Jeder Bastler, der sich mit Radio beschäftigen möchte, muss irgendwann ein oder zwei Spulen aufwickeln, sei es die Antennenspule eines AM-Radios, eine Spule auf einem Ringkern für ein Bandpassfilter in einem Kommunikationstransceiver oder eine zentral abgegriffene Spule für Verwendung in einem Hartley-Oszillator. Das Wickeln von Spulen ist nicht schwer, aber ziemlich zeitaufwändig. Je nach Einsatzbereich und benötigter Induktivität gibt es unterschiedliche Methoden zur Herstellung von Spulen. Luftkerne sind am breitesten, aber hohe Induktivitäten bedeuten, dass viel Draht verwendet wird. Sie sind auch nicht die effizienteste Methode für das aus der Spule austretende Magnetfeld. Dieser austretende Magnet kann durch Induktion in nahegelegenen Drähten und anderen Spulen Störungen verursachen.
Durch Wickeln einer Spule über eine ferromagnetische Spule wird das Magnetfeld fokussiert und die Induktivität erhöht. Das Verhältnis der Induktivität nach und vor dem Einsetzen eines Kerns mit dem Durchmesser der Spule wird als relative Permeabilität bezeichnet (bezeichnet mit μ r)). Verschiedene häufig verwendete Materialien weisen unterschiedliche relative Permeabilitäten auf, von 4000 für Elektrostahl, der in Netztransformatoren verwendet wird, über etwa 300 für Ferrite, die in SMPS-Transformatoren verwendet werden, und etwa 20 für Eisenpulverkerne, die bei UKW verwendet werden. Jedes Kernmaterial sollte nur innerhalb des angegebenen Frequenzbereichs verwendet werden, außerhalb dessen der Kern hohe Verluste aufweist. Toroidale Kerne mit mehreren Öffnungen, ein Topf und andere geschlossene Kerne umschließen das Magnetfeld im Kern, erhöhen die Effizienz und reduzieren die Interferenz praktisch auf Null. Um mehr über Induktoren und ihre Funktionsweise zu erfahren, folgen Sie dem Link.
Luftkerninduktoren
Luftkernspulen eignen sich für Spulen mit niedriger Induktivität, bei denen Interferenzen nicht von größter Bedeutung sind. Spulen mit einer geringen Anzahl von Windungen und einem relativ dicken Draht werden über einen zylindrischen Gegenstand wie einen Bohrer oder eine Dose gewickelt, der dann entfernt wird und die Spule sich selbst trägt. Manchmal ist die Spule für eine höhere mechanische Stabilität mit Harz beschichtet. Größere Spulen mit vielen Windungen werden üblicherweise über einen nicht ferromagnetischen Former wie ein hohles Kunststoffrohr oder einen Keramikformer (für Hochleistungs-HF-Spulen) gewickelt und dann mit Klebstoff an dem ersteren befestigt. Um sie zu wickeln, müssen Sie zuerst den erforderlichen Drahtdurchmesser berechnen, da dieser einen großen Einfluss auf die gesamte Spulenlänge hat.
Die Formel für den Drahtdurchmesser lautet
(√I) * 0,6 = d, wobei I RMS oder Gleichstrom und d der Drahtdurchmesser ist.
Wenn die Spulen bei niedrigen Leistungspegeln verwendet werden, ist der Drahtdurchmesser nicht so wichtig, 0,3 mm sind für die meisten Anwendungen gut und 0,12 mm sind für Dosen geeignet, wenn die verwendeten Spulen in Transistor-Funkempfängern verwendet werden. Wenn die Spule im Oszillatorbetrieb verwendet wird, sollte der Draht steif sein, um Verzerrungseffekte zu vermeiden, da sie die Induktivität in gewissem Maße ändern und Frequenzinstabilität (Ansteuerung) verursachen können.
Als nächstes müssen Sie wissen, welchen Durchmesser die Spule haben muss. Es wird empfohlen, dass der Spulendurchmesser für eine optimale Q 50% bis 80% der Spulenlänge beträgt. Diese hängen davon ab, wie viel Platz die Spule einnehmen kann. Wenn die Spule selbsttragend ist, können Sie einen Bolzen oder eine Schraube verwenden, die Windungen in den Nuten aufwickeln und den Bolzen entfernen, indem Sie ihn herausdrehen, während Sie den Draht der Spule halten. Dies ergibt eine sehr gleichmäßige und reproduzierbare Spule.
