Как сделать катушку индуктивности своими руками

Расчет катушки индуктивности

Каркас устройства изготавливается из диэлектрика. Это может быть тонкий (нефольгированный) гетинакс, текстолит, а на тороидальных сердечниках –просто обмотка из лакоткани или аналогичного материала.

Обмотка выполняется из одножильного или многожильного изолированного провода.

Внутрь обмотки вставляется сердечник. Он изготавливается из железа, трансформаторной стали, феррита и других материалов. Он может быть замкнутым, тороидальным (бублик), квадратным или незамкнутым (стержень). Выбор материала зависит от условий работы: частоты, магнитного потока и других параметров.

Кроме того, есть приборы, в которых сердечник отсутствует. Они характеризуются большой линейностью импеданса, но при намотке тороидальной формы обладают паразитной ёмкостью.

Расчёт и намотка катушки динамика

Расчет параметров катушки индуктивности

Протекающий по проводу электрический ток создаёт вокруг него электромагнитное поле. Соотношение величины поля к силе тока называется индуктивностью. Если провод свернуть кольцом или намотать на каркас, то получится катушка индуктивности. Её параметры рассчитывают по определённым формулам.

Расчёт индуктивности прямого провода

Индуктивность прямого стержня – 1-2мкГн на метр. Она зависит от его диаметра. Точнее можно рассчитать по формуле:

Эти величины нужно измерять в метрах (м). При этом результат будет иметь размерность микрогенри (мкГн). Вместо натурального логарифма ln допустимо использовать десятичный lg, который в 2,3 раза меньше.

Предположим, что какая-то деталь подключена проводами длиной 4 см и диаметром 0,4 мм. Произведя при помощи калькулятора расчет по выше приведённой формуле, получаем, что индуктивность каждого из этих проводов составит (округлённо) 0,03 мкГн, а двух – 0,06 мкГн.

Ёмкость монтажа составляет порядка 4,5пФ. При этом резонансная частота получившегося контура составит 300 МГц. Это диапазон УКВ.

Важно! Поэтому при монтаже устройств, работающих в частотах УКВ, длину выводов деталей нужно делать минимальной.

Расчёт однослойной намотки

Для увеличения индуктивности провод сворачивается кольцом. Величина магнитного потока внутри кольца выше примерно в три раза. Рассчитать её можно при помощи следующего выражения:

L = 0,27D(ln8D/d-2), где D – диаметр кольца, измеренный в метрах.

При увеличении количества витков индуктивность продолжает расти. При этом индукция отдельных витков влияет на соседние, поэтому получившиеся параметры пропорциональны не количеству витков N, а их квадрату.

Дроссель с сердечником

Параметры обмотки, намотанной на каркас, диаметром намного меньше длины рассчитывается по формуле:

Она справедлива для устройства большой длины или большого тора.

Размерность в ней дана в метрах (м) и генри (Гн). Здесь:

• 0 = 4•10-7 Гн/м – магнитная константа,
• S = D2/4 – площадь поперечного сечения обмотки, магнитная проницаемость магнитопровода, которая меньше проницаемости самого материала и учитывает длину сердечника; в разомкнутой конструкции она намного меньше, чем у материала.

Например, если стержень антенны изготовить из феррита с проницаемостью 600 (марки 600НН), то у получившегося изделия она будет равна 150. При отсутствии магнитного сердечника = 1.

Для того чтобы использовать это выражение для расчёта обмоток, намотанных на тороидальном сердечнике, его необходимо измерять по средней линии «бублика». При расчёте обмоток, намотанных на железе Ш-образной формы без воздушного зазора, длину пути магнитного потока измеряют по средней линии сердечника.

Материалы для создания катушки

1. Медные изолированные провода нескольких разных сечений;
2. Пластмассовый цилиндр;
3. Небольшая стальная пластина;
4. Микрометр;
5. Линейка;
6. Картон или органическое стекло;
7. Специальный станок для намотки проводов на катушку (если есть в наличии, но можно обойтись и без него).

При намотке катушки индуктивности в домашних условиях не используйте обычный медный провод, берите только изолированный, иначе весь процесс просто потеряет смысл.

1. Определитесь с предназначением катушки.
   • Если вам нужна низкочастотная катушка, то используйте для этого сердечник в виде стальной пластины. Для высокочастотного прибора вам сердцевина не потребуется.
2. Используйте для намотки медный изолированный провод, лучше всего с эмалевой изоляцией (в узкополосных фильтрах применяется многожильный провод — он состоит из нескольких свитых вместе проводов).
3. С помощью микрометра определите диаметр провода, который вам необходимо намотать на катушку.
   • Если данный прибор у вас отсутствует, можно узнать необходимый размер следующим образом: намотайте несколько десятков витков провода на карандаш и измерьте длину намотки линейкой. Затем полученное число разделите на количество витков, которые вы сделали. Таким образом вы получите необходимый вам размер диаметра.
4. Изготовьте основу для катушки.
   • Это можно сделать из картона, органического стекла, сложенной в моток фотопленки.
5. Намотайте провод на катушку.

Данное действие можно производить вручную или на специальном станке. Наматывать провод надо по принципу «виток к витку». Чем больше витков вы сделаете, тем выше будут в катушке индуктивные свойства.

Теперь вы знаете, как наматывают катушки индуктивности, и сможете это применить дома для ремонта или создания своих электрических приборов.

Как рассчитать сердечник и витки самодельных катушек индуктивности

Комментарии (50)

Иван, не омами едиными параметры катушки опреляются. Количество витков то совсем другое, чем у двуслойной. Лучше перемотайте, как было.

Родная одна катушка (их две) была намотана диаметром провода без изоляции 0,23мм длинной 16,5 метра (8 ом)

Иван, что пересчитывать-то. Все данные у вас есть и диаметр провода и длина катушки. Больше ничего не требуется.

Купил клей БФ-19 (других нет) но он не много густоват,можно его разбавить борной кислотой,спиртовой раствор,спирта в аптеке то же нет,дожились.

Иван, только спиртом. Спирт можно купить в аптеке по рецепту в количестве 100гр на один рецепт. Рецепт обычный, может выписать любой врач, как средство дизенфекции при инъекциях. Можно сослаться на то, что от муравьиного спирта у вас раздражение кожи. Это правда, у некоторых есть такая аллергическая реакция.

Не странно ли, но на нормальные продукты и вино-водочные изделия мало у кого есть аллергия. Может быть поэтому они доступны только власть придержавшим, а все остальные вынуждены довольствоваться всякими суррогатами…

Превышено предельное количество сообщений. Для того, чтобы задать вопрос или продолжить обсуждение статьи, перейдите, пожалуйста, в форум, в соотевтсвующую тему >>>

Простой способ намотки плоской катушки ⁠ ⁠

В посте Проект компактного копировальщика ключей EM/Ibutton я кратко описал характеристики плоской бескаркасной круглой катушки. Надо бы больше подробностей.

Для расчета катушек индуктивности советую приложение калькулятор Coli64, также есть в онлайне. У меня будет готовая инструкция, по которой можно мотать совершенно разные индуктивности.

Нам нужен кругляш диаметром 100мм вырезанный из обрезка ламината, оставшегося после ремонта. Наклеиваем на него прозрачный скотч. Одно отверстие посередине, два симметрично по краям.

Также нужно вырезать еще одну круглую штуку с меньшим диаметром, например из оргстекла. На нее с одной стороны также клеим скотч.

В обычной монете 50 копеек сверлим отверстие и можно шлифануть грани.

Пригодятся несколько подходящих болтов с гайками для крепления проволоки и зажима всей конструкции. Помимо этого, можно взять обычное масло, я использую Лукойл 5 40 для двигателя авто. Скорее всего пойдет любое, лучше всего силиконовое.

И лак PLASTIK-71. Пойдет и клей, например БФ или другой.

Смазываем маслом поверхность скотча на ламинатине, оргстекле и грани монеты. Надо совсем немного.

Кладу монету отверстие к отверстию и наношу лак по краям. Лака надо немного, но и экономить не стоит. На кругляш из оргстекла также наносим лак по краям. Закрепляем конструкцию. Сильно прижимать не стоит, оргстекло может потрескаться, как у меня.

Мотать будем качественным эмалированным проводов ПЭВ-1, диаметром 0.16 мм.

Закрепляем конец провода.

И мотаем 134 витка.

Занимает это примерно полторы минуты. Закрепляем третьим болтом и отправляем на батарею сушиться в вертикальном положении. Лишний лак соберется снизу и его будет легко убрать, пока не засох.

Я использую формы разных диаметров, например такие. Из обычной пластиковой карты.

Ждем сутки, ну или по крайней мере 12 часов. Монета с катушкой запросто отойдет от смазанного маслом скотча. Аккуратно снимаем катушку с монеты, обычно и здесь проблем не возникает. И вот результат.

Этот способ будет полезен для намотки совершенно разных катушек. Пользуйтесь.

Всем спасибо за комментарии и плюсы. Удивлен, что людям заходят посты. Уже 149 подписчиков. Пока основная тема это RFID и ключи от домофона, можете посмотреть в профиле, там же мой контакт. Общение в комментариях.

960 постов 8.7K подписчиков

Правила сообщества

Соблюдайте правила Пикабу. Посты выкладывать лишь касаемо нашей тематики. Приветствуется грамотное изложение. Старайтесь не использовать мат.

Постарайтесь не быть снобами в отношении новичков. Все мы когда-то ничего не знали и ничего не умели.

За попытку приплести политику или религию — предупреждение. 2 предупреждения — бан.

А можно к вам в клуб тоже записаться?)
У меня и дипломная есть)

Нужен пост про измерение индуктивности катушки с помощью простой схемы с конденсатором и генератором частоты?

А по-украински оно именно что «котушка».

Топ 25 дешевых DIY наборов для самостоятельной сборки и пайки⁠ ⁠

1) Пироэлектрический инфракрасный датчик

Набор для сборки и самостоятельной пайки модуля ИК датчика HC-SR501 для сигнализации. Ссылка на источник.

