Ферриты и катушки (практические правила)

Ферриты и катушки (практические правила)
Гарри Литалл - SМ0VРО
http://sm0vpo.altervista.org/info/ferrite-coils.htm
Введение
Было много комментариев по поводу использования ферритовых колец во многих моих проектах. Самый распространенный вопрос: «Гарри, феррит какой марки ты использовал для этого проекта?» или «как вы оценили значения L и C для 9 МГц» . Ответ: Для быстрой оценки аккредитива у меня есть старое практическое правило, но для ферритов я просто засовывал руку в ящик для мусора и смотрел, что оттуда выпадало.

У меня было много ферритов разных (неизвестных) марок, поэтому я выбрал серые, которые по размеру подходили по мощности. По моему опыту, все серые достаточно хороши для радиочастот, примерно до 30 МГц и более. Ниже 30 МГц нужно только оценить, сколько витков при той или иной индуктивности. В большинстве проектов вы можете использовать практически любое ферритовое кольцо для работы на ВЧ, но ферриты, представленные ниже, легко доступны, и я думаю, что мне следует попытаться стандартизировать их, чтобы мои проекты можно было легко воспроизвести.

Если вы просто хотите сделать балун или ВЧ дроссель, то фактическая индуктивность не так важна. Балун для ВЧ-диапазонов обычно может иметь соотношение частот около 10:1.

На самой низкой частоте сопротивление катушки должно быть как минимум в 5 раз больше сопротивления, которое вы рассчитываете для катушки — чем больше индуктивность, тем лучше она работает.

На самой высокой частоте ограничивающим фактором является межпроводная емкость витков — чем меньше количество витков, тем лучше он работает.

Эти два факта несколько противоречат друг другу, но дело в том, что практически любой феррит может дать в симметрирующем устройстве соотношение частот 20:1 и более. Для диапазона от 3 до 30 МГц у вас есть около 90% шансов просто угадать хорошее значение. Искусство состоит в том, чтобы найти где-то посередине. Намотка балуна занимает всего 5 минут, поэтому вы всегда можете угадать и отрегулировать, можно ли улучшить высокие или низкие частоты.

Практическое правило – управление мощностью
Если феррит нагреется, он выйдет из строя. Но мертвый феррит даст вам представление о мощности, потребляемой этим конкретным ферритом. Они даже не должны нагреваться. По моему опыту, мощность зависит от объема феррита, использованного для изготовления кольца. Объем феррита прямо пропорционален весу.

Поэтому хорошее практическое правило для серых (RF) ферритов — их взвешивать. Феррит весом 1 г выдерживает мощность более 2 Вт. Если вы покупаете пакет ферритов оптом на митинге радиолюбителей, затем взвесьте 100 штук и разделите вес на 100. Это позволит вам взвешивать очень маленькие ферриты с помощью дешевых электронных кухонных весов.

Мои ферриты
Неплохо остановиться на одних и тех же ферритах и ??познакомиться с ними. Сегодня я стандартизировал следующие ферритовые кольца, потому что они подходящего размера для большинства радиочастотных проектов, они выдерживают около 3 Вт, они дешевы и хорошо работают в диапазоне ОВЧ. Техническое описание: rnd_165-00182_eng_tds.pdf (откроется в новой вкладке) . Я провел с ними несколько тестов, и они следуют «эмпирическому правилу» моего второго ферритового кольца.

Ферриты, которые я сейчас использую, следующие (самое дешевое RF-ферритовое кольцо, которое продает Elfa):

Диаметр 10 мм с отверстием 5 мм и толщиной 5 мм.

https://www.elfa.se/ код продукта 301-33-282

Производство RND Components, код 165-00182.

Я должен отметить, что ферритовые кольца содержат внутри кольца электромагнитную энергию, что резко снижает наводки и излучение. С другой стороны, из воздушных катушек можно даже создавать небольшие антенны, так что связь между воздушными катушками может быть достаточно высокой, чтобы вызывать колебания усилителей. Помните старую поговорку: « Если вам нужен генератор, создайте усилитель ».

Оценка ферритового кольца
Существуют формулы расчета катушек, но они не учитывают катушки на ферритах. <то потому, что между ферритами очень много различий. В общем, если они серые, то для РФ они подходят. Путем эксперимента я обнаружил, что многие из ферритов, украденных из импульсных блоков питания (SMPSU), характеризующихся зеленым эмалированным цветом, могут давать более высокую индуктивность на оборот, но никогда не знаешь, что в них находится. Я обнаружил, что их можно использовать для ВЧ-балунов, хотя я редко использовал их для работы на УКВ частотах выше 30 МГц. Они все еще могут обеспечить некоторую полезную производительность примерно до 80–100 МГц.

