§ 8.10. Варіометри

Варіометром називають котушку, індуктивність якої може бути змінений оператором в процесі експлуатації. Варіометри використовують для перебудови контурів в межах широкого діапазону, частот, а також в цілях підстроювання.

Мал. 8.22, Варіометр з витками ротора і статора, розташованими по створюючій

В більшості сучасних варіометрів індуктивність змінюється за рахунок зміни взаємоіндукції або введенням в котушку сердечника з магнітного матеріалу. На мал. 8.22 показаний принцип пристрою варіометра із змінною взаємоіндукцією: одна з котушок (статор) нерухома, а інша (ротор) може обертатися навкруги осі. Котушки сполучені послідовно. Якщо напрями магнітних полів двох котушок співпадають, то їх загальна індуктивність

(8,36)

де і — індуктивності ротора і статора; М — взаємоіндукція між котушками.

При повороті ротора на 180° поля двох котушок буде направлений назустріч, тоді

(8.37)

Коефіцієнт перекриття варіометра по індуктивності

(8.38)

Враховуючи, що і вважаючи, після підстановки їх в (8.38) отримаємо

(8.39)

Таким чином, коефіцієнт перекриття варіометра визначається виключно значенням коефіцієнта зв'язку до. Для випадку паралельного з'єднання котушок коефіцієнт перекриття також визначається виразом (8.39). Для конструкції, показаної на мал. 8.21 =610.

Значне збільшення виходить при використовуванні магнітних сердечників.

§ 8.11. Електромеханічні фільтри

Для створення частотно-виборчих систем замість пристроїв, побудованих на одиночних або зв'язаних контурах, застосовують електромеханічні фільтри (ЕМФ), принцип дії яких заснований на використовуванні механічного резонансу твердого тіла.

Механічні резонатори мають дуже високу добротність, що доходить до декількох тисяч, і невеликі габарити. Для порівняння на мал. 8.23 приведені частотні характеристики електричних коливальних контурів і електромеханічних фільтрів. Щоб використовувати механічний резонанс для селекції електричних коливань, необхідно спочатку перетворити електричні коливання в механічні, порушити ними механічний резонатор, а потім відфільтровані механічні коливання перетворити в електричні. Структурна схема ЕМФ представлена на мал. 8.24, а.

Вхідні і вихідні перетворювачі ЕМФ можна розділити на електромагнітні, магнітострикційні і п'єзоелектричні. В магнітострикційних перетворювачах використовують властивості деяких матеріалів змінювати свої розміри під дією намагнічення (магнітострикція) і зворотна властивість — зміна намагніченості при деформації (магнитоупругий ефект).

Мал. 8.23. Частотні

характеристики:

1 — електричний контур;

2 — електромеханічний фільтр

Схема магнітострикційного перетворювача показана на мал. 8.24,б. Якщо через індуктивну котушку пропустити струм, то змінне по знаку поле котушки, взаємодії з полем постійного магніта, створить пульсуюче поле тієї ж частоти, що і струм, що проходить через котушку.

Мал. 8.24. Електромеханічний фільтр:

а — структурна схема; б — магнітострикційний перетворювач (1— сердечник; 2 — магніт; 3 — індуктивна котушка)

Під дією цього поля сердечник з магнітострикційного матеріалу міняє свої розміри синхронно із зміною поля.

Зміна розмірів сердечника може бути використаний для збудження коливань в механічному резонаторі.

Якщо інший сердечник з'єднати з механічним резонатором, що скоює коливання, то під дією деформації міняються магнітна проникність сердечника і поле, пронизливе його котушку, внаслідок чого в ній індукується ЕДС необхідної частоти.

Добре вираженими магнітострикційними і магнитоупругими властивостями володіють багато феромагнетиків, у тому числі і ферити. В п'єзоелектричних перетворювачах використовується властивість матеріалів змінювати свої розміри під дією прикладеного до їх граней напруги, а також зворотне свойство—збуджувати на гранях ЕДС під дією деформації. На частотах до 1 Мгц звичайно застосовують магнітострикційні перетворювачі.

Більшість вживаних фільтрів має цепочечние механічні резонатори, що складаються з окремих резонаторів, сполучених між собою зв'язками (мал. 8.25). Резонатори можуть мати форму пластин, дисків, стрижнів і т.д. В них збуджуються коливання різних видів, наприклад подовжні або крутильні.

Конфігурація елементів коливальної системи, розміри, матеріал, а також вид порушуваних коливань визначають параметри електромеханічного фільтру, у тому числі середню частоту настройки і смугу пропускання. Ці параметри визначаються конструкцією фільтру і при його експлуатації вже не можуть бути змінений.

В даний час електромеханічні фільтри виготовляють на діапазон частот від десятків до сотень кілогерців. При цьому смуга пропускання може складати від 0,05 до 5 % від резонансної частоти фільтру.

Температурний коефіцієнт частоти випускаються промисловістю ЕМФ складає біля град.

По вартості ЕМФ ще не можуть конкурувати з контурами, оскільки технологія їх виготовлення значно складніше. Проте у міру удосконалення технологічних процесів і освоєння масового виробництва ЕМФ різниця у вартості скорочуватиметься.

Мал. 8.25. Цепочечниє резонатори:

а — стрижньовий;

би — пластинчатий;

в — дисковий

(1 — резонатор; 2 — зв'язка)

Електромеханічні фільтри завдяки малим габаритам в найбільшій мірі задовольняють вимогам, які пред'являються до сучасної апаратури. Наприклад, електромеханічний фільтр з середньою частотою 465 кГц при габаритах 14x80 (з висновками) дозволяє отримати смугу пропускання від декількох кілогерців до сотень герц. При цьому коефіцієнт прямокутника, зміряний на рівнях 6 і 60 дБ (відношення смуг пропускання при ослабленні 60 і 6 дБ відповідно), не перевищує 2.