Современная электроника №2/2019

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 47 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2019 Рис. 1. Принципиальная схема ТКРГ деляет АЧХ ТКРГ. Резонансная часто- та последовательного резонансного контура F р вычисляется по формуле: где L – индуктивность, C – ёмкость. Добротность контура Q вычисляет- ся по формуле: где R – сопротивление контура (в основном это сопротивление катуш- ки индуктивности). Из формулы (2) следует, что = . Данный параметр НЧ-LC-цепочки, как будет показано далее, играет более суще- ственную роль, чем Q . Индуктивность катушки на кольцевомферритовом сер- дечнике вычисляется по формуле: где μ 0 – магнитная постоянная, μ r – начальная магнитная проницаемость материала сердечника, S – площадь поперечного сечения сердечника, l – длина средней линии сердечника ( l = π ( d + D )/2, где d и D – внутренний и внешний диаметры сердечника соот- ветственно), W – количество витков. Формулы (1) и (2) приведены для выполнения расчётов, а формула (3) – для оценки зависимости индуктивно- сти от характеристик кольца. Наиболее критичным при намотке, как уже отмечалось, является количе- ство витков W , поскольку оно опреде- ляет трудоёмкость изготовления катуш- ки. Его можно существенно уменьшить, если использовать кольцо из магнитно- го материала с наибольшей магнитной проницаемостью μ r (например, 10 000 или 12 000). Отношение S / l также игра- ет заметную роль. Если площади S двух катушек отличаются незначительно, то длина l может отличаться существенно. В этом случае индуктивность будет боль- ше у катушки с меньшей длиной l , т.е. с меньшим диаметром. Это можно объяс- нить тем, что у такой катушки магнит- ное поле более «концентрированное», т.е. имеет бо ′ льшуюнапряжённость ( H ). Для эксперимента были выбраны несколько ферритовых колец раз- ного размера с наибольшей началь- ной магнитной проницаемостью μ r (см. табл. 1). В приведённой таблице A L – коэффициент одновитковой индук- тивности. Для увеличения индуктивности вдвое можно склеить два кольца и тем самым в два раза увеличить площадь S . Коль- ца R10, R13 и R16 были склеены (по два) между собой, что в дальнейшем обозначено как 2 × R10, 2 × R13 и 2 × R16. Для получения резонансной частоты 20 Гц на кольца были намотаны следу- ющие провода: ПЭПШО-0,08 – на коль- ца 2 × R10, ПЭЛ-0,125 – на кольца 2 × R13 и ПЭЛШО-0,1 – на кольца 2 × R16 в соответ- ствиистаблицей2,вкоторойтакжеприве- деныполученныепараметрыLC-цепочек. Последовательно с катушкой индук- тивности на кольцах 2 × R13, омическое сопротивление которой составило 18 Ом, был включён дополнительный резистор номиналом 10 Ом. Такой же дополнительный резистор 10 Ом был включён последовательно с катушкой 2 × R10, омическое сопротивление кото- рой составило 20 Ом. Это было сделано для предотвращения «защёлкивания» ТКРГ при очень низком сопротивле- нии катушки (менее 20 Ом) [1]. Для измерения индуктивности и ёмкости компонентов, приведённых в таблице 2, был использован более точный измеритель LCR, с помощью которого была определена индуктив- ность кольца R20, составившая 2,7 Гн. Все измерения ёмкости и индуктивно- сти производились при RMS тестового сигнала, равном 0,1 В на частоте 100 Гц. П РИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСТРОЙСТВА Схема устройства (см. рис. 1) представ- ляет собойдваидентичныхТКРГ левогои правого канала с темиже, чтоив [1], дву- мяНЧ-LC-цепочками, настроеннымина частоты 20 Гц (L2A-C2A-RQA и L2B-C2B- RQB–для левогоиправого канала соот- ветственно), ирезонанснымиконтурами 20 кГц (L1A-C1A-R2A-R3AиL1B-C1B-R2B- R3B – для левого и правого канала соот- ветственно). Как уже отмечалось, НЧ-LC- цепочка не может считаться полноцен- нымрезонанснымконтуром, поскольку она не замкнута, или, другими словами, нагрузкойдлянеё является резонансный ВЧ-контур, сопротивление которого на , (2) , (3) , (1) Таблица 1. Применённые кольца Обозначение в тексте Марка кольца Размер, мм (D × d × h) Материал μ r A L , мкГн/вит 2 Производитель R10 B64290L0038X038 10 × 6 × 4 T38 10000 4,09 EPCOS R13 B64290L0044X038 12,5 × 7,5 × 5 T38 10000 5,11 EPCOS R16 TX16/9.6/6.3 16 × 9,6 × 6,3 3E12 12000 7,73 Ferroxcube R20 T2010 20 × 10 × 10 CF199 10000 12,4 Cosmo Ferrites Таблица 2. Параметры применённых НЧ-LC-цепочек Кольцо Количество витков, W Индуктивность, Гн Сопротивление обмотки R, Ом Ёмкость C2, мкФ Частота резонанса F Р , Гц Добротность, Q (QR) 2 × R10 430 1,70 32 43,2 18,6 6,2 198 2 × R13 450 1,81 28 (18+10) 43,2 18,0 7,3 205 2 × R16 350 1,80 26 43,2 18,0 7,9 204 2 × R10 280 0,7 30 (20+10) 90,1 20,04 2,94 88 R20 530 2,7 51 22,1 20,6 6,90 350 InA GNDA OutA GNDA OutB InB GNDB GNDB GNDB InA InB GNDA GND OutA OutB GNDB GNDA InA GNDA GNDB InB OutA GNDA OutB GNDB GND Входной кабель Выходной кабель C1A 7,5н RgB 10K C4A 1,0 C2B* 47,0 2 1 XoutA PSLM-2 1 2 3 XOutK 3,5 StereoJack 1 2 3 XRgB PSLM-3 R4A 10K 1 2 3 XRgBR SIP-3 L2B* 1,8 Гн 1 2 3 XRgA PSLM-3 R4B 10K 2 1 XoutAK SIP-2 C2A* 47,0 2 1 XinBK SIP-2 1 2 3 XRcAR SIP-3 1 2 3 XRcB PSLM-3 2 1 XinA PSLM-2 RgA 10K L2A* 1,8 Гн RcB 10K C3B 2,2 2 1 XoutB PSLM-2 1 2 3 XInK 3,5 StereoJack 2 1 XinAK SIP-2 RQB* 0 R1A 12K R2B 3,9K C3A 2,2 1 2 3 XRgAR SIP-3 2 1 XoutBK SIP-2 1 2 3 XRcBR SIP-3 L1B 8,2 мГн R2A 3,9K RQА* 0 R3B 3,9K 2 1 XinB PSLM-2 L1A 8,2 мГн C1B 7,5н R1B 12K R3A 3,9K C4B 1,0 RcA 10K 1 2 3 XRcA PSLM-3 l × × × ×