приборов
должны быть выкрашены темной матовой краской. Если сильно
нагревающийся элемент заключен в экран, то его внутренняя и
наружная поверхности так же должны быть окрашены в темный
цвет.

Наоборот, узлы и приборы, которые нужно защитить от тепло-
вого воздействия со стороны соседних нагревающихся устройств,
должны иметь светлую блестящую поверхность. С целью дополни-
тельной защиты таких устройств можно между ними и источниками
нагрева устанавливать тепловые экраны с хорошей теплопровод-
ностью, тщательно соединенные с шасси и имеющие гладкую бле-
стящую поверхность (например, из алюминия). Пример выполне-
ния экрана приведен на рис. 11.37. Расположение сильно нагреваю-
щихся элементов по краям шасси в непосредственной близости от
стенок футляра улучшает отдачу тепла от этих элементов к стен-
кам и способствует понижению температуры внутри аппарата.
Около наиболее нагретых узлов и приборов в шасси можно делать
отверстия: холодный воздух из-под шасси будет поступать к ис-
точникам тепла и охлаждать их.

В заключение необходимо отметить, что определение темпера-
туры нагрева аппарата методом расчета представляет значитель-
ные трудности и с требуемой точностью не всегда возможно. По-
этому конструктор уже на стадии макетирования должен экспери-
ментально, при помощи термопар, произвести измерение темпера-
туры в различных точках объема аппарата. Если при этом окажет-
ся, что около каких-либо узлов или приборов температура превы-
шает допустимые значения, то одним из описанных выше методов
следует снизить температуру.

В ряде случаев при конструировании аппаратуры требуется
получить такую стабильность параметров при изменений темпера-
туры, которую невозможно осуществить при современном уровне
развития техники радиодеталей. В этом случае части конструкции,
определяющие стабильность параметров всего аппарата, помещают
в термостат, где поддерживают определенную, наперед заданную
температуру. Принцип устройства такого термостата показан на
рис. 11.38. Внутри рабочей камеры находятся термостатируемые
детали и датчик температуры. Датчиком температуры является
биметаллическая пластина с контактом, которая изгибается при
изменении температуры окружающей среды. Биметаллическая
пластина отрегулирована так, что контакты 12 и 13 разомкнуты,
когда температура внутри рабочей камеры равна выбранному
значению /0 или больше его. Если температура внутри камеры
Меньше /0, то контакты 12 и 13 замкнуты. В этом случае через
специальное реле включается подогревающее устройство, которое
нагревает рабочую камеру до температуры /0, после чего контакты
размыкаются. Таким образом осуществляется управление темпера-
турой внутри термостата.

Рабочая камера должна иметь хорошую тепловую изоляцию
от окружающей среды. В примере, показанном на рис. 11.38, для
термоизоляции служит сосуд Дюара. В качестве подогревающего
устройства может использоваться проволока из высокоомного
сплава, например, из нихрома. Термостат такой конструкции
может поддерживать требуемую температуру с точностью
Ч-(1~г2)°С.

В рассмотренном примере температуру /0 внутри термостата
приходится выбирать выше максимальной температуры, которая
может быть внутри аппарата при любых условиях эксплуатации.
Например, если аппарат будет эксплуатироваться при температу-
ре до -|-60оС, а за счет собственного нагрева температура внутри
кожуха может достигать +70°С, то температуру внутри термоста-
та нужно выбрать не менее +70°С. Наличие такой высокой темпе-
а}

Рис. 11.38. Конструкция термостата:

о) — термостат; б) — биметаллический датчик темпера-
туры (находится внутри рабочей камеры), / — крышка;

2 — корпус; 3 — рабочая камера; 4 — центрирующие
кольца; 5 — сосуд Дюара; 6 — внутренний стакан; 7 —
наружный стакан; 8 — обмотка подогревателя; 9 — би-
металлическая пластина; 10 — неподвижная пластина;

11 — регулировочный винт; 12, 13 — контакты

ратуры является основным недостатком термостатов с подогревны-
ми устройствами, так как термостатируемые детали все время рабо-
тают при повышенной температуре, что снижает их надежность.
Кроме того, постоянно нагретый термостат повышает температуру
нагрева того аппарата, в котором он установлен.
От этого недостатка свободны термостаты, в которых заданная
температура поддерживается с помощью полупроводниковых тер-
мобатарей. Такие батареи обладают способностью выделять тепло,
когда через них пропускается ток в одном направлении, и погло-
щать тепло, когда ток пропускается в противоположном направ-
лении. При помощи полупроводниковых батарей в термостате мож-
но поддерживать температуру, которая может быть ниже темпера-
туры окружающей среды.

В качестве термочувствительных элементов часто используются
не биметаллические пластины, а термосопротивления, которые
меняют свою величину при изменении температуры окружающего
воздуха.

В ряде случаев, например, при конструировании высокоста-
бильных кварцевых генераторов, требуется поддерживать опреде-
ленную температуру внутри рабочего объема с точностью 0,01—
0,00ГС при изменении окружающей температуры от —60
до+70°С. В этом случае делают двойной термостат. Внутри перво-
го («грубого») термостата поддерживают температуру с точностью
0,5—2°С; при этом внутри второго термостата удается поддерживать
температуру с высокой точностью.

Защита аппаратуры от действия повышенной влажности и гри-
бооСразований. Как было показано в гл. I, с целью повышения на-
дежности и устойчивости параметров аппаратуры необходимо за-
щищать узлы и приборы от воздействия влаги. Указанная защита
может достигаться герметизацией отдельных узлов и приборов, а
также применением для их изготовления материалов и покрытий,
свойства которых в малой степени меняются при воздействии вла-
ги. Полная герметизация аппарата, которая может быть осуществ-
лена для всех условий эксплуатации помещением его в герметиче-
ски запаянный футляр, практически не используется по следую-
щим причинам:

а) в случае выхода из строя в эксплуатации какого-либо прибо-
ра или узла (например, радиолампы) должен быть обеспечен лег-
кий доступ к аппарату для его ремонта;

б) многие радиотехнические изделия (например, конденсаторы,
переключатели, переменные сопротивления и др.) имеют устрой-
ства с подвижными частями, управление которыми должно осу-
ществляться ручками, расположенными на передней панели ап-
парата.