Набор электронных деталей для сборки звонка на NE555. Ссылка

3) Генератор сигналов

Комплект деталей для сборки функционального синусоидального/прямоугольного генератора сигналов XR2206. Ссылка

4) Генератор сигналов прямоугольной волны

Генератор регулируемый прямоугольных импульсов на NE555. Ссылка

5) Светильник стробоскоп

Набор для сборки мигающего светильника с синими и красными огоньками. ссылка

Электронный набор «сделай сам», антистресс-спиннер электронный. Ссылка

Светодиодный светильник тактовых сигналов на NE555 + CD4017. ссылка

DIY Kit набор для сборки «пятиконечная звезда» . Ссылка на источник

9) Разноцветный модуль светильника CD4060 Dream

Отличный набор для тренировки пайки и сборки плат. ссылка

10) Высоковольтный генератор дугового зажигания

Комплект «собери сам» — высоковольтный генератор 18650. Ссылка

Модуль датчика инфракрасного бесконтактного переключателя. ссылка

12) Тренировочная плата CD4017

Набор для тренировки и обучению паяльным работам с мелкими деталями. Плата для пайки светодиодов и резисторов. ссылка

13) Плата для обучения пайке 0805, 0603

Еще одна модель платы для начинающих радиолюбителей и ремонтеров. ссылка

14) Часы на AT89C2051

Комплект для сборки электронных часов на микроконтроллере AT89C2051. ссылка

15) Набор световой сигнализации

Эта схема используется для мониторинга окружающего освещения. Когда свет будет ярким (или он появится), то плата подаст звуковой и визуальный сигнал тревоги. ссылка

16) Модуль PCB 76 МГц-108 МГц

Набор «сделай сам» — стерео FM радиоприемник. Ссылка

Набор для сборки колокольчиков, которые мигают по очереди и создается эффект его качения. Состоит из 95 светодиодов. Ссылка

Набор деталей для сборки светильника в виде сердца с плавно переливающимися светом. ссылка

19) Усилитель для динамиков

Плата усилителя мощности динамика на LM1875T. ссылка на источник

20) Стабилизатор напряжени

Модуль стабилизатора LM7805 на 5в, 6в, 9в, 12в. Ссылка

21) Дуговая зажигалка

Набор для самостоятельной сборки высоковольтного генератора. Ссылка

22) Энергосберегающий модуль для светильников

Набор для сборки платы с микросхемой CD4011, отвечающей за энергосбережение и включение ламп или светильников в зависимости от освещения или голосом. Ссылка

23) Песочные часы

Прекрасный набор чтобы научиться паять. Цифровые песочные часы. Ссылка

24) Бегущие огни

DIY KIT набор бегущих красных огней на NE555+CD4017 . Ссылка

Набор, требующий умения обращаться с паяльником и принципу работы электроники и электронных компонентов. После правильной сборки должно получиться электронное пианино с возможностью воспроизводить ноты и мелодии. Ссылка на источник.

Топ 25 наборов электроники для любителей самостоятельной сборки⁠ ⁠

1) Аппарат для точечной сварки

Комплект для самостоятельной сборки и пайки портативного аппарата для точечной сварки. Работает от напряжений 10-16 вольт. Ссылка на источник

2) Электромагнитная пушка

Набор для сборки пушки, для любителей электроники, физики, пайки и экспериментов. ссылка

Музыкальная колонка (динамик) сборный с анализатором спектра, имеет bluetooth, слот для карт памяти и usb. Ссылка

4) Тренажер памяти

Конструктор из электронных деталей для сборки устройства для тренировки памяти. В разной последовательности будут загораться индикаторы над кнопками, Вам нужно будет повторить нажатиями на кнопки ту же последовательность. Ссылка

5) Лазерная арфа

После завершения сборки, вы можете переключаться между высокими, средними и низкими тонами, играть мелодию путем колебания луча ‘струн’ лазера. Ссылка

Комплект деталей для радиолюбителя для сборки простого цифрового термометра. Ссылка

7) Приставка для тренировки памяти

Другая версия аппарата для тренировки памяти. ссылка

Романтичные часы в виде сердца. ссылка на источник

9) Модуль FM-трансмиттера

Модуль «сделай сам» FM частот 87-108 МГц. Ссылка

Набор для сборки пуш-светильника. ссылка

11) Плата управления скоростью

Сборный модуль платы для управления скоростью работы вентилятора. ссылка

12) Карманное радио

Радио для самостоятельной сборки и пайки. ссылка на источник

Набор для сборки модуля с таймером обратного отсчета 60 секунд. ссылка

14) Модуль внешнего аккумулятора

Набор с солнечной панелью и платой фонаря, для сборки в общий корпус для создания внешнего аккумулятора, сами аккумуляторы придется ‘додумывать’ самому. Ссылка

Набор для создания цифровых часов с множеством компонентов. Ссылка

Металлодетектор в черном корпусе для сборки. ссылка

Модуль приемника FM-радио 76-108 МГц с аккумулятором. ссылка

Модуль для улучшения звучания динамиков. ссылка

19) Плата зарядного устройства

Набор для сборки платы зарядного устройства для литиевой батареи типа 18650. ссылка

20) Генератор высокого напряжения

Набор для любителей опытов с электричеством или создания и модернизации своих устройств. ссылка

21) Модуль индикации полярности

Набор для сборки датчика, показывающего полюс магнита (плюс или минус) ссылка

Комплект для обучения пайке и электронике для сборки забавных часов в виде кота. ссылка

Набор для сборки увлажнителя воздуха. ссылка

24) Акустический Левитатор

Набор для сборки необычного устройства ультразвуковой левитации. ссылка

25) Ламповые часы

Комплект для сборки красивейших ретро-часов с лампами-трубками излучающими яркие цифры. Ссылка на источник.

Рекомендую книгу Open Circuits⁠ ⁠

Хочу рекомендовать получить эстетическое удовольствие с книгой Open Circuits за авторством Eric Schlaepfer и Windell H. Oskay

Книга посвящена внутреннему устройству радиокомпонентов. Фотографии в разрезе, иногда рисунки поясняющие структуру, и немного текста — пояснения. К сожалению текст на английском языке, но если вы его не знаете — то потеряете не много. Основное достоинство книги — сочные фотографии.

Я тоже публиковал фотографии различной распиленной техники (но покрупнее) поэтому могу только восхищаться объемом и качеством работ. В конце книги есть немного о процессе съемок — распил, очистка. Мелкие предметы заливались и пилились в прозрачной смоле. Для макрофотографии производился стекинг (склейка стопки изображений с фокусом на разной глубине в программе, чтобы увеличить глубину резкости).

Хоть многое из показанного я уже видел, ибо за много лет творчества из любопытства многое расковырял. Особенно меня удивила эта фото:

Аналогичную фото я делал для своей книги, чтобы показать разные типы предохранителей, и найти такие предохранители было очень трудно, особенно под санкциями. Для сравнения мое фото:

Добиваться такой же звенящей резкости я пока не умею, впрочем и оборудование у меня сильно проще.

У книги есть сайт https://opencircuitsbook.com/ . Второй автор книги Windell Oskay персонаж известный, я с ним столкнулся в интернете еще году наверное в 2008, у него сайт https://www.evilmadscientist.com/ . Тогда у него на сайте был раздел с ссылками, и я прислал ссылку на мой сайт licrym.org и он ее добавил) Он делал проекты ЧПУ рисовалок по яйцам, рисовалок акварелью.

Некоторые объекты разрезаны в тонком слое. На фото динамик.

Книгу рекомендую к пролистыванию. Учитывая невозможность ее официального приобретения (ни оплатить, ни заказать. Только через посредников) я без зазрения совести опубликую pdf файл с ней у себя в телеграмм канале. Впрочем найти ее в электронном виде в рунете не сложно, достаточно погуглить название: «Open Circuits: The Inner Beauty of Electronic Components».

Топ 20 программируемых роботов на Arduino для самостоятельной сборки⁠ ⁠

1) Робот-черепашка v3

Программируемый многофункциональный робот от Keyestudio V3.0 для Arduino. Умеет выполнять множество команд. Комплект для сборки отлично подойдет начинающим любителям робототехники и программирования. Ссылка на источник.

Интересный набор для сборки фургона-автодома с множеством различных функций. ссылка

3) Робот с клешней

Набор для сборки умного робота с ‘рукой’. Умеет выполнять различные команды, брать/класть предметы и тд. Ссылка

4) Механический робот

Еще одна версия робота с ‘клешней’ для самостоятельной сборки и программирования. Ссылка на источник

Комплект для сборки собственного робота-танка на гусеницах. Умеет выполнять множество команд. ссылка

Робот с интересными колесами, которые могут двигаться в любом направлении. Робот сборный, программирование на Microbit V2. ссылка

7) Самобалансирующийся робот

Электронный комплект «сделай сам» — робот балансир для взрослых и детей. Ссылка на источник

8) Робот с камерой

Робот-машинка Pi 4B для сборки и программирования. Имеет камеру и функцию слежения/наблюдения, а также множество других возможностей. Ссылка

Необычный конструктор для программирования с множеством датчиков и солнечной панелью. ссылка

Забавный робот с ковшом и умеющим рисовать. ссылка

11) Игровая приставка

Геймпад Keyestudio ATMEGA32U4 с OLED-экраном, стартовый набор для Arduino. Ссылка

Генератор электричества с солнечной панелью, которая поворачивается вслед за солнцем и поможет зарядить ваши гаджеты в трудную минуту. Ссылка

Веселый робот-лягушка с сервоприводами для сборки. ссылка

Набор для сборки крана-манипулятора для последующего программирования. Поможет обучить и научить начинающих любителей электроники, роботостроения и программирования как это делается=). Ссылка

15) Поливочная машина

Набор для создания автоматической станции поливки цветов и других растений. Датчики влажности будут следить за состоянием почвы и поливать, когда это будет нужно. Ссылка

Специальная перчатка с датчиком движения, способная управлять Вашими роботами и другими устройствами. Ссылка

Умная собака-робот для сборки и программирования. Ссылка

Роботизированный паук с пультом управления. Ссылка

Робот-вездеход ELEGOO Conqueror с UNO R3. ссылка

Самый серьезный аппарат в нашей сегодняшней подборке. ROSMASTER X1 — это обучающий робот с приводом на 4 колеса, разработанный на основе операционной системы ROS robot. Он использует плату серии Jetson и Raspberry Pi 4B в качестве основного контроллера и оснащен высокопроизводительной аппаратной конфигурацией, такой как лидар и камера глубины, которые могут осуществлять управление роботом, дистанционную связь, картографирование и навигацию, отслеживание обхода препятствий, автопилот, распознавание особенностей человеческого тела и другие функции. Ссылка на источник.

TL431 принцип Работы и очень простая Проверка⁠ ⁠

TL431

TL431 принцип работы и очень простая проверка. Я не зря опять затронул эту тему ,это одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем .

Ее выпуск стартовал в 1978 году. Большую популярность она получила при использовании различных импульсных блоках питания для телевизоров ,тюнеров , DVD и другой аудио-видео техники. И она часто работает в паре с тоже очень популярной радиодеталью- оптроном PC817.

Для тех читателей, кому легче информацию воспринимать на слух, советую посмотреть видео в самом низу страницы.

Tl431 является прецизионным управляемым источником опорного напряжения.

Свою популярность она завоевала благодаря своей очень низкой стоимости и высокой надежности и точности. Принцип работы ее довольно просто понять из структурные схемы.

Если напряжение на входе источника ниже опорного напряжения то и на выходе операционного усилителя низкое напряжение , соответственно транзистор закрыт и ток от катода к аноду не протекает (точнее он очень маленький не превышает 1 миллиампера).

Эквивалентная схема TL431

Эквивалентную схему этой микросхемы можно представить в виде обыкновенного стабилитрона .Где напряжение стабилизации можно рассчитать по формуле приведенной ниже :

Один из самых простых типов стабилизаторов — это параметрический.

Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну(Википедия). Его можно сделать и на микросхеме tl431.

