Ogni hobbista che desidera dilettarsi con la radio deve - a un certo punto - avvolgere una o due bobine, che si tratti della bobina dell'antenna di una radio AM, una bobina su un nucleo toroidale per un filtro passa banda in un ricetrasmettitore di comunicazione o una bobina presa centralmente per utilizzare in un oscillatore hartley. L'avvolgimento delle bobine non è difficile ma richiede molto tempo. Esistono diversi metodi per realizzare bobine, a seconda dell'area di utilizzo e dell'induttanza necessaria. I nuclei d'aria sono i più a banda larga, ma ottenere alte induttanze significa usare molto filo, non sono nemmeno il modo più efficiente per il campo magnetico che fuoriesce dalla bobina: questo magnetico in fuga può causare interferenze inducendo i fili vicini e altre bobine.
Avvolgendo una bobina, su una bobina ferromagnetica si concentra il campo magnetico, aumentando l'induttanza. Il rapporto di induttanza dopo e prima che un nucleo con il diametro della bobina sia stato inserito al suo interno è chiamato permeabilità relativa (denotata μ r). Diversi materiali comunemente usati hanno diverse permeabilità relative, che vanno da 4000 per l'acciaio elettrico utilizzato nei trasformatori di rete, fino a circa 300 per le ferriti utilizzate nei trasformatori SMPS e circa 20 per i nuclei di polvere di ferro utilizzati in VHF. Ogni materiale del nucleo deve essere utilizzato solo all'interno dell'intervallo di frequenza specificato, al di fuori del quale il nucleo inizia a presentare perdite elevate. Nuclei toroidali, multi-apertura, vaso e altri nuclei racchiusi racchiudono il campo magnetico all'interno del nucleo, aumentando l'efficienza e riducendo praticamente a zero le interferenze. Per saperne di più sugli induttori e sul loro funzionamento segui il link.
Induttori con anima in aria
Le bobine con anima in aria sono adatte per bobine a bassa induttanza, dove l'interferenza non è della massima importanza. Le bobine con una piccola quantità di spire e un filo relativamente spesso vengono avvolte su un oggetto cilindrico come una punta da trapano o una lattina, che viene quindi rimossa e la bobina si sostiene da sola, a volte la bobina è rivestita di resina per una maggiore stabilità meccanica. Le bobine più grandi con molte spire vengono comunemente avvolte su un formatore non ferromagnetico, come un tubo di plastica cavo o un formatore in ceramica (per bobine RF ad alta potenza) e quindi fissate al primo con la colla. Per avvolgerli è necessario prima calcolare il diametro del filo richiesto, perché ha molta influenza sulla lunghezza totale della bobina.
La formula per il diametro del filo è
(√I) * 0,6 = d, dove I è RMS o corrente CC ed è il diametro del filo.
Se le bobine vengono utilizzate a bassi livelli di potenza, il diametro del filo non è così importante, 0,3 mm è buono per la maggior parte delle applicazioni e 0,12 mm è buono per le bobine se le bobine utilizzate sono in ricevitori radio a transistor. Se la bobina viene utilizzata per il servizio dell'oscillatore, il filo deve essere rigido, per evitare effetti di deformazione poiché possono modificare in una certa misura l'induttanza e causare instabilità di frequenza (guida).
Successivamente, è necessario sapere quale diametro deve avere la bobina. Si raccomanda che il diametro della bobina sia compreso tra il 50% e l'80% della lunghezza della bobina per un Q ottimale e questi dipendono da quanto spazio può occupare la bobina. Se la bobina sarà autoportante puoi usare un bullone o una vite, avvolgere le spire all'interno delle scanalature e rimuovere il bullone svitandolo mentre si tiene il filo della bobina, questo rende una bobina molto uniforme e riproducibile.