В результате одну или несколько стенок футляра приходится
делать съемными, а аппаратура, содержащая изделия, указанные
в п. б, должна иметь в передней панели отверстия для осей и ва-
ликов. При этом защита аппаратов от воздействия влаги может
осуществляться путем установки в соответствующих местах уплот-
нительных прокладок и полная герметизация для ряда конструк-
ций и условий эксплуатации уже не может быть достигнута.

На рис. 11.39 показана часть конструкции литого футляра,
предназначенного для морской аппаратуры. Корпус 1 и крышка 2
имеют толщину порядка 3—5 мм. Установленная между корпусом
и крышкой резиновая прокладка 3 плотно прижата винтами, кре-

пящими крышку. Литая конструкция и значительная толщина

стенок обеспечивают футляру

ЛА

ДЫ

в аппарат.

большую жесткость и прочность.
В случае попадания аппарата в
таком футляре в воду, сильно
сжатая резиновая прокладка
препятствует проникновению во-

Рис. 11.39. Элемент конструкции ли- Рис. 11.40. Сварной футляр
того футляра

Большой вес литых футляров затрудняет их применение в са-
молетной и переносной аппаратуре.

На рис. 11.40 показано уплотнение для штампованного свар-
ного футляра. В месте стыка передней панели 1 с кожухом 2 к по-
следнему приварен металлический ободок, в который укладывается
резиновая прокладка 5; передняя панель притягивается к кожуху
несколькими замками (на рисунке не показаны), в результате чего
отогнутые края панели плотно соприкасаются с прокладкой.

При подъеме самолета с земли на высоту, например, 20 км,
давление наружного воздуха уменьшится до 30 мм рт. ст., а дав-
ление внутри аппарата должно оставаться неизменным (760 мм рт.
ст.) В результате образуется внутреннее избыточное давление
730 мм рт. ст. или ^=0,96 кГ/см2. Если передняя панель
имеет размеры 350 х 250 мм (площадь 5 = 875 см2), то на нее
изнутри будет действовать сила Р = 0,96 • 875 = 840 кГ.

Силы такого же порядка будут действовать на каждую стенку
кожуха. Под действием подобных сил произойдет деформация па-
нели и кожуха, герметичность в месте установки прокладки на-
рушится, и избыточный воздух выйдет из футляра.

При снижении самолета давление наружного воздуха будет
увеличиваться, что приведет к проникновению в аппарат воздуха,

Рис. 11.41. Герметизация вывода при
помощи стеклянного изолятора:

1 — изолятор; 2 — лепесток; 3 — провод

который может быть насыщен вла-
гой.

Таким образом, для самолет-
ной радиоаппаратуры, даже когда
управление аппаратом осуществ-
ляется дистанционными системами
и нет необходимости выносить на
переднюю панель органы управ-
ления, полная герметизация ап-
паратуры очень затруднена.

Футляры полевой переносной
аппаратуры обычно имеют анало-
гичную конструкцию. Однако они
эксплуатируются в ' значительно
более легких условиях, так как да-
же случайное попадание аппара-
та в воду на глубину, например,

Рис. 11.42. Уплотнение!

а) — выход вращающегося вала; б)—ус-
тановка разъема; /—корпус; 2—ось;
3 — уплотняющая прокладка; 4 — вкла-
дыши, сжимающие прокладку <?; 5 —
винт; 6 — контргайка; 7 — разъем; 8 —
резиновая прокладка

2 м приводит к появлению избыточного наружного давления
0,2 кГ/см\

При достаточной механической прочности футляра (что дости-
гается применением ребер жесткости, выдавок и т. п.) может быть
обеспечена защита аппарата от непосредственного проникновения
в него воды через место стыка передней панели с кожухом.

Однако, даже в этом случае, при открывании аппарата для про-
ведения профилактических и ремонтных работ, в него будет попа-
дать некоторое количество влажного воздуха, который может
ухудшать характеристики узлов и приборов. Таким образом, фут-
ляр с уплотнением не обеспечивает полной защиты аппаратуры от
воздействия влажности.

В настоящее время большинство выпускаемых промышлен-
ностью радиодеталей (сопротивлений, конденсаторов, полупровод-
никовых триодов и др.) не требует дополнительной защиты от воз-
действия влаги. В необходимых случаях следует помещать узлы и
детали в герметически запаянные металлические кожухи или же
применять заливку, обволакивание, опрессовку. При использова-
нии металлических кожухов герметизация выводов осуществляет-
ся при помощи стеклянных и керамических проходных изолято-
ров, показанных на рис. 11.41.

Снижение влажности воздуха внутри футляров может дости-
гаться применением специальных влагопоглощающих веществ, на-
пример, силикагеля 8Ю2, который может поглощать количество
влаги, достигающее 30% от собственного веса. Силикагель, обра-
ботанный кобальтовой солью, при поглощении влаги меняет свой
цвет с синего на розовый, что является индикацией окончания его
влагопоглощающих свойств. Патроны с силикагелем целесообраз-
но помещать внутри футляров, имеющих уплотнение.

Уплотнение мест выхода из футляра валов для органов управ-
ления может осуществляться установкой сальников из промаслен-
ного фетра, как это показано на рис. 11.42, а..

Чтобы исключить проникновение влаги внутрь футляра через
кабельные разъемы, следует применять герметичные разъемы; меж-
ду фланцем разъема и передней панелью обычно устанавливают
резиновую прокладку, как показано на рис. 11.42, б. .