Для этого понадобится всего лишь три резистора, два из которых будут управлять входом микросхемы и как бы программировать напряжение на выходе. Рассчитать напряжение на выходе можно будет по формуле Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ). При этом Vref=2,5В
R1=R2( Uвых/Vref – 1 ).
Кроме резисторов R1 и R2 в схеме ещё присутствует резистор R3 его предназначение как и для простого стабилитрона он является ограничителем тока
Основные технические характеристики TL431:
напряжение анод-катод: 2,5…36 вольт;
ток анод-катод: 1…100 мА (если нужна стабильная работа, то не стоит допускать ток менее 5мА);

Компенсационный стабилизатор напряжения

Компенсационный: имеет обратную связь.

Компенсационный стабилизатор напряжения на tl431

В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
Чтобы увеличить токи стабилизации одного транзистора становится мало, нужен промежуточный усилительный каскад.

Компенсационный стабилизатор напряжения на tl431

Теперь кратко назначение компонентов: Резистор R2 он является ограничителем тока базы транзистора vt1 можно использовать от 300 до 400 ом. Резистор R3 компенсирует обратный ток коллектора транзистора vt2 можно использовать резистор 4.7 кОм. Конденсатор C1 повышает устойчивость работы стабилизатора на высоких частотах, можно использовать 0.01 мкФ.

Стабилизатор тока на TL431

На микросхеме tl431 нужно собрать термостабильный стабилизатор тока.

Стабилизатор тока на TL431

Резистор R2 совместно с транзистором vt1 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжение 2,5 вольта. Рассчитать ток стабилизации можно по формуле Iн=2,5/R2.

Индикатор повышения напряжения на TL431

Светодиод начинает светиться когда напряжения превышает заданный порог. Который можно рассчитать по формуле:

R2 = 2,5 х Rl/(Uз — 2,5)

Индикатор изменения напряжения на TL431

Индикатор изменения напряжения на TL431

Здесь светодиоды будут зажигаться в зависимости от того напряжение превысило или наоборот стало ниже заданного порога.

Индикатор изменения напряжения на TL431

Подключение датчиков

Датчики подключают как одно из плеч делителя на управляющий контакт стабилизатора

Подключение датчиков TL431

Один из простых методов проверки TL431

нужно замкнуть его Катод и управляющий электрод

Вариант на макетной плате

и он должен показывать как обыкновенный стабилитрон на 2,5 вольта. Для этого можно использовать китайский тестер он будет показывать как два встречных диода один как обыкновенный диод а другой как стабилитрон на два с половиной вольта

Кому лень читать

Видео на эту тему :

Организация подсветки рабочего места или как сделать управление освещением с помощью голоса⁠ ⁠

Недавно я сделал ремонт в мастерской и установил столешницу вплотную к подоконнику и у меня всплыл вопрос об освещении — рассказываю в видосе о том, какой вариант освещения я выбрал для себя.

Это мой первый длинный видос в ютубе, прошу сильно тапками не кидать))

Ниже текстовая версия видоса для тех, кто не любит смотреть видео.

Система состоит из шинопровода и, собственно, самих светильников, которые устанавливаются на него. Изначально система использовалась в торговле для подсветки товаров, но с недавних пор появилось огромное количество разных светильников, которые можно использовать для самых разных задач. Но почему-то я ещё не видел, чтобы их использовали для освещения рабочего места радиолюбители.

Для себя я взял 2 широкоугольных прожектора с углом светораспределения на 60 градусов и один на 24. Процесс установки мега прост – сверлим 3 отверстия в стене и подводим питание к шинопроводу. Всё, после этого уже можно устанавливать сами светильники на место. Для этого достаточно просто вщёлкнуть светильник в шинопровод. 2 широкоугольных прожектора равномерно освещают рабочую зону, а направленный используется только для работы с мелкими деталями.

После установки всех светильников я понял, что света от широкоугольных ламп мне в целом достаточно для большей числа задач, тогда как узконаправленный нужна только для работы с чём-то мелким, потому что свет реально ОЧЕНЬ яркий. Каждый раз залезать на стол, чтобы установить и снять светильник не самая лучшая идея, поэтому я решил сделать удалённое управление отдельно этим светильником.

Для этой цели подойдет два варианта – либо модуль радиореле с пультом, либо модуль умного дома. Я буду использовать второй вариант, потому что управлять голосом мне нравится больше.

Снимаю светильник и разбираю его. Места для драйвера конечно не пожалели. Но даже сняв драйвер места для модуля не хватает. Поэтому с помощью кусачек и термоклея перераспределяю место в коробке и теперь всё помещается идеально. Подключаю провода согласно схеме на корпусе и закрываю коробку.

Далее переходим к настройке модуля. Для это потребуются 2 приложения — Smart Life и Умный дом. Для начала необходимо привязать модуль через приложение SmartLife — для этого входим в приложение и создаём аккаунт, далее по инструкции из приложения привязываем модуль к нему. После этого модуль будет доступен в приложении и с помощью него можно будет уже управлять устройством.

Далее переходим в приложение умный дом и там привязываем аккаунт SmartLife. После привязки видим список устройств, добавленных шагом ранее. Даём называние устройству и после этого можно наконец появляется возможность управления голосом.

А теперь момент про стоимость. Вся система мне обошлась в районе 9000 рублей, ссылки на все используемые модули прикрепляю ниже:

Буду рад услышать конструктивную критику и пожелания. Знаю, что пикабу в этом плане никогда не подведёт)

Литература по электронике⁠ ⁠

Неоднократно поднимался вопрос и здесь, в комментариях, и от тех, кто ко мне приходил на практику, «с чего начать заниматься электроникой? С какой литературы». Ну так вот:

Рудольф Сворень » Электроника шаг за шагом «. С первого по третье издания — советские, есть и пара современных. В книге шикарно дана теория, подойдёт и школьникам и взрослым дядям, которые только начинают. Конструкции на советской элементной базе, часть из них в наше время повторять не имеет смысла, например радиоприёмники, но ради теории однозначно читать стоит.

Борисов «Юный радиолюбитель» Теория дана похуже, но очень достойно и простым языком. Огромное количество конструкций, хорошо описано как паять. Искать лучше 8-е издание.

Хоровиц, Хилл «Искусство схемотехники». Настоящая хрестоматия, вырастившая не одно поколение профессионалов. Подойдёт скорее студентам, язык простой, но книга требует начальных знаний по математике и физике.

Лебедев «CodeVisionAVR Пособие для начинающих». Даёт лёгкий старт в мире микроконтроллеров на примере AVR и среды codeVisionAVR. Здесь почти классический си, а не ардуино со скетчами. После этой книги достаточно легко перейти на более серьёзные контроллеры.

Удачи и здравомыслия!

Микросхема — Таймер. Начните знакомство с NE555⁠ ⁠

Почему лучше начинать с микросхемы таймера NE555

Если вы хотите поближе познакомиться с таймером. Не обязательно этим. Понять что это вообще такое. Где и как его используют. То обязательно я вам рекомендую начать с очень популярного и известно во всём мире таймера NE555.

Микросхему NE555 можно спокойно отнести к универсальным таймерам. Который можно применять в различных схемных решениях. Даже довольно нестандартных. Так сказать на все случаи жизни.

Но чаще всего эту микросхему используют как генератор прямоугольных импульсов. Различной частоты и длительности.

И для каких схем не требуется большого количества дополнительных внешних деталей. И это одно из её достоинств. Одно из многих. Благодаря которому она завоевала такую популярность во всём мире.

И эта популярность. Как раз есть поводом чтобы начать именно с этого таймера. Потому что схемных решений на основе NE555 в мире существует огромное количество. Также на многих форумах обсуждается работа этой микросхемы. Плюс к этому существует много различной документации по ней. Переведённые на разные языки включая русский.

Знакомство с микросхемой NE555

Немного истории

Над разработкой этой микросхемы еще в далеком 1970 году занимался американский инженер- схемотехник Ганс Камензинд. А производство этого таймера начала американская фирма Signetics.

Обозначение и цоколёвка

За всё время которое выпускается это микросхема. Она претерпела некоторые внешние изменения. Но это отразилось только на её корпусе. Это такие корпуса как DIP-8, а так же для поверхностного монтажа (SOP-8, SOIC-8).

Но расположение выводов осталось прежним: 1 (земля, минус); 2 (запуск); 3 (выход); 4 (сброс); 5 (контроль); 6 (останов); 7 (разряд); 8 (плюс источника питания). Чтобы легко было найти первый вывод микросхемы. Возле него находится маленькое углубление.

На заре своего выпуска. Эта микросхема существовала и в металлическом корпусе LM555CH

Расположение и назначение выводов

NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса – стандартное. Условное графическое обозначение таймера представляет собой прямоугольник с надписью G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов).

Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.

Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».

Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.

Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.

Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.

Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).

Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.

Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.

Аналоги микросхемы NE555

После очень большой популярности. Которую завоевала это микросхема. Её аналоги начали производить уже многие фирмы.

Аналоги полные — AN1555, MC1455, TA7555P, UPC1555, ICM7555, CA555E, UA555TC, M51841P, MC3455P, LM555N

В Советском Союзе аналог этой микросхемы имел название КР1006ВИ1. Но эта микросхема имеет ряд небольших отличий. Которые нужно учитывать при разработке. А также повторении схем. В микросхеме КР1006ВИ1 вход останова (6) имеет приоритет над входом запуска (2). Импортные аналоги других фирм работают идентично оригиналу.

Также в СССР ещё в семидесятых годах. Был разработал аналог этой микросхемы более низким потреблением питания. На полевых транзисторах под названием КР1441ВИ1.

Параметры микросхемы NE555

Ниже представлены предельные эксплуатационные параметры NE555 . Они характерны для большинства её модификаций. Также у некоторых производителей они могут незначительно отличаться между собой. В зависимости от компании-изготовителя

напряжение источника питания от +4.5 до +18В;

мощность рассеивания до 600 мВт;

выходной ток до 200 мА;

максимальная рабочая частота 500 кГц;

температура: рабочая от 0 до 70ОС; хранения от -65 до +150ОС.

Документация NE555

Режимы работы NE555

Прецизионный триггер Шмитта

Посмотрим на внутреннюю схему таймера расположенную чуть выше. Если соединить входы THRES и TRIG и использовать их для подачи входного сигнала, то NE555 будет работать в режиме инвертирующего прецизионного триггера Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение будет делиться двумя композиторами на три участка. И при переходе входного напряжения через эти участки. Будет происходить срабатывания RS триггера в одну или в другую сторону. Величина гистерезиса определяется встроенным делителем и равна трети напряжения питания.

Одновибратор

Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня. Который приводит к переключению микросхемы. И появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Который длится заданный промежуток времени t=1,1*R*C

Затем таймер переключается обратно в стабильное состояние (низкий уровень на выходе OUTPUT).

Стоит отметить два факта:

Появление низкого уровня на входе RESET переключает таймер в стабильное состояние и переводит выход OUTPUT на низкий уровень.

Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.

Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

Также такую схему можно использовать для формирования прямоугольных импульсов правильной формы. А так же для устранения дребезга контакта при переключении. Нужно только подобрать правильно время задающий конденсатор.

Мультивибратор

В режиме мультивибратора. Микросхема ne555 генерирует импульсы прямоугольной формы. На (3) выводе output. Заданной частоты (периода) и также скважности.

