Varje hobbyist som vill fördjupa sig i radio måste - vid något tillfälle - spola en eller två spolar, vare sig det är en antennspole till en AM-radio, en spole på en toroidal kärna för ett bandpassfilter i en kommunikationssändtagare eller en centralt tappad spole för användning i en Hartley-oscillator. Spolning av spolar är inte svår men ganska tidskrävande. Det finns olika metoder för att tillverka spolar, beroende på användningsområde och induktans som behövs. Luftkärnor är det mest bredbandiga men att få höga induktanser innebär att man använder mycket tråd, de är inte heller det mest effektiva för att magnetfältet kommer ut från spolen - den här utgående magneten kan orsaka störningar genom induktion i närliggande ledningar och andra spolar.
Lindning av en spole över en ferromagnetisk spole fokuserar magnetfältet och ökar induktansen. Förhållandet mellan induktans efter och före en kärna med spolens diameter har satts in i den kallas relativ permeabilitet (betecknad μ r). Olika vanligt använda material har olika relativa permeabiliteter, allt från 4000 för elektriskt stål som används i nättransformatorer, till cirka 300 för ferrit som används i SMPS-transformatorer och cirka 20 för järnpulverkärnor som används vid VHF. Varje kärnmaterial bör endast användas inom det angivna frekvensområdet, vars kärna börjar uppvisa höga förluster. Toroidformade kärnor med flera öppningar, krukor och andra inneslutna kärnor innesluter magnetfältet inuti kärnan, vilket ökar effektiviteten och praktiskt taget minskar störningar till noll. För att lära dig mer om induktorer och dess funktion, följ länken.
Luftburna induktorer
Luftkärnade spolar är bra för spolar med låg induktans, där störningar inte är av yttersta vikt. Spolar med en liten mängd varv och relativt tjock tråd lindas över ett cylindriskt föremål såsom en borr eller burk, som sedan avlägsnas och spolen stöder sig själv, ibland beläggs spolen i harts för högre mekanisk stabilitet. Större spolar med många varv lindas vanligtvis över en icke-ferromagnetisk formare, såsom ett ihåligt plaströr eller en keramisk formare (för RF-spolar med hög effekt) och fästs sedan på den förstnämnda med lim. För att linda dem måste du först beräkna den önskade tråddiametern, eftersom den har stor påverkan över den totala spollängden.
Den formel för tråddiametern är
(√I) * 0,6 = d, där I är RMS eller DC-ström och d är tråddiameter.
Om spolarna används vid låga effektnivåer är tråddiametern inte så viktig, 0,3 mm är bra för de flesta applikationer och 0,12 mm är bra för konserver om spolar används i transistorradiomottagare. Om spolen används i oscillatortjänsten ska kabeln vara styv för att förhindra snedvridningseffekter eftersom de kan ändra induktansen i viss utsträckning och orsaka frekvensinstabilitet (körning).
Därefter måste du veta vilken diameter spolen behöver ha. Det rekommenderas att spoldiametern är 50-80% spollängd för optimal Q och de är beroende av hur mycket utrymme spolen kan ta. Om spolen kommer att vara självbärande kan du använda en bult eller en skruv, linda svängarna inuti spåren och ta bort bulten genom att skruva loss den medan du håller i spolen, det blir en mycket jämn och reproducerbar spole.
Nedan är induktansformeln för en cylindrisk spole
L = μ r (n 2. ᴫ 2. R 2 / l) 0,00000126
L är induktans i henries, μ r är relativ permeabilitet hos kärnan (1 för luft, plast, keramik etc. spolar), n är antalet varv, π är pi, r är radien för spolen i meter (från mitten av ledningsskiktet till mitten av lindningen) eller hälften av diametern (från mitten av ledningsskiktet genom mitten till mitten av ledningsskiktet på andra sidan), l är längden på lindningen i meter, och det långa antalet på baksidan är permeabiliteten för ledigt utrymme.
En annan formel för induktans.
L = (n 2. D 2) / 18d + 40l
Denna formel används vid lindning av en enskikts enhetlig spole med alla varv tätt lindade utan utrymme mellan dem. Enheterna är desamma som med ovanstående formel, förutom d som är spiraldiameter i meter.
En mycket bra kalkylator för spole har gjorts av Serge Y. Stroobandt, kallsignal ON4AA här.
Hur man gör en Air-Core-induktor
För att linda upp en vanlig luftkärnad spole behöver du en formare, en trådkälla, lite fint sandpapper eller en modelleringskniv (visas inte) och lite superlim eller dubbelsidig tejp för att hålla tråden på plats.
Efter att ha designat spolen är det dags att spola den. Om du tillverkar en luftkärlad spole är det en bra idé att använda en plastformare för att linda upp den, eftersom plastbildaren är icke-ferromagnetiskoch leder inte elektricitet, det påverkar inte spolprestanda vid låga effektnivåer. Skär sedan en remsa med dubbelsidig tejp med spolens längd och fäst den på den förstnämnda, borra sedan hål i den förra där spolen slutar och vid kranar, ta av täcklagret på tejpen och börja linda, först genom att föra den genom hålet du borrade och sedan linda den, som vanligt, kommer tråden att hållas av det dubbelsidiga tejpen, alternativt kan du limma spolens tiggande till den förra efter att ha lindat några varv med cyanoakrylatlim, vind resten av spolen och lim var 1 cm (även kallat superlim, använd handskar, det är mycket svårt att ta bort från huden och orsakar irritation). För kranar, vrid ihop en trådlängd, passera den genom hålet i den förra och fortsätt som vanligt. Försök att linda svängarna nära,efter lindning ta bort emaljen med fint sandpapper eller en modelleringskniv och tenn ändarna med ett lödkolv. Du kan använda en LCR-mätare för att mäta induktansen eller en GDM, för att använda en GDM som en induktansmätare, se den länkade artikeln.