Следует отметить, что уплотнение футляра ухудшает тепловой
режим аппарата, так как при этом исключается обмен воздуха
между внутренней полостью футляра и внешней средой. При рабо-
те аппаратуры в условиях влажного тропического климата на не-
которых деталях и узлах могут развиваться грибки. В наибольшей
степени воздействию грибков подвержены детали, изготовленные
из органических материалов. При интенсивном разрастании гриб-
ков резко ухудшаются свойства изоляционных материалов, а при
длительном их воздействии может происходить разрушение мате-
риала. Поэтому для аппаратуры, которая будет работать в тропиче-
ских условиях, не следует применять материалы, являющиеся пи-
тательной средой для различных культур грибков. К этой катего-
рии относятся бумага, картон, фибра, ткани, слоистые пластики на
основе бумаги и ткани, пластмассы с древесным й целлюлозным
наполнителем, аминопласты и др. Такие материалы могут приме-
няться, если они обработаны специальными антисептическими со-
ставами. Хорошо выдерживают тропические условия материалы
неорганического происхождения на основе слюды, стекловолокна,
фторопласта, кремнийорганических или фенолформальдегидных
смол и др.
Глава XII

ПЕЧАТНЫЕ СХЕМЫ И МОДУЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

§ 1. Печатный монтаж и печатные схемы

Сборка радиоаппаратуры из отдельных деталей, которые со-
единяются между собой проводниками при помощи индивидуальной
пайки, требует большой затраты ручного труда и является мало-
производительной. Потребность увеличения выпуска радиоэлек-
тронной аппаратуры привела к созданию нового метода конструи-
рования радиодеталей и монтажа, к способу печатного монтажа и
печатных схем.

Печатная схема состоит из следующих основных элементов:

а) печатного проводника — участка токопроводящего покры-
тия, нанесенного на изоляционном основании;

б) печатного элемента — элемента схемы или конструкции (ка-
тушки, сопротивления, конденсатора, разъема и т. д.), который
нанесен на изоляционном основании в виде металлического или
изоляционного покрытия.

Система печатных проводников, предназначенная для соедине-
ния элементов схемы, образует печатный монтаж. Совокупность
печатного монтажа и печатных элементов называется печатной
схемой.

В современной радиоаппаратуре широкое применение находит
метод печатных схем и печатного монтажа в сочетании с навесны-
ми объемными радиоэлементами; применение последних вызвано
тем, что некоторые радиоэлементы невозможно, а некоторые — тех-
нически нецелесообразно выполнять печатными методами.

По способу размещения проводников печатный монтаж можно
разделить на односторонний и двухсторонний. В первом случае
печатные проводники располагаются на одной, а во втором — на
двух сторонах изоляционной платы.

Процесс изготовления изоляционной платы с печатным монта-
жом слагается из двух основных операций:

а) создания изображения печатных проводников (путем копи-
рования изображения с негатива на светочувствительный слой; пу-
тем печатания изображения защитной краской при помощи офсет-
ной формы или через сетчатый трафарет и т. д.);

б) создания токопроводящего слоя на изоляционном основании.

Широкое распространение получили два способа создания то-
копроводящего слоя: электрохимический, при котором осаждением
металла создается слой толщиной 1 — 2 мк, наращиваемый до
нужной толщины в электролитической ванне, и химический,
при котором производится вытравливание незащищенных уча-
стков фольги, предварительно наклеенной на изоляционное осно-
вание.

При электрохимическом способе одновременно с проводниками
путем металлизации стенок отверстий можно получать перемычки,
электрически соединяющие проводники, расположенные на раз-
ных сторонах изоляционной платы.

При химическом способе, соединение проводников, расположен-
ных на разных сторонах платы, может быть получено только путем
установки в отверстие пистонов, что усложняет технологический
процесс. Каждый из этих способов имеет и ряд других конструк-
тивных особенностей, которые будут рассмотрены ниже.

Электрохимический способ целесообразно применять при соз-
дании сложного печатного монтажа, когда большое число провод-
ников требуется расположить на двух сторонах платы. Химиче-
ский способ целесообразно применять для одностороннего монта-
жа.

Применение печатного монтажа позволяет механизировать про-
цессы изготовления проводников на печатной плате, установку
объемных элементов схемы, их припайку и контроль окончательно
собранной платы, что резко сокращает трудоемкость и повышает
качество монтажно-сборочных работ. Одновременно достигается
некоторое уменьшение габаритов аппаратуры. Метод печатного
монтажа обладает и рядом особенностей: при этом методе возможно
только плоскостное расположение проводников; крепление выво-
дов объемных радиодеталей может производиться только пропуска-
нием их через отверстие в плате.

Для печатного монтажа целесообразно использовать малогаба-
ритные радиодетали (сопротивления УЛМ и МЛТ, конденсаторы
КЛС, БМ, МБМ, ЭМ, полупроводниковые диоды и триоды и др.).

Особенности конструкции плат с печатным монтажом. Печат-
ный проводник, в отличие от объемного, имеет несоизмеримые раз-
меры поперечного сечения: обычно печатные проводники имеют
толщину порядка десятков микрон и ширину 0,5—1,5 мм или бо-
лее. Большая поверхность и хороший тепловой контакт с изоля-
ционным основанием обеспечивают интенсивную отдачу тепла от
проводника изоляционной плате и в окружающее пространство, что
пэзволяет пропускать через печатные проводники значительно
большие токи, чем через объемные проводники того же сечения.
Для печатных проводников допускают плотность тока до 20 а!мм\
При этом заметного нагрева проводников не наблюдается. Плот-
ность тока, при которой происходит мгновенное сгорание печат-
ного проводника, имеет величину порядка .800 а/мм2 для провод-
ника, полученного из фольги, и 300 а/мм2 для проводника, выпол-
ненного электрохимическим способом. Указанное различие полу-
чается потому, что проводник, изготовленный электрохимическим
способом, имеет менее плотную структуру металла и большее удель-
ное сопротивление, чем проводник из фольги. Для фольгирован-
ного проводника, как и для обычного медного провода, р =
= 0,0175 ом • лци2/уи; проводник, полученный электрохимическим
способом, имеет удельное сопротивление примерно в три раза
больше.

