Анодный дроссель на ферритовом стержне.  Анодный дроссель. Что такое дроссель

Назначение и конструкция дросселей

Что такое дроссель?

Электрический дроссель - устройство, представляющее собой катушку индуктивности и предназначенное для ограничения переменной составляющей электрического тока. Другими словами, если ток в электрической цепи содержит постоянную и переменную составляющие то дроссель, последовательно включенный в эту электрическую цепь, за счёт своей индуктивности и большого сопротивления для переменного тока, значительно его снижает, а на постоянную составляющую тока, влияет минимально, за счёт низкого сопротивления постоянному току.

Рис. 1

Дроссели позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле. Типичное их применение - сглаживающие фильтры и различные селективные цепи. Их электрические характеристики определяются конструкцией, свойствами материала магнитопровода, его конфигурацией и числом витков катушки.
При выборе дросселя следует учитывать следующие характеристики:

• требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн);
• максимальный ток катушки;
• допуск (величину отклонения от исходного значения) индуктивности;
• температурный коэффициент индуктивности (ТКИ);
• активное сопротивление провода катушки дросселя;
• добротность дросселя, которая определяется на рабочей частоте как отношение индуктивного и активного сопротивлений;
• частотный диапазон катушки.

В зависимости от диапазона частот технически различаются высокочастотные и низкочастотные дроссели

Высокочастотные дроссели подразделяются на два типа:

• с постоянным значением индуктивности;
• с переменным значением индуктивности, за счет подстраиваемого ферромагнитного сердечника.

Первый тип применяется, как правило, во входных цепях телефонных аппаратов, в сглаживающих фильтрах, в цепях питания ВЧ аппаратуры. Второй тип катушек используется в резонансных цепях - ВЧ, трактах приемных и передающих устройств.

В ламповых усилителях звуковой частоты высокочастотные дроссели, применяются крайне редко. Как правило их использование может быть предопределено схемотехникой выходных каскадов, построенных на высокочастотных пентодах большой мощности, предрасположенных к самовозбуждению на радиочастотах.

Конструктивно дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойных или многослойных катушек. Конструкции дросселей высокой частоты показаны на рис. 2. Для дросселей длинных (а, б ) и средних (б, в ) волн применяется секционированная многослойная намотка. Дроссели для коротких (г ) волн и для метровых (д ) волн обычно имеют однослойную намотку - сплошную или с принудительным шагом. В качестве каркаса часто используются керамические стержни от сопротивлений ВС-0,5 и ВС-1,0.

Рис. 2

Высокочастотный дроссель можно изготовить самостоятельно, намотав необходимое количество витков, для получения нужной индуктивности на керамический или фторопластовый сердечник. Рассчитать необходимое количество витков можно по формулам, приведенным в разделе

Лучше использовать, выпускаемые промышленностью ВЧ дроссели. Они имеют понятную яркую цветовую маркировку и отличаются высокой добротностью.

Рис. 2

Предназначены для подавления низкочастотной составляющей переменного тока питающей сети и его гармоник. На рисунке 3, представлен низкочастотный дроссель, индуктивностью 3 Гн при токе подмагничивания 120 ma.

Рис. 3 Низкочастотный дроссель промышленного производства

Дроссели лучше, и проще всего использовать заводские, предпочтительнее от старых ламповых телевизоров Темп-6, Темп-6М, Темп-7, Рубин-102, Авангард, Беларусь, или других аналогичных по характеристикам старых телевизоров. Но если стоит задача изготовить ламповый усилитель высокого качества и надёжности своими руками, то дроссель придётся рассчитать, по приведенной ниже методике, и изготовить его самостоятельно. Принципиально новым подходом в современной ламповой схемотехнике, может оказаться требование обязательной настройки дросселей фильтра питания в резонанс на частоту 100 Гц. Это необходимо для повышения эффективности фильтрации выпрямленного напряжения.

Расчет низкочастотного дросселя для анодного источника питания

Дроссель - это важный элемент блока питания лампового усилителя. Совместно с электролитическими конденсаторами, он входит в состав П - образного низкочастотного фильтра и становится незаменимым элементом в цепи анодного питания усилителя класса Hi-End. В зависимости от мощностных характеристик усилителя и его качественных показателей, размеры дросселя могут сильно варьировать и доходить до половины размеров силового трансформатора.