Di seguito è riportata la formula dell'induttanza per una bobina cilindrica
L = μ r (n 2. ᴫ 2. R 2 / l),00,000126 millions
L è l'induttanza in Henry, μ r è la permeabilità relativa del nucleo (1 per bobine in aria, plastica, ceramica, ecc.), N è il numero di spire, π è pi, r è il raggio della bobina in metri (da dal centro dello strato di cablaggio al centro dell'avvolgimento) o metà del diametro (dal centro dello strato di cablaggio attraverso il centro al centro dello strato di cablaggio sull'altro lato), l è la lunghezza dell'avvolgimento in metri, e il numero lungo sul retro è la permeabilità dello spazio libero.
Un'altra formula per l'induttanza.
L = (n 2. D 2) / 18d + 40l
Questa formula viene utilizzata quando si avvolge una bobina uniforme a uno strato con tutte le spire avvolte strettamente senza spazio tra di loro. Le unità sono le stesse della formula precedente, tranne d che è il diametro della bobina in metri.
Un ottimo calcolatore per la bobina è stato realizzato da Serge Y. Stroobandt, nominativo ON4AA qui.
Come realizzare un induttore Air-Core
Per avvolgere una normale bobina con anima in aria è necessario un ex, una fonte di filo, carta vetrata fine o un coltello da modellismo (non mostrato) e un po 'di supercolla o nastro biadesivo per tenere il filo in posizione.
Dopo aver progettato la bobina è il momento di avvolgerla. Se stai realizzando una bobina con anima in aria, è una buona idea utilizzare un formatore di plastica per avvolgerla, poiché il formatore di plastica non è ferromagneticoe non conduce elettricità, non influirà sulle prestazioni della bobina a bassi livelli di potenza. Successivamente, tagliare una striscia di nastro biadesivo con la lunghezza della bobina e incollarla alla prima, quindi praticare dei fori nella prima dove finisce la bobina e ai rubinetti, togliere lo strato di copertura sul nastro e iniziare ad avvolgere, prima facendolo passare attraverso il foro che avete praticato e poi avvolgendolo, come al solito, il filo sarà tenuto dal nastro biadesivo, in alternativa potrete incollare l'elemosina della bobina alla prima dopo aver avvolto qualche spire con colla cianoacrilica, il resto della bobina e della colla ogni 1 cm (chiamata anche super colla, usate i guanti, è molto difficile da rimuovere dalla pelle e provoca irritazione). Per i rubinetti, attorcigliare un pezzo di filo insieme, farlo passare attraverso il foro nel primo e continuare come al solito. Prova a chiudere le curve,dopo l'avvolgimento, rimuovere lo smalto con carta vetrata fine o un coltello da modellismo e stagnare le estremità con un saldatore. È possibile utilizzare un misuratore LCR per misurare l'induttanza o un GDM, per utilizzare un GDM come dispositivo di misurazione dell'induttanza vedere l'articolo collegato.
Le immagini sottostanti spiegano il processo di avvolgimento di un induttore Air-Core:
Passaggio 1: le due immagini seguenti mostrano l'ex con un po 'di nastro adesivo in cui verrà avvolto il filo e i fori per tenere il filo in posizione.
Passaggio 2: Nell'immagine sottostante la pellicola protettiva si è tolta, è iniziato l'avvolgimento e il filo per un rubinetto è piegato e attorcigliato insieme .
Passaggio 3: quindi passare attraverso un foro nel primo e fuori dall'altro lato.
Passaggio 4: la bobina finita ha i suoi fili stagnati immergendoli nella saldatura su un pezzo di laminato PCB.
Passaggio 5: infine, l'induttanza della bobina viene misurata utilizzando un misuratore LCR. Puoi anche usare un Arduino per misurare l'induttanza di una bobina o puoi usare un Grid Dip Meter (GDM).
Bobine di avvolgimento su aste di ferrite
Le bobine di avvolgimento su aste di ferrite (ad esempio antenne a barra di ferrite nei ricevitori radio) è simile all'avvolgimento di bobine con anima in aria, ma poiché non è possibile perforare una barra di ferrite, è necessario fare affidamento sul nastro biadesivo o sulla colla per trattenere il filo saldamente. Poiché il nastro non si attacca sempre alla ferrite, è una buona idea coprire prima l'asta con uno o tre strati di nastro adesivo di carta proprio sotto il punto in cui deve andare la bobina e attaccare il nastro su di essa. Puoi usare la super colla per tenere il filo in posizione invece che a doppia faccia.