Печатные проводники имеют небольшую прочность сцепления
с изоляционным основанием. Так, например, для проводников,
полученных на фольгированном изоляционном материале, проч-
ность сцепления составляет 25—30 кГ/см2, а для проводников, по-
лученных электрохимическим способом— 15—20 кГ/см2. При не-
большой площади отдельных участков проводников для их отслаи-
вания от основания достаточно приложить усилие порядка единиц,
а иногда и долей килограмма. Поэтому надо принимать специаль-
ные меры для того, чтобы при монтаже платы и ее эксплуатации
на проводники не действовали силы, способные вызвать отслаива-
ние. По этим же причинам не следует делать у проводников из-
гибы с острыми углами, так как в этих местах наиболее вероятно
отслаивание металла. Радиус закругления печать ых проводников
должен быть не менее 2 мм. Минимальная ширина печатного про-
водника, а также минимальное расстояние между соседними про-
водниками ограничиваются возможностями используемых техноло-
гических методов. При нанесении изображения проводника на пла-
ту ограничена минимальная ширина линий; при травлении фоль-
ги или Ъри электролитическом осаждении металла кромки провод-
ников Получаются «рваными»; при втором способе изготовления
проводников есть опасность «зарастания» узких перемычек между
соседними проводниками. На фольгированном изоляционном ма-
териале при нанесении изображения фотсспособом можно получить
минимальную ширину проводника 0,6—0,8 мм и минимальное
расстояние между проводниками 0,8—1 мм.

При использовании фотоспособа с последующим электрохими-
ческим осаждением металла следует делать ширину проводников
и расстояние между ними не менее 0,8—1 мм. Такие проводники
следует применять только в отдельных местах, там где этого тре-
бует сложный монтаж; в остальных местах рекомендуется при-
менять проводники не уже 1,2—1,5 мм с расстоянием не менее
1,5 мм. При выборе расстояния между печатными проводниками сле-
дует учитывать также разность потенциалов между ними. В табл.
12.1 приведены значения допустимого рабочего напряжения между
проводниками в зависимости от расстояния.
Таблица 12.1

Допустимые рабочие напряжения
между печатными проводниками

Расстояние между провод- никами, мм 0,5 1 1,5
Допустимое рабочее на- пряжение, в 50 200 300

При конструировании проводников, по которым протекают
большие токи, особенно для цепей накала ламп, следует учитывать
падение напряжения на печатных проводниках. Зависимость сопро-
тивления проводника от его ширины при различных способах из-
готовления приведена в табл. 12.2.

Таблица 12.2

Сопротивление печатных проводников при толщине слоя металла 50 мк

Ширина проводника, мм 0,5 1 1.5 2
Сопротивление про- водника, ом/м изготовленного на фольги- рованном гетинаксе 0,7 0,41 0,31 0,25
изготовленного методом электролитического осаж- дения металла 2 1,5 1 0,75

Каждая плата с печатным монтажом должна быть сконструиро-
вана так, чтобы при необходимости она была пригодна для автома-
тической установки и припайки радиоэлементов. Для этого на двух
противоположных сторонах платы должны быть предусмотрены
зоны шириной не менее 2 мм, служащие для захвата платы на ма-
шинах с целью установки деталей и пайки. В этих зонах не долж-
ны располагаться проводники и детали. Для однозначной уста-
новки платы в машине на ней должен быть «ключ» в виде несиммет-
ричного выреза, например, как показано на рис. 12.1. Кроме того,
в каждой плате следует сделать два технологических отверстия,
по которым будут фиксироваться маски, используемые для защиты
отдельных участков схемы от лужения при автоматической пайке.
Центры всех отверстий должны располагаться в точках пересече-
ния линий координатной сетки, имеющей шаг 3 мм. Если печатный
монтаж имеет сложную конфигурацию, применяют координатную
сетку с шагом 1 мм. При таком расположении отверстий упрощает-
ся конструкция машин для установки радиодеталей: перемещение
установочных головок относительно платы будет производиться на
величину, кратную шагу сетки.

I I 1

Рис. 12.1. «Ключ»
на печатной плате

Рис. 12.2. Вырезы на печатных провод-
никах и экранах:

/ — проводник; 2 — экран

При пайке печатной платы с поверхности изоляционного осно-
вания выделяются газы. Если проводник имеет большую площадь,

Рис. 12.3. Печатные проводники и контактные пло-
щадки для пайки выводов деталей:

1 — проводник; 2 — контактная площадка

то газы, не находя выхода, будут отслаивать проводник от основа-
ния. Поэтому на экранах или других проводниках, имеющих ши-
рину более 3 мм, следует делать вырезы, например, как показано
на рис. 12.2.

Для того чтобы к проводнику можно было припаять вывод де-
тали, вокруг отверстия, через которое проходит вывод, необходи-
мо делать металлическую контактную площадку (см. рис. 12.3, а).
При диаметре отверстия 1—1,5 мм диаметр контактной площадки
берут не менее 2,5—3 мм. Если вблизи контактной площадки дол-
жен пройти другой проводник, край контактной площадки может
быть срезан, как показано на рис. 12.3 б.

Между двумя параллельно расположенными проводниками мо-
гут появиться гальванические связи за счет утечек по изоляции, а
также емкостные связи. Для определения величины емкости меж-
ду двумя параллельными проводниками нельзя пользоваться фор-
мулами, приведенными в гл. VI, так как эти формулы справедливы
только в тех случаях, когда расстояние между пластинами значи-
тельно меньше размеров, определяющих площадь взаимного пере-
крытия пластин. Величину емкости между печатными проводника-
ми можно вычислить по следующей формуле:

С = Й./.г, (12,1)

где

С — емкость, пф\

к — коэффициент, величина которого зависит от ширины лроводни-
/

Рис. 12.5. Экран между па-
раллельными проводниками;

1 —. изоляционное основание; 2 —
проводники; 3 — экран

ков и их взаимного расположения; значения к для часто
встречающихся в практике случаев приведены на рис. 12.4;
е — диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей прост-
ранство между проводниками;

I — длина взаимного перекрытия проводников, см.

При расположении проводников, которому соответствуют гра-
фики / и 2 на рис. 12.4, линии электрического поля проходят ча-
стично через воздух, а частично через изоляционную плату. По-
этому в формулу (12.1) следует подставлять среднеарифметическое
значение диэлектрической проницае-
мости воздуха и изоляционной пла-
ты, которое можно определить по та-
кой формуле:

е = 1±^е (12.2)

В формуле (12.2) ед — диэлектри-
ческая проницаемость изоляционной
платы, на которой расположены пе-
* чатные проводники. Для взаимного
расположения проводников, соответ-
ствующих графикам 3 и 4 (рис. 12.4), в
формулу(12.1) следует подставлять ед.

