Радиоматериалы и радиокомпоненты

−устойчивостью параметров при внешних воздействиях.

Сопротивление переходных контактов RПЕР определяется их типом, кон-

струкцией, маркой используемых материалов и составляет обычно 0,01…0,02 Ом. Флуктуации переходного сопротивления определяют уровень шума КПЕ

(2…6 мкВ/В).

Основной характеристикой КПЕ является закон изменения ёмкости, который определяет характер изменения частоты колебательного контура f от угла поворота ротора . По этому признаку конденсаторы делятся на: прямоемкостные, прямоволновые, прямочастотные и логарифмические.

1. Прямоёмкостные конденсаторы построены по закону, обеспечивающему линейную зависимость ёмкости от угла поворота:

Они наиболее просты по конструктивному исполнению, но при использовании в контурах дают наибольшую нелинейность зависимости частоты f( ), поэтому применяются в основном в качестве регулировочных (в мостах переменного тока, в емкостных делителях напряжения), а также в качестве конденсаторов настройки при малом коэффициенте диапазона частот.

2. Прямоволновые конденсаторы позволяют получить прямолинейную за-

Они находят ограниченное применение, главным образом в измерительной аппаратуре – в волномерах.

3. Прямочастотные конденсаторы дают равномерное изменение частоты по диапазону и обеспечивают одинаковую плотность настройки:

Очевидно, что с увеличением угла поворота ёмкость должна уменьшаться. Применяются прямочастотные конденсаторы в РЭА, в которой необходимо иметь равномерную по частоте шкалу настройки (в приемниках, передатчиках,

визмерительных приборах).

4.Логарифмические конденсаторы характеризуются постоянством относи-

вает одинаковую точность отсчета по всей шкале, но по равномерности настройки шкалы несколько уступают прямочастотным:

Этот тип конденсаторов находит широкое применение в радиоизмерительных приборах, а также в радиопередающих и радиоприемных устройствах с дистанционной настройкой колебательных контуров.

В формулах (7.22…7.25) а1…а4, b1…b4, 1… 4 и 1… 4 – константы.

На рисунке 7.14 приведены функциональные характеристики рассмотренных выше типов конденсаторов.

203

колебательного контура при настройке различными типами КПЕ: 1 – прямоемкостный; 2 – прямоволновой; 3 – прямочастотный; 4 – логарифмический

Форму роторных пластин КПЕ (рисунок 3.15) определяют из зависимости (3.26) радиуса пластины ротора R от угла поворота [5]:

где n – число роторных пластин; d – расстояние между

соседними роторными и статорными пластинами; r – радиус выреза в статоре. Подробно вопросы проектирования КПЕ изложены в [2, 3].

Рисунок 7.15 – Схема конструкции прямоёмкостного КПЕ и условные обозначения

Уменьшить габариты и вес, а также увеличить жесткость конструкции КПЕ с воздушным диэлектриком можно путем использования твёрдого диэлектрика. Получить КПЕ только с твёрдым диэлектриком невозможно, так как в этом случае будет исключена возможность перемещения пластин, поэтому в таких конденсаторах предусматривается воздушный зазор. С учетом прослойки воздуха, ёмкость конденсатора будет равна:

204

где S – активная площадь одной пары пластин; n – число пластин конденсатора;

параметров диэлектриков.

Из анализа (3.28) следует, что ёмкость конденсатора при прочих равных условиях тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость 1 и чем меньше толщина воздушной прослойки d2.

Диэлектрические потери КПЕ с твёрдым диэлектриком можно представить как сумму потерь в твердом диэлектрике и в воздушной прослойке:

потери в таком конденсаторе гораздо больше, чем в воздушном, и определяются главным образом потерями в твердом диэлектрике.

Электрическая прочность конденсатора может быть определена по вели-

КПЕ с твёрдым диэлектриком определяется воздушной прослойкой. Стабильность конденсаторов с твёрдым диэлектриком значительно ниже, чем

у воздушных, что обусловлено существенной нестабильностью твердых диэлектриков в сравнении с воздухом, а также наличием воздушных прослоек и их неравномерностью.

На практике используются два способа размещения твёрдого диэлектрика: в виде специальной прокладки 2 (рисунок 7.16,а) или в виде тонкой плёнки 3 (рисунок 7.16,б), нанесённой непосредственно на обкладки 1. Как в том, так и в другом случае твёрдый диэлектрик должен обладать большой электрической прочностью и малыми потерями. Кроме того, в первом случае пластина 2 должна

205

8 МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ)

8.1 Величины магнитного поля

На основе теории относительности было показано, что напряженности электрического и магнитного поля связаны не только физическими явлениями − это компоненты единого физического тензорного поля, преобразующегося посредством "вращений" в 4-мерном пространстве-времени.

При определении величин будем, однако, придерживаться классической концепции силовых полей, возникающих вокруг заряженных частиц, рассматривая при этом магнитное взаимодействие как релятивистскую поправку к кулоновскому взаимодействию. В таком квазиклассическом представлении выражение для силы взаимодействия двух движущихся точечных заряженных частиц 1 и 2 в вакууме описывается законом, несколько отличающимся от закона Кулона. При равенстве сил взаимного действия частиц друг на друга (по абсолютному значению), достаточно рассмотреть силу, с которой действует частица 2 на частицу 1:

где q1,q2, v1, v2 - кулоновские заряды и скорости частиц 1 и 2;

r2→1 и r - радиус-вектор, опущенный из точки расположения частицы 2 в точку расположения частицы 1 и его модуль.

