Катушка индуктивности.
Отвлечемся немного от приставок к осциллографу и поговорим... о катушке индуктивности. Прежде всего потому, что в радиолюбительской практике она встречается довольно часто в виде элемента колебательного контура, обмотки дросселя или трансформатора, звуковой катушки динамической головки, обмотки электромагнитного реле. В одном случае катушку приходится подбирать по ее индуктивности, в другом оценка идет по добротности - качеству изготовления катушки, в третьем - нужно учитывать резонансную частоту колебательной системы.
Конечно, для определения этих параметров существуют промышленные и самодельные измерительные приборы, но они либо сложны в повторении, либо недоступны для начинающего радиолюбителя. Вот почему имеет смысл воспользоваться для контроля указанных параметров нашим осциллографом. Правда, понадобятся еще генератор звуковой частоты и генератор радиочастоты - в зависимости от индуктивности исследуемой катушки, но, надеемся, в случае необходимости их всегда удастся найти в школьном кабинете физики.
Познакомимся вначале с методикой определения индуктивности катушки. Возьмем, к примеру, унифицированный выходной трансформатор ТВК - 110ЛМ кадровой развертки телевизора и исследуем его первичную обмотку (выводы 1 и 2). Заранее зная, что придется иметь дело с катушкой сравнительно большой индуктивности, соберем измерительный комплекс из осциллографа и генератора ЗЧ (рис. 81). "Земляной" щуп осциллографа и общий зажим (или гнездо) генератора соедините вместе, а входной щуп осциллографа подключите к выходному зажиму генератора. Между входным щупом и гнездом"ВХОД X" осциллографа включите переменный резистор R1 сопротивлением 10 кОм.
Осциллограф должен работать в автоматическом режиме (кнопка "АВТ.- ЖДУЩ." отпущена) с разверткой от внешнего сигнала (кнопка "РАЗВ. -ВХ. X" нажата) при любом входе (открытом или закрытом) и наименьшей чувствительности (50 В/дел.). Выходной сигнал генератора может быть 2...3 В, частота 100... 1000 Гц. При этих условиях на экране осциллографа появится горизонтальная линия (рис. 82, а), длину которой следует установить переменным резистором R1 равной примерно четырем делениям.
Затем сигнал с гнезда "ВХОД X" снимают и подбором чувствительности осциллографа добиваются появления вертикальной линии такой же длины (рис. 82, б).
Далее вновь подают сигнал на гнездо "ВХОД X" и регулировкой (в небольших пределах) амплитуды сигнала генератора ЗЧ, а также перемещением движка переменного резистора добиваются прямой линии, наклоненной точно под углом 45° к линии развертки (рис. 82, в). Вот теперь осциллограф готов к измерениям.
В разрыв провода, соединяющего переменный резистор с гнездом "ВХОД X",включите последовательный колебательный контур, состоящий из конденсатора С1 емкостью 0,5 мкФ и первичной обмотки трансформатора Т1. В зависимости от частоты генератора ЗЧ на экране осциллографа может появиться изображение эллипса, наклоненного ближе к вертикальной (рис.82, г) или горизонтальной (рис. 82, д) оси. Плавно изменяя частоту генератора, добиваются прямой линии (рис. 82, е), свидетельствующей о равенстве фаз сигналов, поступающих на входы усилителей каналов осциллографа, а значит, о соответствии резонансной частоты проверяемого контура частоте генератора. Небольшая расстройка частоты генератора будет сопровождаться появлением на экране эллипса вместо прямой, что подтвердит точное нахождение резонансной частоты. А чтобы наверняка избежать ошибки, следует добиваться прямой линии при перестройке частоты генератора от самой нижней, скажем 20 Гц, в сторону увеличения.
Индуктивность первичной обмотки трансформатора теперь можно определить по формуле: L=25300/f2C, где L - индуктивность катушки, Гн; f - частота генератора, Гц; С - емкость конденсатора, мкФ. Поскольку при проверке обмотки трансформатора резонанс наступил на частоте 60 Гц, нетрудно подсчитать,что индуктивность обмотки составляет 14 Гн, что соответствует указанному в паспорте на трансформатор значению (1 Гн в зависимости от тока через обмотку).
