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Induttori su nucleo toroidale

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Trimite pe Messenger

Induttori su nucleo toroidale

Le bobine su nuclei toroidali sebbene più costose hanno il pregio di ottenere un'induttanza con fattori di merito Q molto alti 150 - 300. Anche se il circuito progettato è a larga banda il Q si mantiene comunque alto. Altra caratteristica è che essendo fisicamente un anello, il flusso magnetico è chiuso a se stesso, perciò non vi sono dispersioni ma ancor più la vicinanza di altri toroidi non ne compromette l'idoneità. Al contrario con le normali bobine si usano schermi metallici o si orientano tra di loro di un angolo di 90°. Spesso le formule sono il cruccio di molti sperimentatori, con quelle assai semplici che accompagnano la progettazione con nuclei toroidali si ottengono valori precisi di induttanza in microhenry. Queste caratteristiche come avrete dedotto sono a favore dei nuclei toroidali e il loro impiego è assai diffuso. Rimane poi da considerare che vi sono in commercio dei valori di miscela ferromagnetica diversi che assicurano il rispetto delle caratteristiche date in un determinato range di frequenze. Si possono comunque usare nuclei toroidali per una frequenza superiore di 10 volte a quella per cui sono stati costruiti, precisando però che ciò va a discapito del fattore di merito Q. Il produttore più noto è la Amidon.


I nuclei sono individuati da una sigla del tipo T - xx - yy, dove T sta a significare toroide, xx è un numero che indica il diametro in pollici e yy il tipo di miscela ferromagnetica. La sigla non è scritta esternamente perciò i nuclei toroidali si riconoscono misurandone le dimensioni e individuando il tipo di miscela in base ad un codice di due colori.

Dimensioni

Nucleo

diam. est. mm

diam. int. mm

altezza mm

sezione cm2

T-12

3.18

1.57

1.27

0.010

T-16

4.06

1.98

1.52

0.016

T-20

5.08

2.24

1.78

0.025

T-25

6.35

3.05

2.44

0.042

T-30

7.80

3.84

3.25

0.065

T-37

9.53

5.21

3.25

0.070

T-44

11.18

5.82

4.04

0.107

T-50

12.70

7.62

4.83

0.121

T-68

17.53

9.40

4.83

0.196

T-80

20.20

12.57

6.35

0.242

T-94

23.93

14.22

7.92

0.385

T-106

26.92

14.48

11.10

0.690

T-130

33.02

19.81

11.10

0.73

T-157

39.88

24.13

14.48

1.14

T-184

46.74

24.13

18.03

2.04

T-200

50.80

31.75

13.97

1.33

T-200A

50.80

31.75

25.40

2.42

T-225

57.15

35.56

13.97

1.50

T-225A

57.15

35.56

25.40

2.73

T-300

76.20

48.77

12.70

1.81

T-300A

76.20

48.77

25.40

3.58

T-400

101.60

57.15

16.51

3.66

T-400A

101.60

57.15

25.40

7.43

T-520

132.08

78.23

20.32

5.46

Miscela
Il primo colore è quello che ricopre tre facce su quattro del nucleo. Il secondo ricopre la rimanente.

Miscela

1° colore

2° colore

frequenza

u

0

Marrone

Grigio

100 - 300

1

1

Blu

Grigio

0.5 - 5

20

2

Rosso

Grigio

2 - 30

10

3

Grigio

Grigio

0.05 - 0.5

10

6

Giallo

Grigio

10 - 50

8

7

Bianco

Grigio

1 - 25

9

10

Nero

Grigio

30 - 100

6

12

Verde

Bianco

50 -200

4

15

Rosso

Bianco

0.1 - 5

25

17

Blu

Giallo

40 - 180

4

26

Giallo

Bianco

rete

75

·  Materiale 0: Usato molto comunemente per frequenze superiori ai 100 MHz. A causa delle caratteristiche l'induttanza risultante dal calcolo con il valore di AL dato non è accurata, essa varia anche in base alla tecnica utilizzata per realizzare l'avvolgimento.

·  Materiale 1: Carbonyl C, molto simile al tipo 3 ma con maggiore resistività volumetrica e migliore stabilità.

·  Materiale 2: Carbonyl E, grande resistività volumetrica. Offre elevato valore di Q nel range di frequenze da 2 a 30 MHz.