Nedanstående bilder förklarar processen för lindning av en Air-Core-induktor:
Steg 1: Nedan två bilder visar Former med lite tejp där tråden kommer att lindas och hål för att hålla tråden på plats.
Steg 2: På bilden nedan har skyddsfilmen tagit av, lindningen börjat och tråden för en kran böjs och vrids ihop .
Steg 3: Sätt sedan genom ett hål i den förra och ut på andra sidan.
Steg 4: Den färdiga spolen har sina kablar förtunna genom att sänka ner dem i löd på en bit PCB-laminat.
Steg 5: Slutligen mäts spolinduktansen med en LCR-mätare. Du kan också använda en Arduino för att mäta induktansen hos en spole eller använda en Grid Dip Meter (GDM).
Slingrande spolar på ferritstänger
Lindningsspolar på ferritstavar (till exempel ferritstångantenner i radiomottagare) liknar lindning av luftkärnade spolar, men eftersom du inte kan borra genom en ferritstång måste du lita på det dubbelsidiga tejpet eller limet för att hålla Wire tätt. Eftersom tejpen inte alltid håller fast vid ferritet är det en bra idé att först täcka staven med ett till tre lager pappersmaskeringstejp precis under dit spolen måste gå och hålla tejpen över den. Du kan använda superlim för att hålla tråden på plats istället för dubbelsidig.
För att beräkna spolen använder du induktansformeln för en cylindrisk spole som finns ovan, för μ r matar in den relativa permeabiliteten som finns i databladet eller en online-spolräknare. Om du designade spolen kan du linda den som luftkärnade spolar, men det finns en annan metod, snabbare metod !
Sätt ferritstången i en elektrisk borr, precis som en borrkrona och snurra den långsamt, stången kommer att rotera på egen hand, så kan du göra högkvalitativa och höga induktansspolar med många varv mycket snabbt! Om du har plastformar för stången, linda först på dem och lägg dem sedan på spolen och limma dem på plats.
Till vänster finns en fabrikstillverkad antennspole i en sändarmottagare, där spolen lindas på en formare som är fäst vid stången med plastelement. Tråden hålls på plats med epoxiharts. Till höger finns en liten spole på en ferritstav gjord med de metoder som beskrivs ovan.
Toroidal kärnlindning
Toroidspolar är ganska lätta att beräkna, men lite knepiga för vinden. Toroidala kärnor har en mängd olika applikationer, såsom filterinduktorer i SMPS, RFI-drosslar, SMPS-effekttransformatorer, RF-ingångsfilter, baluns, strömtransformatorer och andra.
Toroidspole induktans i nanohenry (När en AL induktansen Index ges i nH / N 2) kan beräknas genom med denna formel:
L (nH) = A L (nH / N 2) * Vänder 2
Efter konvertering får vi en formel för antalet varv som krävs för den induktans som krävs:
Krävs varv = 1/2
För att linda en toroidspole behöver du en toroidal kärna, en trådkälla (avböjningsspolar från gamla CRT-TV är en bra källa till den), lite fint sandpapper och lite superlim.
För att linda en toroid måste du först klippa en passande trådlängd, eftersom du inte kan föra en trådrulle genom hålet. För att beräkna den tråd som behövs multiplicerar du ringens tvärsnitt med antalet varv som behövs. Detta anges ibland i databladet som mlt (genomsnittlig längd per varv). På den här webbplatsen finns en online-kalkylator som hjälper till vid utformningen av toroidspolar, välj bara din kärna, plugin den nödvändiga induktansen och det ger den mängd tråd och sväng som behövs.
Steg 1: För först in ena änden av tråden genom hålet, se till att cirka 4 cm sticker ut - den här biten kallas en pigtail.
Steg 2: Vik grisen på kärnan, lämna 1 cm till 2 cm och säkra resten med superlim.
Steg 3: Använd den återstående trådlängden för att linda resten av spolen, fäst den längre änden på en spik eller en spik för lättare lindning.
Eftersom spolen förväntas ha låg induktans (cirka 3,6 μH) i avsaknad av en professionell LCR-mätare är det bättre att använda en GDM, eftersom vanliga mikrokontroller-baserade mätare har mycket låg noggrannhet vid mätning av små induktanser. En 680pF kondensator var ansluten till spolen parallellt tillsammans med en liten kopplingsslinga. Den här kretsen doppade vid 3,5 MHz (höger), och placerar dessa värden i en resonansräknare ger oss cirka 3 μH. Till vänster är mätaren inställd på en annan frekvens utanför kretsresonansen.
Beräknade spolar kan ge mycket olika resultat när de görs i verkliga livet på grund av parasitiska kapacitanser och parallell självresonans orsakad av dem.