Также его отличие от одновибратора состоит в том, что мультивибратор не требует внешнего запускающего импульса. Генерация происходит постоянно.

В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R1, R2 и конденсатор С. Время импульса (t1), время паузы(t2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам:
Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7.

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Недостатки NE555 — или ложка дегтя в …

У таймера ne555 есть маленькая особенность. Делитель напряжения которые находятся внутри микросхемы. Он же и задаёт фиксированный верхний и нижний порог срабатывания для двух компараторов. И в связи с тем что делитель напряжения нельзя исключить, а пороговым напряжением нельзя управлять. Это немного сужает область применения этого таймера так как нельзя подключить внешнее управление.

Но более существенная проблема в том что Таймер ne555 выполнен на биполярных транзисторах. Этот недостаток проявляется в момент перехода таймера. А точнее выходного каскада из одного состояния в другое. Каждое переключение сопровождается паразитным сквозным током, который в пике может достигать 400 мА. Что приводит к повышенному энергопотребления микросхемой. А также к увеличению выделения тепла. Проблема частично решается установкой полярного конденсатора ёмкостью до 0,1 мкФ между общим проводом и выводом управления (5). Это повышается стабильность работы таймера. И способствует при запуске устройства.

Так же, для повышения помехоустойчивости. Желательно в цепь питания установить неполярный конденсатор 1 мкФ.

Топ 25 устройств для самостоятельной сборки (Учимся паять и разбираться в электронике)⁠ ⁠

1) Светодиодная лампочка

Набор различных диодов, конденсаторов, резисторов и тд. для сборки и самостоятельной пайки энергосберегающей лампы по схеме. Стоит такой комплект 158 рублей. ссылка на источник.

2) Катушка Тэслы

Набор «собери сам» мини-катушка Tesla, детали для самостоятельной сборки. Стоит такая 118 рублей. ссылка

Комплект для сборки робота-жука, который умеет двигаться за счет вибрации. Стоит такой около 965 руб. ссылка

Простой DIY набор для пайки и сборки ручного мини-фонарика. Стоит такой набор 189 руб. ссылка

Комплект обучающий для сборки и пайки светодиодной гитары с различными регулировками. Стоит такой электронный комплект около 483 руб. Ссылка на источник

Комплект «сделай сам» — радио. Стоит такой около 950 руб. ссылка

Набор сборный FM радиоприемник. Стоит такой комплект 1420 руб. Ссылка

8) Электронный замок

Набор для опытных ‘электроников’ с навыками не только паять, но и программировать. Сборный электронный замок с паролем. Стоит такой около 950 руб. ссылка

Однокристальный компьютерный (калькулятор). Стоит такой набор для сборки около 800 руб. ссылка на источник

10) Мини-электронный замок

Простой электронный замок с паролем для сборки. стоит 122 рубля. ссылка

11) Генератор высокого напряжения

Набор для самостоятельной сборки. Стоит такой 120 руб. ссылка

Забавный электронно-механический конструктор для сборки. Стоит такой около 750 руб. ссылка

13) Bluetooth колонка

Блютуз колонка-динамик для сборки и пайки. Стоит такая около 950 руб. ссылка

Набор для самостоятельной сборки платы ретро-компьютера Sinclair ZX Spectrum Ленинград 48Кб Kit DIY. Стоит такой наборчик около 7500 руб. ссылка

Набор для сборки игровой приставки Тетрис на батарейках. Стоит около 1000 руб. ссылка

16) Электронные весы

Набор для сборки весов. Стоит такой около 1600 руб. ссылка на источник

17) Усилитель звука

Набор для сборки платы усилителя звука. Стоит такой набор около 970 руб. ссылка

Набор для сборки стильных электронных часов. Ссылка на источник

19) Ультразвуковой дальномер

Набор для сборки дальномера. ссылка

20) Светодиодная люстра

Набор для сборки светодиодного светильника с переливающимися разноцветными огоньками. ссылка

21) Анализатор спектра звука

Электронный анализатор звука для сборки и пайки. ссылка

Комплект для сборки светодиодного многофункционального светильника-карусели. ссылка на набор

Набор для сборки платы с микрофоном и индикаторами звука. ссылка на набор

24) Датчик радиосигналов

Небольшой набор со светодиодом-индикатором, сигнализирующий улавливание радиосигналов. ссылка

25) Робот автомобиль

Последний электронный набор для сборки, где потребуются не только знания в области электроники, но и навыки в программировании. ссылка на источник.

Полевой МОП-транзистор (MOSFET) — Что это?⁠ ⁠

Транзисторы со встроенным и индуцированным каналами

По своему принципу действия Полевые транзисторы полностью отличаются от Биполярных. О том как проверить полевые и биполярные транзисторы. Мы уже разбирали ранее. А сегодня пойдёт речь о принципе действия и работе полевых МОП-транзисторов (MOSFET)

Принцип действия полевых транзисторов совсем иной, чем биполярных. При протекании тока в полевом транзисторе участвуют только основные носители одного знака — только дырки или только электроны. Ток в них протекает только в одном слое или N проводимости или P. Отсюда и термин «униполярный».

В Биполярном транзисторе всё совсем по-другому. При протекание тока участвует полупроводники различных типов и N и P. Поэтому эти транзисторы называют биполярными (в них используются полупроводники обоих типов).

В полевом транзисторе величина протекающего тока регулируется зарядом (Электрическим полем) на затворе транзистора (а не током Базы, как в биполярном транзисторе). Отсюда происходит второе название — полевой транзистор.

МОП-транзистор (MOSFET)

По-настоящему широкое распространение полевые транзисторы получили лишь с появлением транзисторов с изолированным затвором. У таких транзисторов затвор представляет собой металлический слой, изолированный от полупроводникового канала тонкой диэлектрической пленкой. В названии таких транзисторов учтена их структура (металл — диэлектрик — полупроводник).

Наибольшее распространение получили кремниевые транзисторы, диэлектриком в которых является окисел (двуокись кремния), так называемые МОП-транзисторы (со структурой металл — окисел — полупроводник) (см. рис.1). Особенно широко МОП-транзисторы используются в интегральных схемах ввиду простоты технологии их изготовления и малой мощностью потребления. Имеется две разновидности МОП-транзисторов: со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В свою очередь, каждый из них может быть как с каналом п-типа (n-канальный), так и с каналом р-типа (р-канальный).

МОП-транзистор со встроенным каналом

На рис.1 приведена структура МОП-транзистора со встроенными каналами n-типа и схема включения с общим истоком. Исток и сток такого транзистора образованы сильно легированными n+ областями в относительно высокоомной подложке — кристалле p-типа. Между стоком и истоком технологическими приемами создается тонкий канал n-типа с большим сопротивлением из-за малой толщины канала. Такой транзистор называют МОП-транзистором со встроенным каналом. Канал между стоком и истоком покрыт пленкой диэлектрика – двуокиси кремния. На пленку диэлектрика наносится металлическая пленка М, являющаяся затвором. Длина канала составляет единицы мкм. Условное обозначение такого транзистора и схема его включения ОИ показаны на рис.1. При сильном упрощении принцип действия такого транзистора можно объяснить так:

1. При отрицательном напряжении на затворе Uз (относительно истока) электроны «отталкиваются» электрическим полем от поверхности (т.е. из канала) в глубь подложки, а дырки подходят из подложки к поверхности. Проводимость канала уменьшается.

МОП-транзистор со встроенным каналом

Такой режим называют режимом обеднения (как в унитроне).

При некоторой величине отрицательного напряжения на затворе, называемом напряжением отсечки Uотс, n-канал исчезает совсем. Остаются только сток и исток n+—типа и окружающая их подложка р-типа, с которой сток и исток образуют два встречно включенных р-п перехода. Ток стока при этом не протекает. Таким образом, МОП-транзистор со встроенным каналом в режиме обеднения подобен унитрону, только ток затвора в нем во много раз меньше.

2. При положительном напряжении на затворе электроны «вытягиваются» полем из подложки (в подложке электроны — неосновные носители) к поверхности, т.е. в канал. Электроны в канал поступают и из полуметаллических n+-слоев истока и стока. Дырки же «отталкиваются» полем в глубь подложки. Проводимость канала при этом увеличивается. Такой режим называют режимом обогащения (в унитроне он невозможен). На рис.2 приведены статические выходные (стоковые) характеристики МОП-транзистора со встроенным каналом n-типа. Они аналогичны характеристикам унитрона с той лишь разницей, что МОП-транзистор со встроенным каналом может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения. На рис.2 показаны затворно-стоковые характеристики (характеристики прямой передачи), отличающиеся от аналогичных характеристик унитрона использованием положительных (UЗИ > 0) и отрицательных (UЗИ < 0) напряжений на затворе, соответствующих режимам обогащения и обеднения соответственно.

МОП-транзистор с индуцированным каналом

Этот транзистор отличается только тем, что при изготовлении не получают проводящего канала между истоком и стоком (рис.3).

МОП-транзистор с индуцированным каналом

Сильно легированные области стока и истока n+-типа образуют с подложкой p-типа два встречно включенных p-n перехода, поэтому ток между стоком и истоком (Iс) при U3н≤0 протекать не может. Режим обеднения в этом транзисторе невозможен. При положительном напряжении затвора UЗ, под действием электрического поля электроны «вытягиваются» из р-подложки и из областей истока и стока к поверхности под затвором, а дырки отталкиваются в глубь подложки. При некотором положительном напряжении затвора, называемом пороговым Uпор, на поверхности под затвором концентрация электронов превышает концентрацию дырок, т.е. возникает (индуцируется) канал n-типа. Такой транзистор называют МОП-транзистором c индуцированным каналом. Условное обозначение такого транзистора и схема его включения показаны на рис.3. При увеличении напряжения затвора сверх порогового Uз>Uпор проводимость канала увеличивается, т.е. наступает режим обогащения. На рис.4 приведены статические входные (стоковые) характеристики МОП-транзистора с индуцированным каналом. Основное отличие этих характеристик от предыдущих обусловлено тем, что МОП-транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения (Uз>0) и имеет параметр – пороговое напряжение Uпор. На рис.4 показаны затворно-стоковые характеристики этого транзистора. МОП-транзисторы с индуцированным каналом проще в изготовлении, т.к. отсутствуют технологические операции по «встраиванию» канала. Они более перспективны для применения в микросхемах.

Катушка индуктивности своими руками (дроссель)

Всем доброго времени суток! Большинству электронных схем для правильной работы необходим постоянный ток. Однако выпрямительные устройства различных конструкций выдают напряжения, имеющие пульсирующую составляющую. Для уменьшения пульсаций между выпрямителем и нагрузкой ставят сглаживающий фильтр.

В современных схемах роль такого фильтра выполняет электролитический конденсатор большой ёмкости, параллельный нагрузке. Во многих случаях его вполне достаточно, особенно при питании цифровых схем.

Но при питании от емкостных фильтров аналоговых устройств или устройств с большим потребляемым током, импульсные помехи оказывают существенное влияние на работу устройства, а в особых случаях и выводит их из строя.