·  Materiale 3: Carbonyl HP, eccellente stabilità e buon valore di Q per le basse frequenze da 50 a 500 KHz.

·  Materiale 6: Carbonyl SF, offre un Q molto buono e stabilità termica nel range di frequenze da 20 a 50 MHz.

·  Materiale 7: Carbonyl TH, molto simile al materiale 2 e 6, ma offre migliore stabilità termica. Range di frequenza da 5 a 35 MHz.

·  Materiale 10: Polvere di ferro W, offre un buon Q e grande stabilità da 40 a 100 MHz.

·  Materiale 12: Ossido sintetico, offre un buon Q e una moderata stabilità da 50 a 200 MHz. Se l'elevato Q è di primaria importanza questo materiale è una buona scelta, altrimenti si consideri la miscela 17.



·  Materiale 15: Carbonyl GS6, ha eccellente stabilità e un buon Q. Una buona scelta per la banda broadcast commerciale.

·  Materiale 17: Simile al materiale 12 eccetto che per una migliore stabilità termica. Tuttavia ha un Q peggiore del 10% tra 50 e 100 MHz e fino al 20% oltre.

·  Materiale 26: Ha la permeabilità maggiore di tutti i nuclei in polvere di ferro. Utilizzato per filtri EMI e DC. Simile al vecchio materiale 41 ma con un maggior range di frequenza.
Le miscele utili agli sperimentatori radio sono la 2, 6 e 12, di conseguenza si trovano facilmente dai rivenditori specializzati in materiale elettronico per radioamatori.

Calcolo del numero di spire
Le formule permettono di ricavare i dati desiderati, in funzione di ciò che è noto in partenza. Scelto il tipo di nucleo da adoperare si ricava dalla tabella seguente il valore di AL, che rappresente l'induttanza in micro Henry che avrebbe un avvolgimento di 100 spire realizzato su quel tipo di nucleo, volendo realizzarne una di valore L (uH) il numero di spire N da avvolgere è dato dalla formula:

 N = 100 x [ ( L / AL ) ^ 0.5 ]

dove ^ 0.5 rappresenta la radice quadrata.
Quindi si verifica, in base al diametro del filo da utilizzare, se le N spire sono inseribili sul tipo di nucleo scelto, altrimenti se ne sceglie uno più grande e si ripete il calcolo.

Esempio: disponendo di un Toroide tipo T-106-6 e volendo ottenere dall'avvolgimento 50 uH si trova nella tabella il valore di AL, in corrispondenza a T-106 e miscela ferromagnetica 6, AL = 116. Si divide L = 50 con AL = 116, ottenendo il valore 0.43, da questo si ricava la radice quadrata uguale a 0.66 e infine le spire moltiplicando per 100, cioè N = 66 spire circa.

Valori di AL (uh/100 spire)

Nucleo / Miscela

0

1

2

3

6

7

10

12

15

17

26

T-12

3.0

48

20

60

17

18

12

7.5

50

7.5

-

T-16

3.0

44

22

61

19

-

13

8.0

55

8.0

145

T-20

3.5

52

27

76

22

24

16

10

65

10

180

T-25

4.5

70

34

100

27

29

19

12

85

12

235

T-30

6.0

85

43

140

36

37

25

16

93

16

325

T-37

4.9

80

40

120

30

32

25

15

90

15

275

T-44

6.5

105

52

180

42

46

33

18.5

160

18.5

360

T-50

6.4

100

49

175

40

43

31

18.0

135

18

320

T-68

7.5

115

57

195

47

52

32

21

180

21

420

T-80

8.5

115

55

180

45

50

32

22

170

22

450

T-94

10.6

160

84

248

70

-

58

32

200

-

590

T-106

19

325

135

450

116

133

-

-

345

-

900

T-130

15

200

110

350

96

103

-

-

250

-

785

T-157

-

320

140

420

115

-

-

-

360

-

970

T-184

-

500

240

720

195

-

-

-

-

-

1640

T-200

-

250

120

425

100

105

-

-

-

-

895

T-200A

-

-

218

760

180

-




-

-

-

-

1550

T-225

-

-

120

424

100

-

-

-

-

-

950

T-225A

-

-

215

-

-

-

-

-

-

-

1600

T-300

-

-

114

-

-

-

-

-

-

-

800

T-300A

-

-

228

-

-

-

-

-

-

-

1600

T-400

-

-

185

-

-

-

-

-

-

-

1300

T-400A

-

-

360

-

-

-

-

-

-

-

2600

T-520

-

-

207

-

-

-

-

-

-

-

1460

Numero di spire inseribili

Nucleo / Filo (AWG, diam mm)

