Elke hobbyist die aan de radio wil dobberen, moet - op een gegeven moment - een spoel of twee opwinden, of het nu de antennespoel van een AM-radio is, een spoel op een ringkern voor een banddoorlaatfilter in een communicatiezendontvanger of een centraal afgetakte spoel voor gebruik in een hartley-oscillator. Het wikkelen van spoelen is niet moeilijk, maar vrij tijdrovend. Er zijn verschillende methoden om spoelen te maken, afhankelijk van het toepassingsgebied en de benodigde inductie. Luchtkernen zijn het meest breedbandig, maar als je hoge inductanties krijgt, moet je veel draad gebruiken.Ze zijn ook niet de meest efficiënte manier om het magnetische veld dat aan de spoel ontsnapt te behandelen - dit ontsnappende magnetische veld kan interferentie veroorzaken door in nabijgelegen draden en andere spoelen te induceren.
Het wikkelen van een spoel, over een ferromagnetische spoel, focust het magnetische veld, waardoor de inductantie toeneemt. De verhouding van inductantie na en voordat een kern met de diameter van de spoel erin is ingebracht, wordt relatieve permeabiliteit genoemd (aangeduid met μ r). Verschillende veelgebruikte materialen hebben verschillende relatieve permeabiliteiten, variërend van 4000 voor elektrisch staal dat wordt gebruikt in nettransformatoren, tot ongeveer 300 voor ferrieten die worden gebruikt in SMPS-transformatoren en ongeveer 20 voor ijzerpoederkernen die worden gebruikt bij VHF. Elk kernmateriaal mag alleen worden gebruikt binnen het gespecificeerde frequentiebereik, waarbuiten de kern hoge verliezen begint te vertonen. Toroidale kernen met meerdere openingen, pot en andere ingesloten kernen omsluiten het magnetische veld in de kern, waardoor de efficiëntie toeneemt en de interferentie praktisch tot nul wordt teruggebracht. Volg de link voor meer informatie over inductoren en de werking ervan.
Inductoren met luchtkern
Luchtgevulde spoelen zijn goed voor spoelen met een lage inductantie, waar interferentie niet van het grootste belang is. Spoelen met een klein aantal windingen en relatief dikke draad worden gewikkeld over een cilindrisch object, zoals een boor of blik, dat vervolgens wordt verwijderd en de spoel zichzelf ondersteunt, soms is de spoel bekleed met hars voor een hogere mechanische stabiliteit. Grotere spoelen met veel windingen worden gewoonlijk over een niet-ferromagnetische mal gewikkeld, zoals een holle plastic buis of een keramische mal (voor hoogvermogen RF-spoelen) en vervolgens met lijm aan de mal bevestigd. Om ze op te winden dient u eerst de benodigde draaddiameter te berekenen, omdat dit veel invloed heeft op de totale spoellengte.
De formule voor draaddiameter is
(√I) * 0,6 = d, waarbij I RMS of DC-stroom is en d de draaddiameter is.
Als de spoelen worden gebruikt bij lage vermogensniveaus, is de draaddiameter niet zo belangrijk, 0,3 mm is goed voor de meeste toepassingen en 0,12 mm is goed voor ingeblikt als de spoelen die worden gebruikt in transistorradio-ontvangers. Als de spoel wordt gebruikt in oscillatorservice, moet de draad stijf zijn om kromtrekken te voorkomen, aangezien deze de inductantie enigszins kunnen veranderen en frequentie-instabiliteit (aansturing) kunnen veroorzaken.
Vervolgens moet u weten welke diameter de spoel moet hebben. Het wordt aanbevolen dat de spoeldiameter 50% tot 80% spoellengte is voor een optimale Q en deze zijn afhankelijk van hoeveel ruimte de spoel kan innemen. Als de spoel zelfdragend is, kunt u een bout of een schroef gebruiken, de windingen in de groeven draaien en de bout verwijderen door deze los te draaien terwijl u de draad van de spoel vasthoudt, dit zorgt voor een zeer gelijkmatige en reproduceerbare spoel.