Поэтому в дополнение к конденсатору ставят дроссель, последовательно с нагрузкой, что значительно улучшает режим работы устройства. Данная статья посвящена расчёту дросселей сглаживающих фильтров.

Принцип работы дросселя фильтра

Сглаживающим дросселем или дросселем фильтра называется компонент электронной схемы, предназначенный для уменьшения переменной составляющей напряжения или тока на входе или выходе схемы. Он, как правило, состоит из замкнутого магнитопровода (сердечника) и одной обмотки. Обмотка дросселя включается последовательно с нагрузкой

Данный тип дросселя чаще всего входит в состав сложных многозвенных фильтров. Его действие основано на том, что активное сопротивление обмотки rдр намного меньше сопротивления нагрузки RН, а индуктивное сопротивление Хдр на частоте пульсаций f – намного больше, чем сопротивление нагрузки

Таким образом, представляя напряжение на входе дросселя Uвх как сумму постоянной U0 и переменной составляющей U

, можно сделать вывод, что практически вся постоянная составляющая будет приложена к нагрузке, а переменная составляющая – к дросселю.

Качество любого фильтра оценивают с помощью коэффициента сглаживания, который для сглаживающего дросселя определяется по выражению

Из данного выражения, по необходимой величине коэффициента сглаживания q можно определить требуемое значение индуктивности дросселя L.

Физические процессы в сердечнике дросселя

Как уже говорилось, сглаживающий дроссель представляет собой катушку с ферромагнитным сердечником, который значительно увеличивает магнитное поля, поэтому все характеристики дросселя определяются свойствами сердечника. В тоже время свойства сердечника зависят от тока IL, протекающего через дроссель. Данный ток можно представить в виде суммы постоянной составляющую I0 и переменной составляющей I

Ток, протекающий через дроссель фильтра.

В связи с этим можно выделить два параметра пульсирующего тока: амплитудное значение тока Imax и действующее значение тока I, которые определяются следующими выражениями

– соответственно амплитуда постоянной и переменной составляющей импульсного тока, протекающего через сглаживающий дроссель,

kф – коэффициент формы тока переменной составляющей.

Рассмотрим влияние пульсирующего тока на параметры сердечника. На рисунке ниже приведены кривые намагничивания сердечника для двух режимов: при отсутствии подмагничивания (I0 = 0) и с подмагничиванием постоянным током (I0 > 0).

На рисунке изображены кривые изменения индукции магнитного поля в сердечнике при его намагничивании синусоидальным током при двух режимах работы: без подмагничивания (кривая 1) и с подмагничиванием постоянным током I0 (кривая 2).

Как известно, при периодическом намагничивании сердечника магнитная индукция В изменяется не по основной кривой намагничивания, а по замкнутым кривым, называемым петлями перемагничивания (выделены красным цветом).

В первом случае, когда отсутствует подмагничивание, петля симметрична относительно основной кривой намагничивания (петля 1). В случае наличия тока подмагничивания I0, перемагничивание сердечника идёт по так называемым частным петлям перемагничивания (петля 2).

Частные петли перемагничивания характеризуются увеличенной площадью, что означает увеличение потерь в сердечнике (площадь ограниченная петлёй равна мощности потерь в сердечнике).

Кроме увеличения потерь при насыщении сердечника, происходит уменьшение магнитной проницаемости материала сердечника. Так как индуктивность дросселя L имеет прямую зависимость от магнитной проницаемости, то следовательно происходит снижение индуктивности.

Эквивалентная проницаемость вещества μе определяется из отношения между создаваемой магнитным полем индукцией В и напряженностью Н данного магнитного поля

• где ω – количество витков провода в обмотке,
• I – ток через дроссель.
• Индуктивность дросселя может быть определена по следующему выражению

1. где ω – количество витков провода в обмотке,
2. μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м,
3. μе – эквивалентная (относительная) магнитная проницаемость сердечника,
4. Sе – эквивалентная площадь поперечного сечения сердечника,
5. lе – эквивалентная длина магнитной линии сердечника.
6. lM – длина магнитной линии в сердечнике.

Дроссель фильтра с зазором в сердечнике

Для уменьшения падения магнитной проницаемости и индуктивности дросселя при увеличении подмагничивающего тока в сердечник дросселя вводят немагнитный зазор. Ниже представлены кривые намагничивания сердечника с зазором и без зазора.

Как видно из рисунка петля гистерезиса сердечника без зазора – это линия 1, а петля гистерезиса сердечника, имеющего немагнитный зазор – это линия 2.

То есть кривая 2 растягивается и поворачивается относительно нулевой координаты.

Таким образом сердечник дросселя при наличии зазора, характеристика намагничивания которого линейна, насыщается при относительно больших токах в обмотке, чем сердечник без зазора.

Отсюда можно сделать вывод, что при увеличении тока подмагничивания необходимо выбирать большую величину немагнитного зазора для увеличения индуктивности дросселя.

Возникает вопрос выбора длины немагнитного зазора в сердечнике. В одной из статей я рассказывал, как рассчитать эквивалентную магнитную проницаемость при наличии зазора. Здесь стоит обратная задача – рассчитать длину зазора по некоторой заданной проницаемости, выражение будет иметь вид

• где δ – длина немагнитного зазора, мм,
• le – эффективная длина магнитной силовой линии, мм,
• μe – эффективная магнитная проницаемость сердечника с зазором,

μr – относительная магнитная проницаемость материала сердечника. Так как величина магнитной проницаемости материала сердечника, значительно больше, чем требуемая проницаемость μe

Дроссели

Автором и правообладателем материалов размещенных на этом сайте является автор сайта http://www.comsoft.ru Изначально материалы размещены на сайте http://www.comsoft.ru/

Что такое дроссель?

Электрический дроссель — устройство, представляющее собой катушку индуктивности и предназначенное для ограничения переменной составляющей электрического тока.

Другими словами, если ток в электрической цепи содержит постоянную и переменную составляющие то дроссель, последовательно включенный в эту электрическую цепь, за счёт своей индуктивности и большого сопротивления для переменного тока, значительно его снижает, а на постоянную составляющую тока, влияет минимально, за счёт низкого сопротивления постоянному току.

Рис. 1 Типовая схема включения низкочастотного дросселя в фильтр анодного питания

Дроссели позволяют запасать электрическую энергию в магнитном поле. Типичное их применение — сглаживающие фильтры и различные селективные цепи. Их электрические характеристики определяются конструкцией, свойствами материала магнитопровода, его конфигурацией и числом витков катушки. При выборе дросселя следует учитывать следующие характеристики:

• требуемое значение индуктивности (Гн, мГн, мкГн, нГн);
• максимальный ток катушки;
• допуск (величину отклонения от исходного значения) индуктивности;
• температурный коэффициент индуктивности (ТКИ);
• активное сопротивление провода катушки дросселя;
• добротность дросселя, которая определяется на рабочей частоте как отношение индуктивного и активного сопротивлений;
• частотный диапазон катушки.

В зависимости от диапазона частот технически различаются высокочастотные и низкочастотные дроссели

Высокочастотные дроссели подразделяются на два типа:

• с постоянным значением индуктивности;
• с переменным значением индуктивности, за счет подстраиваемого ферромагнитного сердечника.

Первый тип применяется, как правило, во входных цепях телефонных аппаратов, в сглаживающих фильтрах, в цепях питания ВЧ аппаратуры. Второй тип катушек используется в резонансных цепях – ВЧ, трактах приемных и передающих устройств.

В ламповых усилителях звуковой частоты высокочастотные дроссели, применяются крайне редко. Как правило их использование может быть предопределено схемотехникой выходных каскадов, построенных на высокочастотных пентодах большой мощности, предрасположенных к самовозбуждению на радиочастотах.

Конструктивно дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойных или многослойных катушек. Конструкции дросселей высокой частоты показаны на рис. 2.

Для дросселей длинных (а, б) и средних (б, в) волн применяется секционированная многослойная намотка.

Дроссели для коротких (г) волн и для метровых (д) волн обычно имеют однослойную намотку — сплошную или с принудительным шагом. В качестве каркаса часто используются керамические стержни от сопротивлений ВС-0,5 и ВС-1,0.

Рис. 2 Конструктивно дроссели высокой частоты выполняются в виде однослойных или многослойных катушек

Высокочастотный дроссель можно изготовить самостоятельно, намотав необходимое количество витков, для получения нужной индуктивности на керамический или фторопластовый сердечник. Рассчитать необходимое количество витков можно по формулам, приведенным в разделе Индуктивности. Катушки с малой индуктивностью.

Лучше использовать, выпускаемые промышленностью ВЧ дроссели. Они имеют понятную яркую цветовую маркировку и отличаются высокой добротностью.

Рис. 2 Цветовая маркировка высокочастотных дросселей

Низкочастотные дроссели — предназначены для подавления низкочастотной составляющей переменного тока питающей сети и его гармоник. На рисунке 3, представлен низкочастотный дроссель, индуктивностью 3 Гн при токе подмагничивания 120 ma.

Рис. 3 Низкочастотный дроссель промышленного производства

Дроссели лучше, и проще всего использовать заводские, предпочтительнее от старых ламповых телевизоров Темп-6, Темп-6М, Темп-7, Рубин-102, Авангард, Беларусь, или других аналогичных по характеристикам старых телевизоров.

Но если стоит задача изготовить ламповый усилитель высокого качества и надёжности своими руками, то дроссель придётся рассчитать, по приведенной ниже методике, и изготовить его самостоятельно.

Принципиально новым подходом в современной ламповой схемотехнике, может оказаться требование обязательной настройки дросселей фильтра питания в резонанс на частоту 100 Гц. Это необходимо для повышения эффективности фильтрации выпрямленного напряжения.

Автором и правообладателем материалов размещенных на этом сайте является автор сайта http://www.comsoft.ru Изначально материалы размещены на сайте http://www.comsoft.ru/

Расчет низкочастотного дросселя для анодного источника питания

Дроссель — это важный элемент блока питания лампового усилителя.

Совместно с электролитическими конденсаторами, он входит в состав П – образного низкочастотного фильтра и становится незаменимым элементом в цепи анодного питания усилителя класса Hi-End.

В зависимости от мощностных характеристик усилителя и его качественных показателей, размеры дросселя могут сильно варьировать и доходить до половины размеров силового трансформатора.

Некоторые параметры, встречающиеся в расчетных формулах: F— частота, Гц; Sc — площадь сечения сердечника, кв.

см; Кс — коэффициент заполнения сердечника сталью; Sok — площадь сечения окна, кв.

см; Кок — коэффициент заполнения окна медью; Вт — максимальная индукция в сердечнике, Тл; J — плотность тока в проводах, А/кв. мм. I — постоянный ток в проводе обмотки дросселя, А.

Главный параметр дросселя — его постоянная времени, отношение индуктивности к сопротивлению обмотки L/R. Чем выше требуется эта величина, тем больше должны быть габариты магнитопровода, чтобы провод нужного диаметра и длины поместился в окне сердечника.

