Как сконструировать катушку

Каждый любитель, желающий заняться радио, должен - в какой-то момент - намотать катушку или две, будь то антенная катушка AM-радио, катушка на тороидальном сердечнике для полосового фильтра в приемопередатчике связи или катушка с центральным ответвлением для использование в генераторе Хартли. Намотка катушек несложная, но довольно трудоемкая. Существуют разные методы изготовления катушек в зависимости от области применения и необходимой индуктивности. Воздушные сердечники являются наиболее широкополосными, но получение высокой индуктивности означает использование большого количества проводов, они также не являются наиболее эффективным средством для устранения магнитного поля, выходящего из катушки - это выходящее магнитное поле может вызывать помехи, наводясь в соседних проводах и других катушках.

Намотывая катушку на ферромагнитную катушку, фокусирует магнитное поле, увеличивая индуктивность. Отношение индуктивностей после и до того, как сердечник с диаметром катушки был вставлен внутрь, называется относительной проницаемостью (обозначается μ _r). Различные обычно используемые материалы имеют разную относительную проницаемость, от 4000 для электротехнической стали, используемой в сетевых трансформаторах, до около 300 для ферритов, используемых в трансформаторах SMPS, и около 20 для сердечников из железного порошка, используемых на УКВ. Каждый материал сердечника должен использоваться только в указанном диапазоне частот, за пределами которого сердечник начинает демонстрировать высокие потери. Тороидальные сердечники с множеством апертур, горшок и другие закрытые сердечники заключают магнитное поле внутри сердечника, повышая эффективность и практически сводя к нулю помехи. Чтобы узнать больше об индукторах и их работе, перейдите по ссылке.

Индукторы с воздушным сердечником

Катушки с воздушным сердечником хороши для катушек с низкой индуктивностью, где помехи не имеют большого значения. Катушки с небольшим количеством витков и относительно толстой проволокой наматываются на цилиндрический объект, такой как сверло или банка, которые затем удаляются, и катушка поддерживает себя, иногда катушка покрывается смолой для большей механической устойчивости. Катушки большего размера с большим количеством витков обычно наматываются на неферромагнитный каркас, такой как полая пластиковая трубка или керамический каркас (для мощных ВЧ-катушек), а затем прикрепляются к каркасу с помощью клея. Чтобы намотать их, вам сначала нужно рассчитать требуемый диаметр провода, потому что он имеет большое влияние на общую длину катушки.

Формула для диаметра проволоки является

(√I) * 0,6 = d, где I - действующий или постоянный ток, а d - диаметр проволоки.

Если катушки используются на низких уровнях мощности, диаметр провода не имеет такого большого значения, 0,3 мм подходит для большинства приложений, а 0,12 мм подходит для герметизированных катушек, если катушки используются в транзисторных радиоприемниках. Если катушка используется в генераторе, провод должен быть жестким, чтобы предотвратить эффекты коробления, поскольку они могут в некоторой степени изменить индуктивность и вызвать нестабильность частоты (возбуждение).

Далее необходимо знать, какой диаметр должен быть у катушки. Рекомендуется, чтобы диаметр катушки составлял от 50% до 80% длины катушки для оптимальной добротности, и это зависит от того, сколько места может занимать катушка. Если катушка будет самонесущей, вы можете использовать болт или винт, намотать витки внутри пазов и удалить болт, отвинтив его, удерживая провод катушки, это делает катушку очень ровной и воспроизводимой.

Ниже приведена формула индуктивности для цилиндрической катушки.

L = μ _г (п ². ᴫ ². Г ² / л) 0,00000126

L - индуктивность в генри, μ _r - относительная проницаемость сердечника (1 для катушек из воздуха, пластика, керамики и т. Д.), N - количество витков, π - пи, r - радиус катушки в метрах (от от середины слоя разводки до середины обмотки) или половины диаметра (от середины слоя разводки через середину к середине слоя разводки на другой стороне), l - длина обмотки в метров, а длинная цифра на обороте - проницаемость свободного пространства.

Еще одна формула индуктивности.

L = (n ^2. D ²) / 18d + 40l

Эта формула используется при намотке однослойной однородной катушки со всеми витками, намотанными плотно, без промежутков между ними. Единицы такие же, как в приведенной выше формуле, за исключением d, который представляет собой диаметр рулона в метрах.

Очень хороший калькулятор для катушки сделал Serge Y. Stroobandt, позывной ON4AA здесь.

Как сделать индуктор с воздушным сердечником

Чтобы намотать обычную катушку с воздушным сердечником, вам понадобится формирователь, источник проволоки, мелкая наждачная бумага или нож для моделирования (не показан) и немного суперклея или двусторонней ленты, чтобы удерживать провод на месте.

После проектирования катушки пора наматывать ее. Если вы делаете катушку с воздушным сердечником, рекомендуется использовать пластиковый шаблон для намотки, поскольку пластиковый шаблон не является ферромагнитным.и не проводит электричество, это не повлияет на работу катушки при низких уровнях мощности. Затем отрежьте полоску двустороннего скотча по длине катушки и приклейте ее к каркасу, затем просверлите отверстия в каркасе там, где заканчивается виток и на отводах, снимите защитный слой с ленты и начните наматывать сначала пропуская его через просверленное отверстие, а затем наматывая его, как обычно, провод будет удерживаться двухсторонней лентой, в качестве альтернативы вы можете приклеить начало катушки к каркасу, намотав несколько витков цианакрилатным клеем, намотайте оставшуюся часть катушки и клей через каждые 1 см (также называемый суперклеем, используйте перчатки, его очень трудно удалить с кожи и вызывает раздражение). Для метчиков скрутите вместе кусок проволоки, пропустите ее через отверстие в образце и продолжайте как обычно. Попробуй намотать повороты поближе,после намотки снимите эмаль мелкой наждачной бумагой или лепочным ножом и залудите концы паяльником. Вы можете использовать измеритель LCR для измерения индуктивности или GDM, чтобы использовать GDM в качестве устройства для измерения индуктивности, см. Связанную статью.

