Как сделать ферритовое кольцо своими руками

Обновлено: 05.07.2024

Современные антенны нельзя представить без запорных дросселей, балунов и широкополосных трансформаторов, вот в краткой форме хотелось бы поделиться секретами изготовления всех этих устройств.
Всевозможные запорные дроссели (ЗП), балуны и широкополосные трансформаторы (ШПТ) как правило содержат ферритовые изделия, вот о том как подобрать ферритовый сердечник и пойдет речь в первой части.
1. Для определения пригодности ферритового сердечника нам понадобится антенный анализатор, в моем случае это MFJ-259B.
2. Для рассмотрения будут опробованы три сердечника: ферритовое кольцо К20х10х5 М1500, неизвестное кольцо импортного производства (да нам в принципе и без разницы, мы его все равно выведем на чистую воду) и ферритовые трубки от кабелей блоков питания, так же буржуйского производства.
3. Первым делом проверим пригодность отечественного кольца к изготовлению широкополосного ЗП, балуна или ШПТ, для этого на ферритовом кольце намотаем 5 витков любого изолированного провода (количество витков не критично) и подключим к антенному анализатору MFJ-259B, фото №1 и увидим, что на частоте 3.6 МГц катушка имеет сопротивление 350 Ом, далее перестраиваем прибор по частоте в верх и видим, что сопротивление увеличивается, это закономерность, что при увеличении частоты реактивное сопротивление индуктивности увеличивается. И так на частоте 7.5 МГц сопротивление увеличилось до 375 Ом фото№2, ну это не плохо и забегая в перед скажу, что при сопротивлении ЗП 200 Ом ослабление синфазного тока составит -20 дБ, а при 500 Ом -26 дБ, т.е. в 10 и 20 раз соответственно. Так увеличиваем частоту далее в верх и видим, что на частоте 10.1 МГц сопротивление уменьшилось до значения 358 Ом фото№3, это свидетельствует о том, что ферритовое кольцо перестает работать и индуктивность после этой частоты начинает уменьшаться, что подтверждает дальнейшее увеличение частоты фото№4, на частоте 30 МГц сопротивление упало до 281 Ома.

Вывод: применение низкочастотных колец возможно, но обязательно на ферритовом кольце должно быть какое-то количество витков, что бы в верхней части КВ диапазона, где перестает работать сердечник работала индуктивность самой катушки, которая в отличии от феррита с частотой только увеличивает свое сопротивление, на верхних частотах много индуктивности и не надо. Это значит, что применение ЗП в виде низкочастотных ферритовых колец (М1000-М2000) одетых на кабель столбиком, будет иметь меньшее ослабление синфазного тока на ВЧ частотах.

Вывод: применение импортных ферритовых изделий позволяет изготавливать широкополосные ЗП, балуны и ШПТ ( хотя балуны и симметричные ШПТ это практически одно и то же). Это позволяет изготавливать ЗП просто одевая ферритовые трубки на кабель, не менее 5-6 штук, в зависимости от требуемого ослабления синфазного тока.
Продолжение следует (дальше расчет и конструкции).

Часть вторая:
Расчет и изготовление ШПТ.

