Todo amador que deseja se envolver com o rádio tem que - em algum ponto - enrolar uma bobina ou duas, seja a bobina da antena de um rádio AM, uma bobina em um núcleo toroidal para um filtro passa-banda em um transceptor de comunicações ou uma bobina com derivação central para usar em um oscilador Hartley. Enrolar bobinas não é difícil, mas consome muito tempo. Existem diferentes métodos de fabricação de bobinas, dependendo da área de uso e da indutância necessária. Os núcleos de ar têm banda larga, mas obter altas indutâncias significa usar muito fio. Eles também não são os mais eficientes para o campo magnético escapar da bobina - esse escape magnético pode causar interferência induzindo em fios próximos e outras bobinas.
Enrolar uma bobina, sobre uma bobina ferromagnética concentra o campo magnético, aumentando a indutância. A razão de indutância após e antes de um núcleo com o diâmetro da bobina ter sido inserido dentro dele é chamada de permeabilidade relativa (denotado μ r) Diferentes materiais comumente usados têm diferentes permeabilidades relativas, variando de 4000 para aço elétrico usado em transformadores de rede, até cerca de 300 para ferritas usadas em transformadores SMPS e cerca de 20 para núcleos de pó de ferro usados em VHF. Cada material do núcleo deve ser usado apenas dentro da faixa de frequência especificada, fora da qual o núcleo começa a exibir grandes perdas. Núcleos toroidais com múltiplas aberturas, potenciômetros e outros núcleos fechados encerram o campo magnético dentro do núcleo, aumentando a eficiência e praticamente reduzindo a interferência a zero. Para saber mais sobre indutores e seu funcionamento siga o link.
Indutores de núcleo a ar
Bobinas com núcleo de ar são boas para bobinas de baixa indutância, onde a interferência não é de extrema importância. Bobinas com uma pequena quantidade de voltas e arame relativamente grosso são enroladas sobre um objeto cilíndrico, como uma broca ou lata, que é então removida e a bobina se sustenta, às vezes a bobina é revestida de resina para maior estabilidade mecânica. Bobinas maiores com muitas voltas são comumente enroladas sobre um formador não ferromagnético, como um tubo de plástico oco ou um formador de cerâmica (para bobinas de RF de alta potência) e, em seguida, fixadas ao formador com cola. Para enrolá-los, você primeiro precisa calcular o diâmetro do fio necessário, porque ele tem muita influência sobre o comprimento total da bobina.
A fórmula para o diâmetro do fio é
(√I) * 0,6 = d, onde I é RMS ou corrente DC ed é o diâmetro do fio.
Se as bobinas são usadas em níveis de baixa potência, o diâmetro do fio não é tão importante, 0,3 mm é bom para a maioria das aplicações e 0,12 mm é bom para enlatados se as bobinas usadas forem em receptores de rádio transistor. Se a bobina for usada no serviço do oscilador, o fio deve ser rígido, para evitar efeitos de empenamento, pois eles podem alterar a indutância até certo ponto e causar instabilidade de frequência (condução).
Em seguida, você precisa saber qual diâmetro a bobina precisa ter. Recomenda-se que o diâmetro da bobina seja de 50% a 80% do comprimento da bobina para um Q ideal e isso depende de quanto espaço a bobina pode ocupar. Se a bobina for autoportante, você pode usar um parafuso ou parafuso, enrolar as voltas dentro das ranhuras e remover o parafuso desparafusando-o enquanto segura o fio da bobina, isso torna a bobina bastante uniforme e reproduzível.
Abaixo está a fórmula de indutância para uma bobina cilíndrica
L = μ r (n 2. ᴫ 2. R 2 / l) 0,00000126
L é a indutância em Henry, μ r é a permeabilidade relativa do núcleo (1 para bobinas de ar, plástico, cerâmica, etc.), n é o número de voltas, π é pi, r é o raio da bobina em metros (de do meio da camada de fiação até o meio do enrolamento) ou metade do diâmetro (do meio da camada de fiação até o meio da camada de fiação do outro lado), l é o comprimento do enrolamento em metros, e o número longo nas costas é a permeabilidade do espaço livre.
Outra fórmula para indutância.
L = (n 2. D 2) / 18d + 40l
Esta fórmula é usada ao enrolar uma bobina uniforme de uma camada com todas as voltas enroladas estreitamente, sem espaço entre elas. As unidades são iguais às da fórmula acima, exceto d que é o diâmetro da bobina em metros.
Uma calculadora muito boa para bobina foi feita por Serge Y. Stroobandt, indicativo ON4AA aqui.
Como fazer um indutor de núcleo de ar
Para enrolar uma bobina normal com núcleo de ar, você precisa de um molde, uma fonte de arame, uma lixa fina ou uma faca de modelagem (não mostrada) e um pouco de supercola ou fita dupla-face para segurar o arame no lugar.
Depois de projetar a bobina , é hora de enrolá-la. Se você estiver fazendo uma bobina com núcleo de ar, é uma boa ideia usar um molde de plástico para enrolá-la, uma vez que o molde de plástico não é ferromagnéticoe não conduz eletricidade, não afetará o desempenho da bobina em níveis de baixa potência. Em seguida, corte uma tira de fita dupla-face com o comprimento da bobina e cole-a na forma, em seguida, faça furos na forma onde a bobina termina e nas torneiras, retire a camada de cobertura da fita e comece a enrolar primeiro passando-o pelo orifício que você perfurou e depois enrolando-o, como de costume, o fio será preso pela fita dupla-face, alternativamente, você pode colar o início da bobina na primeira após enrolar algumas voltas com cola de cianoacrilato, vento o resto da bobina e cola a cada 1cm (também chamada de super cola, use luvas, é muito difícil tirar da pele e causa irritação). Para torneiras, torça um pedaço do fio, passe-o pelo orifício do molde e continue como de costume. Tente fechar as curvas,após o enrolamento, retire o esmalte com uma lixa fina ou espátula e estanhe as pontas com um ferro de soldar. Você pode usar um medidor LCR para medir a indutância ou um GDM, para usar um GDM como um dispositivo de medição de indutância, consulte o artigo vinculado.
