Cómo diseñar una bobina

Todo aficionado que desee incursionar en la radio tiene que, en algún momento, enrollar una bobina o dos, ya sea la bobina de antena de una radio AM, una bobina en un núcleo toroidal para un filtro de paso de banda en un transceptor de comunicaciones o una bobina con toma central para utilizar en un oscilador hartley. Bobinar bobinas no es difícil, pero requiere bastante tiempo. Existen diferentes métodos para fabricar bobinas, según el área de uso y la inductancia necesaria. Los núcleos de aire son los más de banda ancha, pero obtener altas inductancias significa usar una gran cantidad de cable, tampoco son los más eficientes para el campo magnético que escapa de la bobina; este escape magnético puede causar interferencia al inducir cables cercanos y otras bobinas.

Al enrollar una bobina, sobre una bobina ferromagnética, se enfoca el campo magnético, aumentando la inductancia. La relación de inductancia después y antes de que se inserte un núcleo con el diámetro de la bobina en su interior se llama permeabilidad relativa (denotada μ _r). Los diferentes materiales de uso común tienen diferentes permeabilidades relativas, que van desde 4000 para el acero eléctrico usado en transformadores de red, hasta alrededor de 300 para ferritas usadas en transformadores SMPS y alrededor de 20 para núcleos de polvo de hierro usados ​​en VHF. Cada material de núcleo solo debe usarse dentro del rango de frecuencia especificado, fuera del cual el núcleo comienza a exhibir altas pérdidas. Los núcleos toroidales, de múltiples aperturas, potenciómetro y otros núcleos cerrados encierran el campo magnético dentro del núcleo, aumentando la eficiencia y prácticamente reduciendo la interferencia a cero. Para obtener más información sobre los inductores y su funcionamiento, siga el enlace.

Inductores con núcleo de aire

Las bobinas con núcleo de aire son buenas para bobinas de baja inductancia, donde la interferencia no es de suma importancia. Bobinas con una pequeña cantidad de vueltas y alambre relativamente grueso se enrollan sobre un objeto cilíndrico, como una broca o lata, que luego se retira y la bobina se sostiene por sí misma, a veces la bobina se recubre con resina para una mayor estabilidad mecánica. Las bobinas más grandes con muchas vueltas se enrollan comúnmente sobre un formador no ferromagnético, como un tubo de plástico hueco o un formador de cerámica (para bobinas de RF de alta potencia) y luego se aseguran al formador con pegamento. Para enrollarlos, primero debe calcular el diámetro del cable requerido, ya que tiene mucha influencia sobre la longitud total de la bobina.

La fórmula para el diámetro del alambre es

(√I) * 0.6 = d, donde I es RMS o corriente continua yd es el diámetro del cable.

Si las bobinas se utilizan a niveles de potencia bajos, el diámetro del cable no es tan importante, 0,3 mm es bueno para la mayoría de las aplicaciones y 0,12 mm es bueno para enlatados si las bobinas utilizadas están en receptores de radio de transistores. Si la bobina se utiliza en servicio de oscilador, el cable debe estar rígido para evitar efectos de deformación, ya que pueden cambiar la inductancia hasta cierto punto y causar inestabilidad de frecuencia (conducción).

A continuación, debe saber qué diámetro debe tener la bobina. Se recomienda que el diámetro de la bobina sea del 50% al 80% de la longitud de la bobina para un Q óptimo y eso depende de cuánto espacio puede ocupar la bobina. Si la bobina va a ser autoportante, puede utilizar un perno o un tornillo, enrollar las espiras dentro de las ranuras y quitar el perno desenroscándolo mientras sujeta el alambre de la bobina, esto hace una bobina muy uniforme y reproducible.

