6.3.ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
СУЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ МАГНИТНОЙ»ПРОНИЦАЕМОСТИ
ЭЛЕМЕНТОВ НА ФЕРРЙТАХ
Математическое описание изменений магнитной про ницаемости в зависимости от времени, температуры и интенсивности радиационного облучения позволяет ре шать целый ряд практических задач при проектировании радиоэлектронных схем с применением ферритовых магннтопроводов. Эти задачи так разнообразны и много численны, что их трудно перечислить. Сформулируем некоторые из них.
1.По заданным условиям и времени эксплуатации определить максимальное относительное изменение маг нитной проницаемости выбранного магнитопровода.
2.По допустимому относительному изменению маг нитной проницаемости (индуктивности), заданным усло виям и времени эксплуатации определить тип феррито вого магнитопровода, его типоразмер, необходимую величину немагнитного зазора в магнитной цепи и т. д.
3.По заданному допустимому относительному изме нению магнитной проницаемости определенного магни топровода вычислить предельно допустимые режимы эксплуатации, т. е. температуру, интенсивность радиа
ционного облучения (в комплексе или в отдельности)
идолговечность («время жизни»).
4.По имеющейся зависимости изменения параметров систем при изменении магнитной проницаемости ферри товых магннтопроводов, входящих в них, определить
максимальные отклонения параметров при различных условиях и времени их эксплуатации или по допусти мому изменению параметров этих систем определить допустимые условия эксплуатации (температуру, интен сивность радиационного облучения, время эксплуатации
ит. д.).
Вкачестве примера рассмотрим несколько задач.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача |
1. Определить |
максимальное |
относительное |
изменение |
магнитной |
проницаемости |
ферритовых |
сердечников |
из |
Mn-Zn, ис |
пользуемых в течение т = 1 0 3 ч при |
следующих |
условиях: ^ = |
( + 10; |
+ 10; |
+120)°С; |
интенсивность |
радиационного |
облучения |
/ = |
= 10и |
нейтр/см2с. |
|
|
|
|
|
|
|
р.н Д- Др,( + |
Воспользуемся |
выражением для ц. и |
запишем: |
р. = |
+ Др._, |
где |
р.н — начальное |
значение |
р., |
а Ap.f |
и Др.х — изменение |
проницаемости соответственно |
от изменения температуры |
ферритов |
и времени наработки с учетом радиационного разогрева. |
|
Необходимые зависимости |
можно выразить следующим |
образом |
Н-н |
! Яѵ |
|
«■ |
|
тСп (1 — |
е - т т |
V |
( 6. 20) |
А!-L |
Яѵ |
|
|
т |
— е Г ,пг' |
|
|
а |
( 1 |
|
|
т С-а
где Аt = t—ti (здесь tt — температура, при которой производится настройка аппаратуры, содержащей ферритовые изделия).
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 51 |
Марка феррита |
°ѵ |
1 |
k |
Я |
А |
0 |
— 1,03 |
0,001 |
0,36 |
В |
0 |
3,0 |
0.0009 |
0,4 |
С |
—0,01 -ІО "6 |
1,55 |
0,001 |
0,38 |
П р и м е ч а н и е . Значения Vt и St даны для кольцевого сердеч'
ника размером |
20X12X6. |
Значения qv даны для интенсивности пото |
ка нейтронного облучения |
/= 1 0 п нейтр/см2с. |
Численные |
значения |
коэффициентов для трех марок ферритов |
А, В, С приведены в габл. 51. Подставляя численные значения, ука
занные в таблице, в уравнение (6.20) и полагая Ч=-20°С, |
получим: |
АМ-тах/М'н= Ац.(/Цн+ Ар-Т/цн для трех указанных марок |
ферритов |
при трех различных температурах. Результаты этих расчетов сведе ны в табл. 52.
Т А Б Л И Ц А 52
4и 1>н' % "Рн ГС
|
|
феррита |
+ 10° |
+60° |
+ 120° |
|
|
|
|
|
А |
— 1,0 |
—8,7 |
—25,0 |
|
|
В |
—5,3 |
— 12,2 |
—27,1 |
|
|
С |
—4,9 |
— 14,5 |
—33,3 |
З а д а ч а |
2. |
Определить |
марку, |
тип и размер ферритового магни |
топровода |
для |
получения |
на нем |
индуктивности L = 0,2 Гн, причем |
изменение ALmaxIL в течение времени и при условиях, определен ных задачей 1, не должно превышать 10%.
