Радиоэлементы

Рис. 3.14. Номограмма для быстрого расчета конструктивных параметров катушки индуктивности i бескаркасном исполнении или намотанной на нейтральном сердечнике. Полученные результата имеют достаточную (с практической точки зрения) точность, так что применение точных расчетны; формул необязательно. При расчетах индуктивности выводов радиоэлементов и соединительны: проводников можно вообще принять значение 1 нГн на 1 мм длины.

Таблица 3.32. Математические выражения для расчета катушек индуктивности

Рис. 3.15. Номограмма для определения коэффициентов К в соответствии с табл. 3.32.

Таблица 3.33. Коды материалов, соответствующие цветовые обо­значения и оптимальные диапазоны частот карбонильных торо­идальных сердечников, известных как серия Т-ххх-хх * (производство США)

Таблица 3.34. Важнейшие параметры практически оптимальных карбонильных тороидальных сердеч­ников Т-серии (см. также табл. 3.35) <г~-**-*"

Указанные сердечники используются преимущественно в высокодобротных ВЧ-селекторах. Общее правило: до­стижимая добротность увеличивается с ростом размеров сердечника t — .

Таблица 3.35. Значения коэффициентов A_L для тороидальных сердечников Т-серии, параметры которых приведены в табл. 3.33 и 3.34

Таблица 3.36. Материалы и сводная таблица фирменных обозначений для ферритовых сердечников,

выпускаемых различными производителями

Ферриты применяются в основном для широкополосных трансформаторов и ВЧ-дросселей; для ВЧ-селекторов в

приемниках они имеют ограниченное применение (вследствие возможных интермодуляционных искажений при

широкополосном усилении, обусловленных эффектом насыщения; с ростом магнитной проницаемости ц, ситуация

усугубляется)

Рис. 3.16. Формы наиболее часто используемых ферритовых сердечников.

Таблица 3.37. Важнейшие параметры практически оптимальных ферритовых тороидальных сердечни­ков серии FT-xxx-xx (производство США: см. также табл. 3.36 и 3.38). Общее правило: достижимая добротность увеличивается с ростом размеров сердечника

h 1л Таблица 3.38. Значения коэффициентов A_L для тороидальных сердечников FT-серии (см. табл. 3.37)

Таблица 3.39. Важнейшие параметры практически оптимальных ферритовых тороидальных сердечни­ков фирмы Ferroxcube (см. также табл. 3.36 и 3.40)

Таблица 3.41. Максимально возможное число витков в зависимости от диаметра провода при

намотке на тороидальных ферритовых сердечниках FT- и Т-серий

Приведенные данные можно использовать и для подобных изделий других типов при сопоставимых размерах.

Таблица 3.42. Математические выражения для расчета конкретных требующихся магнитных характе­ристик сердечников для катушек индуктивности, трансформаторов и дросселей, применяемых в мощных каскадах

Рис. 3.17. Составные части констру­кции катушки индуктивности с бро­невым ферритовым сердечником.

Рис. 3.18. Размеры практически оптимальных ферритовых броневых сердечников и максимально возможное число витков в зависимости от диаметра наматываемого провода. Приведенные значения относятся к обеим половинам сердечника (см. рис. 3.17); при этом следует учитывать размеры монтажных элементов.

Рис. 3.19. Значения добротности отдельных экземпляров катушек индуктивности с броневым серде ником размером 9x5 мм. Общее правило: достижимая добротность растет с увеличением размере сердечника.

Таблица 3.43. К рис. 3.19

Рис. 3.20. Составные части конструкции катушки индуктив­ности с ферритовым броневым разрезным сердечником (RM-сердечником).

Рис. 3.21. Максимально возможное число витков практически оптимальных ферритовых RM-сердечников в зависимости от диаметра наматываемого провода (конкретные конструктивные размеры сердечников приведены в документации фирм-изгото­вителей).

Рис. 3.22. Значения добротности отдельных экземпляров катушек индуктивности с ферритовым RM-сердечником (размер RM4: габариты обеих половин сердечника составляют 10x10x10 мм). Общее правило: достижимая добротность растет с увеличе­нием размеров сердечника.

Таблица 3.44. К рис. 3.22

Рис. 3.23. Составные части конструкции катушки индуктив­ности с миниатюрным ферритовым сердечником размером 4,6 х 5,2 мм.

Рис. 3.24. Максимально возможное число витков N в зависимости от диаметра наматываемого провода с изоляцией (а) и подстроечная характеристика в зависимости от применяемого материала (б) при использовании катушек с ферритовым сердечником, выполненных в соответствии с конструкцией, изобра­женной на рис. 3.23.