Первое слагаемое в выражении (8.1) это электрическая сила (сила Кулона), второе слагаемое релятивистская поправка к ней магнитная сила (сила Лоренца), которая исчезающе мала по сравнению с электрической силой, если скорости частиц значительно меньше световых (v1/c, v2/c <<1).

Если одну из частиц, например частицу 2, рассматривать как источник силового поля, то для описания этого поля следует абстрагироваться от присутствия конкретной частицы 1 в определенной точке пространства. Чтобы охарактеризовать силовое поле необходимо рассмотреть силу, которая бы действовала в каждой точке пространства на частицу со стандартными параметрами (с единичным кулоновским зарядом и единичной скоростью, направленной перпендикулярно радиус-вектору r2→, опущенному из точки положения частицы-источ- ника). Эту силу, как функцию r2→, условно назовем напряженностью силового поля. Формально, нахождение напряженности поля, сводится к "отбрасыванию" из выражения (6.1) всех параметров частицы 1. Lля величин, характеризующих каждую составляющую напряженности силового поля частицы-источника 2, выражения имеют вид:

208

0 = 1/( 0 с2)=4 10-7 Гн/м - магнитной постоянной.

Векторная функция Е, определенная выражением (8.2), называется напря-

женностью электрического поля, а величина В называется индукцией магнитного поля 18.

Из выражения (8.1) и определений (8.2) следует, что для векторов Е и В справедлив принцип суперпозиции. Если источником поля является не одна частица, а некоторая группа частиц, то напряженность результирующего поля будет равна векторной сумме напряженностей, создаваемых каждой частицей. Если поля Е и B определены, то сила, действующая на заряженную частицу 1, оказавшуюся в этих полях, согласно (8.1) и (8.2), равна

Для случая, когда электрическое и магнитное поля формируются частицами одного знака, действие магнитного поля на фоне действия электрического может заметно проявиться лишь при скоростях частиц, близких к световым. Поэтому для теории магнитного поля интерес представляет собой случай, когда оно создается за счет движения зарядов в электрически нейтральной среде. Примером является проводник с током. Как известно, дрейфовая скорость vдр электронов в проводниках невелика (см. подраздел 2.2). Однако за счет большой концентрации движущихся электронов в проводниках, результирующая индукция может быть большой. Ионы неподвижны и потому, согласно выражения для индукции (8.2), не создают магнитное поле. В то же время, ионы создают электрическое поле, которое полностью компенсирует электрическое поле, создаваемое электронами. Таким образом, электрическое поле "исчезает", и проводники с током можно рассматривать как источники "чистого" магнитного поля.

Рассматривая проводник с током как источник магнитного поля вне среды

(в вакууме) следует признать, что универсальное выражение для индукции можно сформулировать лишь в дифференциальной форме для малого отрезка проводника с током, так как форма проводника может быть произвольной. Пусть индукция рассчитывается на расстоянии r от выбранного отрезка проводника, причем это расстояние намного превышает размеры этого отрезка, в частности, его длину dL (рисунок 8.1,а), на которой проводник можно считать прямолинейным. Тогда всю совокупность электронов, заключенных в этом отрезке, можно считать точечным зарядом dq= qnSdL (q и n заряд и концентрация электронов,

18 Как силовая характеристика поля, величина В все же имеет смысл напряженности. Исторически сложилось так, что напряженностью названа величина Н, которая, по мнению многих, напротив, больше отвечает названию "индукция" (см. ниже).

209

в проводнике, S сечение проводника) и воспользоваться выражением (8.2) для

В:

Учитывая, что дрейфовая скорость направлена вдоль проводника, введем вектор dL=dL vдр/vдр, абсолютное значение которого равно dL, а направление совпадает с направлением тока. Учитывая, что величина qnvS равна силе тока (см. подраздел 2.2), получим окончательное выражение (закон Био Савара):

Полное поле В для конкретной конфигурации проводника, или системы проводников, в соответствии с принципом суперпозиции, определится в результате интегрирования выражения (6.5) по всем элементам проводника:

Рассмотрим теперь проводник с током как приемник магнитного поля19.

Действие внешнего магнитного поля на проводник с током в общем случае может быть выражен в дифференциальной форме. Для этого можно воспользоваться выражением для магнитной силы (второе слагаемое в правой части выражения 8.3) и заменой параметров точечного заряда (q,v) на параметры элемента тонкого проводника (dq, vдр). Получим закон Ампера

Из (8.7) можно можно определить индукцию магнитного поля - как максимально возможнаю силу, действующая со стороны магнитного поля на отрезок проводника единичной длины с единичным током.

Из всех примеров действия магнитного поля на проводники нас особенно будет интересовать пример действия на малую рамку с током. В том случае, если поле является неоднородным, размеры рамки, с одной стороны, должны быть

19 Приемники магнитного поля, то есть объекты, “ощущающие” внешнее поле посредством действия на них сил, с необходимостью сами являются источниками магнитного поля. Поэтому, деление объектов на приемники и источники условно. Как правило, приемником поля считают объект, который обладает настолько слабым собственным полем, что практически не искажает внешнее поле (пробный объект).

210