A continuación se muestra la fórmula de inductancia para una bobina cilíndrica

L = μ _r (n ². ᴫ ². R ² / l) 0,00000126

L es la inductancia en Henry, μ _r es la permeabilidad relativa del núcleo (1 para bobinas de aire, plástico, cerámica, etc.), n es el número de vueltas, π es pi, r es el radio de la bobina en metros (de la mitad de la capa de cableado hasta la mitad del devanado) o la mitad del diámetro (desde el medio de la capa de cableado a través del medio hasta la mitad de la capa de cableado en el otro lado), l es la longitud del devanado en metros, y el número largo en la parte posterior es la permeabilidad del espacio libre.

Otra fórmula de inductancia.

L = (n ^2. D ²) / 18 días + 40 litros

Esta fórmula se utiliza al enrollar una bobina uniforme de una capa con todas las espiras enrolladas de cerca sin espacio entre ellas. Las unidades son las mismas que con la fórmula anterior, excepto d que es el diámetro de la bobina en metros.

Serge Y. Stroobandt hizo una muy buena calculadora para bobinas, aquí el indicativo ON4AA.

Cómo hacer un inductor de núcleo de aire

Para enrollar una bobina con núcleo de aire normal, necesita un formador, una fuente de alambre, un poco de papel de lija fino o un cuchillo de modelar (no se muestra) y un poco de superpegamento o cinta de doble cara para mantener el alambre en su lugar.

Después de diseñar la bobina , es hora de enrollarla. Si está fabricando una bobina con núcleo de aire, es una buena idea usar un formador de plástico para enrollarla, ya que el formador de plástico no es ferromagnético.y no conduce electricidad, no afectará el rendimiento de la bobina a bajos niveles de potencia. A continuación, corte una tira de cinta de doble cara con el largo de la bobina y péguela a la anterior, luego taladre agujeros en la anterior donde termina la bobina y en los grifos, retire la capa de cobertura de la cinta y comience a enrollar, primero pasándolo por el orificio que perforaste y luego enrollando, como de costumbre, el cable quedará sujeto por la cinta de doble cara, alternativamente, puedes pegar el principio de la bobina al primero después de enrollarlo unas vueltas con pegamento de cianoacrilato, el resto de la bobina y pegar cada 1cm (también llamado superpegamento, use guantes, es muy difícil de quitar de la piel y causa irritación). Para los grifos, retuerza un trozo del cable, páselo por el orificio del primero y continúe como de costumbre. Intenta cerrar las curvasdespués de enrollar, retire el esmalte con papel de lija fino o un cuchillo de modelar y estañe los extremos con un soldador. Puede usar un medidor LCR para medir la inductancia o un GDM, para usar un GDM como dispositivo de medición de inductancia, consulte el artículo vinculado.

Las siguientes imágenes explican el proceso de enrollado de un inductor de núcleo de aire:

Paso 1: A continuación, dos imágenes muestran el formador con un poco de cinta donde se enrollará el cable y los agujeros para mantener el cable en su lugar.

Paso 2: En la imagen de abajo, la película protectora se ha despegado, se inició el devanado y el cable para un grifo se dobla y se retuerce .

Paso 3: Luego, haga un agujero en el primero y salga por el otro lado.

Paso 4: La bobina terminada tiene sus cables estañados sumergiéndolos en soldadura en una pieza de laminado de PCB.

Paso 5: Finalmente, la inductancia de la bobina se mide con un medidor LCR. También puede usar un Arduino para medir la inductancia de una bobina o puede usar un Grid Dip Meter (GDM).

Bobinas de bobinado en varillas de ferrita

Bobinar bobinas en varillas de ferrita (por ejemplo, antenas de varilla de ferrita en receptores de radio) es similar a enrollar bobinas con núcleo de aire, pero como no se puede perforar a través de una varilla de ferrita, debe confiar en la cinta de doble cara o el pegamento para sujetar el alambre firmemente. Dado que la cinta no siempre se pega a la ferrita, es una buena idea cubrir primero la varilla con una a tres capas de cinta adhesiva de papel justo debajo de donde debe ir la bobina y pegar la cinta sobre ella. Puede usar superpegamento para sujetar el cable en su lugar en lugar de hacerlo de doble cara.

