Cel mai simplu tip de bobină (fig. 3.1.) contine un singur strat de sîrmă – de ex. din cupru emailat (CuEm) – bobinată spiră lîngă spiră, pe o carcasă tubulară, fără miez magnetic.
Fig. 3.1. Bobină cilindrică, monostrat.
Notînd:
2r [cm] = diametrul exterior al carcasei;
n = numarul de spire bobinate;
l [cm] = lăţimea bobinajului pe carcasă.
se demonstrează (cu condiţia ca l>0,8 r), că inductivitatea L a bobinei este dată, aproximativ, de relaţia:
L [μH] ≈ 0,3937r2n2/9r+10l (= L0 — inductanţa bobinei monostrat).
Valorile L maxime ce se pot obţine cu astlel de bobine nu depăşesc 300 μH.
Bobinajele monostrat prezintă rezistente de curent continuu, inductivităţi şi capacităţi parazite reduse. Ele pot fi atît cilindrice, cît şi toroidale sau „în dublu D”. În primul caz, cuplajele magnetice parazite sînt importante (perturbînd funcţionarea altor componente şi modificînd inductivitatea proprie), dar în celelalte cazuri cîmpul magnetic de dispersie este mult mai redus. Bobinele monostrat realizate cu spire distanţate (conductorul putînd fi neizolat în acest caz), au un factor de calitate Q ridicat (150… 400) şi sînt deosebit de stabile. Bobinele monostrat asigură inductante de pînă la 200 … 300 μH, pentru valori mai mari fiind necesare bobinele multistrat.
Un alt tip constructiv de bobină fără miez magnetic (fig. 3.2) — permiţînd obţinerea unor inductivităţi mari în volum mic — conţine mai multe straturi de sîrmă, suprapuse şi avînd — fiecare — spirele bobinate una lîngă alta.
Fig. 3.2. Bobină cilindrică multistrat (pe carcasă cu flanşe)
Conductorul utilizat trebuie să fie în acest caz — în mod obligatoriu — izolat (cu email, uneori şi cu mătase).
Carcasa — în general tubulară — este prevăzută la extremităţi cu flanşe pentru evitarea alungării spirelor bobinate. Ordinea bobinării spirelor şi straturilor este indicată prin numerele 1 … 36 (pentru exemplul din figură).
Dacă a, b, c (în cm) sînt dimensiunile geometrice menţionate, iar n=numărul spirelor bobinate (în total), inductivitatea L a bobinei este dată de relaţiile:
L[μH] = 0,3150a2n2/6a+9b+10c
— pentru bobine scurte (la care a≈b≈c)
L [μH] = L0 – 0,0127n2ac/b * (0,693+B)
— pentru bobine lungi (la care a=b=c)
S-au notat:
L0= inductanţa bobinei monostrat (cu aceiaşi r, l, n)
B= factor ae corecţie (0 … 0,32), dat în grafice tn funcţie de raportul b/c [15].
Bobinajele multistrat spiră lingă spiră se caracterizează prin capacitate distribuită mare şi pericol de străpungere a izolaţiei (în cazul spirelor de la extremitatea straturilor, acolo unde diferentele des potenţial pot fi relativ mari). Pentru reducerea pericolului de străpungere se pot introduce, între straturi, folii izolatoare (din material plastic, hîrtie de condensator etc.) — deşi, astfel, se obţine şi o creştere a volumului bobinajului.
Alte soluţii pentru evitarea străpungerilor, dar şi pentru reducerea capacităţilor proprii (parazite) constau în realizarea bobinajelor de tip:
• cilindric secţionat (v. fig. 3.4);
• piramidal (recomandabil pentru obţinerea inductanţelor mari, lucrînd la tensiuni ridicate — de ex. în cazul transformatoarelor de impulsuri);
•„fagure” („propriu-zis” — cu spire distanţate sau „universal” — cu spire nedistanţate), cu sau fără secţiuni.
Toate aceste bobinaje se realizează pe carcase cilindrice, dar se pot executa şi bobinaje toroidale multistrat — alunecarea straturilor evitîndu-se prin introducerea unor folii izolatoare între straturi.
Bobinajele multistrat se pot realiza şi fără carcasă, atunci cînd bobina trebuie să aibă un anumit profil (de ex. în cazul bobinelor de deflexie ale tubului cinescop) sau atunci cînd pierderile în carcasă devin importante.
Pentru a obţine inductivităţi de valori mari, se introduce un miez magnetic în interiorul carcasei bobinei, aviml rolul de a concentra, aproape integral, liniile cîmpului magnetic.
