Enhver hobbyist som vil dabble i radio, må - på et eller annet tidspunkt - spole en spole eller to, det være seg antennespolen til en AM-radio, en spole på en toroidal kjerne for et båndpasfilter i en kommunikasjonstransceiver eller en sentralt tappet spole for bruk i en Hartley-oscillator. Svingete spoler er ikke harde, men ganske tidkrevende. Det er forskjellige metoder for å lage spoler, avhengig av bruksområde og induktans som trengs. Luftkjerner er det bredeste båndet, men å få høye induktanser betyr å bruke mye ledning, de er heller ikke den mest effektive måten å gjøre at magnetfeltet slipper ut av spolen.
Svinging av en spole over en ferromagnetisk spole fokuserer magnetfeltet og øker induktansen. Forholdet mellom induktans etter og før en kjerne med diameteren på spolen er satt inn i den kalles relativ permeabilitet (betegnet μ r). Ulike ofte brukte materialer har forskjellige relative permeabiliteter, fra 4000 for elektrisk stål som brukes i strømtransformatorer, gjennom rundt 300 for ferritter som brukes i SMPS-transformatorer og rundt 20 for jernpulverkjerner som brukes ved VHF. Hvert kjernemateriale skal bare brukes innenfor det angitte frekvensområdet, utenfor hvilket kjernen begynner å utvise store tap. Toroidale kjerner med flere blenderåpninger, potter og andre lukkede kjerner lukker magnetfeltet inne i kjernen, og øker effektiviteten og reduserer praktisk talt interferens til null. For å lære mer om induktorer og hvordan de fungerer, følg lenken.
Luftkjølte induktorer
Luftkjerne spoler er gode for spoler med lav induktans, der interferens ikke er av største betydning. Spoler med en liten mengde svinger og relativt tykk ledning vikles over en sylindrisk gjenstand som en borkrone eller boks, som deretter fjernes og spolen støtter seg selv, noen ganger er coilen belagt i harpiks for høyere mekanisk stabilitet. Større spoler med mange svinger blir ofte viklet over en ikke-ferromagnetisk form, for eksempel et hul plastrør eller en keramisk form (for RF-spoler med høy effekt) og deretter festet til den førstnevnte med lim. For å vikle dem må du først beregne den nødvendige ledningsdiameteren, fordi den har stor innflytelse over den totale spolelengden.
Den formelen for tråddiameteren er
(√I) * 0,6 = d, hvor jeg er RMS eller likestrøm og d er ledningsdiameter.
Hvis spolene brukes ved lave effektnivåer, er ledningsdiameteren ikke så viktig, 0,3 mm er bra for de fleste applikasjoner og 0,12 mm er bra for hermetisert hvis spoler som brukes er i transistorradiomottakere. Hvis spolen brukes i oscillatortjeneste, bør ledningen være stiv for å forhindre vridningseffekter, da de kan endre induktansen til en viss grad og forårsake frekvens ustabilitet (kjøring).
Deretter må du vite hvilken diameter spolen trenger å ha. Det anbefales at spolediameteren er 50-80% spolelengde for optimal Q, og de er avhengig av hvor mye plass spolen kan ta. Hvis spolen vil være selvbærende, kan du bruke en bolt eller en skrue, vikle svingene inne i sporene og fjerne bolten ved å skru av den mens du holder i ledningen på spolen, dette gir en veldig jevn og reproduserbar spole.
Nedenfor er induktansformelen for en sylindrisk spole
L = μ r (n to. ᴫ 2. R 2 / l) 0,00000126
L er induktans i henries, μ r er relativ permeabilitet til kjernen (1 for luft, plast, keramikk osv. Spoler), n er antall omdreininger, π er pi, r er radiusen til spolen i meter (fra midten av kabellaget til midten av viklingen) eller halvparten av diameteren (fra midten av kabellaget gjennom midten til midten av kabellaget på den andre siden), er l lengden på viklingen i meter, og det lange tallet på baksiden er permeabiliteten til ledig plass.
En annen formel for induktans.
L = (n 2. D 2) / 18d + 40l
Denne formelen brukes når du vikler en ensidig spole med alle svinger som er tett viklet uten mellomrom mellom dem. Enhetene er de samme som med formelen ovenfor, unntatt d som er spolediameter i meter.
En veldig god kalkulator for spole er laget av Serge Y. Stroobandt, kallesignal ON4AA her.
Hvordan lage en luftkjerneinduktor
For å vikle en vanlig luftkjernet spole trenger du en tidligere, en ledningskilde, noe fint sandpapir eller en modelleringskniv (ikke vist) og litt superlim eller dobbeltsidig tape for å holde ledningen på plass.
Etter å ha designet spolen er det på tide å vikle den. Hvis du lager en luftkjernet spole, er det lurt å bruke en plastformer for å vikle den på, siden plastformeren ikke er ferromagnetisk.og ikke leder strøm, vil det ikke påvirke spoleytelsen ved lave effektnivåer. Deretter kutter du en stripe med dobbeltsidig tape med spolens lengde og holder den til den førstnevnte, og bor deretter hull i den førstnevnte der spolen slutter og ved kraner, ta av dekklaget på båndet og begynn å vikle, først ved å føre den gjennom hullet du boret, og deretter vikle den, som vanlig, vil ledningen holdes av det dobbeltsidige båndet, alternativt kan du lime spiringen av spolen til den tidligere etter å ha viklet noen svinger med cyanoakrylatlim, vind resten av spolen og lim hver 1 cm (også kalt superlim, bruk hansker, det er veldig vanskelig å fjerne fra huden og forårsaker irritasjon). For kraner, vri en lengde på ledningen sammen, før den gjennom hullet i den første og fortsett som vanlig. Prøv å snu svingene tett,etter vikling fjerner du emaljen med fint sandpapir eller en modelleringskniv og tenner endene med et loddejern. Du kan bruke en LCR-måler til å måle induktansen eller en GDM, for å bruke en GDM som et induktansmåleapparat, se lenket artikkel.
