收音机的线圈

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谐振电路是无线电技术里一个主要的部分,通常是由线圈和电容器组成的。这里,介绍一下关于收音机线圈的使用和设计的一般知识。

一、线圈的特性参数

线圈的特性主要由下面几个参数来表示:

电感量 电感量的大小,决定于线圈本身的结构,而电感量的选择,则是按线圈的用途来确定的。各种用途的线圈,制造时电感量的误差也有不同的允许范围。

质量因数 这是表示线圈质量和效率的标志,也就是常叫的Q值。Q值越高,谐振电路的效率越好,在收音机里它直接影响选择性和灵敏度。

潜布电客 线圈的每个线匝、每个绕组以及每个绕组对地(底盘)之间,都有一定的电容,叫做线圈本身的潜布电容(或固有电容),它将减小调谐电路的频率调谐范围,有些时候还能够降低线圈的质量因数和稳定度。潜布电容又能和线圈本身的电感构成一个谐振电路,它的谐振频率就是线圈的自然频率。

稳定度 在业余收音机中,线圈的稳定度似乎不引人注意,但在频率趋向很高,精密度比较严格的收音机里,线圈的稳定度也是一个重要的指标。引起线圈不稳定的原因主要是:1.温度的变化,使导线的电阻、线圈管的介质损耗等发生变化,影响了质量因数;2.湿度的变化,使导线和骨架等的绝缘电阻发生变化,潜布电容也能受到影响;3.机械强度不够,受到震动时使线圈结构产生某些位移,但是这种影响一般是比较小的。

二、线圈的简易设计计算

线圈的计算步骤,是先根据电路中调谐回路的要求算出这个线圈的电感,然后根据电感选择它的实际结构——线圈框架的大小、圈数、绕法和线径粗细等。严格来说,在计算线径和选择框架时,应该根据调谐回路所要求的Q值,而Q值又是受到许多条件所影响的;因而线圈的设计往往要作多次修正和实际验证,最后才能定型。但是业余者使用的线圈耍求并不很高,通常使用经验算式计算就可以了。

1.线圈的电感

计算收音机线圈的电感时,因各种不同的机种而有不同的要求,例如常用的双回路矿石机线圈电感的计算方法,基本上就是输入电路的计算(参阅本刊1961年第2期“收音机的输入电路”一文),线圈主要和电容器配合,使在整个波段内有足够的信号电压从天线传输进来,波段要能复盖到所收听的整个厂播段,并有良好的选择性。再生式三回路线圈的天线线圈和调谐线圈的计算也是和输入电路的计算一样,但天线线圈多用高阻抗式,圈数较多。再生线圈由于和再生控制方式、屏压高低以及电子管的型式等都有关系,实际上都是采用经验数据。为了简化计算,下面把一些简单收音机中所用的线圈的电感量列在表1以供参考。

图1
图1 🔍原图 (616×277)

超外差式收音机线圈电感的计算比较复杂,除了要考虑输入电路所有的要求外,还要保证本机振荡的跟踪。超外差式收音机常用的各波段线圈的电感值列在表2里。

图2
图2 🔍原图 (873×370)

2.线圈的结构

图3
图3 🔍原图 (385×360)
图4
图4 🔍原图 (817×356)

由于各种线圈所要求的电感量大小不同,同时又要照顾到节省装置地位和保证线圈质量,因而线圈有各种不同的绕制方法。线圈一般都是绕在圆柱形的线圈筒上,有单层和多层两种绕法。电感量小的线圈圈数少,一般是绕成单层的。单层的线圈又分密绕的(图1甲)和间绕的(图1乙)二种,间绕的可以减小线圈的潜布电容,短波线圈很多是采用这种绕法的。电感量较大(500微亨以上)的线圈圈数比较多,为了缩小体积,通常都是采用多层迭绕的方法。多层选绕的线圈,一般说来,它的质量因数较低而潜布电容量较大,因此要采用特殊的绕法来避免这些缺点,常见的绕法有乱迭绕式、蜂房式和分段式等几种。乱迭绕式(图2甲)是在线圈筒上套上两块圆形夹板,在夹缝里将导线故意不整齐地一排排绕上去,这样可以减少潜布电容,绕制也比较容易,业余自制多采用这种绕法,但它的质量因数和稳定度较低。蜂房式的线圈(图2乙)是用专用的绕线机绕制的,绕线有一定的规律,导线和线圈管轴线成一定的角度,线匝是相互交叉而不是平行的,可以使潜布电容量大为减小因而有质量因数较高、体积小巧、电感量大等优点。分段式是将绕组分成几段绕制,串连起来,这样更能减小线圈的潜布电容,图2丙就是中波段用的分段式线圈,它的调谐线圈是分段绕制的。在表3里列出各种常用线圈的经验绕法供制作时参考。

图5
图5 🔍原图 (850×348)

当绕法确定之后,我们就可以根据要求的电感量选定线圈框架的尺寸,并且计算它的圈数和导线直径。

(1)单层圆筒线圈的计算 计算这种线圈电感量的公式是当l≤D时,

L=\(\frac{D}{^{2}}\)·N250(D+2l)。

式中:L是线圈的电感量(微亨),N是圈数,l是绕组长度(厘米),D是线圈筒直径(厘米),有关的部位见图3。

图6
图6 🔍原图 (287×217)