Unten ist die Induktivitätsformel für eine zylindrische Spule
L = μ r (n 2. ᴫ 2 dar. R 2 / l) 0,00000126
L ist die Induktivität in Henry, μ r ist die relative Permeabilität des Kerns (1 für Luft-, Kunststoff-, Keramik- usw. Spulen), n ist die Anzahl der Windungen, π ist pi, r ist der Radius der Spule in Metern (von die Mitte der Verdrahtungsschicht bis zur Mitte der Wicklung) oder die Hälfte des Durchmessers (von der Mitte der Verdrahtungsschicht über die Mitte bis zur Mitte der Verdrahtungsschicht auf der anderen Seite), l ist die Länge der Wicklung in Meter, und die lange Zahl auf der Rückseite ist die Durchlässigkeit des freien Raums.
Eine andere Formel für die Induktivität.
L = (n 2. D 2) / 18d + 40 l
Diese Formel wird verwendet, wenn eine einschichtige gleichmäßige Spule gewickelt wird, wobei alle Windungen eng gewickelt sind und kein Abstand zwischen ihnen besteht. Die Einheiten sind die gleichen wie bei der obigen Formel, außer dass d der Spulendurchmesser in Metern ist.
Ein sehr guter Rechner für die Spule wurde von Serge Y. Stroobandt, Rufzeichen ON4AA hier, hergestellt.
Wie man einen Luftkerninduktor herstellt
Zum Wickeln einer normalen Luftspule benötigen Sie einen Former, eine Drahtquelle, feines Sandpapier oder ein Modelliermesser (nicht gezeigt) und etwas Sekundenkleber oder doppelseitiges Klebeband, um den Draht an Ort und Stelle zu halten.
Nach dem Entwurf der Spule ist es Zeit, sie aufzuwickeln. Wenn Sie eine Spule mit Luftkern herstellen, ist es eine gute Idee, einen Kunststoffformer zum Aufwickeln zu verwenden, da der Kunststoffformer nicht ferromagnetisch istund leitet keinen Strom, beeinträchtigt die Spulenleistung bei niedrigen Leistungspegeln nicht. Schneiden Sie als nächstes einen doppelseitigen Klebebandstreifen mit der Länge der Spule ab und kleben Sie ihn an die erstere. Bohren Sie dann Löcher in die erstere, wo die Spule endet, und nehmen Sie an den Gewindebohrern die Deckschicht auf dem Band ab und beginnen Sie zuerst mit dem Aufwickeln Wenn Sie es durch das Loch führen, das Sie gebohrt haben, und es dann wie gewohnt aufwickeln, wird der Draht von dem doppelseitigen Klebeband gehalten. Alternativ können Sie das Betteln der Spule auf das erstere kleben, nachdem Sie einige Windungen mit Cyanoacrylatkleber, Wind, gewickelt haben Der Rest der Spule und der Kleber alle 1 cm (auch Superkleber genannt, Handschuhe verwenden, sehr schwer von der Haut zu entfernen und Reizungen zu verursachen). Drehen Sie bei Gewindebohrern ein Stück des Drahtes zusammen, führen Sie es durch das Loch im ersteren und fahren Sie wie gewohnt fort. Versuchen Sie, die Kurven zu schließen,Nach dem Aufwickeln die Emaille mit feinem Sandpapier oder einem Modelliermesser abstreifen und die Enden mit einem Lötkolben verzinnen. Sie können ein LCR-Messgerät zum Messen der Induktivität oder ein GDM verwenden. Um ein GDM als Induktivitätsmessgerät zu verwenden, lesen Sie den verlinkten Artikel.
Die folgenden Bilder erläutern den Vorgang des Wickelns eines Luftkerninduktors:
Schritt 1: Unten zwei Bilder zeigen den Former mit einem Stück Klebeband, wo der Draht gewickelt wird, und Löchern, um den Draht an Ort und Stelle zu halten.
Schritt 2: In der folgenden Abbildung hat sich die Schutzfolie entfernt, die Wicklung hat begonnen und der Draht für einen Gewindebohrer ist gebogen und verdrillt .
Schritt 3: Dann durch ein Loch in der ersteren und auf der anderen Seite stecken.
Schritt 4: Die Drähte der fertigen Spule werden verzinnt, indem sie in Lot auf ein Stück PCB-Laminat getaucht werden.
Schritt 5: Schließlich wird die Spuleninduktivität mit einem LCR-Messgerät gemessen. Sie können auch ein Arduino verwenden, um die Induktivität einer Spule zu messen, oder Sie können ein Grid Dip Meter (GDM) verwenden.
Wickelspulen auf Ferritstangen
Das Wickeln von Spulen auf Ferritstangen (z. B. Ferritstangenantennen in Funkempfängern) ähnelt dem Wickeln von Spulen mit Luftkern, aber da Sie eine Ferritstange nicht durchbohren können, müssen Sie sich auf das doppelseitige Klebeband oder den Kleber verlassen, um die zu halten Draht fest. Da das Klebeband nicht immer am Ferrit haftet, empfiehlt es sich, den Stab zuerst mit ein bis drei Lagen Papierabdeckband genau unter der Stelle abzudecken, an der die Spule angebracht werden muss, und das Klebeband darüber zu kleben. Sie können Superkleber verwenden, um den Draht an Ort und Stelle zu halten, anstatt doppelseitig.