Для простоты решения допустим, что выбор ограничен тремя марками ферритовых сердечников, условно обозначенных А, В, С и
тремя типами колец: 1 0 X 6 X 3 ; |
2 0 X 1 2 X 6 |
и 40 X 25 X11. |
Все |
численные значения параметров, |
входящих в |
(6.20), для этих |
марок |
|
|
Т А Б Л И Ц А 5 |
а |
-1 0 " з , |
q п р и q = ! ,2 В т / с м 3, |
Р а з м е р к о л е ц , м м |
с |
Д ж / с м 2 - с - г р а д |
|
10X6X3 |
7,9 |
15,9 |
20X12X6 |
7,2 |
34,8 |
40X25X11 |
6,3 |
74,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
приведены в табл. 51. |
Параметр q v |
легко расчитывается; |
результаты |
расчетов сведены в табл. 53. |
|
|
|
|
формулой; |
|
При решении задачи |
необходимо воспользоваться |
|
|
|
|
HB — nd/nrS . |
|
|
|
(6.21) |
где |
L — индуктивность катушки, Гн; |
S — площадь |
поперечного |
сече |
ния |
кольца, |
м2; d — средний диаметр |
кольца, м; |
п — число |
вит |
ков. |
Из (6.21) |
видно, |
что |
каждому |
типоразмеру при заданной ин |
|
дуктивности |
L = 0,2 |
Гн |
соответствует |
вполне |
определенное |
число |
витков n2 = LndliinS. Результаты вычислений |
приведены в табл. 54. |
Очевидно (см. табл. 54), что |
|
при диаметре |
намоточного |
провода d=0, 1. . . 0, 2 |
мм сердечник |
размером |
1 0 X 6 X 3 |
можно не |
рассматривать для всех марок из-за невозможности размещения обмотки на нем. Как видно из табл. 53 по величине параметра qvVtltnCп, который существенно влияет на изменение магнитной
проницаемости, из двух оставшихся типоразмеров предпочтительнее выбрать сердечник с размерами 20 X 12 X 6. Из сравнения устойчи
вости магнитной |
проницаемости |
рассматриваемых |
марок |
феррита |
к воздействию заданных в задаче условий (табл. 52) очевидно, |
что |
необходимо выбрать марку Д. |
|
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л |
И Ц А |
5 |
|
Ч и с л о в и т к о в , ГС-104 д л я |
м а р к и |
|
|
Г а б а р и т ы с е р д е ч н и к а |
|
|
|
с |
|
|
А |
В |
|
|
10X6X3 |
3 |
20 |
|
15 |
|
20X12X6 |
16,7 |
11,1 |
8,3 |
|
40X25X11 |
9,85 |
6.63 |
4,93 |
|
Таким образом, для решения данной задачи целесообразно вы брать ферритовое кольцо марки А размером 20 X 12 X 6, на котором необходимо намотать « = 408 витков провода. Однако, и в этом слу чае, в течение т = 1 0 3 Ч, при температуре ^=120°Си при воздействии нейтронного облучения с интенсивностью /= 1 0 и Н/см2с максимальное изменение Лцт а*/|ін, а следовательно и AL/L, составит 25%. По ТУ для этих марок ферритов допустимо изменение А|х/.|х только на 10%. Удовлетворить этому требованию возможно, лишь создав в выбран ном сердечнике определенный немагнитный зазор. Изменение магнит-
ной проницаемости в этом случае в заданных условиях [94] будет определяться как
Ар.эфф/|Дэфф= (ЛЦтаж/Цн) (Рэфф/Р-н), |
(6.22) |
где Рафф и Драфф — соответственно эффективная магнитная |
прони |
цаемость и ее изменение в сердечнике с воздушным зазором.
При подстановке значений изменения проницаемости в^ (6.23)
получим: 10= 25рЭфф/рн |
или |
рЭфф=0,4рв, т. е. |
воздушный |
зазор |
должен уменьшить рн в 2,5 |
раза. Тогда в соответствии |
с (6.21) во |
столько же раз должно |
быть увеличено и п2, т. е. «2/0,4 или |
«і2 = |
= 16,7 • 104/0,4=41,8 • ІО4 |
или |
Пі= /4 К 8 П 0 + = 6 4 7 |
витков. |
если |
намо |
Таким образом, поставленную задачу можно решить, |
тать на ферритовом кольце 20 X 12 X 6 марки А 647 витков провода, причем магнитопровод должен иметь немагнитный зазор, обеспечи вающий уменьшение магнитной проницаемости в 2,5 раза.
Задача 3. Определить «время жизни» ферритового сердечника (без воздушного зазора), выбранного для решения задачи 2 и рабо
тающего в тех |
|
же условиях (1= 120°С). Как |
было определено, для |
сердечника |
размером |
20 X 1 2 X 6 |
марки |
А |
параметры |
модели |
(6.20) имеют следующие значения: |
|
|
|
|
|
|
|
о |
п |
= 0 ; |
а = |
1, 0; Ь — — 1,03; |
к = 0,001 • |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> |
|
|
|
q = 0,36; |
(qv? m C n) (1 — e~'m )= 34,8; |
|
|
|
|
|
|
Д^тазе^н ~ |
Ю. |
|
|
|
|
Тогда по формуле (5.24) |
можно вычислить т: |
|
|
|
— 10= — 1Г—1,03 + 0,001 (120+34,8)2]тж0,36; |
тж = 100 |
ч. |
Задача |
4. |
Определить изменение |
резонансной |
частоты |
низкоча |
стотного избирательного |
усилителя |
Дсо„ |
|
|
при использовании |
|
|
|
в катушке его |
|
контура |
ферритового сердечника марки С размером |
20 X 12 X 6 |
в |
течение т=1000 ч |
при |
окружающей температуре t = |
= + 50 °С и при облучении его нейтронным потоком с интенсивностью
|
|
|
|
|
|
/= 1 0 и |
нейтр/см2с |
(настройка |
усилителя производится |
при |
t = |
= |
+20 °С). |
|
|
|
|
Принципиальная |
схема усили |
теля |
представлена |
на |
рис. |
6.7. |
С |
помощью таких |
усилителей |
очень часто производится выделе ние сигналов в приемниках систем радиоуправления и телеметрии. Решающим критерием работоспо собности такого усилителя являет ся его избирательность, которая
оценивается величиной |
эквива |
лентной добротности |
|
|
QaK в“ |
(Оо/Дм, |
|
где |
(Do — резонансная |
частота, |
а |
Дм — полоса |
пропускания на |
уровне 0,707. |
|
Рис. 6.7. |