Индуктивность дросселя рассчитывается по уже известной формуле:

При неизменной степени постоянного подмагничивания индук­тивность получается максимальной при определенной длине немаг­нитного зазора lz. От величины этого зазора зависит эквивалентная магнитная проницаемость сердечника:

В присутствии постоянного подмагничивания lz уже не является независимой переменной. Ключевой величиной в расчете дросселей и трансформаторов является степень подмагничивания или количество погонных ампервитков (aw0).

Формула связи напряженности магнитного поля с инженерной величиной aw0, приведена ниже:

Предлагаемый алгоритм расчета основан на экспериментальном графике зависимости магнитной проницаемости от aw0 рисунок 4.

Рис. 4 Экспериментальный график зависимости начальной магнитной проницаемости от aw0

Эти графики соответствуют массовым маркам сталей. Высококачественная сталь имеет в несколько раз большую магнитную проницаемость, однако в большинстве случаев рассчитывать на это не приходится. На графике показана зависимость начальной (т. е. в Отсутствие переменного магнитного поля) магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля, выраженного в ампервитках на сантиметр.

В системе СИ напряженность измеряется в амперах на метр. Следует помнить, что точки на графике соответствуют разным зазорам. Более высокие напряженности требуют большего зазора. В начале расчета величины aw0 и, соответственно, μz не известны.

Количество витков в обмотках может быть получено методом последовательных приближений по формуле:

Для этого в формулу подставляются параметры трансформатора, требуемая индуктивность и пробная величина μпроб, по полученному количеству витков вычисляется степень подмагничивания aw0. По графику μ(aw0) находится μz, вместо графиков при машинных расчетах можно использовать аппроксимирующие уравнения:

Для горячекатанной стали Для холоднокатанной стали

Пробная μпроб корректируется и снова просчитывается количество витков. Эта процедура проделывается несколько раз до тех пор, пока изменение количества витков от просчета к просчету не будет незначительным (несколько процентов). В большинстве случаев достаточно двух-трех проходов.

Если новое значение больше старой μпроб, то μпроб следует увеличить так, чтобы она стала немного больше μz и наоборот. В конце расчета необходимо убедиться, что получившиеся L, N удовлетворяют требованию конструктивной реализуемости.

Для этого вычисляется максимальное сечение провода S, которое можно разместить в окне:

Плотность тока в медном проводнике обмотки дросселя, рассчитывается по формуле:

Если плотность тока J не превышает обычных 1,5—2 А/кв. мм, то расчет можно считать оконченным, так как не требуется точного соответствия сопротивления оболочки заданному. Количество витков не должно превышать 3500—4000.

При необходимости следует выбрать другой типоразмер магнитопровода и повторить расчет. При сборке намотанного дросселя необходимо уложить в зазор немагнитную прокладку нужной толщины. Точное соблюдение и подбор величины зазора необходимо только для выходных трансформаторов.

Для дросселей вполне достаточно точности эмпирической формулы, приведенной ниже. Величина зазора рассчитывается в мм:

Намотка катушек дросселей не имеет особенностей. В большинстве случаев (для дросселей блоков питания) нет необходимости даже в межслоевой изоляции. Обмотка обычно находится под высоким потенциалом, поэтому она должна быть хорошо изолирована от сердечника.

Пропитка дросселей, как правило, необходима, чтобы избежать гудения.

Результаты расчета дросселя на очень распространенном и дешевом сердечнике от выходного трансформатора лампового телевизора Ш 16×25 с размером окна 16 х 40 мм, приведены в таблице №1:

Таблица №1

Sc	4 kb. cm
Sok	3,84 kb. cm
Lc	10,6 cm
L0	12,84 cm
Kok	0,34
I0	120 mA
aw	29,4
μz	171,8
N	2600 вит
L	5,51 Гн
D	0,25 мм
R	116,3 0м
P	1,67 Вт
lz	0,25 мм

Дроссель: принцип работы устройства, характеристики, назначение и виды

Основные понятия в электронике

Родоначальником открытия электричества считается английский физик Уильям Гилберт. В 1600 году он ввёл понятие «янтарность», что в переводе обозначает электричество.

Ученым было обнаружено на опытах с янтарем, что если его потереть о шёлк, он приобретает свойства притягивать к себе другие физические тела. Так было открыто статическое электричество. Первая электрическая машина была создана немецким инженером Отто фон Герике.

Агрегат выглядел в виде металлического шеста с надетым на его верхушку серным шаром.

Последующие годы ряд физиков и инженеров из различных стран исследовали свойства электричества, открывая новые явления и изобретая приборы.

Наиболее выдающимися учёными, которые внесли весомый вклад в науку, считаются Гальвани, Вольт, Эстред, Ом, Фарадей, Герц, Ампер.

Признавая важность их открытий, фундаментальные величины, характеризующие различные электрические явления, назывались их именами.

Так было обнаружено, что электрический заряд — это способность физических тел создавать вокруг себя особое поле, оказывающее воздействие на другие вещества. Электричество связано с магнетизмом, который влияет на положение электронов, являющихся элементарными частицами тела. Каждая такая частица обладает определённой энергией (потенциалом) и может перемещаться по телу в хаотично.

Придание же электронам направленного движения приводит к возникновению тока. Работа, затраченная на перемещение элементарной частички, называется напряжением. Если ток течёт в замкнутой цепи, то он создаёт магнитное поле, то есть силу, действующую на электроны.

Все вещества разделяются на три типа:

• проводники — это тела, свободно пропускающие через себя ток;
• диэлектрики — в этих телах невозможно появление свободных электронов, а значит, ток через них протекать не может;
• полупроводники — материалы, свойство которых пропускать ток зависит от внешних факторов, например, температуры.

Характеристикой, обозначающей способность тела проводить ток, называется проводимость, а величина обратная ей — сопротивлением.

Активное сопротивление

Активное сопротивление представляет собой величину, препятствующую прохождению тока и равную отношению разности потенциалов к силе тока (закон Ома). Его сущность объясняется тем, что в кристаллической решётке различных физических тел содержится разное число свободных носителей зарядов. Кроме этого, сама структура может быть неоднородной, то есть содержать примеси или дефекты. Электроны, перемещаясь под действием поля, сталкиваются с ними и отдают часть своей энергии кристаллам тела.

В результате таких столкновений частички теряют импульс, а сила тока уменьшается. Рассеиваемая электрическая энергия превращается в тепло. Элементом, использующим естественные свойства физического тела, является резистор.

Что же касается дросселя, то его активное сопротивление считается паразитным, вызывающим нагревание и ухудшение параметров. Зависит оно от типа материала и его физических размеров.

Определяется по формуле R = p * L / S, Ом, где:

• p — удельное сопротивление (справочная величина), Ом*см;
• L — длина проводника, см;
• S — площадь поперечного сечения, см2.

Ёмкостная составляющая

Любой проводник тока в разной мере имеет свойство накапливать электрический заряд. Эта способность называется ёмкостью элемента.

Для одних радиодеталей она считается вредной составляющей (в частности, для дросселя), а для других — полезной (конденсатор). Относят это понятие к реактивному сопротивлению.

Его величина зависит от вида подаваемого сигнала на элемент и ёмкости материала, из которой он сделан.

Математически реактивное сопротивление описывается выражением Xc = 1/w*C, где:

• w — циклическая частота, скалярная угловая величина, определяющаяся числом колебаний сигнала за единицу времени (2*p*f), Гц;
• C — ёмкость элемента, Ф.

Паразитная составляющая ёмкости проявляется и в образовании собственного резонанса изделия, так как дроссель на эквивалентной схеме можно представить в виде последовательной цепочки индуктивности и конденсатора.

Такое включение создаёт колебательный контур, работающий на определённой частоте. Если частота сигнала будет ниже резонансного значения, то преобладать будет индуктивная составляющая, а если выше — ёмкостная.

• Поэтому существенной задачей изготовления дросселя в электронике считается увеличение собственного резонанса конструкции.

Индуктивность и самоиндукция

Электрическое поле неразрывно связано с магнитным. Там, где существует одно, неизменно появляется и второе.

Индуктивность — это физическая величина, характеризующаяся накоплением энергии, но в отличие от ёмкости эта энергия является магнитной. Её величина зависит от магнитного потока, образованного силой тока, протекающего через радиоэлемент.

Чем больше ток, тем сильнее магнитный поток пронизывает изделие. Интенсивность накопления элементом энергии зависит от этого потока.

Математическая формула нахождения индуктивности — L = Ф/ I, где:

• Ф — магнитный поток, Вб;
• I — сила тока, текущая через элемент, А.

Индуктивность измеряется в генри (Гн). Таким образом, катушка индуктивности в момент протекания через неё тока создаёт магнитный поток равный одному веберу (Вб).

Сопротивление, оказываемое индуктивностью, во многом зависит от частоты приложенного сигнала. Для его расчёта используется выражение XL = w*L. То есть для постоянного тока она равна нулю, а для переменного — зависит от его частоты. Иными словами, для высокочастотного сигнала элемент будет обладать большим сопротивлением.

Физический процесс, наблюдаемый при прохождении переменного тока через индуктивность, можно описать следующим образом: в течение первой декады сигнала (ток возрастает) магнитное поле усиленно потребляет энергию из электрической цепи, а в последней декаде (ток убывает) отдаёт её обратно, поэтому за период прохождения тока мощность не потребляется.

Но эта модель подходит к идеальному элементу, на самом же деле некоторая часть энергии превращается в тепло. То есть происходят потери, характеризующиеся добротностью Q, определяемую отношением получаемой энергии к отдаваемой.

При изменении тока, текущего через проводник в контуре, возникает электродвижущая сила индукции (ЭДСИ) — самоиндукция.

Другими словами, переменный ток изменяет величину магнитного потока, который приводит в итоге к появлению ЭДСИ. Проявляется этот эффект в замедлении процессов появления и спадания тока.

Амплитуда самоиндукции пропорциональна величине тока, частоте сигнала и индуктивности. Её отставание по фазе от сигнала составляет 90 градусов.

Принцип работы

По своей сути электрический дроссель — это индуктивность. Он способен накапливать энергию, получая её из магнитного поля. При воздействии на элемент напряжения в нём постепенно происходит увеличение тока, при этом если сменить полярность — ток начнёт убывать, т. е. резко изменить значение тока в дросселе невозможно.

Постепенное нарастание величины тока и его спад происходит из-за магнитного поля, которое не может мгновенно изменить своё направление. Другими словами, ток блока питания противодействует наведённому току в сердечнике изделия, поэтому в цепях с током переменой частоты он является своего рода ограничителем из-за индуктивного сопротивления.

По своей конструкции дроссель чем-то похож на трансформатор, но при этом чаще всего у него одна обмотка. А вот их принципы действия полностью отличаются.

Если для трансформатора важно передавать всю энергию и гальванически развязывать цепь, то главной задачей стоящей перед дросселем является накапливание энергии в индуктивности.

В то же время для трансформатора такое накопление считается паразитным процессом.

Устройство прибора

Выполняется этот элемент из проволочного вида проводника, наматываемого в виде спирали. Этот проводник может быть как многожильным, так и одножильным.

Проволока может наматываться на диэлектрический каркас или использоваться без него. Если применяется основание, то оно может быть выполнено круглым, прямоугольным или квадратным сечением.

Физически же дроссель состоит из одного или множества витков проводника.