Para calcular la bobina, use la fórmula de inductancia para una bobina cilíndrica que se encuentra arriba, para μ _r ingrese la permeabilidad relativa que se encuentra en la hoja de datos o en una calculadora de bobina en línea. Si diseñó la bobina , puede enrollarla como las bobinas con núcleo de aire, pero hay un método diferente, ¡un método más rápido !

Coloque la varilla de ferrita en un taladro eléctrico, como una broca y gírela lentamente, la varilla girará por sí sola, de esta manera puede hacer bobinas de alta calidad e inductancia con muchas vueltas muy rápidamente Si tiene formadores de plástico para la varilla, enróllelos primero y luego colóquelos en la bobina y péguelos en su lugar.

A la izquierda hay una bobina de antena hecha en fábrica en un receptor de transmisión, donde la bobina se enrolla en un formador que se fija a la varilla con elementos de plástico. El alambre se mantiene en su lugar con resina epoxi. A la derecha, hay una pequeña bobina en una varilla de ferrita hecha con los métodos descritos anteriormente.

Bobinado de núcleo toroidal

Las bobinas toroidales son bastante fáciles de calcular, pero un poco complicadas para el viento. Los núcleos toroidales tienen una amplia variedad de aplicaciones, como inductores de filtro en SMPS, inductancias RFI, transformadores de potencia SMPS, filtros de entrada RF, baluns, transformadores de corriente y otros.

La inductancia de la bobina toroidal en nanohenries (cuando el índice de inductancia AL se da en nH / N ²) se puede calcular con esta fórmula:

L (nH) = A _L (nH / N ²) * Vueltas ²

Después de la conversión, obtenemos una fórmula para el número de vueltas necesarias para la inductancia requerida:

Giros requeridos = ^1/2

Para enrollar una bobina toroidal, necesita un núcleo toroidal, una fuente de cable (las bobinas de desviación de los televisores CRT antiguos son una buena fuente), un poco de papel de lija fino y un poco de pegamento.

Para enrollar un toroide, primero debe cortar una longitud adecuada de alambre, ya que no puede pasar un rollo de alambre a través del orificio. Para calcular el cable necesario, multiplique la circunferencia de la sección transversal del anillo por el número de vueltas necesarias. En ocasiones, esto se indica en la hoja de datos como mlt (longitud media por vuelta). En este sitio web, hay una calculadora en línea que ayuda en el diseño de bobinas toroidales, simplemente elija su núcleo, conecte la inductancia requerida y le da la cantidad de cable y vueltas necesarias.

Paso 1: Primero pase un extremo del cable a través del orificio, asegúrese de que sobresalgan unos 4 cm; esta broca se llama coleta.

Paso 2: enrolle la coleta alrededor del núcleo, deje entre 1 cm y 2 cm de distancia y asegure el resto con pegamento.

Paso 3: Use la longitud restante de alambre para enrollar el resto de la bobina, coloque el extremo más largo en un clavo o un clavo para enrollarlo más fácilmente.

Dado que se espera que la bobina tenga una inductancia baja (alrededor de 3.6μH) en ausencia de un medidor LCR profesional, es mejor usar un GDM, ya que los medidores basados ​​en microcontroladores comunes tienen una precisión muy baja al medir inductancias pequeñas. Se conectó un condensador de 680pF a la bobina en paralelo, junto con un pequeño bucle de acoplamiento. Este circuito bajó a 3.5MHz (derecha), poner estos valores en una calculadora de resonancia nos da alrededor de 3μH. A la izquierda, el medidor está configurado en una frecuencia diferente, fuera de la resonancia del circuito.

Las bobinas calculadas pueden dar resultados muy diferentes cuando se fabrican en la vida real, debido a las capacitancias parásitas y la autorresonancia paralela causada por ellas.