Рис! 3.25. Значения добротности отдельных эк­земпляров катушек индуктивности с феррито-вым сердечником, выполненных в соответствии с рис. 3.23. Общее правило: достижимая доброт­ность растет с увеличением размеров сердечника.

Таблица 3.45. К рис. 3.25

Рис. 3.26. Схемы и частотные параметры ВЧ-дросселей; значения Z приведены для сердечнике! полностью заполненных обмоткой. Эти ферритовые элементы вследствие их собственной чрезвычай но малой добротности (Q1) практически свободны от резонансов. Дроссели данного типа можн использовать и в других частотных диапазонах.

Таблица 3.46. Электрические характеристики различных типов серийно выпускаемых миниатюрных ВЧ-дросселей на ферритовых сердечниках

Типичные габаритные размеры составляют 4 х 9,5 мм, чем миниатюрнее дроссели, тем на меньшую величину тока они рассчитаны

Рис. 3.27. Зависимость среднего диаметра медного провода и протекающего тока от частоты для бескаркасных катушек индуктивности (тип РА). Для эффективного отвода тепла расстояние между витками катушки должно быть не менее половины диаметра провода.

Таблица 3.47. Параметры медных проводов с лаковой изоляцией и проводов с лаковой и шелковой изоляцией

Таблица 3.48. Параметры медных проводов с лаковой изоляцией (литцендрат) и шелковой изоляцией или без нее

Таблица 3.49. Диаметр и обозначение проводов

Приводится обозначение проводов, принятое в США (так называемый AWG-номер), и соответствующее значение

диаметра (провод без изоляции)

Рис. 3.28. Расчет индуктивности круглых монтажных проводов с учетом влияния скин-эффекта. При расчете предполагается, что расстояние от проводящей поверхности больше 10D (провода).

Рис. 3.29. Расчет индуктивности монтажного провода, расположенного на большом расстоянии от проводящей поверхности. Для учета скин-эффекта, зависящего от частоты, используется корректи­рующий коэффициент ф, полученный из рис. 3.28.

Рис. 3.30. Расчет индуктивности плоского мон­тажного провода. Формула приближенная.

Рис. 3.31. Расчет емкости круглого монтажного провода, расположенного на большом расстоя­нии от проводящей поверхности.

Рис. 3.32. Типовые диапазоны значений емкости (в долях Ф) конденсаторов, наиболее часто используемых в радиоэлектронных приборах (с указанием технологии и конструкции).

Таблица 3.50. Основные типы керамических ВЧ-конденсаторов

Таблица 3.51. Керамические прямоугольные ди­сковые конденсаторы в пластмассовой оболочке. (К рис. 3.33,а.) Керамика класса 1 В и класса 2

Рис. 3.33, а.

Таблица 3.52. Керамические плоские конденса­торы в пластмассовой оболочке. (К рис. 3.33,6.) Керамика 2. Установочный размер 5 мм

Рис. 3.33,6.

Таблица 3.53. Керамические дисковые конденса­торы в пластмассовой оболочке. (К рис. 3.33,в.) Керамика класса 1 В и класса 2

Рис. 3.33,в.

Таблица 3.54. Керамические плоские конденсаторы в пластмассовой оболочке. (К рис. 3.33, г.) Керамика класса 2

Рис. 3.33. Керамические пря­моугольные, плоские и дис­ковые конденсаторы (а-г) с различными характеристи­ками и областями примене­ния. Указанные конденса­торы не должны использо­ваться в ВЧ-фильтрах, так как они могут вызвать ин­термодуляционные искаже­ния (следует применять трубчатые и многослойные).

Таблица 3.55. Типичные характеристики керамических многослойных конденсаторов Указанные конденсаторы с успехом используются в высококачественных резонансных цепях

Рис 3 34 Зависимость емкости керамических мно­гослойных конденсаторов от температуры, парамет­ры конденсаторов приведены в табл 3 55

Рис 3 35 Габаритные размеры ке­рамических многослойных конден­саторов (номинал ^ 2,2 мкФ), пара­метры конденсаторов приведены в табл 355

Таблица 3.56. Типичные значения частоты собственного резонанса ке­рамических конденсаторов в зависимости от их емкости и длины выводов

Таблица 3.57. Габаритные размеры керамических многослойных без­выводных конденсаторов (область значений <1,5 мкФ) в соответствии с табл. 3.55. (К рис. 3.36.)