Per calcolare la bobina utilizzare la formula di induttanza per una bobina cilindrica trovata sopra, per μ r immettere la permeabilità relativa trovata nel foglio dati o in un calcolatore di bobina online. Se hai progettato la bobina , puoi avvolgerla come le bobine con anima in aria, ma esiste un metodo diverso, un metodo più veloce !
Metti la barra di ferrite in un trapano elettrico, proprio come una punta da trapano e ruotala lentamente, l'asta ruoterà da sola, in questo modo puoi realizzare bobine di alta qualità e alta induttanza con molte spire molto rapidamente! Se hai degli stampi in plastica per l'asta, avvolgili prima e poi mettili sulla bobina e incollali in posizione.
Sulla sinistra c'è una bobina d'antenna fabbricata in fabbrica in un ricevitore di trasmissione, in cui la bobina è avvolta su una bobina che è fissata all'asta mediante elementi di plastica. Il filo è tenuto in posizione con resina epossidica. A destra, c'è una piccola bobina su una barra di ferrite realizzata con i metodi sopra descritti.
Avvolgimento toroidale
Le bobine toroidali sono abbastanza facili da calcolare, ma un po 'complicate per il vento. I nuclei toroidali hanno un'ampia varietà di applicazioni, come induttori di filtro in SMPS, induttanze RFI, trasformatori di potenza SMPS, filtri di ingresso RF, balun, trasformatori di corrente e altri.
L'induttanza della bobina toroidale nei nanohenry (quando l'indice di induttanza AL è dato in nH / N 2) può essere calcolata con questa formula:
L (nH) = A L (nH / N 2) * Gira 2
Dopo la conversione, otteniamo una formula per il numero di giri necessari per l'induttanza richiesta:
Giri richiesti = 1/2
Per avvolgere una bobina toroidale è necessario un nucleo toroidale, una fonte di filo (le bobine di deflessione dei vecchi televisori CRT ne sono una buona fonte), carta vetrata fine e un po 'di supercolla.
Per avvolgere un toroide devi prima tagliare una lunghezza di filo adeguata, perché non puoi far passare un rotolo di filo attraverso il foro. Per calcolare il filo necessario, moltiplicare la circonferenza della sezione trasversale dell'anello per il numero di giri necessari. Questo a volte è indicato nella scheda tecnica come mlt (lunghezza media per turno). Su questo sito web, c'è un calcolatore online che aiuta nella progettazione di bobine toroidali, basta scegliere il nucleo, collegare l'induttanza richiesta e fornisce la quantità di filo e giri necessari.
Passaggio 1: per prima cosa passa un'estremità del filo attraverso il foro, assicurati che sporgano circa 4 cm: questo pezzo è chiamato codino.
Passaggio 2: avvolgere il codino attorno al nucleo, lasciare 1 cm a 2 cm di distanza e fissare il resto con la colla.
Passaggio 3: utilizzare la lunghezza rimanente del filo per avvolgere il resto della bobina, attaccare l'estremità più lunga a un chiodo o un chiodo per avvolgere più facilmente.
Poiché si prevede che la bobina abbia una bassa induttanza (circa 3,6μH) in assenza di un misuratore LCR professionale, è meglio utilizzare un GDM, poiché i comuni misuratori basati su microcontrollore hanno una precisione molto bassa quando si misurano piccole induttanze. Un condensatore da 680pF è stato collegato alla bobina in parallelo, insieme a un piccolo anello di accoppiamento. Questo circuito immerso a 3,5 MHz (a destra), mettendo questi valori in un calcolatore di risonanza ci dà circa 3μH. A sinistra, il misuratore è impostato su una frequenza diversa, al di fuori della risonanza del circuito.
Le bobine calcolate possono dare risultati molto diversi se realizzate nella vita reale, a causa delle capacità parassite e dell'auto-risonanza parallela causata da esse.