Совсем не обязательно использовать в контуре конденсатор указанной емкости (0,5 мкФ), тем более при проверке обмотки неизвестной индуктивности. Включайте поочередно конденсаторы разной емкости (например, 1 мкФ, 0,5 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ) и делайте замеры. В любом варианте результат замера должен быть неизменным. Только при одной емкости момент резонанса более выражен, чем при другой. Предлагаем вам убедиться в этом, проведя эксперименты по измерению индуктивности не только первичной, но и вторичных обмоток (выводы 3 и 4 - 5, З и 6, 4 -5 и 6).
По мере уменьшения индуктивности проверяемой катушки, когда резонанс наступает на частотах единицы килогерц, получить прямую линию не удается - ее заменяет наиболее узкий эллипс. Потому проверку катушек малой индуктивности удобнее проводить по другой методике, когда катушку(L1 на рис. 83, в) совместно с контурным конденсатором Ск подсоединяют к генератору РЧ через конденсатор С1 небольшой емкости, а параллельно получившемуся колебательному контуру подключают (через конденсатор С2 также небольшой емкости) входные щупы осциллографа. Выходной сигнал генератора и чувствительность осциллографа устанавливают такими, чтобы на экране была небольшая по длине вертикальная линия (рис. 83, 6). Осциллограф работает, как и в предыдущем случае, в автоматическом режиме с разверткой от внешнего сигнала, но на гнездо "ВХОД Х" сигнала не подает.
Изменяя частоту сигнала генератора РЧ, находят такое ее значение, при котором размах вертикальной линии будет наибольшим (рис. 83, в). При подходе к резонансной частоте по мере увеличения длины линии снижают чувствительность осциллографа.
Отсчитав по шкале генераторе РЧ значение резонансной частоты,определяют по вышеприведенной формуле индуктивность катушки, подставляя в нее частоту в МГц, контурную емкость в пФ (индуктивность получается в мкГн).
Контурный конденсатор может быть разной емкости (от 50 до 500 пФ) - это зависит от индуктивности катушки. Подключая к катушке разные контурные конденсаторы, проведите замеры и сравните результаты. Не удивляйтесь,если они будут несколько отличаться друг от друга. Причина в том, что при разных контурных конденсаторах будет и разное влияние емкостей измерительных цепей (подключенных через конденсаторы С1 и С2 генератора и осциллографа) на общую емкость колебательного контура. Чем больше емкость контурного
конденсатора, тем меньше влияние указанных цепей.
При проверке и налаживании усилителей РЧ или ПЧ, входных цепей приемников, полосовых фильтров и других узлов с катушками индуктивности бывает важно знать добротность контура (а значит, добротность катушки) и полосу его пропускания. Эти параметры можно "просмотреть" на экране осциллографа и сразу же по изображению вычислить их значения.
Как это сделать, показано на рис. 84. Для примера взята магнитная антенна "карманного" радиоприемника. Ее колебательный контур составлен катушкой индуктивности L1 и конденсатором переменной емкости Ск. Катушка содержит 85 витков провода ПЭВ-1 0,15, намотанных виток к витку на стержне диаметром 8 и длиной 80 мм из феррита 600НН (можно 400НН). Конденсатор Ск - КП-180 (с изменением емкости от 5 до 180 пФ).
Через конденсатор С2 к контуру подключены входные щупы осциллографа, а через С1 подано пилообразное напряжение развертки с гнезда,расположенного на задней стенке осциллографа. В результат во время резкого спада напряжения "пилы" (в конце ее) колебательный контур возбуждается и становится генератором, вырабатывающим синусоидальные колебания частотой, равной резонансной частоте контура. Но поскольку на контур поступает импульсное напряжение, его колебания после возбуждения постепенно затухают и вскоре прекращаются. Чем больше добротность контура, тем дольше будут продолжаться колебания. Поэтому достаточно взглянуть на характер затухающих колебаний, чтобы дать оценку контуру.
Итак, колебательный контур L1Cк подключен к осциллографу, который в данном случае должен работать в автоматическом режиме (кнопки "АВТ. -ЖДУЩ.", "ВНУТР. - ВНЕШН.", "РАЗв. - ВХ. X" отжаты) при максимальной длине линии развертки, длительности развертки, например, 50 мкс/дел. и чувствительности, скажем, 0,05 В/дел. Тогда на экране удастся увидеть изображение затухающих колебаний, показанное на рис. 85, а. Изме-
нением длительности развертки "растяните" изображение настолько, чтобы были видны начальные колебания (рис. 85, б). Форма их синусоидальная,но с каждым последующим периодом амплитуда колебаний падает.