Рисунки ниже объясняют процесс намотки индуктора с воздушным сердечником:

Шаг 1: На двух изображениях ниже показан Формирователь с кусочком ленты, где будет наматываться провод, и отверстиями для удержания провода на месте.

Шаг 2: На картинке ниже защитная пленка снята, намотка началась, и провод для отвода сгибается и скручивается .

Шаг 3: Затем проденьте отверстие в первой и вытащите другую сторону.

Шаг 4: Провода готовой катушки покрывают лужением путем погружения их в припой на куске ламината печатной платы.

Шаг 5: Наконец, индуктивность катушки измеряется с помощью измерителя LCR. Вы также можете использовать Arduino для измерения индуктивности катушки или использовать Grid Dip Meter (GDM).

Катушки намотки на ферритовых стержнях

Обмотка катушек на ферритовых стержнях (например, антенн с ферритовыми стержнями в радиоприемниках) аналогична намотке катушек с воздушным сердечником, но, поскольку вы не можете просверлить ферритовый стержень, вам придется полагаться на двустороннюю ленту или клей, чтобы удерживать провод плотно. Поскольку лента не всегда прилипает к ферриту, рекомендуется сначала покрыть стержень одним-тремя слоями бумажной малярной ленты прямо под тем местом, где должна проходить катушка, и наклеить ленту поверх него. Вы можете использовать суперклей, чтобы удерживать проволоку на месте, вместо двусторонней.

Для расчета катушки используйте приведенную выше формулу индуктивности для цилиндрической катушки, для μ _r введите относительную проницаемость, указанную в таблице данных или онлайн-калькуляторе катушки. Если вы спроектировали катушку, вы можете намотать ее, как катушки с воздушным сердечником, но есть другой метод, более быстрый способ !

Поместите ферритовый стержень в электрическую дрель, как сверло, и медленно вращайте его, стержень будет вращаться сам по себе, таким образом вы можете очень быстро изготавливать высококачественные катушки с высокой индуктивностью с большим количеством оборотов! Если у вас есть пластиковые формирователи для стержня, сначала намотайте их, а затем наденьте на катушку и приклейте на место.

Слева - заводская антенная катушка в радиовещательном приемнике, где катушка намотана на каркас, который прикреплен к стержню с помощью пластиковых элементов. Проволока держится на эпоксидной смоле. Справа есть небольшая катушка на ферритовом стержне, изготовленная описанными выше методами.

Обмотка тороидального сердечника

Тороидальные катушки довольно легко рассчитать, но с ветром немного сложнее. Тороидальные сердечники имеют широкий спектр применений, таких как индукторы фильтров в SMPS, дроссели RFI, силовые трансформаторы SMPS, входные фильтры RF, симметрирующие устройства, трансформаторы тока и другие.

Индуктивность тороидальной катушки в наногенри (когда индекс индуктивности AL дан в нГн / Н ²) может быть рассчитана по следующей формуле:

L (nH) = A _L (nH / N ²) * Оборотов ²

После преобразования получаем формулу количества витков, необходимых для необходимой индуктивности:

Требуемые обороты = ^1/2

Чтобы намотать тороидальную катушку, вам понадобится тороидальный сердечник, источник провода (хорошим источником этого являются отклоняющие катушки от старых ЭЛТ-телевизоров), мелкая наждачная бумага и немного суперклея.

Чтобы намотать тороид, вам сначала нужно отрезать проволоку соответствующей длины, потому что вы не можете пропустить рулон проволоки через отверстие. Чтобы рассчитать необходимый провод, умножьте длину окружности поперечного сечения кольца на количество необходимых витков. Иногда это указывается в таблице данных как mlt (средняя длина на оборот). На этом веб-сайте есть онлайн-калькулятор, который помогает в проектировании тороидальных катушек, просто выберите свой сердечник, подключите необходимую индуктивность, и он даст необходимое количество проводов и витков.

Шаг 1: Сначала пропустите один конец проволоки через отверстие, убедитесь, что он выступает примерно на 4 см - этот кусочек называется косичкой.

Шаг 2: Оберните косичку вокруг стержня, оставьте от 1 до 2 см и закрепите остальное суперклеем.

Шаг 3: Используйте оставшуюся длину проволоки, чтобы намотать оставшуюся часть катушки, прикрепите более длинный конец к гвоздю или гвоздю для облегчения наматывания.

Поскольку ожидается, что катушка будет иметь низкую индуктивность (около 3,6 мкГн) в отсутствие профессионального измерителя LCR, лучше использовать GDM, поскольку обычные измерители на основе микроконтроллера имеют очень низкую точность при измерении малых индуктивностей. Конденсатор 680 пФ был подключен к катушке параллельно вместе с небольшой петлей связи. Эта схема имеет частоту 3,5 МГц (справа), помещая эти значения в вычислитель резонанса, мы получаем около 3 мкГн. Слева измеритель настроен на другую частоту вне резонанса контура.

Расчетные катушки могут давать очень разные результаты в реальных условиях из-за паразитных емкостей и вызванного ими параллельного саморезонанса.