Изготовление тороидальных катушек

Радиолюбители довольно широко применяют в своих конструкциях катушки индуктивности с тороидальны­ми (кольцевыми) магнитопроводами. По сравнению с катушками с магнито­проводами других типов такие катушки имеют ряд преимуществ — высокую добротность, отсутствие внешних по­лей рассеяния, невосприимчивость к внешним магнитным полям и т. д.

Однако намотка катушек на торои­дальных магнитопроводах сопряжена с известными трудностями, особенно при большом числе витков. Радиолюби­тели при намотке таких катушек обычно используют самодельные плоские шпу­ли или челноки. Для облегчения изго­товления катушек, содержащих боль­шое число витков, иногда кольцевой магнитопровод (обычно он ферритовый) аккуратно разламывают на две части, наматывают на каждой из них половинное число витков, после чего половинки магнитопровода склеивают, а полуобмотки соединяют согласно-по­следовательно (т. е. конец одной с на­чалом другой). Такому способу свойст­венны существенные недостатки: из-за механических воздействий значитель­но снижается начальная магнитная про­ницаемость материала магнитопрово­да, наличие немагнитных зазоров в местах склеивания уменьшает магнит­ную проницаемость — в результате эф­фективная магнитная проницаемость магнитопровода снижается на порядок, а то и более. Для получения требуемой индуктивности катушки приходится пропорционально увеличивать число её витков, в результате чего возрастает активное сопротивление обмотки и снижается её добротность. Из-за не­равномерности распределения витков катушки по магнитопроводу магнитное поле уже не локализуется внутри катуш­ки, дополнительное выпячивание маг­нитного поля из магнитопровода про­исходит в местах склеивания — уве­личиваются внешние поля рассеяния, катушка требует экранирования.

Предлагаемый способ позволяет из­готавливать катушки индуктивности на тороидальных (кольцевых) магнитопро­водах с наружным диаметром 10 мм и менее, индуктивностью до нескольких генри с малыми трудовыми затратами. Этим способом можно изготавливать катушки с максимально достижимыми значениями индуктивности и доброт­ности, полностью заполняя обмоткой окно магнитопровода.

Такого результата можно достичь, если катушку намотать высокочастот­ным обмоточным проводом (устарев­шее название — литцендрат), представ­ляющим собой жгут (пучок) изолирован­ных одна от другой и скрученных вместе проволок диаметром 0,03—0,1 мм с наружной волокнистой шёлковой одно­слойной (марка ЛЭШО) или лавсановой (марка ЛЭЛО) изоляцией (если наруж ная изоляция состоит из двух слоев — соответственно ЛЭШД или ЛЭ/1Д). Про­волок в пучке может быть от трех до не­скольких сотен, но для поставленной цели наиболее пригодны провода с числом проволок 7—10 диаметром 0,05 или 0,07 мм, например, ЛЭШО или ЛЭЛО 10×0,05; 7×0,07; 10×0,07.

Суть способа заключается в том, что катушку наматывают сравнительно толстым проводом-жгутом, а затем составляющие его тонкие изолирован­ные провода соединяют между собой согласно-последовательно, в резуль­тате чего требуемое число витков уменьшается в равное числу проводов раз. Технологический процесс состоит из трёх выполняемых последовательно операций: подготовки магнитопрово­да, собственно намотки и соединения проводов.

Подготовка магнитопровода заклю­чается в тщательном скруглении острых кромок мелкозернистой наждачной бумагой во избежание повреждения изоляции тонкого обмоточного прово­да. После этого магнитопровод с не­большим натягом обматывают фторо­пластовой лентой. Такая лента под на­званием ФУМ (фторопластовый уплот­нительный материал) продаётся в хозяйственных магазинах. Её необхо­димо распустить на полоски шириной 4…5 мм и обмотать такой полоской магнитопровод в один слой. Этим до­стигаются две цели: исключаются меж- витковые замыкания обмотки катушки через магнитопровод и снижается тре­ние провода о него при намотке. При работе с ферритовыми магнитопроводами следует избегать непосредствен­ных ударов по ним и их падений на жёсткие предметы, так как при этом может произойти значительное необ­ратимое изменение начальной магнит­ной проницаемости материала.

Далее определяют необходимую длину многожильного провода для об­мотки. Если известно число витков ка тушки, то рассчитывают число витков провода, разделив первое из этих чисел на число проволок в проводе. Умножив число витков на среднюю длину витка, получаем необходимую длину провода. Среднюю длину витка l я рассчитываю по эмпирической формуле l = D +3h, где D — наружный диаметр магнитопрово­да; h — его высота. Для ферритового кольца типоразмера К10х6х5 (от дрос­селя ЭПРА КЛЛ) l = 25 мм. Для катушки, состоящей из 150 витков (коэффициент заполнения окна менее 0,5), потребу­ется примерно 25х150 = 3750 мм ≈ 3,8 м провода ЛЭШО 7×0,07. Это позволит получить катушку, содержащую 900… 1000 витков провода диаметром 0,07 мм, индуктивностью свыше 1 Гн.