Повернув ротор конденсаторе переменной емкости в положение максимальной емкости, "растяните" изображение настолько, чтобы можно было наблюдать колебание, вдвое меньшее по амплитуде в сравнении с первоначальным(рис. 85, а). Подсчитайте число периодов до того колебания и определите добротность контура на данной частоте по формуле Q=N/0,22,где Q - добротность контура; N - число подсчитанных периодов. В показанном на рис. 85, в примере добротность составит 45.
Перестроив контур конденсатором переменной емкости на наиболее коротковолновый участок (соответствует минимальной емкости конденсатора), вновь определите добротность. Результат получится более высокий по сравнению с предыдущим из-за некоторого уменьшения потерь в конденсаторе и увеличения индуктивного сопротивления катушки.
Дальнейшее повышения добротности наблюдается при уменьшении емкости конденсаторов связи С1 и С2, но одновременно уменьшается и размах наблюдаемых на экране колебаний.
Может случиться, что добротность контура будет весьма высокой и подсчитать число периодов до нужного колебания не удастся - настолько плотно "выстроятся" колебания. В этом случае поступают так, как показано на рис. 85, г, - "растягивают" изображение настолько, чтобы можно было заметить уменьшение амплитуды колебания всего лишь до 0,8 первоначального значения. И тогда, подсчитав число периодов до этого колебания, подставляют в формулу другой коэффициент – 0,071 (вместо 0,22).
Определив добротность, можете измерить частоту резонансных колебаний известным вам способом (по длительности периода одного колебания) и подсчитать полосу пропускания контура по формуле Df=fo/Q, где Df - полоса пропускания, кГц; fo - резонансная частота, кГц, Q -добротность.
Освоив предложенную методику, вы сможете провести немало интересных экспериментов, например, по изучению влияния на добротность числа витков катушки связи магнитной антенны и входного сопротивления первого каскаде усилителя РЧ. Наблюдения за добротностью помогут подобрать наиболее оптимальный режим работы "высокоомного" усилителя РЧ при непосредственном подключении к нему колебательного контура магнитной антенны. Не менее полезными окажутся измерения добротности при самостоятельной разработке магнитной антенны для данного перекрытия диапазона волн - ведь на добротности сказывается и магнитная проницаемость ферритового сердечника, и число витков катушки, и диаметр провода.
И еще об одном варианте "индуктивных" измерений. Как известно, любая динамическая головка обладает своей резонансной частотой, которую необходимо знать при изготовлении громкоговорителя или акустической системы. Чтобы избежать ошибки, а также про-контролировать результат согласования динамической головки с акустическим объемом корпуса громкоговорителя, нужно предварительно более точно определить резонансную частоту головки. Здесь так же поможет осциллограф, но в паре с генератором ЗЧ, желательно с большой выходной мощностью (не менее 2 Вт). Соединяют их так, как показано на рис. 86,а.
Выходной сигнал генератора ЗЧ поступает на цепочку из последовательно соединенных резисторе R1 и динамической головки ВА1. Параллельно головке подключены входные щупы осциллографа, а "земляное" гнездо (или зажим) генератора соединено с гнездом "ВХОД X" осциллографа. Такое подключение осциллографа позволяет наблюдать фазовый сдвиг между током и напряжением цепи звуковой катушки головки и фиксировать момент резонанса.
Сопротивление резистора R1 должно быть в 20...30 раз больше сопротивления звуковой катушки, чтобы амплитуда тока в цепи катушки оставалась постоянной - тогда наряду с фазой и частотой резонанса удастся определять амплитуду напряжения на катушке.
Последовательность работы напоминает вышеописанную процедуру измерения индуктивности катушек. Осциллограф работает автоматическом режиме с разверткой от внешнего сигнала. Выходной сигнал генераторе и чувствительность осциллографа устанавливают такими, чтобы при частоте генератора 200...500 Гц на экране осциллографа был виден эллипс (рис.86, 6) с наклоном к линии развертки примерно в 45°.
Затем перестраивают частоту генератора сторону нижних частот дополучения прямой линии (рис. 86, в). Получившаяся при этом частота генератора будет соответствовать резонансной частоте динамической головки. К примеру, при испытании подобным методом динамической головки 2ГД-38 ее резонансная частота получилась равной 80 Гц, что соответствует паспортному значению с учетом допуска.