Некоторые параметры , встречающиеся в расчетных формулах:
F - частота, Гц;
S c - площадь сечения сердечника, кв. см;
К с - коэффициент заполнения сердечника сталью;
S ok - площадь сечения окна, кв. см;
К ок - коэффициент заполнения окна медью;
В т - максимальная индукция в сердечнике, Тл;
J - плотность тока в проводах, А/кв. мм.
I - постоянный ток в проводе обмотки дросселя, А.

Главный параметр дросселя - его постоянная времени, отношение индуктивности к сопротивлению обмотки L/R . Чем выше требуется эта величина, тем больше должны быть габариты магнитопровода, чтобы провод нужного диаметра и длины поместился в окне сердечника.

Рассчитывается по уже известной формуле:

При неизменной степени постоянного подмагничивания индук-тивность получается максимальной при определенной длине немаг-нитного зазора lz . От величины этого зазора зависит эквивалентная магнитная проницаемость сердечника:

В присутствии постоянного подмагничивания lz уже не является независимой переменной. Ключевой величиной в расчете дросселей и трансформаторов является степень подмагничивания или количество погонных ампервитков (aw0 ).

Формула связи напряженности магнитного поля с инженерной величиной aw0 , приведена ниже:

Предлагаемый алгоритм расчета основан на экспериментальном графике зависимости магнитной проницаемости от aw0 рисунок 4.

Рис. 4 Экспериментальный график зависимости начальной магнитной проницаемости от aw0

Эти графики соответствуют массовым маркам сталей. Высококачественная сталь имеет в несколько раз большую магнитную проницаемость, однако в большинстве случаев рассчитывать на это не приходится. На графике показана зависимость начальной (т. е. в Отсутствие переменного магнитного поля) магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля, выраженного в ампервитках на сантиметр. В системе СИ напряженность измеряется в амперах на метр. Следует помнить, что точки на графике соответствуют разным зазорам. Более высокие напряженности требуют большего зазора. В начале расчета величины aw0 и, соответственно, μ z не известны. Количество витков в обмотках может быть получено методом последовательных приближений по формуле:

Для этого в формулу подставляются параметры трансформатора, требуемая индуктивность и пробная величина μ проб, по полученному количеству витков вычисляется степень подмагничивания aw0 . По графику μ (aw0 ) находится μ z , вместо графиков при машинных расчетах можно использовать аппроксимирующие уравнения:

Для горячекатанной стали

Для холоднокатанной стали

Пробная μ проб корректируется и снова просчитывается количество витков. Эта процедура проделывается несколько раз до тех пор, пока изменение количества витков от просчета к просчету не будет незначительным (несколько процентов). В большинстве случаев достаточно двух-трех проходов. Если новое значение больше старой μ проб , то μ проб следует увеличить так, чтобы она стала немного больше μ z и наоборот. В конце расчета необходимо убедиться, что получившиеся L , N удовлетворяют требованию конструктивной реализуемости. Для этого вычисляется максимальное сечение провода S , которое можно разместить в окне

Плотность тока в медном проводнике обмотки дросселя, рассчитывается по формуле:

Если плотность тока J не превышает обычных 1,5—2 А/кв. мм, то расчет можно считать оконченным, так как не требуется точного соответствия сопротивления оболочки заданному. Количество витков не должно превышать 3500—4000. При необходимости следует выбрать другой типоразмер магнитопровода и повторить расчет. При сборке намотанного дросселя необходимо уложить в зазор немагнитную прокладку нужной толщины. Точное соблюдение и подбор величины зазора необходимо только для выходных трансформаторов. Для дросселей вполне достаточно точности эмпирической формулы, приведенной ниже. Величина зазора рассчитывается в мм:

Намотка катушек дросселей не имеет особенностей. В большинстве случаев (для дросселей блоков питания) нет необходимости даже в межслоевой изоляции. Обмотка обычно находится под высоким потенциалом, поэтому она должна быть хорошо изолирована от сердечника. Пропитка дросселей, как правило, необходима, чтобы избежать гудения. Результаты расчета дросселя на очень распространенном и дешевом сердечнике от выходного трансформатора лампового телевизора Ш 16x25 с размером окна 16 х 40 мм, приведены в таблице №1:

Таблица №1

Sc	4 kb. cm
Sok	3,84 kb. cm
Lc	10,6 cm
L0	12,84 cm
Kok	0,34
I0	120 mA
aw	29,4
μz	171,8
N	2600 вит
L	5,51 Гн
D	0,25 мм
R	116,3 0м
P	1,67 Вт
lz	0,25 мм

Каждый любитель мастерить электронные приборы и , не раз сталкивался с необходимостью намотать катушку индуктивности или дроссель. В схемах конечно указывают число намотки катушки и каким проводом, но что делать если указанного диаметра провода нет в наличии, а есть намного толще или тоньше??