Если у вас есть таблица данных на ферритовое кольцо, вы можете найти индуктивность для одного витка, просмотрев параметр AL, а затем использовать его в качестве эталонного значения для этого конкретного феррита.
Если мне нужно точное значение индуктивности для ВЧ, а у меня нет таблицы данных, то я сначала оцениваю феррит. Я выбираю серые ферриты и просто наматываю 10 витков на феррит, подключаю к нему конденсатор емкостью 1 нф и использую ВЧ-генератор и осциллограф или анализатор для определения резонансной частоты. Если частота, скажем, 7,1 МГц, то я знаю, что она равна 0,5 мкГн (1 нф с 0,5 мкГн составляет 7,1 МГц - основная формула частоты). В данном случае мое собственное эталонное значение для этого конкретного феррита: «10 витков = 0,5 мкГн» (500 нГн). Параметр AL для вышеуказанного феррита будет составлять 5nH на один виток. Это может быть по-разному для разных ферритов, хотя все RF-ферриты (по крайней мере, те, которые я тестировал) кажутся очень близкими: от +100 до -50% или около того.
Теперь мы можем сформулировать практическое правило для этого конкретного ферритового кольца.

Эмпирическое правило – индуктивность
Зависимость между индуктивностью и витками подчиняется квадратичному закону, поэтому, как только у вас будет эталонное значение для феррита, вы можете рассчитать любую необходимую индуктивность, умножив квадратный корень из соотношения «эталонное и желаемое» на количество <витков с эталонным значением . . <Вот два рабочих примера:

Пример 1: Я хочу 1 мкГн и «10 витков = 0,5 мкГн» , тогда новая индуктивность в 2 раза больше моей эталонной. ?v2 = 1,414. 10 витков х 1,414 = 14 витков.

Пример 2: мне нужно 5 мкГн и «10 витков = 0,5 мкГн» , тогда новая индуктивность в 10 раз больше моей эталонной. ?v10 = 3,163. 10 витков х 3,163 = 32 витка.

Пример 3: мне нужно 0,1 мкГн и «10 витков = 0,5 мкГн» , тогда новая индуктивность составит 1/5 моей опорной. ?v5 = 2,236. 10 витков ? 2,236 = 4,47 витков (либо 4, либо 5).

У вас есть одно эталонное значение для любого феррита, поэтому вы можете рассчитать любое количество витков ферритового кольца для любой желаемой индуктивности. На письме это выглядит намного сложнее, чем на практике, но на самом деле это легко сделать в уме: 100 мкГн — это 200 X опорное значение, ?v200 = 14, поэтому 14 X 10 витков = 140 витков. Легко! <Вы можете пересчитать его на пальцах, и вам даже не нужно снимать носки, чтобы посчитать на пальцах ног.

Если у вас нет оборудования для тестирования и оценки ферритового кольца, предназначенного для ВЧ, то вы можете предположить, что 1 мкГн составляет где-то от 10 до 20 витков на серых ферритовых кольцах. Возможно, это неточно, но это приведет вас (более или менее) в нужную область. Для балунов и дросселей это все, что вам нужно.

Эмпирическое правило — штабелирование
Если вы использовали один из вышеперечисленных ферритов для изготовления ВЧ-балуна для ВЧ-передатчика, то они подойдут примерно до 2 Вт или около того (включая значительный запас прочности). Они имеют диаметр 10 мм и отверстие диаметром 5 мм. Они тоже толщиной 5 мм. Феррита в них явно не много, около 1,5г.

Возьмите два ферритовых кольца и склейте их рядом друг с другом, чтобы они выглядели как очки для мышей (и песчанок). Если вы проденете провод через одно отверстие, а затем снова проденете его через второе отверстие, вы получите два витка и удвоенную пропускную способность.

Два феррита склеены в форме «очков».

Теперь давайте пойдем еще дальше: возьмите, например, 10 ферритовых колец и склейте их вместе, 5 плюс 5, чтобы получились две трубки. Теперь склейте две трубки рядом (как указано выше), чтобы получилось что-то вроде бинокля для мышей (или песчанок). Полученная двойная трубка обычно выдерживает мощность 20 Вт.

Десять ферритов склеены в «бинокль».

Кстати, в коммерческих ВЧ-трансформаторах используются ферритовые трубки, расположенные рядом, с небольшим количеством медной трубки, вставленной в отверстия, которые используются в качестве 1+1-витковой первичной (низкоомной) обмотки силовых ВЧ-транзисторов. Медная тормозная трубка с наружным диаметром 3/16 дюйма (4,76 мм) подойдет к этим ферритам, и вы можете намотать выходную вторичную обмотку через отверстия в медных трубках.