Um die Spule zu berechnen, verwenden Sie die Induktivitätsformel für eine oben angegebene zylindrische Spule. Geben Sie für μ r die relative Permeabilität ein, die im Datenblatt oder in einem Online-Spulenrechner angegeben ist. Wenn Sie die Spule entworfen haben , können Sie sie wie die Spulen mit Luftkern wickeln, aber es gibt eine andere Methode, eine schnellere Methode !
Setzen Sie die Ferritstange wie einen Bohrer in eine elektrische Bohrmaschine ein und drehen Sie sie langsam. Die Stange dreht sich von selbst. Auf diese Weise können Sie sehr schnell hochwertige Spulen mit hoher Induktivität und vielen Windungen herstellen! Wenn Sie Kunststoffformer für die Stange haben, wickeln Sie sie zuerst auf, legen Sie sie dann auf die Spule und kleben Sie sie fest.
Auf der linken Seite befindet sich eine werkseitig hergestellte Antennenspule in einem Rundfunkempfänger, bei der die Spule auf einen Former gewickelt ist, der mit Kunststoffelementen an der Stange befestigt ist. Der Draht wird mit Epoxidharz an Ort und Stelle gehalten. Auf der rechten Seite befindet sich eine kleine Spule auf einem Ferritstab, die mit den oben beschriebenen Methoden hergestellt wurde.
Ringkernwicklung
Ringspulen sind recht einfach zu berechnen, aber für den Wind etwas schwierig. Ringkerne haben eine Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. Filterinduktivitäten in SMPS, RFI-Drosseln, SMPS-Leistungstransformatoren, RF-Eingangsfiltern, Baluns, Stromwandlern und anderen.
Die Induktivität der Ringspule in Nanohenries (wenn der AL-Induktivitätsindex in nH / N 2 angegeben ist) kann mit folgender Formel berechnet werden:
L (nH) = A L (nH / N 2) * Dreht 2
Nach der Umwandlung erhalten wir eine Formel für die Anzahl der Windungen, die für die erforderliche Induktivität benötigt werden:
Erforderliche Umdrehungen = 1/2
Zum Wickeln einer Ringspule benötigen Sie einen Ringskern, eine Drahtquelle (Ablenkspulen von alten CRT-Fernsehern sind eine gute Quelle dafür), feines Sandpapier und etwas Sekundenkleber.
Um einen Toroid aufzuwickeln, müssen Sie zuerst eine geeignete Drahtlänge abschneiden, da Sie keine Drahtrolle durch das Loch führen können. Um den benötigten Draht zu berechnen, multiplizieren Sie den Umfang des Ringquerschnitts mit der Anzahl der benötigten Windungen. Dies wird im Datenblatt manchmal als mlt (mittlere Länge pro Umdrehung) angegeben. Auf dieser Website gibt es einen Online-Rechner, der bei der Konstruktion von Ringspulen hilft. Wählen Sie einfach Ihren Kern aus, schließen Sie die erforderliche Induktivität an und geben Sie die erforderliche Menge an Draht und Windungen an.
Schritt 1: Führen Sie zuerst ein Ende des Drahtes durch das Loch und stellen Sie sicher, dass ca. 4 cm herausragen - dieses Bit wird als Pigtail bezeichnet.
Schritt 2: Wickeln Sie den Pigtail um den Kern, lassen Sie 1 cm bis 2 cm Abstand und sichern Sie den Rest mit Sekundenkleber.
Schritt 3: Wickeln Sie den Rest der Spule mit der verbleibenden Drahtlänge auf, befestigen Sie das längere Ende an einem Nagel oder einem Nagel, um das Aufwickeln zu erleichtern.
Da erwartet wird, dass die Spule in Abwesenheit eines professionellen LCR-Messgeräts eine niedrige Induktivität (ca. 3,6 μH) aufweist, ist es besser, ein GDM zu verwenden, da herkömmliche Messgeräte auf Mikrocontrollerbasis beim Messen kleiner Induktivitäten eine sehr geringe Genauigkeit aufweisen. Ein 680pF-Kondensator wurde zusammen mit einer kleinen Kopplungsschleife parallel mit der Spule verbunden. Diese Schaltung, die mit 3,5 MHz (rechts) eingetaucht ist und diese Werte in einen Resonanzrechner eingibt, liefert ungefähr 3 μH. Links wird das Messgerät außerhalb der Schaltungsresonanz auf eine andere Frequenz eingestellt.
Berechnete Spulen können im realen Leben aufgrund der durch sie verursachten parasitären Kapazitäten und der parallelen Eigenresonanz sehr unterschiedliche Ergebnisse liefern.