O asemenea bobină, frecvent utilizată în domeniul frecvenţelor foarte înalte este prezentată în fig. 3.3. Carcasa tubulară (filetată interior) conţine un miez cilindric din ferită, montat pe un suport din material plastic (filetat exterior). Prin înşurubarea/deşurubarea acestui suport (cu ajutorul unei şurubelniţe speciale din material nemagneţic — de exemplu plastic) se poate modifica poziţia miezului în raport cu bobinajul, reglînd astfel valoarea inductivităţii L (într-un domeniu de valori relativ redus). În varianta multistrat se obţin, evident, valori superioare de inductivităţi L.
Fig. 3.3. Bobină cilindrică, monostrat, cu miez din ferită.
Notînd:
L0 — inductivitatea bobinei monostrat, fără miez
μr — permeabilitatea magnetică, relativă a miezului
k — constantă (depinzînd de dimensiunile bobinei şi ale miezului precum şi de poziţia relativă a acestora),
valoarea induetivităţii L este dată de relaţia
L [μH] = kμrL0 [μH]
Majoritatea bobinelor utilizate în echipamentele electronice au în componenţa lor un miez magnetic care, din punct de vedere constructiv, poate fi: secţionat (deschis sau neînchis) — de obicei de formă cilindrică ori tubulară — sau închis — în general de formă toroidală.
Miezurile se realizează din materiale feromagnetice moi — fie sub formă de laminate (ca tole sau benzi din aliaje Fe-Si, Fe-Ni etc.), fie ca pulbere (intrînd în structura materialelor magnetodielectrice sau magneto-ceramice — „feritele”).
Construcţia miezurilor permite, în general, modificarea inductanţei prin deplasarea miezului în raport cu înfăşurarea (bobinajul).
Există şi miezuri nemagnetice realizate din alamă sau cupru.
Fig. 3.4. Alte tipuri de bobine/bobinaje.
Pe lîngă tipurile de bobine şi bobinaje prezentate mai sus, se pot realiza (cu sau fără miez magnetic) şi alte tipuri, ca de ex.:
a) bobinaj cilindric pe carcasă fără flanşe (fig. 3.4a).
Pentru ca spirele marginale să nu alunece este necesar ca stratul n să conţină cu cel puţin o spiră mai puţin decît stratul n—1.
b) bobinaj cilindric secţionat cu flanşe intermediare (fig. 3.4 b). Carcasa este prevăzută în acest caz cu mai multe flanşe (galeţi) delimitînd secţiunile bobinei. Numărul spirelor din fiecare astfel de secţiune fiind redus, scade capacitatea proprie (parazită). în plus, întrucît spirele între care există diferenţe mari de potenţial sînt îndepărtate, se evită complet străpungerile electrice.
În ambele cazuri, săgeţile din figuri indică sensul de efectuare a bobinării.
O bobină plată, realizată cu ajutorul tehnologiei cablajelor imprimate sub forma unei spirale (circulare sau dreptunghiulare) este o bobină imprimată (fig. 3.5). Se pot obţine astfel inductivităţi relativ mici (0,1 … 10 μH) şi factori de calitate între 50 .. . 200 (depinzînd de calitatea suportului elec- troizolant şi de rezistivitatea conductorului plan).
Fig. 3.5. Bobină imprimată (plată).
Fig. 3.6. Bobină monospiră fara carcasă.
Notînd (pentru bobina spirală circulară):
a [cm] = raza medie
c [cm] = lăţimea spiralei
inductivitatea L a bobinei se poate calcula cu relaţia:
L[μH] = a2n2/(20a+28b)
În domeniul frecventelor foarte înalte (FIF/UIF) se utilizează bobine fără carcasă, realizate din conducţor relativ gros (d≥1 mm, în general neizolat) şi avînd una (fig. 3.6) sau mai multe spire.
În primul caz, cu condiţia ca diametrul D al spirei să fie mai mare decît lungimea de undă corespunzătoare semnalului aplicat şi cunoscînd d, D (în centimetri), valoarea inductanţei se poate calcula cu relaţia aproxi-mativă:
L [μH]=0,00628D (2,3 lg 8D/d – 2)
Inductivitatea bobinelor fără carcasă („cu aer”) avînd n = 1 … 10 spire se poate determina şi din tabele (în funcţie de diametrul interior, diametrul conductorului şi numărul de spire) — de exemplu din lucrarea [10].
Articole din aceasi publicatie