Емкость, а также гальванические связи между двумя парал-
лельными проводниками, расположенными на одной стороне пла-
ты, можно уменьшить, если разместить между ними заземленный
экран, как показано на рис. 12.5.

Для изготовления плат электрохимическим методом можно при-
менять различные сорта гетинакса (Вв, Гв и др.), стеклотекстоли-
та, пластмассы и другие материалы. При использовании химиче-
ского метода применяют фольгированный гетинакс Гф-1-Т, фоль-
гированный стеклотекстолит й другие фольгированные материалы.
Печатные платы, к которым предъявляются повышенные требова-
ния пО теплостойкости, могут изготавливаться из фторопласта.

В платах, изготовленных электрохимическим способом, стенки
отверстий для крепления деталей и для соединения проводников,
расположенных на разных сторонах платы, покрывают металлом.
Для получения более равномерного слоя металла у отверстий де-
лают зенковку. Металлизированные отверстия увеличивают силу
сцепления проводника с изоляционным основанием. В платах из
фольгированного гетинакса в ответственных местах устанавливают
в отверстия пистоны, что также закрепляет печатный проводник в
зоне отверстия.

Иногда при компоновке печатных проводников не удается раз-
местить их без пересечений. В этом случае при электрохимическом
способе изготовления один из пересекающихся проводников сле-
дует располагать- на другой стороне платы. На платах, изготовлен-
308
них из фольгированного гетинакса, для пересечения проводников
устанавливают перемычку из провода (см. рис. 12.6).

Печатные элементы. В настоящее время печатные элементы име-
ют ограниченное применение, так как по своим техническим харак-
теристикам они в ряде случаев уступают объемным элементам.

Наиболее просто методом печатания могут быть получены ка-
тушки индуктивности. В гл. IV приведена печатная катушка
(рис. 4.5) и формула (4.20) для вычисления ее индуктивности. Пе-

Рис. 12.6. Пересечение

а) — проводники, полученные электрохимическим способом; б) — проводники, полу-
ченные химическим способом; 1 — перемычка из провода

чатные катушки, имеющие Ь > 3 4- 5 мкгн, применяются редко,
так как имеют большие размеры. Так, например, при Ь, равном
10 мкгн , диаметр печатной катушки имеет величину порядка 50 мм.
Использование печатных катушек ограничено также из-за трудно-
стей, которые возникают в тех случаях, когда необходимо иметь
подстройку величины индуктивности. Применение сердечника из
магнитного материала неэффективно, так как такой сердечник зна-
чительно удален от витков катушки и может менять ее индуктив-
ность на 3—5%, что в большинстве случаев не достаточно. При
использовании плоских металлических дисков, приближающихся
к плоскости катушки, значительно уменьшается добротность кату-
шек, усложняется конструкция и увеличивается объем, занимае-
мый печатной платой. Поэтому печатные катушки применяются в
большинстве случаев тогда, когда не требуется подстройка и вели-
чина индуктивности не превышает единиц микрогенри.

Печатный конденсатор можно получить путем размещения двух
проводников на различных сторонах изоляционной платы. Печат-
ные конденсаторы целесообразно применять, если материалом изо-
ляционной платы является керамика. В этом случае, при выборе
соответствующего сорта керамики, можно получать конденсаторы,
имеющие параметры такие же, как и у объемных керамических

Рис. 12.7. Печатный, статор галетного переключателя

конденсаторов, с емкостью до нескольких десятков пикофарад. Из-
готовление печатных конденсаторов на платах, выполненных из
гетинакса и аналогичных материалов, нецелесообразно, так как
такие конденсаторы имеют малую емкость, плохую стабильность
емкости, малую величину сопротивления изоляции и большие по-
тери.

Печатные сопротивления могут быть получены путем нанесения
на изоляционное основание тонких пленок материалов, имеющих
большое удельное сопротивление. Печатные сопротивления, так
же как и конденсаторы, целесообразно изготавливать на керами-
ческом основании. Только в этом случае может быть получена необ-
ходимая стабильность и мощность сопротивления. По изложен-
ным выше причинам для печатного монтажа, выполненного на гети-
наксе, стеклотекстолите и других материалах, применяют объем-
ные сопротивления и конденсаторы.,
Методом печатного монтажа могут быть получены также кон-
такты переключателей. Пример выполнения статора такого пере-
ключателя показан на рис. 12.7. Переключатели можно изготав-
ливать из фольгированного гетинакса. Для снижения переходного
сопротивления медь должна быть покрыта слоем серебра, толщиной
5—10 мк. Для уменьшения истирания контактов поверх серебра

Рис. 12.8. Печатный узел с навесны-
ми деталями:

а) — одноплатная конструкция; б) — двух-
платная конструкция

наносят слой родия толщиной 0,1—0,2 мк. Переключатели, выпол-
ненные печатным способом, значительно проще и экономичнее,
чем обычные галетные переключатели. Они могут выдерживать не-
сколько десятков тысяч переключений и имеют после этого пере-
ходное сопротивление не более 0,05 ом.

Закрепление навесных деталей на печатной плате. Печатная
Плата с навесными деталями называется печатным узлом. По кон-
струкции печатные узлы могут быть одно- и двухплатные (см.
рис. 12.8). В первом случае детали устанавливают на одной сторо-
не печатной платы, для того чтобы можно было выполнить пайку
методом погружения. Во втором случае детали закрепляют между
двумя параллельными печатными платами.
При одностороннем печатном монтаже все радиоэлементы долж-
ны располагаться со стороны, противоположной проводникам, что
дает возможность автоматизировать пайку. Детали должны рас-
полагаться на плате правильными рядами, например, как показа-
но на рис. 12.8. Некоторые детали, имеющие большой вес, не мо-
гут быть закреплены на выводах, так как при воздействии вибра-
ции и ударов выводы могут отломаться. В этом случае применяют
специальные крепежные скобы, которые также запаивают в печат-
ную плату. Пример закрепления деталей на скобе показан на рис.
12.9. Особо тяжелые детали (силовые трансформаторы и др.) сле-
дует располагать вне платы. В этом случае соединение можно вы-
полнить перемычками из провода.