Далее, продев провод через магнито­провод и поместив последний примерно посередине провода, привязываю его одинарным узлом так, чтобы место пе­рекрещивания провода 1 располагалось на наружной цилиндрической поверхно­сти кольца 2 (рис. 1). Концы провода на длине примерно 50 мм и узел промазы­ваю нитроклеем. Минут через пять, пос­ле высыхания клея, начинаю наматывать катушку, плотно укладывая витки по внутреннему диаметру кольца. Во избе­жание расползания витков через каждые два-три витка узел «повторяю», пропус­кая конец провода внутрь витка. Пройдя первый слой и закрепив конец провода узлом, деревянной зубочисткой устра­няю бочкообразность обмотки внутри кольца, поджимая провод к магнитопроводу. Следующий слой наматываю вто­рым концом провода с небольшим натя­гом так, чтобы не оборвать проволоки. Жёсткие, пропитанные клеем концы провода облегчают заведение его внутрь кольца. Так, чередуя намотку од­ним и другим концами провода, запол­няю окно, равномерно распределяя обмотку по кольцу. После намотки ка­тушки изготавливаю каркас.

Рис. 1

Для этого в пластине из листового полистирола или другого термоплас­тичного материала толщиной 3…4 мм сверлю отверстие диаметром на 2…3 мм меньше диаметра получившей­ся катушки. Затем в него ввожу стер­жень разогретого паяльника мощ­ностью 40…65 Вт и его очищенной от окалины боковой поверхностью разо­греваю стенки отверстия. Разогрев веду, непрерывно перемещая стержень паяльника по цилиндрической поверх­ности отверстия. Оно при этом как бы «развальцовывается», его диаметр уве­личивается и на его кромках появляют­ся кольцевые буртики. Развальцевав отверстие до необходимого диаметра, вставляю в него катушку, и пока заго­товка не остыла, пинцетом аккуратно обжимаю буртики вокруг катушки. В результате после остывания заготовки она оказывается надёжно зафиксиро­ванной в отверстии. Далее заготовку опиливаю до получения необходимой формы каркаса (рис. 2). Излишки про­вода обрезаю, оставив концы длиной 25…30 мм. Отделив из каждого пучка по одной проволоке, облуживаю их, поль­зуюсь известным способом — осто­рожно протягивая проволоку под жалом паяльника с набранным припоем по от­резку поливинилхлоридной изоляции, снятой с монтажного провода. Изоля­ция проволоки при этом разрушается, и происходит её облуживание. В торцы каркаса 3 вплавляю отрезки лужёного провода диаметром 0,6…0,8 мм — они будут служить выводами 1 катушки 2. Облуженные проволоки наматываю на выводы 1, места намотки пропаиваю.

Рис. 2

Облуживание тонкой проволоки — операция весьма деликатная, велик риск её оборвать, поэтому остальные проволоки я соединяю без снятия изо­ляции методом сварки. Для этого, взяв по одной проволоке от начала и конца обмотки, скручиваю их на длине при­мерно 10 мм и нагреваю место скрутки в пламени многоразовой газовой зажи­галки с инжекционной горелкой. Пламя такой зажигалки имеет вид узкого кону­са голубого цвета. При нагреве прово­локи расплавляются, образуя на месте соединения шарик расплавленного металла 4. После остывания место со­единения укладываю на каркас так, чтобы проволоки прилегали к каркасу 3, и фиксирую на нём, нагревая жалом остро заточенного паяльника до погру­жения шарика и проволок в тело карка­са. Так достигается механическая проч­ность места соединения. После этого скручиваю, свариваю и фиксирую в кар­касе вторую пару проволок, затем тре­тью и т. д. В результате все проволоки оказываются соединёнными последовательно, поэтому нет необходимости их «прозвонки». Соединив все проволо­ки, убеждаюсь в целостности обмотки и отсутствии короткозамкнутых витков в полученной катушке индуктивности, после чего места соединений проволок покрываю клеем БФ-2.

Предлагаемый способ изготовления катушек индуктивности позволяет зна­чительно снизить трудозатраты при их изготовлении. Следует, однако, учесть, что собственная ёмкость намотанной таким способом катушки значительно больше, чем намотанной по обычной технологии внавал.

Автор: К. МОРОЗ, г. Белебей, Башкортостан