1. Рассчитать необходимое число витков для ШПТ, можно в доступной программе Coil32. Для этого нужно ввести размеры и проницаемость ферритового кольца (трубки) и задать необходимую индуктивность. Программа выдаст нужное количество витков. Так вот какую же индуктивность необходимо указать в программе? А индуктивность должна быть такой, что бы реактивное сопротивление катушки на самой низшей частоте, где планируется использовать ШПТ, было бы в 4, а лучше 10 раз выше сопротивления нагрузки, т.е. для нашего случая если нагрузка 50 ом, то на частоте 1.8 МГц индуктивность обмотки должна составлять не менее 17.7 мкГн для достижения КСВ около 1.25, если индуктивность будет выше, а значит и реактивное сопротивление на заданной частоте будет больше и шунтирование 50-омного выхода трансивера будет меньше и КСВ будет лучше. Классическое параллельное соединение сопротивлений: 50 ом и 200 ом или 50 и 500 ом, что дает в первом случае КСВ=1.25, а во втором КСВ=1.1.
2. Теория теорией, а вот проницаемость ферритовых колец может отличаться на +- 20% и конечный результат может немного отличаться от расчетного.
3. Как правило у радиолюбителей кольца сняты из разных устройств и на них не указана проницаемость, да ну и не страшно, есть практический способ изготовления ШПТ да же не зная проницаемость ферритового кольца.
4. На рис№1 изображена схема подключения ферритового кольца с обмоткой к антенному анализатору, который в свое время нагружен резистором сопротивлением 50 ом. Ферритовый сердечник мы научились отбирать в первой части, вот и возьмем импортное ферритовое кольцо для изготовления ШПТ (ведь кольцо хорошо работает во всем КВ диапазоне). Намотаем на кольцо 3 или 4 витка провода, подключаем к резистору и на приборе смотрим на КСВ на самой низшей частоте, где планируем работать. Если КСВ большой, то доматываем еще виток и проверяем КСВ, если не устраивает, еще наматываем, пока КСВ не станет =1.1 или 1.2. Далее перестраиваем вверх по частоте на 30 МГц и проверяем КСВ на этой частоте, если устраивает, то считаем сколько получилось витков на кольце. Теперь можем изготовить ШПТ, ну например 1:4 по сопротивлению. На фото уже конечное число витков.
Небольшое отступление:
У трансформаторов есть два коэффициента трансформации, это по напряжению и по сопротивлению, так вот зависимость между трансформацией по напряжению и по сопротивления квадратичная.
Пример: возьмем трансформатор с коэффициентом трансформации по напряжению 2 и подадим на вход, ну для примера, 100 вольт и ток 2 ампера, т.е. подводимая мощность равна 200 Вт, трансформатор это устройство которому сколько мощности на вход подали, столько на выходе и получим (ну за исключением потерь), так вот подали 100 вольт с учетом коэффициента по напряжению получили 200 вольт на выходе, а мощность то осталась прежней, значит ток уменьшился в два раза и стал 1 ампер. Имеем те же 200 ватт, но сопротивление- если на входе 100 вольт разделить на 2 ампера=50 ом, то на выходе 200 вольт разделить на 1 ампер=200 ом, вот и произошла трансформация сопротивления 1:4 и так если напряжение увеличится в три раза, то ток уменьшится то же в три раза, а сопротивление увеличится три в квадрате в девять раз и так далее.

Поэтому везде будем иметь в виду трансформацию по сопротивлению.
5. На фото№2-5 видим результат на приборе, где подключая и отключая обмотку проверяем влияние (шунтирование нагрузки) на нагрузку.
6. То же самое можно делать и с ферритовыми трабками.
7. На рис№2 схематическое изображение трансформатора 1:4 с симметрией. На фото №6-8 результат проверки ШПТ, на выходе трансформатор нагружен резистором на 200 ом (5 шт. по 1 кОм).
8. Трансформатор намотан вдвое сложенным проводом с количеством витков, которое мы получили первоначально при проверке шунтирования и видим результат, что КСВ во всем диапазоне не превышает 1.1.
Продолжение следует…

Не вполне согласен про "импортные" кольца, есть феррит 30ВЧ, который не уступает Амидону.

По методу подбора феррита, в схеме Рис.1 есть системная ошибка: если феррит "поглощающий" т.е. его Rпотерь > |zl|,
прибор покажет 50 Ом. Балун из такого феррита получится "lossy", т.е. будет занижать КСВ (хорош для антенн типа Comet CHA). Надо сопротивление и катушку включать не параллельно, а последовательно. У хорошей катушки (с малыми потерями) чисто реактивное сопротивление, Rпотерь отсутствует. Подбором числа витков мы регулируем индуктивность. Рост активного сопротивления с частотой скажет о росте потерь.

А я думал, что мало кому интересно, как сделать ШПТ.
На Ваши Владимир вопросы отвечу следующее:
1. феррит 30ВЧ (он же на новый лад 30ВН) действительно работает во всем КВ диапазоне, но только его магнитной проницаемости очень мало для создания нужного реактивного сопротивления на нижних диапазонах. Попробуйте намотайте трансформатор на кольце 30ВЧ для 50 омной нагрузки и все станет понятно, что для реализации необходимой индуктивности обмотки нужно очень большое количество витков, которые при заданном типоразмере кольца могут и не поместиться. Импортные ферриты, ну например как их называю из смеси 43 имеют проницаемость 850 и работают во всем КВ диапазоне. Есть разница проницаемость 30 или 850? На одинаковых типоразмерах колец будет разное количество витков, а для уменьшения завала на ВЧ необходимо стремиться к реализации нужной индуктивности при меньшем количестве витков. Поэтому у многих радиолюбителей не получаются трансформаторы 1:64 на наших отечественный кольцах, что НЧ кольца перестают работать на ВЧ, а отечественные ВЧ кольца имеют маленькую проницаемость и ее не хватает для реализации необходимой индуктивности.
2. На рис. 1 речь идет не о подборе феррита, феррит проверялся в первой части, где действительно иногда я последовательно включаю резистор на 50 ом, а на рис. 1 схема для подбора числа витков для трансформатора. По КСВ трансформатора Вы не определите его потери. КСВ может быть =1, но ШПТ может иметь потери и 0.3 дБ и больше.
3. На фото в принципе виден результат, если бы методика была не рабочая я думаю ни чего бы не получилось.
Я думаю если Вы предложите свой способ изготовления ШПТ, форум и радиолюбители только выиграют.