Несколько лет назад мне нужно было сделать один из таких выходных трансформаторов, но у меня не оказалось под рукой медной трубки. Поэтому я отрезал плетеный коаксиальный кабель и удалил внешнюю изоляцию. Затем я осторожно вытащил центральный проводник и вставил туда короткую пластиковую трубку. Я протолкнул его через ферритовые кольца и добавил вторичную обмотку через пластиковые трубки. Преимущество оплетки в том, что ее можно немного растянуть или раздвинуть, чтобы получить меньший или больший диаметр, чтобы заполнить отверстия в феррите. Это было довольно хлопотно, но это помогло. <Коаксиальная оплетка является первичной обмоткой трансформатора.

Слева: четыре ферритовых силовых радиочастотных трансформатора мощностью 8 Вт.
- Справа: коммерческие силовые ВЧ-трансформаторы.

В приведенном выше примере показано, как она была построена, но у моей пластиковой трубки были более тонкие стенки. Трубка тоже расплавилась, когда я паял, но это не имеет значения, так как вторичная обмотка изолирована эмалью. Вы можете использовать бумажные трубочки для питья от Burger King.

Эмпирическое правило — воздушные катушки
Приведенный выше быстрый и простой метод расчета катушек работает для всех катушек на любом конкретном формирователе. Катушка с воздушным сердечником, использующая формирователь фиксированной длины, обычно имеет фиксированную длину катушки, поэтому для них подходит ROT.

Мое основное (очень [очень] приблизительное) практическое правило «оценки» значений катушки с воздушным сердечником состоит в том, чтобы взять частоту, определить длину волны, а затем выразить длину волны как количество витков и значение конденсатора в пф. Например, 5 МГц: длина волны составляет 300 м/5 МГц = 60 метров. Чтобы создать резонансно настроенный контур, вы используете катушку диаметром 6 мм, длиной 6 мм (свитчатая), 60 витков и 60 пФ. Опять же, это не совсем точно, но это приведет вас в нужную область. <Импеданс будет где-то около 500 Ом в ВЧ-спектре.

Этот ROT почти точен на частоте 5 МГц, но в диапазоне от 500 кГц до 30 МГц ошибки начинают появляться ближе к краям полосы. Если у вас есть катушка и предварительно настроенный конденсатор, то обычно это не проблема. Итак, давайте немного уточним это:

Стандартная формула для частоты, индуктивности (L) и емкости (C) использует делитель ?vLC . Таким образом, если вы используете 5 МГц в качестве опорной частоты , то вы можете умножить или разделить витки и емкость на ?v соотношения частот.

Пример: Допустим, вам нужна частота 50 МГц. 50 в 10 раз превышает опорную частоту 5 МГц (отношение частот = 10:1). ?v10 = 3 . Разделите количество витков и пф на 3. Итак, 5 МГц = 60 пф и 60 витков. 60/3 = 20. Вам нужно 20пф и 20 витков на 50МГц.

Помните также, что катушка с ворсовой обмоткой требует меньше витков, чем однослойная. Таким образом, если по вашему «прикидочному» результату длина катушки составляет менее 6 мм, то для однослойной катушки вам необходимо добавить что-то около 30% от количества витков.

Еще раз это звучит очень сложно, но на самом деле все просто:

От 2,5 до 10 МГц, используйте базовое (очень [очень] приблизительное) практическое правило, приведенное выше (конец)

За пределами этого диапазона используйте базовые (очень [очень] приблизительные) значения практического правила, умноженные на ?v отношения частот 5 МГц.

Если вам нужен другой импеданс, например 1000 Ом, увеличьте катушку и уменьшите емкость в той же пропорции.

Если вы хотите получить по настоящему точные данные с первого раза или хотите получить более точные значения, загляните на мою <страницу «Радиокалькуляторы» . Целью этого раздела является приблизительная оценка за 30 секунд, что избавляет от необходимости проводить какие-либо исследования. Часто вы можете построить простой тестовый генератор за меньшее время, чем требуется для расчета катушек.

Заключение
В этой статье я попытался обойти общее представление о ферритах, катушках и конденсаторах, без необходимости постоянно обращаться к формулам. Полученные значения являются приблизительными для воздушных змеевиков и колпачков, но цель состоит в том, чтобы попасть в правильную общую область (без использования большой палки ??).

Для ферритовых колец хорошая оценка даст удивительно точные результаты, и эти результаты достаточно хороши для большинства конструкций радиочастотных фильтров. У вас также есть примерное руководство по управлению питанием и хорошее представление о связующих трансформаторах и симметрирующих устройствах.

Надеюсь, эта информация дала вам «пищу для размышлений». Вы всегда можете написать мне по электронной почте harry.lythall@[мой домен].com, хотя я бы предпочел, чтобы вы посетили мою доску объявлений , если у вас есть какие-либо вопросы по этому или любому другому проекту. Всегда жду отзывов, как положительных, так и отрицательных ??

[ На главную ] [ В раздел ]