10 2.59

12 2.05

14 1.63

16 1.29

18 1.02

20 0.81

22 0.64

24 0.51

26 0.40

28 0.32

30 0.25

32 0.20

34 0.16

36 0.13

38 0.01

40 0.08

T-12

0

0

0

1

1

1

2

4

5

8

11

15

21

29

37

47

T-16

0

0

1

1

1

3

3

5

8

11

16

21

29

38

49

63

T-20

0

1

1

1

3

4

5

6

9

14

18

25

33

43

56

72

T-25

1

1

1

3

4

5

7

11

15

21

28

37

48

62

79

101

T-30

1

1

3

4

5

7

11

15

21

28

37

48

62

78

101

129

T-37

1

3

5

7

9

12

17

23

31

41

53

67

87

110

140

177

T-44

3

5

6

7

10

15

20

27

35

46

60

76

97

124

157

199

T-50

5

6

8

11

16



21

28

37

49

63

81

103

131

166

210

265

T-68

7

9

12

15

21

28

36

47

61

79

101

127

162

205

257

325

T-80

8

12

17

23

30

39

51

66

84

108

137

172

219

276

347

438

T-94

10

14

20

27

35

45

58

75

96

123

156

195

248

313

393

496

T-106

10

14

20

27

35

45

58

75

96

123

156

195

248

313

393

496

T-130

17

23

30

40

51

66

83

107

137

173

220

275

348

439

550

693

T-157

22

29

38

50

64

82

104

132

168

213

270

336

426

536

672

846

T-184

22

29

38

50

64

82

104

132

168

213

270

336

426

536

672

846

T-200

31

41

53

68

86

109

139

176

223

282

357

445

562

707

886

1115

T-225

36

46

60

77

98

123

156

198

250

317

400

499

631

793

993

1250

T-300

52

66

85

108

137

172

217

274

347

438

553

688

870

1093

1368

1721

T-400

61

79

100

127

161

202

255

322

407

513

648

806

1018

1278

1543

2013

T-520

86

110

149

160

223

279

349

443

559

706

889

1105

1396

1753

2192

2758

Viceversa noto il tipo di nucleo e il numero di spire N che realizzano un dato avvolgimento, l'induttanza L in micro Henry è data dalla formula:

 L = ( N x N x AL ) / 10000

Considerazioni sulla potenza
Quando i nuclei sono utilizzati in circuiti di potenza diventa fondamentale determinare quanta ne può sopportare un determinato tipo di nucleo. Vi sono diversi fattori da considerare: la sezione trasversale del nucleo, la miscela, il numero di spire e certamente la tensione applicata all'avvolgimento e la frequenza operativa. La densità di flusso massima B (in Gauss) applicata può essere calcolato con la formula:

B = ( E x 100 ) / ( 4.44 x S x N x f )

con E valore rms della tensione applicata (V), S sezione (cm2), f frequenza (MHz).
E' buona norma non superare i valori in tabella.

Frequenza

100 KHz

1 MHz

7 MHz

14 MHz

21 MHz

28 MHz

Densità di flusso

500

150

57

42

36

30

Questi valori variano solo leggermente con il tipo di miscela del nucleo, al contrario all'aumentare del flusso si ha un incremento della permeabilità del nucleo, effetto molto più marcato sui nuclei di miscela con permeabilità più grande. Con una densità di flusso elevata il nucleo si riscalda eccessivamente, questo è il modo pratico per constatare se è necessario utilizzarne un tipo più grande. Un secondo problema è quello della saturazione, che genera degrado delle prestazioni, decremento della permeabilità, fino ad arrivare all'inoperabilità. Ma usualmente i problemi dovuti al surriscaldamento giungono molto prima di quelli dovuti alla saturazione.

Gianfranco, Biagio - Pianeta Radio - pianetaradio@pianetaradio.it









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