Bildene nedenfor forklarer prosessen med å vikle en luftkjerneinduktor:
Trinn 1: Under to bilder viser Former med litt tape der ledningen skal vikles og hull for å holde ledningen på plass.
Trinn 2: På bildet nedenfor har beskyttelsesfilmen tatt av, viklingen startet og ledningen for en kran er bøyd og vridd sammen .
Trinn 3: Sett deretter gjennom et hull i førstnevnte og ut på den andre siden.
Trinn 4: Den ferdige spolen har sine ledninger fortinnet ved å senke dem i loddetinn på et stykke PCB-laminat.
Trinn 5: Til slutt måles spoleinduktansen ved hjelp av en LCR-meter. Du kan også bruke en Arduino til å måle induktansen til en spole eller bruke en Grid Dip Meter (GDM).
Svingende spoler på ferritstenger
Svingende spoler på ferrittstenger (for eksempel ferrittstangantenner i radiomottakere) ligner på vikling av luftkjernede spoler, men siden du ikke kan bore gjennom en ferritstang, må du stole på det dobbeltsidige teipet eller limet for å holde ledningen tett. Siden tapen ikke alltid holder seg til ferritten, er det lurt å først dekke til stangen med ett til tre lag papirmaskebånd rett under der spiralen må gå og stikke tapen over den. Du kan bruke superlim for å holde ledningen på plass i stedet for tosidig.
For å beregne spolen, bruk induktansformelen for en sylindrisk spole som er funnet ovenfor, for μ r input den relative permeabiliteten som finnes i databladet eller en online spolekalkulator. Hvis du designet spolen, kan du spole den som luftkjerne spoler, men det er en annen metode, raskere metode !
Sett ferritstangen i en elektrisk boremaskin, akkurat som en borekrone og snur den sakte, stangen vil rotere av seg selv, på denne måten kan du lage høykvalitets og høye induktansspoler med mange svinger veldig raskt! Hvis du har plastformere for stangen, vind på dem først og legg dem på spolen og lim dem på plass.
Til venstre er en fabrikkprodusert antennespole i en kringkastingsmottaker, hvor spolen vikles på en tidligere som er festet til stangen ved hjelp av plastelementer. Ledningen holdes på plass med epoksyharpiks. Til høyre er det en liten spole på en ferritstang laget med metodene beskrevet ovenfor.
Toroidal kjernevikling
Toroide spoler er ganske enkle å beregne, men litt vanskelig for vinden. Toroidale kjerner har et bredt spekter av applikasjoner, for eksempel filterinduktorer i SMPS, RFI-chokes, SMPS-transformatorer, RF-inngangsfiltre, baluns, strømtransformatorer og andre.
Toroidal spoleinduktans i nanohenries (Når AL-induktansindeksen er gitt i nH / N 2) kan beregnes med denne formelen:
L (nH) = A L (nH / N 2) * Slår 2
Etter konvertering får vi en formel for antall svinger som trengs for den nødvendige induktansen:
Nødvendige svinger = 1/2
For å vinde en toroidespole trenger du en toroidal kjerne, en ledningskilde (avbøyningsspoler fra gamle CRT TV-er er en god kilde til det), noe fint sandpapir og litt superlim.
For å vikle en toroid må du først kutte en passende ledningslengde, fordi du ikke kan føre en trådrulle gjennom hullet. For å beregne ledningen som trengs, multipliserer du omkretsen av ringens tverrsnitt med antall svinger som trengs. Dette blir noen ganger oppgitt i databladet som mlt (gjennomsnittlig lengde per tur). På denne nettsiden er det en online kalkulator som hjelper til med utformingen av toroidespoler, bare velg kjernen din, plugin den nødvendige induktansen, og den gir den nødvendige ledningen og svingene.
Trinn 1: Før først den ene enden av ledningen gjennom hullet, sørg for at rundt 4 cm stikker ut - denne biten kalles en pigtail.
Trinn 2: Vind pigtailen rundt kjernen, la den være 1 cm til 2 cm av og fest resten med superlim.
Trinn 3: Bruk den gjenværende ledningslengden til å vikle resten av spolen, fest den lengre enden til en spiker eller en spiker for lettere vikling.
Siden det forventes at spolen har lav induktans (rundt 3,6 μH) i fravær av en profesjonell LCR-meter, er det bedre å bruke en GDM, ettersom vanlige mikrokontroller-baserte målere har svært lav nøyaktighet når de måler små induktanser. En 680pF kondensator ble koblet til spolen parallelt, sammen med en liten koblingssløyfe. Denne kretsen dyppet ved 3,5 MHz (til høyre), og plasserer disse verdiene i en resonanskalkulator, gir oss rundt 3μH. Til venstre er måleren satt til en annen frekvens utenfor kretsresonansen.
Beregnede spoler kan gi veldig forskjellige resultater når de blir laget i det virkelige liv, på grunn av parasittiske kapasitanser og parallell selvresonans forårsaket av dem.