业余常用的线圈筒直径为1、1.25、1.6、2、2.5厘米等几种,可按材料和装配的位置选定,为了得到足够的Q值和最小的体积,中短波段(2—7.5兆赫)多选l=D,短波段(6—22兆赫)多选l=0.7D,将这些数值代入上式,就可以得出这两类波段圈数的计算公式:

N=12.15\(\frac{\sqrt{L}}{D}\)(中短波),

或N=10.9\(\frac{\sqrt{L}}{D}\)(短波)

(中波多用多层绕法)。

求得圈数后再算导线的直径。中短波在表3查得用密绕,假定l=D,因此线径d(毫米)可近似地算得:d≈DN(毫米)

短波用间绕,先要算出绕距g\(_{0}\)(图4)。

图7
图7 🔍原图 (284×214)

g\(_{0}\)=0.7D(毫米)N

这时线径可以近似地认为d=\(\frac{1}{2}\)g\(_{0}\),算出d值之后,可以在线规表中选取最近似的线径应用,而由此所引起的误差,将来可以在校验时补偿。

(2)多层乱迭绕线圈的计算

(a)计算线圈的圈数:

计算这种线圈电感量的公式是:

L=0.02N\(^{2}\)(D\(_{H}\)+DK)2(6.5D\(_{H}\)-3.5DK+9b)。

式中:L是线圈的电感量(微亨),N是圈数,D\(_{H}\)是线圈外径(厘米),DK是线圈内径(厘米)——即线圈筒外径,b是线圈厚度(厘米),它们的位置参阅图5。

图8
图8 🔍原图 (277×308)

根据以上计算电感量的公式,可得出计数线圈圈数的公式:

N=\(\frac{\sqrt{6}.5D}{_{H}}\)-3.5DK+9b0.02(D\(_{H}\)+DK)\(^{2}\)×L

由于D\(_{K}\)=DH-2c(见图5),所以上式可化成

N=\(\sqrt{6}\).5-3.5(1-2c;D\(_{H}\))+9\(\frac{b}{D}\)H0.02(2-2c;D\(_{H}\))\(^{2}\)\(\frac{L}{DH}\)

令 ρ=\(\sqrt{〗}\)\(\frac{6.5-3.5(1-〖FS/竖式分数2c}{D}\)\(_{H}\))+9b;DH;0.02(2-2\(\frac{c}{D}\)\(_{H}\))\(^{2}\)

得出 N=ρ\(\sqrt{L;D}\)\(_{H}\)。

因此,要计算N,必须知道L、D\(_{H}\)、ρ的数值。一般L是预先选定了的。在计算时还要先选定b,然后选定b/DH的比例并求出DH,再选定D\(_{K}\),求出c和c/DH,这样根据b/D\(_{H}\)和C/DH就可算出ρ。一般b选用0.3~0.6厘米,b/D\(_{H}\)选用0.2~0.6,DK选用1—2厘米。为了方便起见,可预先设一系列b/DH、c/DH数值计出ρ值,列成表格,这样在设计时就可根据b/D\(_{H}\)和c/DH的数值查出ρ值,一劳永逸(还可参阅1959年第3期封底的计算图表)。

(b)计算导线直径在计算线圈圈数时已求出b、c的数值,但是单位是厘米。把b、c换成以毫米为单位的数值后,代入下列公式即可算出导线直径的近似值:

d=\(\frac{\sqrt{bc}}{N}\),

算出d以后,在线规表中即可查出实际应用的导线线号了。如果用多股线,它的总截面积应和算出的导线截面积相接近。一般多选用0.1~0.2号的单股线,或0.07号的五股或七股线。

(3)加隔离芯线圈和铁粉芯线圈计算时的注意事项 线圈在高频应用时,常要外加金属隔离罩,这样会使线圈的电感量减小,减小的程度,和隔离罩的直径、材料等有关。铝或铜的圆形隔离罩,当它的直径比线圈的外直径大1.6倍时,电感量约下降25%,大2倍时约下降15%(这些都是隔离罩常用的比例尺寸)。因此在设计加有隔离罩的线圈时,要考虑将原始电感增加相应的百分数,以后的计算就完全相同。如果隔离罩是方形的,则和圆形近似的等效直径大约是一边之长的1.2倍。

线圈加入铁粉芯后,电感和Q值都可以增加,这种线圈的计算方法,在于将原始电感减小μ0倍,μ0是铁粉芯的有效导磁系数。例如要求线圈的电感是277微亨的,改为铁粉芯线圈后,则原始电感须减为277/μ0微亨,以后的计算方法就和普通线圈完全相同。目前市上出售的华北无线电器材联合厂出品的铁粉芯。M\(_{1}\)型(中波广播段用)和M11型(短波段用)的导磁系数。μ\(_{0}\)约在1.2~1.5之间。

3.耦合线圈间距离的计算

图9
图9 🔍原图 (843×370)
图10
图10 🔍原图 (578×237)

大部分线圈都是通过两个线圈的耦合来工作的,因此除了线圈的结构计算之外,对于耦合用的线圈,还需要计算两个线圈之间的耦合程度,以决定它们的距离。不过这种计算是比较复杂的,为了便于实用,我们也将业余各种常用线圈的耦合度(线圈距离)列成表4,使用时按表查找便得。表中线圈距离是指一个线圈最末一圈与另一个线圈最初一圈的距离,多层线圈则是两个线圈顶部与底部的距离。在封三列出了几种常用的收音机线圈的绕制数据表,供业余者自制线圈时参考。(待续)(冯报本 冯炜然)

图11
图11 🔍原图 (2140×2839)