Таблица 3.58. Характеристики типичных ВЧ-конденсаторов с фольговыми обкладками

Указанные конденсаторы с успехом используются в высококачественных резонансных цепях, в особенности это относится к конденсаторам с оптимальной

добротностью типа KS. В данном случае не следует опасаться интермодуляционных искажений

Таблица 3.59. К рис. 3.37, а

Таблица 3.60. К рис. 3.37,6

Таблица 3 61 К рис 3 37, в

Рис 3 37 Различные характеристики и конст­рукции (а-г) конденсаторов с фольговыми обкладками и оптимальной добротностью типа KS Эти конденсаторы можно использо­вать как чипы

Таблица 3 62 К рис 3 37, г

Рис. 3.38. Расчет емкости двух или более пластин; в последнем случае предполагается, что пластины соединены друг с другом попарно через одну.

Рис. 3.39. Зависимости С, X и f от угла поворота для конденсаторов с обкладками полукруглой формы (конденсаторы переменной емкости и подстроечные конденсаторы).

Рис 3 40 Зависимости С Д и f от угла поворота для конденсаторов с обкладками Х-образной формы (конденсаторы переменной емкости) Конденсаторы, у которых зависимость от угла поворота линейная, имеют обкладки, огибающая которых описывается логарифмической кривой Эти конден­саторы обладают хорошей механической и электрической стабильностью параметров

Рис 3 41 Пример конструктивного выполнения конденсаторов переменной емкости для высоких частот (ВЧ и ОВЧ), эти конденсаторы можно использовать в качестве подстроечных

Рис. 3.42. Конструкция конденсатора переменной емкости с максимальной емкостью 200 пФ для мощных каскадов передатчиков; расстояние между обкладками конденсатора составляет 2,5 мм при общей длине конструкции около 150 мм.

Таблица 3.63. Пробивное напряжение для воздушных конденсаторов в зависимости от расстояния между пластинами

В случае использования этих конденсаторов в цепях, где одновременно действуют постоянное и переменное напряжения, следует складывать их значения

Таблица 3.64. Типовые электрические характеристики практически оптимальных конструкций подст-роечных конденсаторов

Рис. 3.43. Конструкция высококачественного воздушного подстроенного конденсатора, применяемо­го в основном в частотно-подстраиваемых цепях (генераторах) в диапазоне частот до ~ 1,5 ГГц. Этот конденсатор закрывается пыле- и влагозащитным кожухом.

Таблица 3.65. Электрические характеристики, температурный коэффициент емкости и обозначения

керамических конденсаторов

Указанные конденсаторы используются для компенсации температурной зависимости колебательных контуров

Рис. 3.44. Зависимость емкости конденсаторов, параметры которых приведены в табл. 3.65, от температуры.

Таблица 3.66. Керамические конденсаторы с соответствующими электрическими характеристиками (см. табл. 3.65), используемые для компенсации температурного влияния

Приводимые в данной таблице размеры относятся к дисковым конденсаторам; чтобы полностью отсутствовали интермодуляционные искажения, необходимо выбирать трубчатые конденсаторы

Таблица 3 67 Формула, не зависящая от технологии применяемых конденсаторов

На высоких частотах емкость конденсаторов вследствие влияния индуктивности их выводов и соединительных проводов монтажной схемы (см рис 3 28) сильно уменьшается по сравнению с соответствующим значением на низких частотах (^ 1 МГц) Поэтому в данном случае, в особенности на частотах > 50 МГц, должны выбираться элементы минимально возможных размеров

Рис 3 45 Конструктивное выполнение керамических проходных конденсаторов, используемых для развязки ВЧ-блоков и в качестве шунтирующих емкостей в НЧ-фильтрах

Рис. 3.46. Проходной П-образный фильтр, выполненный на элементах С и L. Его следует применять при высоких требованиях к развязке каскадов и подавлению помех. Характеристики фильтра представлены на рисунке вместе с соответствующими характеристиками для проходных конденсато­ров сопоставимой емкости.

Рис. 3.47. Различные конструкции проходного фильтра, выполненного на элементах С и L. Характе­ристики фильтра представлены на рис. 3.46.

Таблица 3.68. Параметры линейных омических сопротивлений

Для ВЧ-резисторов типичным является отсутствие углеродного или металлического слоя (особенно последнего)

Таблица 3.69. Характеристики металлопленочных резисторов (рис. 3.48)

Рис. 3.48. Основной конструктивный вариант металлопленочных резисторов.

Рис. 3 49. Реактивные составляющие сопротивления для пленочных резисторов с номиналами ^ 10 кОм/^ 1 Вт (качественная зависимость). Для ВЧ-диапазона значения 50-250 Ом оптимальные

Рис. 3.50. Зависимость действующего сопротивления от частоты для резистора без спирального слоя в соответствии с табл. 3 69 и рис 3 48 (см. также рис. 3 51).