Рис. 12.9. Крепление переменного
сопротивления на печатной плате:

1— изоляционное основание печатной пла-
ты; 2— сопротивление; 3 — крепежная скоба

Рис. 12.10. Крепление полупровод-
никового триода:

1—триод; 2 —опорная втулка; 3— изоля-
ционное основание печатной платы

Если в отверстиях плат из фольгированного гетинакса не ус-
тановлены пистоны, то детали при монтаже нужно плотно прижи-
мать к поверхности платы. При этом выводы детали будут допол-
нительно прижимать печатный проводник к плате, что уменьшит
опасность его отслаивания. Маломощные полупроводниковые трио-
ды (П13—П15 и аналогичные) закрепляют клеем на специальных
втулках, установленных на изоляционной плате (см. рис. 12.10).
Во втулке с одной стороны делается окно, через которое можно
проверить расположение выводов триода и убедиться в отсутствии
замыканий. В широковещательной аппаратуре, на которую не воз-
действуют вибрационные и ударные перегрузки, триоды можно
устанавливать на плате без втулок и крепить за выводы.

Сверхминиатюрные радиолампы можно закреплять при помощи
специальных держателей, как показано в гл. XI. Для установки
ламп пальчиковой серии применяют специальные панели, анало-
гичные рассмотренным в гл. XI, но имеющие выводы, приспособ-
ленные для запайки в печатную плату.
Влагозащита печатных плат. Так как печатные платы имеют
малые расстояния между проводниками, то воздействие влаги мо-
жет приводить к таким ухудшениям сопротивления изоляции, при
которых будет нарушаться нормальная работа схемы. Поэтому пе-
чатные платы надо тщательно защищать от влаги. Для первоначаль-
ной защиты плат применяют покрытие до установки радиоэлемен-
тов слоем электроизоляционного лака. Кроме того, платы, которые
будут работать в сложных климатических условиях, необходимо
покрывать лаком второй раз после установки и припайки радио-
элементов.

У используемых для этой цели лаков должны быть следующие
свойства:

а) хорошая адгезия к материалу платы и печатным проводни-
кам;

б) малая влагопоглощаемость;

в) хорошее сопротивление изоляции;

г) способность быстрого высыхания при невысокой положитель-
ной температуре;

д) отсутствие растрескивания в диапазоне рабочих температур.

Наиболее часто для покрытия печатных плат используются
лаки СБ-1с и № 976.

Следует отметить, что тонкая пленка лака не способна надеж-
но защитить плату от влаги при длительном воздействии, так как
абсолютно влагонепоглощающие лаки отсутствуют. Кроме того,
на поверхности платы, покрытой лаком, всегда имеются отдельные
участки с дефектами: с пузырьками, царапинами и т. д., через ко-
торые интенсивно проникает влага. Поэтому для аппаратуры, ко-
торая должна длительно работать при повышенной влажности,
можно применять заливку плат специальными смолами и компаун-
дами, например, на основе эпоксидных смол. Необходимо иметь в
виду, что при этом становится невозможной замена вышедшей из
строя радиодетали — печатная плата становится непригодной для
ремонта.

§ 2. Микромодули

Основой микромодуля является плата из керамического мате-
риала (галета), имеющая форму квадрата со стороной 8 мм. Приме-
нение микромодульных конструкций открывает перспективы умень-
шения габаритов аппаратуры и повышения ее надежности.

Элементы схемы аппарата (сопротивления, конденсаторы, ка-
тушки и др.), используемые в микромодульных конструкциях, мо-
гут быть двух видов:

а) печатные, изготовленные непосредственно на галете;

б) объемные, которые припаиваются к галете.

Для электрического соединения элементов схемы на галетах
делают печатные проводники, которые заканчиваются контактны-
ми площадками около пазов, расположенных по краям галеты.
Объемные детали, устанавливаемые на галетах, обычно делают
без проволочных выводов. Такие детали имеют выводы в виде по-
серебренных обкладок непосредственно на корпусе детали. Закреп-
ление объемных деталей производится при помощи припайки их к
печатным проводникам, расположенным на галете. На рис. 12.11
показаны примеры галет, имеющих печатное сопротивление и
объемный конденсатор.

Рис. 12.11. Галеты микромодулей:

а) — с объемным конденсатором; б) — с печатными сопротивлениями;

1— керамическое основание; 2 — объемный конденсатор; 3 — выводы
конденсатора; 4 — контактная площадка для подключения конденса-
тора; «5 — контактная площадка для включения галеты в общую схе-

му; 6 — печатный проводник; 7 — печатное сопротивление

В зависимости от характёристик радиодеталей (рассеиваемой
мощности, величины емкости и т. д.) изменяются их размеры. По-
этому на одной галете может быть расположено различное количе-
ство радиоэлементов (обычно не более четырех). Размеры галеты,
форма и расположение пазов и «ключа» нормализуются и независи-
мо от характера расположенных на них деталей и типа аппаратуры
остаются неизменными. Исключение составляет толщина галеты,
которая может иметь несколько разных значений в зависимости
от особенностей расположенных на галете деталей. На таких гале-
тах можно располагать широкую номенклатуру специально скон-
струированных радиодеталей, включая катушки индуктивности до
10 мгн, полупроводниковые приборы, конденсаторы емкостью до
10 мкф и др.

Микромодуль, образующий законченный функциональный узел,
собирается из галет с различными, радиодеталями, как показано
на рис. 12.12. Проводники, заложенные в пазы галет и припаянные
Рис. 12.12. Микромодуль (за-
ливочная масса условно не по-
казана):

к контактным площадкам, соединяют между собой отдельные радио-
элементы в соответствии со схемой и одновременно фиксируют вза-
имное расположение галет. После пайки такой модуль заливается
специальными составами, которые защищают радиодетали от воз-
действия влаги и окончательно скрепляют между собой галеты. Вы-
воды для включения модуля в схему могут делаться с одной сторо-
ны или с двух сторон Если модуль должен быть легкосъемным, то
снизу устанавливается специальная плата со штырями междублоч-
ного разъема. Такой модуль представляет неразборную и перемон-
тируемую конструкцию: в случае вы-
хода из строя одной радиодетали, за-
меняется весь модуль.