Hieronder vindt u de inductantieformule voor een cilindrische spoel
L = μ r (n 2. ᴫ 2. R 2 / l) 0,00000126
L is inductantie in henries, μ r is relatieve permeabiliteit van de kern (1 voor lucht-, plastic, keramiek, enz. Spoelen), n is het aantal windingen, π is pi, r is de straal van de spoel in meters (van het midden van de bedradingslaag tot het midden van de wikkeling) of de helft van de diameter (van het midden van de bedradingslaag door het midden naar het midden van de bedradingslaag aan de andere kant), l is de lengte van de wikkeling in meter, en het lange nummer op de achterkant is de doorlaatbaarheid van vrije ruimte.
Een andere formule voor inductie.
L = (n 2. D 2) / 18d + 40l
Deze formule wordt gebruikt bij het opwikkelen van een enkellaagse uniforme spoel waarbij alle windingen nauw worden gewikkeld zonder ruimte ertussen. De eenheden zijn hetzelfde als met de bovenstaande formule, behalve d wat de spoeldiameter in meters is.
Een zeer goede calculator voor spoel is gemaakt door Serge Y. Stroobandt, roepnaam ON4AA hier.
Hoe maak je een Air-Core Inductor
Om een gewone spiraal met luchtkern op te winden, heb je een mal nodig, een draadbron, wat fijn schuurpapier of een modelleermes (niet getoond) en een beetje secondelijm of dubbelzijdig plakband om de draad op zijn plaats te houden.
Na het ontwerpen van de spoel is het tijd om deze op te winden. Als u een spiraal met luchtkern maakt, is het een goed idee om een plastic mal te gebruiken om deze op te winden, aangezien de plastic mal niet-ferromagnetisch isen geleidt geen elektriciteit, het heeft geen invloed op de prestaties van de spoel bij lage vermogensniveaus. Knip vervolgens een strook dubbelzijdige tape af met de lengte van de spoel en plak deze op de eerste, boor vervolgens gaten in de eerste waar de spoel eindigt en bij tikken, verwijder de deklaag van de tape en begin met wikkelen, eerst door het door het gat te halen dat je hebt geboord en het vervolgens op te winden, zoals gewoonlijk, wordt de draad vastgehouden door de dubbelzijdige tape, of je kunt het bedel van de spoel aan de eerste lijmen na een paar slagen te hebben gewikkeld met cyanoacrylaatlijm, wind de rest van de spoel en lijm elke 1 cm (ook wel superlijm genoemd, gebruik handschoenen, het is erg moeilijk te verwijderen van de huid en veroorzaakt irritatie). Voor tikken: draai een stuk draad in elkaar, steek het door het gat in de eerste en ga verder zoals gewoonlijk. Probeer de bochten dichtbij te draaien,na het opwikkelen het email met fijn schuurpapier of een modelleermes verwijderen en de uiteinden vertinnen met een soldeerbout. U kunt een LCR-meter gebruiken om de inductantie of een GDM te meten, om een GDM als een inductantiemeetapparaat te gebruiken, zie het gekoppelde artikel.
Onderstaande afbeeldingen leggen het proces uit van het opwikkelen van een luchtkerninductor:
Stap 1: Onderstaande twee afbeeldingen tonen de vormer met een stukje tape waar de draad wordt opgewonden en gaten om de draad op zijn plaats te houden.
Stap 2: In de onderstaande afbeelding is de beschermfolie verwijderd, het wikkelen is begonnen en de draad voor een kraan is in elkaar gebogen en gedraaid .
Stap 3: Steek dan door een gat in de eerste en naar de andere kant.
Stap 4: De afgewerkte spoel heeft zijn draden vertind door ze onder te dompelen in soldeer op een stuk PCB-laminaat.
Stap 5: Ten slotte wordt de spoelinductantie gemeten met een LCR-meter. U kunt ook een Arduino gebruiken om de inductantie van een spoel te meten of u kunt een Grid Dip Meter (GDM) gebruiken.
Wikkelspoelen op ferrietstaven
Het wikkelen van spoelen op ferrietstaven (bijvoorbeeld ferrietstaafantennes in radio-ontvangers) is vergelijkbaar met het opwinden van spoelen met luchtkern, maar aangezien je niet door een ferrietstaaf kunt boren, moet je vertrouwen op de dubbelzijdige tape of lijm om de draad strak. Omdat de tape niet altijd aan het ferriet kleeft, is het een goed idee om de staaf eerst te bedekken met een tot drie lagen papieren afplaktape precies onder de plaats waar de spoel moet komen en de tape eroverheen te plakken. U kunt superlijm gebruiken om de draad op zijn plaats te houden in plaats van dubbelzijdig.