Рис. 3.51. Зависимость реактивного сопротивления от частоты для резистора без спиральною слоя в соответствии с табл. 3.69 и рис. 3.48 (см. также рис 3.50).

Рис. 3.52. Схема аттенюа­тора, используемая для соответствующего ослаб­ления сигнала

Таблица 3.70. Значения R резисторов (рис. 3.52)

Таблица 3 71 Математические выражения для расчета аттенюаторов (см. рис. 3.52 и табл 3 70)

Рис. 3.53. Схема, расчетные формулы и вносимое затухание для омического аттенюатора (на высоких частотах следует принимать во внимание реактивное сопротивление).

Рис. 3.54. Эквивалентная схема замещения кварцевого резонатора и формулы для определения резонансных частот. Составляющая L_t-фиктивная; в области частот, удаленной от резонансных частот, кварцевый резонатор можно представить в виде емкости.

Рис. 3.55. Типичная зависимость сдвига частоты от температуры для кварцевого резонатора. На рисунке нанесены граничные значения, взятые из материалов фирм-производителей. При использова­нии кварцевого резонатора в термостате устанавливают значение температуры, соответствующее характерной точке инверсии. Представленные характеристики отвечают колебаниям так называемого АТ-сечения, используемого вообще на частотах > 0,8 МГц.

Таблица 3.72. Частоты и характеристики серийно производимых сверхминиатюрных кварцевых резонаторов (см. также рис 3.56)

Для данных кварцевых резонаторов используют, как правило, корпуса типов HC-35/U и HC-45/U, вследствие своих малых размеров резонаторы применяются только на частотах 2:10 МГц

Рис. 3.56. Зависимость динамической емкости, резонансного сопротивления (последовательного) и статической емкости от частоты для кварцевых резонаторов, данные о которых приведены в табл. 3.72 (ориентировочные значения).

Таблица 3.73. Частоты и характеристики серийно производимых миниатюрных кварцевых резонато­ров (см. также рис. 3.57)

Для данных кварцевых резонаторов используют, как правило, корпуса типов HC-42/U и HC-43/U; вследствие своих малых размеров резонаторы применяются только на частотах S3 МГц

Продолжение табл. 3 73

Рис. 3.57. Зависимость динамической емкости, резонансного сопротивления (последовательного) и статической емкости от частоты для кварцевых резонаторов, данные о которых приведены в табл. 3.73 (ориентировочные значения).

Рис. 3.58. Геометрические размеры (в мм) современных сверхминиа­тюрных и миниатюрных кварцевых резонаторов. Сверху вниз показаны HC-35/U, HC-45/U, HC-43/U и HC-42/U; последний резона­тор можно вставлять в гнезда. Здесь представлены конструкции в металлическом корпусе с газовым заполнением; основание соедине­но с корпусом сваркой.

Таблица 3.74. Характеристики высококачественных кварцевых ПЧ-фильтров

Здесь приведены сведения об относительно дешевых 9-МГц-фильтрах KVG-типа, выпускаемых фирмой Spectrum International (США) Имеется много

чрезвычайно разнообразных вариантов; эти фильтры можно использовать в 50-омной технике

Рис. 3.59. Геометрические размеры (в мм) кварцевых фильтров, данные о которых приведены в табл. 3.74.

Таблица 3.75. Специальные кварцевые резонаторы KVG-типа, вы­пускаемые фирмой Spectrum International (США), для фильтров, характеристики которых приведены в табл. 3.74

Указанные резонаторы имеют приемлемую цену и используются в режиме параллельного резонанса. Они особенно хорошо подходят для реализации высококачественных многозвенных лестничных фильтров (см. разд. 1.4)

Таблица 3.76. Характеристики высококачественных кварцевых ПЧ-фильтров

Здесь приведены характеристики фильтров KVG-типа, выпускаемые фирмой Spectrum International (США), для частот >30 МГц Имеется чрезвычайно много разнообразных вариантов

Таблица 3.77. Характеристики высококачественных температурно-компенсированных кварцевых ре­зонаторов (ТСХО; эталонные резонаторы) KVG-типа, выпускаемых фирмой Spectrum International (США) для стандартного диапазона частот 5-20 МГц Имеется чрезвычайно много разнообразных вариантов

Рис. 3.61. Математические выражения для расчета волнового сопро­тивления Z_w и задержки распространения сигнала t_d в коаксиальной линии, заполненной диэлектриком с диэлектрической постоянной з_г (см. также табл. 3.78).