_________________
Анатолий Анатольевич. ex.( RA0C, EY9AF, RA6XPL, RA6PS, RA6PGY).

_________________
В эфире UB1CBQ

Очень даже интересно! Проверил несколько колец на частоте 3-8 Мгц:
М1500АМ3-Б сопротивление от385 до 479 ом;
М600НН8 590 - 1640 ом;
кольцо от откл. системы ТV 139 -1980 ом;
стержень от магнитной ант. на частоте от 15 Мгц до 25 Мгц сопротивление от 170 до 2160 ом.
Во всех случаях, за указанными рамками частоты, при сопротивлении в 30-200 ом присутствует реактивная составляющая примерно в пределах 150-400 ом. Что это значит?
Дальнейшие опыты буду проводить после отпуска, в субботу уезжаю с семьей погреться.

_________________
С уважением, Николай.

Когда появляется реактивность на приборе, надо просто последовательно с катушкой установить резистор на 50 ом или добавить еще несколько витков. Особенность работы моста антенного анализатора. Этот способ нужен для грубой оценки пригодности ферритового сердечника и носит чисто качественный характер.

_________________
Анатолий Анатольевич. ex.( RA0C, EY9AF, RA6XPL, RA6PS, RA6PGY).

Наконец, я прочитал толковое описание ШПТ и балунов с экспериментом, который можно повторить самому. Спасибо!

Не увидел разницы между отечественным, фото 1-4, и импортным фото 5-7, индуктивность X и там и там равна нулю, это кольца для запорного дросселя.

Большое спасибо за тему, Анатолий Анатольевич. 73!

_________________
Анатолий Анатольевич. ex.( RA0C, EY9AF, RA6XPL, RA6PS, RA6PGY).

Если вдруг в машине стало плохо принимать радио – не спешите винить магнитолу! Вполне возможно, вы просто купили недавно и установили какой-нибудь новый автогаджет, и это он наводит помеху на FM-эфир. Для борьбы с такой проблемой есть верный дедовский метод!

Помехи радиоприему от гаджетов

Собственно, не станем утверждать, что описываемая проблема в автомире прямо-таки массова, но, тем не менее, встречается от случая к случаю. Включаете в автомобиле новый гаджет – а с него идет помеха на радиоприемник аудиосистемы или, скажем, на Си-Би-радиостанцию или Bluetooth-handsfree…

Фильтр в шнуре питания или кабеле передачи данных представляет собой простейшую катушку-индуктивность с сердечником.

Провод по этой катушке делает, по сути, всего лишь полвитка, проходя ферритовый цилиндр насквозь один раз, но и этого, как правило, достаточно, чтобы подавить высокочастотные помехи, порождаемые порой и зарядными устройствами гаджетов, и самими гаджетами.

Резка, шлифование феррита, керамики, стекла

. Но применив стержень, составленный из обрезков стержней разной проницаемости, можно получить гетерогенный стержень большой добротности и весьма широкого частотного диапазона. Проверено.

Даже одиночный стержень, разрезанный на несколько кусков и склеенный с зазором, увеличивает добротность и расширяет вверх частотный диапазон. Проверено.

..Любая мехобработка, сильный нагрев, либо даже просто удары, а особенно намагничивание, сделают из вашего феррита очень посредственный материал с другими свойствами.

Резать надо тонким алмазным кругом, в воде и на больших оборотах. В воду добавьте чайную ложку обычной соды.

Ещё лучше не клеить куски, а засунуть их в какую-нить подходящюю по диаметру твёрдую изоляционную трубку, между кусками феррита положить кусочки какой-нить пластиковой плёнки.

Не верите? Найдите в библиотеке МРБ (в инете) все выпуски МРБ по ФА, автор - Хомич. У него всё популярно расписано.
А мной проверено на практике.

Вышеописанный способ очень не плох, но довольно трудно реализуем в бытовых условиях. Многа лет назад, жил у меня по соседству плиточник. И у него имелся плиткорез электрический с водяным охлаждением, почти вот такой:
Я Вам скажу, что резать ферритовые стержни таким специнструментом - просто песня!

Разрезание феррита

Разрезание феррита В. СЫЧЕВ, г. Москва
В радиолюбительской практике при изготовлении намоточных узлов нередко возникает необходимость в разрезании ферритовых магнитопроводов, например, когда требуется изготовить магнитопровод нестандартных размеров, разрезать кольцо для выполнения намотки и т. д. Феррит, являясь очень твердым и хрупким материалом, резке обычными механическими методами не поддается.

