Расчет и изготовление плоских катушек

В малогабаритной УКВ аппаратуре относительно много места на плате занимают контурные катуш­ки и ВЧ дроссели. Часто именно они определяют габаритную высоту монтажной платы. В некото­рых случаях может оказаться целесообразным примене­ние плоских катушек — печатных и проволочных. Осно­вой для печатных ВЧ катушек чаще всего служит спе­циальная высокочастотная керамика. Технология произ­водства таких катушек непригодна для любительских условий. Однако, как показывает практика, до частот 80—100 МГц вполне удовлетворительные результаты могут быть получены при использовании катушек, изго­товленных из фольгированного стеклотекстолита спо­собом травления. Применение для печатных катушек фольгированного фторопласта позволяет отодвинуть частотный   предел   до   200—300   МГц.

Плоские проволочные катушки обладают удовлетвори­тельной механической прочностью, относительно неболь­шой собственной емкостью, простотой изготовления и могут применяться на частотах до 10 МГц. Существен­ное увеличение индуктивности и добротности плоских печатных и проволочных катушек может быть получено, если с одной или обеих сторон на катушку наложить ферритовые пластины. Изменяя расстояние между ка­тушкой и пластиной (набором немагнитных прокладок или иным путем), можно изменять индуктивность ка­тушки. Можно регулировать индуктивность в некото­рых пределах с помощью флажка из немагнитного ме­талла (меди или алюминия), перемещающегося вблизи катушки   параллельно ей.

Проволочные катушки удобно наклеивать непосредст­венно на плату или на отдельную пластину, прикрепляе­мую к плате. Печатные катушки могут быть произвольной формы. «Заземлять» на плате следует вывод наруж­ного витка — в этом случае он играет роль экрана. Можно дополнительно экранировать печатную катушку еще одним наружным незамкнутым витком, соединяе­мым с общим проводом устройства. Примеры выполне­ния катушек показаны на фото в заголовке статьи.

Рассчитать катушки с достаточной дли радиолюби­теля точностью можно с помощью номограмм. Порядок расчета печатных и проволочных катушек аналогичен, разница состоит в том, что ширине печатной дорожки пе­чатной катушки соответствует диаметр по меди провода проволочной катушки, а ширине зазора между дорож­ками  —  двойная   толщина   изоляции   провода.

Конструктивные размеры катушек показаны на рис. 1, a и б. Номограммы для расчета изображены на рис. 2 и 3. В качестве примера ниже рассмотрен расчет круг­лой печатной контурной катушки (без сердечника) ин­дуктивностью 0,64 мкГ. Наибольший наружный диа­метр D катушки выбираем равным 20 мм, наименьший внутренний d = 8 мм. Необходимо найти число витков w,ширину печатной дорожки S и расстояние S_R между центрами  C₁   и  С₂  полуокружностей   катушки.

Номограмма для расчета круглых катушек представ­лена на рис. 2. Вычисляем: D + d = 20 + 8 = 28 мм = 2,8 см; D/d= 20/8 = 2,5. На шкалах «D+d» и «D/d»находим соответствующие точки и соединяем их прямой(на рис. 2 — штриховая линия). Через точку пересе­чения этой прямой с неоцифрованной вспомогательной линией и точку на шкале «L», соответствующую задан­ной индуктивности L = 0,64 мкГ, проводим прямую до пересечения со шкалой «w», по которой и отсчитываем искомое число витков — 6.5. Значения «D+d», «D/d»  или L на шкалах номограммы можно увеличить (умень­шить)в 10 или 100 раз, при атом значения «w»будут со­ответственно   изменяться   в  √10  и  √100 раз.

Ширину S, мм, печатного проводника вычисляем по формуле: S≥Sp = (D — d)/4w, диаметр по изоляции провода проволочной катушки  — d_из = (D  —  d)/2 w. Полученный результат округляем до ближайшего боль­шего значения ряда 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 мм и т. д.

S_R = (20 — 8)/4X6,5 = 0,46; S = 0.5 мм При малых значениях S_R следует принимать S_R = S. Для проволочных катушек d_из округляем до ближайшего стандартного  диаметра   провода   по   изоляции.

Рисунок катушки наносят на фольгированный стеклотекстолит циркулем, в который установлен рейсфедер, наполненный химически стойкой краской. Верхние полу­окружности    (см   рис.   1, а)   проводят из центра  С₁, а нижние — из С₂. Расстояние S_R следует выдерживать с возможно большей точностью. После высыхания кра­ски катушку травят, как обычно, в растворе хлорного железа.

Печатные катушки квадратной формы рассчитывают но номограмме, показанной на рис 3. Более точные результаты расчета плоских катушек можно получить ана­литически, пользуясь формулами, по которым построе­ны номограммы. Эти формулы приведены на рис. 2 и 3. Размерность величин в формулах соответствует ука­занной на номограммах. Значения функций φ (D/d)  и f (а/А)   сведены   в   табл. 1  и  2.

Проволочные плоские катушки наматывают па раз­борном каркасе между двумя щечками, укрепленными на стержне. Диаметр сердечника каркаса должен быть равен    внутреннему  диаметру  катушки, а расстояние между щечками диаметру провода по изоляции. В процессе намотки провод смачивают клеем БФ 2. Щечки должны быть изготовлены из материала, имею­щего плохую адгезию к клею (фторопласт, винифлекс). Каркас разбирают после окончания сушки клея. Изготовленные катушки клеят либо непосредственно к плате, либо к пластине из феррита, укрепленной на  плате.

Катушки, изображенные в заголовке статьи, имеют следующие измеренные параметры: круглая печатная (D = 40 мм) — индуктивность 1,4 мкГ, добротность 95; квадратная (А = 30 мм) — 0,9 мкГ и 180, прово­лочные верхняя (D=15 мм, провод ПЭВ-1   0,18) — 7,5 мкГ и 48; средняя (D=11,9 мм, провод ПЭВ-2   0,1) — 9,5 мкГ и 48 и нижняя (D = 9 мм, провод ПЭЛ   0,05) — 37 мкГ и 43.

Ю.Янкин

г. Москва

Журнал «Радио» №11, 1976г.