- Рис. 3.60. Геометрические размеры (в мм) резонаторов типа TCXOs, данные о которых приведены в табл. 3.77.

Таблица 3.78. Коаксиальные ВЧ-кабели KVG-типа и их характеристики в соответствии с распростра­ненным международным стандартным рядом (согласно спецификации MIL)

Выбор кабеля следует производить с учетом типа применяемых разъемов (будет обсуждаться далее)

Рис. 3.62. Зависимость затухания от частоты для различных типов коаксиального кабеля, указанных в табл. 3.78 (рассматривается 10-мегровый отрезок кабеля).

Таблица 3.79. ВЧ-разъемы BNC-, UHF- и N-типов для 50-омной техники и их основные характе­ристики в соответствии с распространенным международным стандартным рядом (согласно специ­фикации MIL); см. также рис. 3.63 и табл. 3-80 Существуют также стандарты для волнового сопротивления 75 Ом и для других значений сопротивления

Рис. 3.63. Наиболее употребительные 50-омные ВЧ-разъемы типа UHF и BNC (см. также табл. 3.80).

Таблица 3.80. Обозначения и краткое описание назначения 50-омных ВЧ-разъемов BNC-, UHF- и N-типов (см. также рис. 3.63)

Рис. 3.64. Пример монта­жа кабеля в прямой разъ­ем типа BNC. Эти работы требуют опыта и выпол­няются с большой тща­тельностью (по возмож­ности они должны выпол­няться квалифицирован­ным монтажником). Раз­меры даны в дюймах.

Рис. 3.65. Пример монта­жа кабеля в прямой разъем типа UHF. Эти работы требуют опыта и выпол­няются с большой тща­тельностью (по возмож­ности они должны выпол­няться квалифицирован­ным монтажником). Раз­меры даны в дюймах.

Таблица 3.81. Математические выражения для определения эффективной длины волны в кабеле и микрополосковых линиях

Рис. 3.66. Зависимость эффективного значения диэлектрической проницаемости Е_г/эфф для микро­полосковых линий от ширины полосового проводника и толщины диэлектрика (используется для расчетов по формулам, приведенным в табл. 3.81).

Рис. 3.67. Микрополосковая линия с заземленной подложкой, заполненная диэлектриком с диэлектри­ческой постоянной е_г, и формулы для определения волнового сопротивления Z_w и времени распростра­нения сигнала t_d (см. также рис. 3.68).

Рис. 3.68. Зависимость волнового сопротивления микрополосковой линии от ширины проводника (В), диэлектрика (e_t) и расстояния между полосковыми проводниками (D).

Рис. 3.69. Зависимость емкости микрополосковой линии с заземленной подложкой от ширины проводника (В) при различных значениях D и при е_г « 5 (эпоксидный диэлектрик с/без стекловолокон-ног о наполнителя).

Таблица 3.82. Биполярные маломощные транзисторы УВЧ-диапазона, находящие наибольшее приме­нение в 50-омной технике

Перечисленные в одной строке типы транзисторов обладают сравнимыми электрическими параметрами и имеют почти идентичные кристаллы. Транзисторы могут различаться типом корпуса. Расположение выводов транзисто­ров одного и того же типа, но выпускаемы t различными фирмами, может не совпадать, как, например, для транзисторов BFR 96 фирм Motorola и Siemens. Старайтесь использовать данные завода-изготовителя, так как в справочниках часто не приводятся эти различия. В любом сл>ч!е проблема выбора используемого ряда транзисторов по их параметрам решается индивидуально

Рис. 3.70. Типичные зависимости граничной частоты (Q от коллекторного тока для транзисторов, перечисленных в табл. 3.82. Цифры у кривых соответствуют порядковым номерам транзисторов, указанным в табл. 3.82.

Рис. 3.71. Типичные зависимости коэффициента усиления транзисторов по току (Р) от частоты. Цифры у кривых соответствуют порядковым номерам транзисторов, указанным в табл. 3.82.

Рис. 3.72. Типичные зависимости коэффициента шума (F) транзисторов от частоты при коллекторном токе « 15 мА. Цифры у кривых соответствуют порядковым номерам транзисторов, указанным в табл. 3.82.

Рис. 3.73. Примеры конструктивного исполнения наиболее распространенных ВЧ-транзисторов и гибридных интегральных схем. Только часть корпусов стандартизована, поэтому существуют разнообразные обозначения, зависящие от фирмы-изготовителя.

Рис. 3.73. (Продолжение.)