Підвищення Q контуру
А. Партін, г. Екатеринбург
Основним показників ефективності коливального контуру є добротність (Q). Фізичний сенс добротності - відношення запасеної в контурі енергії до розсіювання. Добротність залежить від втрат енергії в контурі, які викликані нагріванням проводів, втратами в конденсаторі і котушці індуктивності, а також випромінюванням електромагнітних хвиль в навколишнє середовище. Як би ідеально ні виготовлявся коливальний контур, він обов'язково має активний опір.
Активний опір котушки з ростом частоти зростає і може збільшуватися в десятки разів. Це викликано тим, що змінний струм високої частоти витісняється ближче до поверхні провідника (скін-ефект). Ось чому для збільшення добротності котушок їх мотають багатожильним ізольованим проводом типу ЛЕШО. Добротність контурної котушки Q L визначається:
де
- частота контуру;
L - інтдуктівность котушки;
R L - опір втрат.
Добротність конденсатора Qc обчислюється за формулою
де
С - ємність конденсатора;
R З - опір втрат.
Добротність контуру Q тим вище, чим вище добротність його елементів і визначається виразом:
де
# 961; - характеристичне (хвильовий) опір контуру;
r = r C + r L - сумарний опір контуру.
Не треба забувати основну формулу, визначальну резонансну частоту fp коливального контуру:
Отже, домагаючись зміни одного параметра контуру, наприклад, L, щоб не «спливала» частота, твір LC повинно залишатися постійним. Одну і ту ж резонансну частоту можна отримати при різних значеннях індуктивності і ємності, подібно до того як одну і ту ж площу прямокутника можна отримати при різних співвідношеннях його сторін. Для того щоб отримати високу добротність контуру, вибір величин L і С вимагає певних умов. При конструюванні коливальних контурів з високою добротністю перевагу слід віддавати котушок з більшою індуктивністю. Велика індуктивність - це велика кількість витків, а для високої добротності провід слід брати якомога товщі, що не завжди можливо.
Застосування феромагнітних сердечників дозволяє зменшити розміри котушок і підвищити їх добротність. Крім того, за допомогою підлаштування сердечників легко регулювати індуктивність котушок. Однак з феромагнітними сердечниками з'являється залежність індуктивності і, відповідно, добротності котушок від величини струму, що протікає. Особливо сильною ця залежність покривається в замкнутих магнитопроводах (тороїда). Зі збільшенням струму відбувається втрата магнітних властивостей осердя.
На рис.1 показаний транзисторний резонансний підсилювач на частоту 503 кГц, а в табл.1 наведені L, С і відповідне значення коефіцієнта посилення.
На рис.2 показаний фільтр, що загороджує на цю ж частоту (503 кГц), в табл.2 - номінали LC-компонентів і коефіцієнта ослаблення Кос фільтра.
Пропоную пару практичних порад. які дозволять досить просто налаштувати коливальний контур на певну частоту. Для цього потрібно генератор стандартних сигналів (ГСС-6, Г4-18а, Г4-42 і ін.) І будь-який низькочастотний осцилограф.
Спосіб 1. З'єднуємо котушку і заздалегідь відградуйовану конденсатор змінної ємності в послідовний ланцюг (ріс.З). Цей ланцюг включається в гніздо 1 У генератора (ГСС). Все атенюатори встановлюються в максимальне положення. Перед вимірюванням включаємо генератор, виставляємо необхідну частоту і замикаємо вихід генератора (1 В) на корпус. Якщо атенюатори встановлені на максимум, то стрілка внутрішнього вольтметра встановиться практично на нульовий розподіл.
Підключаємо настроюється ланцюг. Стрілка встановлюється на певний розподіл шкали, оскільки послідовний контур на частоті, відмінній від резонансної, має досить великий опір. Обертаючи ручку еталонного конденсатора, фіксуємо той момент, коли стрілка вольтметра відхилиться вліво (опір контуру на резонансній частоті зменшується). Чим різкіше відхилення стрілки, тим вище добротність контуру. Відраховуємо значення ємності конденсатора. Якщо величина ємності мала, а відхилення стрілки немає, то слід змотати кілька витків дроту з котушки.
Спосіб 2. Збираємо схему по ріс.3б. З резистора R1 береться сигнал на осцилограф. обертаючи ручку
конденсатора, фіксуємо момент мінімуму сигналу на осцилографі.