При изготовлении дросселя используются следующие разновидности намотки:

• прогрессивная — шаг витков плавно изменяется по всей длине конструкции;
• универсальная — расстояние между витками одинаковое.

Увеличение индуктивности достигается путём добавления ферромагнитного сердечника.

В зависимости от назначения устройства используют разные его виды, например, для подавления высокочастотных помех — феррит, флюкстрол или карбонил, для фильтрации звуковой частоты — пермаллой.

В то же время для дросселя, работающего со сверхвысокими частотами, применяют латунь. Магнитопровод рассчитывается так, чтобы избежать режима насыщения (падения индуктивного сопротивления).

Чтобы избежать насыщения в дросселях, магнитопровод изготавливается с зазором. При изготовлении дросселя стараются обеспечить:

• необходимую индуктивность;
• величину магнитной индукции, исключающую насыщение;
• способность выдерживать необходимый ток.

Для этого обычно сначала рассчитывается зазор и число витков исходя из силы тока и индуктивности, а после определяется максимально возможный диаметр проволоки. В цифровых малогабаритных устройствах дроссель изготавливается в плоском виде. Достигается это путём печатания проводниковой дорожки в виде круговой или зигзагообразной линии.

Виды и характеристики

Главной характеристикой дросселя, безусловно, является индуктивность. Но, кроме неё, существует ряд номинальных параметров, характеризующих элемент как изделие. Именно они определяют возможности использования устройства и его срок службы. Основными из них являются:

1. Мощность — определяется типом сердечника и поперечным сечением провода. Обозначает величину сигнала, которую может выдержать дроссель. Единицей измерения служит ватт.
2. Добротность и угол потерь — характеризуют качество устройства. Чем больше добротность и меньше угол, тем выше качество.
3. Частота тока — f, Гц. В зависимости от неё дроссели разделяют на низкочастотные, имеющие границы колебаний 20−20 000 Гц, ультразвуковые — от 20 до 100 кГц и сверхвысокие — больше 100 кГц.
4. Наибольшее допустимое значение тока — I, А.
5. Сопротивление элемента в неподключенном состоянии — R, Ом.
6. Потери в магнитопроводе — P, Вт.
7. Вес — G, кг.

Современная промышленность изготавливает электромагнитные дроссели, отличающиеся не только по характеристикам, но и по видам. Они выпускаются цилиндрической, квадратной, прямоугольной и круглой формы. А также они различаются по типу цепи, для которой предназначены, и могут быть однофазными или трёхфазными.

Условно дроссели можно разделить на три типа:

1. Сглаживающие. Используются для фильтрации переменной составляющей сигнала, уменьшая её значение. Такие элементы ставятся на входе или выходе выпрямительных или преобразующих части схем.
2. Переменного тока. Ограничивают его величину при резком скачке.
3. Насыщения. Управляют индуктивным сопротивлением за счёт периодического подмагничивания.

Маркировка и обозначения

Цифры указывают на значение индуктивности, а буква — на допуск. Например, код 250 J обозначает индуктивность, равную 25 мкГн с погрешностью в пять процентов. Когда на маркировке стоит только число, то это значит, что допуск составляет 20%. Таким образом, первые две цифры обозначают числовое значение в микрогенри, а третья — множитель. Буква D ставится на высокоточных изделиях, их погрешность не превышает 0,3%.

Цветовая маркировка, в принципе, соответствует буквенно-цифровой, но только наносится в виде цветных полос. Первые две указывают на значения в микрогенри, третья — коэффициент для умножения, а четвёртая — допуск. Индуктивность дросселя, на котором изображены две оранжевые полосы, коричневая и белая, равна 33 мкГ с разрешённым отклонением в 10%.

Область применения

Отвечая на вопрос, зачем нужен дроссель, можно с уверенностью сказать, что основное его применение — это фильтры. Ни один качественный источник питания не обходится без этого простого элемента. Его применение позволяет избавиться от пульсаций напряжения, которые вызывают нестабильность в работе многих устройств — материнской платы, видео- и звуковых карт и т. п.

Сглаживание формы сигнала путём устранения его паразитной составляющей обеспечивает стабильную работу микропроцессорных блоков, особо зависящих от качества питающего их напряжения.

Кроме того, используя свойство элемента накапливать энергию, а потом её отдавать в цепь, дроссель нашёл своё применение в люминесцентных лампах.

Такие осветители работают на принципе возникновения дугового разряда, поддерживающегося в парах инертного газа.

Для того чтобы он возник, между электродами необходимо появление высокого пускового напряжения, способного пробить газовый диэлектрик. Благодаря дросселю такой разряд и создаётся.

Их также используют и в усовершенствованных осветительных приборах — индукционных лампах. Отличие таких светильников от люминесцентных заключается в отсутствии электродов, необходимых для зажигания. Для получения света используются три составляющие — электромагнитная индукция, разряд в газе, свечение люминофора.

Стоит отметить и ещё одно из применений дросселя — сварочный трансформатор. Здесь основное назначение радиоэлемента заключается в стабилизации тока. Сварочный дроссель, установленный в инверторе, смещает фазу между током и напряжением. Такое его использование упрощает розжиг электрода и поддерживает стабильное горение дуги.

Способность элемента создавать магнитное поле зачастую применяется в электромагнитах, отличающихся большой мощностью, а также в различных электромеханических реле, электродвигателях и даже генераторах.

Самостоятельное изготовление

Для самостоятельного изготовления дросселя необходимо правильно рассчитать его конструкцию.

Для этого используется простая формула расчёта индуктивности: L=0,01*d*w 2 /(L/d+0,44), где d — диаметр основания (см), L — длина проволоки (см), w — количество витков.

При этом если имеется мультиметр с возможностью изменения индуктивности, то точное количество витков можно подобрать, используя его.

Метод намотки при использовании этой формулы предполагает укладку виток к витку. Например, необходимо подобрать магнитопровод для дросселя с индуктивностью один мкГн, рассчитанный на ток I = 4A. Берется сердечник 2000 НМ типоразмера К 16 х 8 х 6.

Согласно справочнику коэффициент начальной индуктивности — ALH = 1,36 мкГн, а длина магнитного пути — le= 34,84 мм. Соответственно, число витков будет N= (L/ALH)0,5= (1/1,36)0,5 = 0,86.

Если принять N=1, то при заданном токе напряжённость магнитного поля в сердечнике будет равна Н= 4*1/(34,84*10−3)= 114 А/м.

Таким образом, дроссель представляет собой катушку, которая характеризуется индуктивностью. Благодаря своим свойствам он может накапливать магнитную мощность, после отдавая её в цепь в виде электрической энергии. При этом использование элемента позволяет также подавлять переменную составляющую тока в цепи.

Изготовление самодельного дросселя для полуавтомата

В самом простом виде дроссель — это катушка из толстого медного провода, намотанного на магнитный сердечник, которая включается в выходную цепь сварочного аппарата последовательно с электродом.

Дроссель для полуавтомата необходим для сглаживания токовых пульсаций, которые возникают при краткосрочных изменениях входного напряжения и мгновенных коротких замыканиях на электроде. При выполнении полуавтоматической сварки без этого устройства высока вероятность возникновения дефектов сварного шва, т. к.

при таких отклонениях в электрических параметрах проволока продолжает подаваться с неизменной скоростью.

Дроссель для полуавтомата по силам изготовить любому домашнему мастеру.

Его расчет производится очень укрупненно (в основном, в части сечения проводов), а параметры самодельного дросселя подбираются регулировкой зазора сердечника в процессе пробных включений полуавтомата на разных режимах.

Тем не менее, все же желательно иметь хотя бы общие представления об основных электротехнических принципах, лежащих в основе работы этого устройства, а также о конструктивных особенностях его изготовления.

Рисунок 1 — Дроссель для полуавтомата

Принцип работы

Работа дросселя сварочного полуавтомата основывается на так называемом «первом законе коммутации», согласно которому в катушке индуктивности ток мгновенно измениться не может.

В очень упрощенном виде можно сказать, что дроссель выступает в роли своеобразного накопителя энергии, но в отличие от конденсатора он аккумулирует не напряжение, а ток. При прохождении через катушку поток электронов порождает магнитное поле, величина которого зависит не только от силы тока, но и от параметров сердечника.

Путем регулирования зазора между его элементами можно управлять величиной магнитного потока и таким образом регулировать индуктивное сопротивление дросселя.

Величина индуктивности дросселя непосредственно влияет на скорость увеличения силы тока при коротком замыкании. При этом она напрямую зависит от сварочного режима полуавтомата и диаметра проволоки.

В случае использования тонкой проволоки требуются более быстрое нарастание тока и, соответственно, меньшая индуктивность, чем при применении толстой проволоки.

К примеру, при уменьшении диаметра проволоки в полтора-два раза индуктивность понижается в 2,5–3 раза.

Предназначение дросселя

Сварка с применением полуавтомата производится постоянным током отрицательной полярности на проволоке, толщина которой варьируется в пределах 0.5÷3.0 мм. Чем меньше ее диаметр, тем ниже значение сварочного тока и тем стабильнее горение дуги. Во время сварочного процесса расплавленный металл проволоки поступает в сварочную ванну в виде непрерывного потока капель.

Этим обеспечивается стабильность дуги и качество сварочного шва. При краткосрочном образовании непрерывного потока металла возникает ток короткого замыкания, а при разрывах происходит его резкое уменьшение.

Если в выходную схему полуавтомата включен дроссель, то в первом случае он препятствует мгновенному росту тока, а во втором — компенсирует падение его величины за счет «запасенной» энергии.

Рисунок 2 — Схема полуавтомата

В сварочных полуавтоматах применяют дроссели с фиксированной, ступенчатой (см. рис. выше) или регулируемой индуктивностью. Первый тип применяется при сварке на постоянных режимах, во втором случае дроссель выполнен с несколькими отводами, а в третьем индуктивность регулируется изменением величины зазора в магнитопроводе или механическим перемещением сердечника.

При нестабильном источнике внешнего питания наилучшим вариантом для полуавтомата является регулировка зазором, так как она позволяет опытным путем подбирать сварочный режим с устойчивой дугой и без разбрызгивания металла.

А оптимальный метод решения проблемы стабильности и качества сварочного процесса — это использование в полуавтомате дросселя в сочетании со схемой вольтодобавки на входном трансформаторе.

Как рассчитать сечение провода обмотки

Для расчета сечения и выбора подходящего провода в первую очередь необходимо определить предельную плотность тока. Ее величина зависит от материала проводника и временно́го режима работы полуавтомата, который определяется паспортным значением параметра ПН (ПВ) — продолжительности нагружения. Формула расчета плотности тока по величине ПН выглядит так:

Здесь Jп — плотность тока в А/мм² для заданной в процентах величины ПН, а J — при долговременных режимах.

Для медных проводников трансформаторов и дросселей J обычно принимают равной 3,5 А/мм².

При использовании алюминиевых проводов необходимо применять понижающий коэффициент 1,6 (см. таблицу).