As imagens abaixo explicam o processo de enrolamento de um indutor de núcleo de ar:
Etapa 1: Abaixo, duas fotos mostram o Formador com um pedaço de fita adesiva onde o fio será enrolado e orifícios para prendê-lo no lugar.
Passo 2: Na imagem abaixo, a película protetora decolou, o enrolamento começou e o fio para uma torneira é dobrado e torcido .
Passo 3: Em seguida, faça um furo no molde e saia pelo outro lado.
Etapa 4: A bobina acabada tem seus fios estanhados submergindo-os em solda em um pedaço de laminado de PCB.
Etapa 5: Finalmente, a indutância da bobina é medida usando um medidor LCR. Você também pode usar um Arduino para medir a indutância de uma bobina ou pode usar um Medidor de Dip Grid (GDM).
Bobinas de enrolamento em hastes de ferrite
Enrolar bobinas em hastes de ferrite (por exemplo, antenas de haste de ferrite em receptores de rádio) é semelhante a bobinas de núcleo de ar, mas como você não pode perfurar uma haste de ferrite, você tem que confiar na fita dupla-face ou cola para segurar o fio firmemente. Uma vez que a fita nem sempre gruda na ferrite, é uma boa ideia primeiro cobrir a haste com uma a três camadas de fita adesiva de papel logo abaixo do local onde a bobina deve ir e colar a fita sobre ela. Você pode usar supercola para segurar o fio no lugar, em vez de nos dois lados.
Para calcular a bobina, use a fórmula de indutância para uma bobina cilíndrica encontrada acima, para μ r insira a permeabilidade relativa encontrada na ficha técnica ou em uma calculadora de bobina online. Se você projetou a bobina, pode enrolá-la como as bobinas com núcleo de ar, mas existe um método diferente, o método mais rápido !
Coloque a haste de ferrite em uma furadeira elétrica, como uma broca e gire lentamente, a haste girará sozinha, desta forma você pode fazer bobinas de alta qualidade e alta indutância com muitas voltas muito rapidamente! Se você tiver formadores de plástico para a haste, enrole-os primeiro e depois coloque-os na bobina e cole-os no lugar.
À esquerda está uma bobina de antena feita de fábrica em um receptor de transmissão, onde a bobina é enrolada em um formador que é preso à haste usando elementos de plástico. O fio é mantido no lugar com resina epóxi. À direita, há uma pequena bobina em uma haste de ferrite feita com os métodos descritos acima.
Enrolamento de núcleo toroidal
Bobinas toroidais são muito fáceis de calcular, mas um pouco complicadas para o vento. Os núcleos toroidais têm uma ampla variedade de aplicações, como indutores de filtro em SMPS, chokes RFI, transformadores de potência SMPS, filtros de entrada de RF, baluns, transformadores de corrente e outros.
A indutância da bobina toroidal em nanohenries (quando o índice de indutância AL é dado em nH / N 2) pode ser calculada por com esta fórmula:
L (nH) = A L (nH / N 2) * Rodadas 2
Após a conversão, obtemos uma fórmula para o número de voltas necessárias para a indutância necessária:
Voltas necessárias = 1/2
Para enrolar uma bobina toroidal, você precisa de um núcleo toroidal, uma fonte de fio (bobinas de deflexão de TVs CRT antigas são uma boa fonte disso), um pouco de lixa fina e um pouco de supercola.
Para enrolar um toroide, primeiro você precisa cortar um comprimento apropriado de arame, porque você não pode passar um rolo de arame pelo buraco. Para calcular o fio necessário, multiplique a circunferência da seção transversal do anel pelo número de voltas necessárias. Isso às vezes é indicado na folha de dados como mlt (comprimento médio por volta). Neste site, existe uma calculadora online que auxilia no desenho de bobinas toroidais, basta escolher o seu núcleo, plugin a indutância necessária e dá a quantidade de fio e voltas necessárias.
Etapa 1: primeiro passe uma extremidade do fio pelo orifício, certifique-se de que cerca de 4 cm saiam - essa ponta é chamada de pigtail.
Passo 2: Enrole o pigtail ao redor do núcleo, deixe 1cm a 2cm de distância e prenda o resto com supercola.
Etapa 3: use o comprimento restante do fio para enrolar o resto da bobina, prenda a extremidade mais longa a um prego ou prego para enrolá-lo com mais facilidade.
Uma vez que se espera que a bobina tenha uma baixa indutância (em torno de 3,6 μH) na ausência de um medidor LCR profissional, é melhor usar um GDM, pois medidores baseados em microcontroladores comuns têm uma precisão muito baixa ao medir pequenas indutâncias. Um capacitor de 680pF foi conectado à bobina em paralelo, junto com um pequeno loop de acoplamento. Este circuito caiu em 3,5 MHz (à direita), colocando esses valores em uma calculadora de ressonância nos dá cerca de 3μH. À esquerda, o medidor está configurado para uma frequência diferente, fora da ressonância do circuito.
Bobinas calculadas podem dar resultados muito diferentes quando feitas na vida real, devido às capacitâncias parasitas e auto-ressonância paralela causadas por elas.