Описанная выше конструкция мо-
дуля позволяет осуществить пол-
ностью механизированное производ-
ство, начиная от процесса изготов-
ления галеты и кончая проверкой
окончательно собранного модуля.
При этом, за счет исключения субъ-
ективного влияния человека на про-
цесс производства, резко возрастает
надежность радиоаппаратуры,

С применением микромодульных
конструкций удается достигнуть рез-
кого сокращения габаритов аппара-
туры. Плотность расположения дета-
лей в микромодульных конструкциях
составляет 5—15 деталей на 1 см3
объема, что на порядок выше плот-
ности, получаемой при обычных мето-
дах конструирования. Однако резкое

сокращение габаритов аппаратуры приводит к увеличению её на-
грева, что вынуждает применять специальные теплостойкие радио-
элементы или же принимать меры по улучшению отвода тепла от
аппарата.

/—галеты с радиоэлементами; 2 —
соединительные провода
ЛИТЕРАТУРА

Андреевский М. Н. Конструирование элементов радиопередатчиков,
устанавливаемых на подвижных объектах. М., Оборонгиз, 19о9.

Белопольский И. И. Электропитание радиоустройств. М.-Л., Гос-
энергоиздат, 1957.

Бобров Н. В. Радиоприемные устройства. М.-Л., Госэнергоиздат, 1958.
Веребрюсов И. А. Синхронные передачи и следящие системы. Л.,
Судпромгиз, 1954.

В о л г о в В. А. Детали контуров радиоаппаратуры. М.-Л., Госэнерго-
издат, 1954.

Грибовский П. О. Миниатюрные электрические конденсаторы КЛГ.
«Информация по радиоэлектронике», № 22 (изд. ЦБНТИ ГКРЭ), 1959.
Ермолин Н. П., Ваганов А. П. Расчет маломощных трансфор-
маторов. М., Госэнергоиздат, 1957.

И о р и ш ЙЭ. И. Измерение вибраций. М., Машгиз, 1956.

Казарновский Д. М. Нагрев малогабаритных элементов аппара-
туры в разреженной атмосфере. — В кн.: Труды. Вып. 90. Л., 1954
(ЛКВВИА им. Можайского).

Казарновский Д. М. Испытания радиотехнических Материалов и
деталей. М.-Л., Госэнергоиздат, 1953.

К а р о л л Д. Ж. Технология производства радиоаппаратуры. Л., Суд-
промгиз, 1960.

Колосов А. А. Резонансные системы и резонансные усилители. М.,
Связьиздат, 1949.

Колосов А. А.. Катушки радиоприемника. М., Связьиздат, 1934 г.

Колосов А. А. Основы расчета радиоприемников. М., Связьиздат,
1937.

Кононович Л. А. Расчет паразитных емкостей при печатном монтаже
•радиоаппаратуры. «Радиотехника», т. И, № 8, 1956.

Л е с о х и н А. Ф. Допуски, посадки и технические измерения. М., Маш-
гиз, 1959.

Линии передачи сантиметрового диапазона. Под ред. Ремеза. М., «Советское
Радио», 1951.

Лиховецкий Б. Л. Разработка и производство маломощных транс-
форматоров за рубежом. «Информация по радиоэлектронике» (изд.
ЦБНТИ ГКРЭ), 1958, № 4.

Междуведомственная нормаль. Система чертежного хозяйства. 1962.

Методы охлаждения миниатюрной электронной аппаратуры. «Радиоэлект-
ронная промышленность», № 4, 1958.

Новожилов Г. Ф. Объемные резонаторы. М., Воениздат, 1958.

Перельштейн И. И. Теплообмен в электронной аппаратуре. (Радио-
электронная промышленность», № 6, № 7, 1958.
Пестряков В. Б., Сачков Д. Д. Конструирование деталей и уз-
лов радиоаппаратуры. М.-Л., Госэнергоиздат, 1947.

Печатные схемы в радиотехнической промышленности. М., ЦБТИ МГСНХ,
195В.

Принципы радиолокации. Т. II, М., «Советское радио», 1949.

Пруссаков В. Б., Азарх С. X. Расчет конденсаторов перемен-
ной емкости с воздушным диэлектриком. «Радиотехническое производ-
ство», № 4, 1956.

Рабчинская Г. И. Радиотехнические материалы. М.-Л., Госэнер-
гоиздат, 1956.

Р э н н е В. Т. Электрические конденсаторы. М.-Л., Госэнергоиздат, 1959.
Рыбинский О. А., Малышев А. Н. Постоянные непроволоч-
ные сопротивления. М.-Л., Госэнергоиздат, 1959.

Сачков Д. Д. Конструирование радиоаппаратуры, М. Л., Госэнерго-
издат, 1951.

Сачков Д. Д., Эйдлин Е. К. Расчет и конструирование радиоап-
паратуры. М.-Л., Госэнергоиздат, 1957.

Сенченков А. Ф., Степанов П. В. Конструкция и технология
изготовления ленточных сердечников для трансформаторов, М., Мос-
ковский дом научно-технической пропаганды им. Дзержинского, 1958.
Сифоров В. И. Радиоприемные устройства. М.-Л., Госэнергоиздат,
1951.

Сифоров В. И. Радиоприемники сверхвысоких частот. М., Воениздат,
1957.

Сканави Г. И. Физика диэлектриков (область сильных полей). М.,
Физматгиз, 1958.

Сотсков Б. С. Основы расчета и проектирования элементов автомати-
ческих и телемеханических устройств. М.-Л., Госэнергоиздат, 1953.

Ступель Ф. А. Электромеханические реле. Харьков. Изд. Харьковс-
кого университета, 1956.

Финкельштейн Л. А., Гиршман Г. X. Антенные контуры
широкодиапазонных коротковолновых передатчиков. М.-Л., Госэнерго-
издат, 1960.

Фогельсон Б. А. Волноводы. М., Воениздат, 1958.

Фролов А. Д. Основные принципы конструирования деталей радиоап-
паратуры. М.-Л., Госэнергоиздат, 1955.

Фунштейн Л. Г. Конструирование высокочастотных катушек индук-
тивности с новыми материалами. М., Московский дом научно-техниче-
ской пропаганды им. Дзержинского, 1958.

Харинский А. Л. Основы конструирования элементов радиоаппара-
туры. М.-Л., Госэнергоиздат, 1959.