ПН (%)JпПН (%)JпПН (%)Jп

Медь	20	7.8	40	5.5	60	4.5
Алюминий	4.9	3.5	2.8

Чтобы определить сечение провода (S) для намотки дросселя полуавтомата, необходимо паспортное значение максимального тока (I max) разделить на Jп. К примеру при I max=150 А и ПН=40% сечение медного провода будет равно 27 мм². Точный тип проводника (провода или шинки) выбирается по справочнику с округлением в большую сторону.

Вычисление количества витков производится по формуле с использованием габаритов сердечника, которые также определяются расчетным путем. Но народные умельцы всего этого, как правило, не делают, т. к.

собирают дроссель для полуавтомата на основе имеющегося в наличии магнитопровода. Обычное количество витков у такого изделия при токе 150–200 А — несколько десятков (40÷60). В отличие от величины сечения ошибка здесь не очень критична.

В худшем случае она может привести к тому, что качество сварки не улучшится.

Что потребуется для изготовления

Для того чтобы изготовить дроссель для полуавтомата своими руками, в первую очередь следует сделать требующиеся расчеты, а затем подготовить необходимые материалы и инструмент. В процессе работы потребуются:

• паяльник (от 100 Вт) с принадлежностями;
• слесарные тиски;
• пассатижи, круглогубцы, молоток и пр.;
• сердечник и корпус катушки;
• гетинакс (или подобное) для зазоров;
• лакоткань;
• киперная лента;
• эпоксидка или клей;
• медный или алюминиевый провод (или шинка);
• две клеммы под винт.

Кроме того, необходим брусок для закрепления корпуса катушки, а также кусочки любого пластика или дерева для ее расклинивания.

Пошаговая инструкция по сборке дросселя своими руками

Для изготовления сварочного дросселя не требуется никаких схем или чертежей. Все достаточно понятно и очевидно, нужно только знать, сколько витков и каким проводом предстоит намотать.

В качестве сердечника можно использовать любой набор трансформаторного железа, вплоть до пакета прямоугольных пластин. Однако наилучшим вариантом будет использование сердечника типа ПЛ, т. к.

он собирается из двух монолитных С-образных половинок и зазоры между ними можно использовать для регулировки индуктивности будущего дросселя.

Такие сердечники массово использовались и применяются в блоках питания радиоаппаратуры еще с советских времен. Поэтому найти старый трансформатор (например, типа ТС) мощностью 200–300 Вт, наверное, не будет очень сложной задачей. Очень удобно для регулировки зазора еще и то, что такой сердечник стягивается специальным хомутом с винтовым соединением (см. рис. ниже).

Провод или шинку можно использовать любые (но лучше все-таки медные), главное, чтобы сечение соответствовало расчетному.

Намотка и установка дросселя

При разборке старого трансформатора необходимо очень аккуратно снять катушки, освободить их от проводов и зачистить до блеска место соединения половинок сердечника. Далее последовательность действий выглядит так:

1. Надеть катушку на деревянный брусок, закрепить его тиски и намотать на катушку в один-два слоя киперную ленту, а поверх нее — лакоткань. Затем аккуратно, виток к витку, намотать первый слой проводов (получится около 8–12 витков в зависимости от толщины и зазоров). Действовать надо очень осторожно, т. к. провода жесткие, а катушка сделана из тонкого и хрупкого гетинакса.
2. Поверх первой слоя витков намотать лакоткань, предварительно промазав ее лаком. Классический вариант – это бакелитовый лак, но можно взять и любой другой, например паркетный. Намотать второй слой витков, также укрыть его лаком и лакотканью. Аккуратно отогнуть выходной конец.
3. Все то же самое сделать со второй катушкой, затем обе их тщательно просушить. Подготовить две пластинки гетинакса (или другого изолирующего пластика) толщиной 1–2 мм по размеру стыка половинок сердечника.
4. Надеть на одну из половинок сердечника обе катушки, уложить изолирующие прокладки и вставить вторую половину. Тщательно стянуть сердечник хомутом.
5. Соединить катушки последовательно скруткой с пайкой или винтом (предварительно залудив), а затем место соединения изолировать.
6. Концы катушек, предназначенные для подключения, зафиксировать на хомуте, а затем припаять к ним клеммы.

При проверке дросселя с полуавтоматом необходимо попробовать его в разных режимах, и в зависимости от ситуации увеличить или уменьшить индуктивность, заменяя прокладки в зазоре сердечника.

В известной книге В. Я. Володина «Современные сварочные автоматы своими руками» приводится классический расчет количества витков в обмотке дросселя.

Для домашнего мастера подошел бы более упрощенный вариант определения числа витков, пусть даже их число будет приблизительным.

Если кто-то знает источники с такими методиками или сам может описать, как это сделать, поделитесь, пожалуйста, в х к статье.

Катушки индуктивности своими руками

Для того, чтобы создать магнитное поле и сгладить в нем помехи и импульсы, используются специальные накопительные элементы. Катушки индуктивности в цепи переменного тока и постоянного применяются для накопления определенного количества энергии и ограничения электричества.

Конструкция

Главное назначение катушек индуктивности ГОСТ 20718-75 – это накопление электрической энергии в пределах магнитного поля для акустики, трансформаторов и т. д. Их используют для разработки и конструирования различных селективных схем и электрических устройств. От конструкции (материала, количества витков), наличия каркаса зависит их функциональность, размеры и область использования. Изготовление устройств производится на заводах, но можно сделать их самостоятельно. Самодельные элементы несколько уступают по надежности профессиональным, но обходятся в разы дешевле.

Фото — схема

Каркас катушки индуктивности выполняется из диэлектрического материала. На него наматывается изолированный проводник, который может быть как одножильным, так и многожильным. В зависимости от типа намотки, они бывают:

1. Спиральными (на ферритовом кольце);
2. Винтовыми;
3. Винтоспиральными или комбинированными.

Примечательной особенностью катушки индуктивности для электрических схем является то, что её можно намотать как в несколько слоев, так и нированно, т. е., с обрывками Если используется толстый проводник, то элемент может обматываться без каркаса, если тонкий – то только на рамку. Эти каркасы катушек индуктивности бывают различного сечения: квадратные, круглые, прямоугольные. Полученная намотка может вставляться в специальный корпус какого-либо электрического устройства или использоваться в открытом виде.

Фото — конструкция самодельного элемента

Для увеличения индуктивности используются сердечники. В зависимости от назначения элемента, варьируется используемый материал стержня:

1. С ферромагнитным и воздушным сердечником применяются при высоких частотах тока;
2. Стальные используются в условиях низкого напряжения.

Вместе с этим, в электротехнике активно используются индуктивные классические катушки без сердечника, которые можно сделать своими руками при помощи намотки на немагнитный контур.Такие устройства имеют некоторые преимущества перед «сердечными». У них большая линейность импеданса. Но, у тороидальной модели намотка на немагнитный каркас способствует появлению паразитной емкости.

Исходя из принципа работы, бывают такие типы:

1. Контурные. Преимущественно используются в радиотехнике для создания колебательных контуров платы, работают вместе с конденсаторами. Для соединения используется последовательное подключение. Это современный вариант плоской контурной катушки Тесла;
2. Вариометры. Это высокочастотные перестраиваемые катушки, индуктивностью которыми можно при необходимости управлять при помощи дополнительных устройств. Они представляют собой соединение двух отдельных катушек, при этом, одна подвижна, а вторая нет;
3. Сдвоенные и подстроечные дроссели. Основные характеристики этих катушек: малое сопротивление постоянному току и высокое переменному. Дроссели изготавливаются из нескольких катушек, соединенных обмотками между собой. Их часто используют в виде фильтра для различных радиотехнических приборов, устанавливают для контроля помех в антенны и т. д.;
4. Трансформаторы связи. Их конструктивной особенностью является то, что на одном стержне установлено от двух и более катушек. Они используются в трансформаторах для обеспечения определенной связи между отдельными компонентами устройства.

Маркировка катушек индуктивности определяется по количеству витков и цвету корпуса.

Фото — маркировка

Принцип действия

Схема работы катушек индуктивности активного действия основан на том, что каждый отдельный виток намотки пересекается с магнитными силовыми линиями. Этот электрический элемент необходим для того, чтобы извлекать электрическую энергию из источника питания и преобразовывая её сохранять в виде электрического поля. Соответственно, если ток цепи увеличивается – то расширяется и магнитное поле, но если он уменьшается – поле будет неизменно сжиматься. Эти параметры также зависят от частоты и напряжения, но в целом, действие остается неизменным. Включение элемента производит сдвиг фаз тока и напряжения.

Фото — принцип работы

Помимо этого, индуктивные (каркасные и бескаркасные) катушки обладают свойством самоиндукции, его расчет производится исходя из данных номинальной сети. В многослойной и однослойной обмотке создается напряжение, которое противоположно напряжению электрического тока. Это называется ЭДС, определение электродвижущей магнитной силы зависит от показателей индуктивности. Её можно рассчитать по закону Ома. Стоит отметить, что независимо от напряжения сети, сопротивление в катушке индуктивности не изменяется.

Фото — соединение отдельных выводов элементов

Связь индуктивности и понятия (изменения) ЭДС можно найти по формуле ε_c = — dФ/dt = — L*dI/dt, где ε – это значение ЭДС самоиндукции. И если скорость изменения электрической энергии будет равна dI/dt = 1 A/c, то и L = ε_c.

Видео: расчет катушки индуктивности

Вычисление

Основные характеристики катушки индуктивности: добротность, индуктивность, потери, резонанс, паразитарная емкость и ЭДС. Также прибор зависит от ТИК – температурного коэффициента.

Для того чтобы рассчитать различные параметры, используются специальные физические формулы. К примеру, простейший колебательный контур состоит из катушки и конденсатора, он рассчитывается по следующей формуле:

Формула — формула колебательного контура

Где L – это сам элемент, накапливающая магнитную энергию.

В это же время, период свободных колебаний этого контура вычисляется по:

Формула — период свободных колебаний

Где C – это конденсатор, реактивный элемент схемы, отдающий накапливающий электрическую энергию конкретной цепи. Величина индуктивного сопротивления в такой цепи вычисляется по X_L = U/I. Здесь X – это емкостное сопротивление. При расчете резистора в пример вставляются основные параметры этого элемента.

Индуктивность соленоида определяет формула:

Формула — индуктивность катушки-соленоида

Помимо этого, уровень индуктивности имеет определенную зависимость от температуры на плате. Параллельное подключение нескольких деталей, изменение плотности и размеров витков обмотки и прочие параметры влияют на основные свойства этого элемента.

Фото — зависимость от температуры

Чтобы узнать параметры катушки индуктивности, можно использовать различные методы: измерить мультиметром, испытать на осциллографы, проверить отдельно амперметром или вольтметром. Эти варианты очень удобны тем, что в них в качестве реактивных элементов применяются конденсаторы, электропотери которых очень малы и могут не учитываться в расчетах. Иногда с целью упростить задачу применяется специальная программа расчета и измерения нужных параметров. Это позволяет значительно упростить выбор нужных элементов для схем.

Купить катушки индуктивности (SMD 150 мкГн и другие) и провода для их намотки можно в любом электротехническом магазине, их цена варьируется от 2 долларов до нескольких десятков.