Я расскажу вам как это сделать на моем примере.
Хотел я сделать вот эту схему . Намоточные данные катушек в схеме указаны (6 витков провода 0.4 на каркасе 2мм) эти намоточные данные соответствуют 47nH-нано Генри, все бы нормально но провод у меня был 0.6мм. Помощь я нашел в программе Coil32.

Открываем программу

В низу мы видим что в программе можно вычислить практически любую катушку. Стоит только выбрать из списка нужную, выбираем (однослойную катушку виток к витку)

Заходим в настройки и нажимаем Опции

В появившемся окне выбираем нГн

Возвращаемся к нашей схеме, например я вам не говорил какая индуктивность катушек и у вас есть только намоточные данные, как же нам теперь узнать какая же их индуктивность??

Для этого вставляем в окошки известные нам данные этих катушек, длину намотки подбираем до тех пор пока вычисления не совпадут с нашими данными.

И так вычисления показали что длина намотки 3.1мм при 6-и витках провода 0.4,на оправке 2мм. а индуктивность 47нГн.
Теперь ставим диаметр нашего провода 0.6мм.

Но теперь индуктивность маленькая, значит начинаем увеличивать например длину намотки, получилось 5.5мм

Вот и все, катушка готова.

Но если вы например уже вытравили платы, а размер контактов для катушки остался прежним, то есть для катушки с длиной намотки 3мм, а у вас же получилась на 5.5мм (намного больше и впаять рядом 3 таких катушки будет проблематично)

Значит нужно нашу катушку уменьшить, ставим в окошко диаметр каркаса не 2мм, а 4мм. И наша катушка с проводом 0.6мм, уменьшается в длине с 5.5мм до 3мм и число витков 3.5, +/- 1-2 нГн роли большой не сыграет, зато мы сможем легко впаять наши индуктивности.

Вот и все, надеюсь моя статья поможет вам. В этой программе можно рассчитывать разные катушки, выбирайте из списка какая вам нужна и все у вас получится.

Из вышесказанного видно, какими особенностями должен обладать всего лишь один из элементов усилителя мощности - анодный дроссель.
Прежде всего, чтобы удовлетворить всем перечисленным характеристикам, надо понять какое важное значение имеет длина провода, которым наматывается дроссель. Ни в коем случае нельзя использовать даже проверенные данные по числу витков и применять их с каркасом другого диаметра. Основной подход при выборе длины провода - она не должна быть кратной полуволне на любом из используемых рабочих диапазонов. Существует несколько вариантов изготовления анодного дросселя. Приведем два из них, наиболее часто встречающихся в радиолюбительской практике.

Первый вариант:
Понятно, что, работая с высокочастотными напряжениями, потребуется каркас для намотки анодного дросселя из соответствующего материала - радиофарфора, фторопласта и т.п. Имея в своем распоряжении подходящий каркас, можно воспользоваться данными анодного дросселя от любой известной и проверенной конструкции и обязательно, зная диаметр его каркаса и число витков, определить длину провода. Затем проверить полученное значение на соответствие неравенства длины провода ln/2 для каждого диапазона. Если все в порядке и длина провода подходит, следует пересчитать количество витков по следующей формуле
Wd2= Wd1 d1/d2 , гдe
Wd1 - число витков дросселя диаметром d1;
Wd2 - число витков дросселя диаметром d2;
d1 [мм] - диаметр каркаса дросселя из описания;
d2 [мм] - диаметр имеющегося каркаса.
Не менее важно знать диаметр провода для намотки. Его можно определить из соотношения
D = 0,46 sqrt (Ia) [мм] , где
la [A] - максимальный ток анода (постоянная составляющая).

Здесь рассмотрен, так называемый, секционированный тонкий анодный дроссель. К ним относятся дроссели, намотанные на каркасах диаметром 16 ... 20 мм. Но существуют еще и "толстые" дроссели, каркасы которых имеют диаметр от 25 до 30 мм и более. Эти дроссели имеют собственные особенности и используют их, как правило, в промышленной аппаратуре большой мощности.