X л ю п и н Г. Д. Малогабаритные реле и потенциометры. «Информация
по радиоэлектронике», 1959, № 25.'

Ц ы к и н Г. С. Трансформаторы низкой частоты. М., Связьиздат, 1950.

Шляндин В. М. Элементы автоматики и телемеханики. М., Оборон-
гиз, 1954.

Я ма но в С. А., Сачков Д. Д. Методы защиты радиодеталей от
влаги. М.-Л., Госэнергоиздат, 1951.

Маликов И. М. и др. Основы теории и расчета надежности. Л., Судпром-
гиз, 1960.
Оглавление

От автора ....................................................... 2

Глава I. Основные факторы, определяющие конструкцию радиоаппаратуры

§ 1. Область применения и условия эксплуатации радиоап-
паратуры ................................................. 3

§ 2. Влияние выполняемых функций, требований к парамет-
рам аппарата на его конструкцию .......................... 7

§ 3. Эксплуатационные требования, предъявляемые к радиоап-
паратуре 8

§ 4. Производственно-технологические требования, предъяв-
ляемые к радиоаппаратуре 9

§ 5. Надежность радиоаппаратуры ....................... 11

Глава II. Основы выбора материала, покрытий, допусков, посадок, чи-
стоты поверхности при конструировании радиоаппаратуры ... 19

§ 1. Основы выбора материала ........................... 19

§ 2. Основы выбора покрытий ............................ 23

§ 3. Основные принципы назначения допусков, посадок и клас-
са чистоты поверхности для деталей радиоаппаратуры . . 27

Глава III. Конструкторская документация ........................ 36

§ 1. Порядок проектирования радиоаппаратуры ............ 36

§ 2. Конструкторская документация . .-.................. 37

§ 3. Организация чертежного хозяйства на предприятии . . 44

Глава IV. Высокочастотные катушки индуктивности ................ 47

§ 1. Основные технические параметры катушек индуктивности 47

§ 2. Типы намотки и определение геометрических размеров ка-
тушки ................................................... 49

§ 3. Расчет индуктивности катушек ...................... 54

§ 4. Собственная емкость катушек индуктивности .......... 58

§ 5. Добротность катушек индуктивности............... 60

§ 6. Стабильность параметров катушек индуктивности ... 76

§ 7. Катушки с магнитными и немагнитными сердечниками . 79

§ 8. Экранирование катушек индуктивности .................89

§ 9. Связанные катушки ................................. 94

§ 10. Дроссели высокой частоты ......................... 96

§ 11. Вариометры ....................................... 98

Глава V. Трансформаторы и дроссели ............................ 101

§ 1. Классификация и область применения ............. . 101

§ 2. Исходные данные для расчета ...................... 101

§ 3. Основные свойства магнитных материалов ............ ЮЗ

§ 4. Элементы конструкции трансформаторов и дросселей . . НО

§ 5. Основные соотношения для трансформаторов ......... 123

§ 6. Расчет трансформаторов низкой частоты ....... . 128

§ 7. Расчет силового трансформатора ................... 141

§ 8. Расчет дросселя низкой частоты ................... ЮЗ
Глава VI. Конденсаторы ......................................... 159

§ 1. Классификация конденсаторов; облаете применения и вы-
полняемые функции .................................... 159

§ 2. Основные технические параметры конденсаторов . . . 161

§ 3. Стандартные и нормализованные конденсаторы постоян-
ной емкости ............................................ 165

§ 4. Конденсаторы переменной емкости ................... 177

§ 5. Полупеременные (подстроечные) конденсаторы .... 193

Глава VII. Линии и контуры СВЧ диапазона........................ 196

§ 1. Особенности линий для передачи энергии УВЧ и СВЧ
диапазонов и их основные характеристики ................ 196

§ 2. Типы линий ........................................ 197

§ 3. Объемные резонаторы ............................... 205

Глава VIII. Сопротивления 209

§ 1. Основные технические параметры сопротивления . . . 209

§ 2. Непроволочные постоянные сопротивления............. 212

§ 3. Непроволочные переменные сопротивления ............ 214

§ 4. Проволочные постоянные сопротивления .............. 216

§ 5. Проволочные переменные сопротивления .............. 222

Глава IX. Переключатели и реле ................................. 227

§ 1. Контакты переключателей и реле..................... 227

§ 2. Особенности переключателей и реле, предназначенных
для коммутации цепей высокой частоты ..................... 23 1

§ 3. Основные технические характеристики переключателей . 232

§ 4. Переключатели, применяемые в радиоаппаратостроении . 234

§ 5. Электромагнитные реле ............................. 239

Глава X. Элементы механизмов управления ........................ 245

§ 1. Назначение ........................................ 245

§ 2. Ручки ............................................. 245

§ 3. Механизмы замедления движения ..................... 247

§ 4. Ограничители ...................................... 248

§ 5. Отсчетные устройства .............................. 249

§ 6. Электрические двигатели ........................... 251

Глава XI. Компоновка радиоаппаратуры ........................... 255

§ 1. Установочные, соединительные и вспомогательные дета-
ли и узлы .............................................. 255

§ 2. Общие вопросы компоновки ......................... 275

§ 3. Защита радиотехнических устройств от внешних воздейст-
вий .................................................... 282

Глава XII. Печатные схемы и модульные конструкции .............. 302

§ 1. Печатный монтаж и печатные схемы .................. 302

§ 2. Микромодули ......................-................ 313

Литература ..................................................... 316
ГЕОРГИЙ ДАВЫДОВИЧ ФРУМКИН

Расчет и конструирование радиоаппаратуры

Редактор Мешков

Художественный редактор И. К. Гуторов
Технический редактор С. С. Горохова
Корректор Е. А. Смирнова

Сдано в набор 28 /1-63 г. Подписано к печати 26/У П-63 г,
Бумага бОхОО1^ 20 печ. л. Тираж 47000 экз.

Уч-изд. л. 18,64 Т 04160 Изд. № от/394 Цена 66 коп.

Государственное издательство «Высшая школа»,
Москва, К-62, Подсосенский пер., 20

Полиграфкомбинат Приволжского совнархоза^. Саратов,
ул. Чернышевского, 59.

Заказ 286