Om de spoel te berekenen, gebruikt u de inductantieformule voor een cilindrische spoel hierboven gevonden, voor μ r voert u de relatieve permeabiliteit in die wordt gevonden in het gegevensblad of een online spoelcalculator. Als je de spoel hebt ontworpen, kun je hem opwinden zoals de luchtspoelen, maar er is een andere methode, een snellere methode !
Zet de ferrietstaaf in een elektrische boor, net als een boor en draai hem langzaam rond, de staaf zal vanzelf draaien, op deze manier kun je zeer snel spoelen van hoge kwaliteit en hoge inductie maken met veel beurten! Als je plastic vormen voor de staaf hebt, draai ze dan eerst op en plaats ze op de spoel en lijm ze vast.
Aan de linkerkant bevindt zich een in de fabriek gemaakte antennespoel in een omroepontvanger, waar de spoel is gewikkeld op een vorm die met plastic elementen aan de staaf is bevestigd. De draad wordt op zijn plaats gehouden met epoxyhars. Aan de rechterkant is er een kleine spoel op een ferrietstaaf gemaakt met de hierboven beschreven methoden.
Ringkernwikkeling
Ringkernspoelen zijn vrij eenvoudig te berekenen, maar een beetje lastig voor de wind. Ringkernkernen hebben een breed scala aan toepassingen, zoals filterinductoren in SMPS, RFI-smoorspoelen, SMPS-stroomtransformatoren, RF-ingangsfilters, baluns, stroomtransformatoren en andere.
Ringkern-spoelinductie in nanohenries (wanneer de AL-inductantie-index wordt gegeven in nH / N 2) kan worden berekend met deze formule:
L (nH) = A L (nH / N 2) * Draait 2
Na de conversie krijgen we een formule voor het aantal beurten dat nodig is voor de vereiste inductantie:
Vereiste beurten = 1/2
Om een ringkernspoel op te winden heb je een ringkern nodig, een draadbron (afbuigspoelen van oude CRT-tv's zijn er een goede bron van), wat fijn schuurpapier en een beetje secondelijm.
Om een ringkern op te winden, moet u eerst een geschikte lengte draad afsnijden, omdat u geen rol draad door het gat kunt halen. Om de benodigde draad te berekenen, vermenigvuldigt u de omtrek van de doorsnede van de ring met het aantal benodigde slagen. Dit wordt soms in het gegevensblad vermeld als mlt (gemiddelde lengte per omwenteling). Op deze website staat een online rekenmachine die helpt bij het ontwerpen van ringkernspoelen. Kies gewoon je kern, plug de vereiste inductie in en het geeft de hoeveelheid draad en windingen die nodig zijn.
Stap 1: Haal eerst een uiteinde van de draad door het gat, zorg ervoor dat er ongeveer 4 cm uitsteekt - dit bit wordt een pigtail genoemd.
Stap 2: Wikkel de varkensstaart om de kern, laat 1 cm tot 2 cm vrij en zet de rest vast met secondelijm.
Stap 3: Gebruik de resterende lengte van de draad om de rest van de spoel op te winden, bevestig het langere uiteinde aan een spijker of een spijker om het gemakkelijker op te winden.
Aangezien de spoel naar verwachting een lage inductantie heeft (ongeveer 3,6 μH) in afwezigheid van een professionele LCR-meter, is het beter om een GDM te gebruiken, aangezien gewone op microcontrollers gebaseerde meters een zeer lage nauwkeurigheid hebben bij het meten van kleine inductanties. Een condensator van 680pF was parallel met de spoel verbonden, samen met een kleine koppellus. Dit circuit is gedoopt op 3,5 MHz (rechts), en als we deze waarden in een resonantiecalculator plaatsen, krijgen we ongeveer 3 μH. Aan de linkerkant is de meter ingesteld op een andere frequentie, buiten de circuitresonantie.
Berekende spoelen kunnen zeer verschillende resultaten geven wanneer ze in het echte leven worden gemaakt, vanwege parasitaire capaciteiten en parallelle zelfresonantie die erdoor wordt veroorzaakt.