Предлагаю очень простой термоэлектрический метод разрезания феррита или, точнее, разламывания его по заранее заданному контуру. На этот метод меня натолкнула статья одесского радиолюбителя В. Никитина "Разрезание изделий из феррита" в "Радио", 1991, ╧ 2, с. 66.
По поверхности ферритовой детали цветным карандашом проводят тонкую линию будущего разреза. Затем по обе стороны этой линии наклеивают плотную белую бумагу так, чтобы зазор между краями бумаги был 0,7. 0,9 мм.
Получившуюся неглубокую канавку заполняют токопроводящей мастикой. Для ее приготовления к одной (по объему) части порошка графита добавляют одну часть порошка алюминия (алюминиевой пудры) и тщательно перемешивают. Затем к этой смеси постепенно добавляют нитроцеллюлозный клей, разбавленный ацетоном 1:1 в объемном отношении, и тщательно перемешивают, чтобы получилась масса средней густоты.
Токопроводящую мастику наносят в канавку детали тонкой мягкой кисточкой, после чего хорошо просушивают. Мастика высыхает быстро — на отопительной батарее немногим более чем за 30 мин.
Затем изготовляют одно из двух простейших приспособлений, схемы которых изображены на рис. 1 и 2. Первое из них, предложенное В. Никитиным, предельно просто, но электрически небезопасно. Второе отличается от первого наличием понижающего трансформатора с выходным напряжением 35. 40 В. Для этого подойдет, например, выходной кадровый трансформатор ТВК-110Л2 от старых телевизоров, у которого с выводов 3—6 снимается переменное напряжение 35 В.

Каждый из щупов представляет собой швейную иглу, закрепленную в корпусе шариковой авторучки или в деревянном стержне. Длина выступающей части иглы — примерно 15 мм. Провода к щупам должны иметь сечение не менее 1 мм 2 .
Подключив изготовленное приспособление к сети 220 В, остриями щупов касаются полосы мастики так, чтобы расстояние между точками касания было равно 1,5. 2 мм. Щупы равномерно перемещают вдоль канавки, поддерживая указанное расстояние между остриями. Смесь алюминия и графита при прохождении через нее тока сильно разогревается, в результате чего в феррите образуется микротрещина.
Ферритовые стержни диаметром 6. 8 мм распадаются обычно сами после одного обхода вдоль канавки. Детали более массивные тоже легко разламываются по контурной линии, но только после двух-трех обходов. Неровности и шероховатости на поверхности разлома удаляют наждачным камнем.
Ферритовую деталь можно разрезать описанным способом по линии практически любой формы.

Вроде пока всё..
Способ №3 оставлю на закуску завтра, ибо по этому способу резки феррита у меня возникло много вопросов к спецам.

С намоткой кольцевых трансформаторов и ферритовых колец, могут возникнуть сложности, особенно если нет специального приспособления. Про него мы сейчас и узнаем. Потребовалось намотать на ферритовое кольцо пару обмоток, 5 витков проводом 0,5 мм и 200 витков 0,1 мм. Потребовалось не вдруг прямо сейчас, а ещё с месяц назад. Тормозили воспоминания. Как-то уже приходилось мотать ферритовое колечко диаметром 10 мм.

Дабы всё не повторилось, пришлось начать с приспособления. Сначала с его эскиза. Для этого измерил его со всех сторон и получил: D = 10 мм, d = 6 мм, H = 5 мм. Здесь важен внутренний диаметр кольца равный 6 мм, исходя из этого значения ширину будущего приспособления (в дальнейшем челнока) возьмём на 2 мм меньше. Длину челнока определим так: длина одного витка (можно определить опытным путём) равна 1,5 см, значит 200 витков равны 3 метрам. Для того чтобы уместить их на челноке его длина должна быть от 70 до 100 мм. В этом случае, челнок с намотанным на него проводом должен проходить через кольцо.

Как видно на фото первоначально нужна заготовка, потребуется подходящий кусок пластмассы, в обязательном порядке не хрупкой и минимально толстой. Был найден прозрачный пластик толщиной 1 мм и довольно пластичный, несмотря на то, что похож на органическое стекло.

Также нужна линейка и резак, который с успехом заменит обломок ножовочного полотна по металлу и у которого режущие зубья направлены в правильную сторону (смотрите на фото).

Делаем разметку и по линейке, крайним зубом от излома, режем (скребём – так быстрее и удобней). В полученной заготовке сверлом диаметром 2 мм, на расстоянии от края 5 мм делаем отверстия. С одной стороны одно, с другой два. И наконец, заканчиваем изготовление челнока пропилом этих отверстий так чтобы было как на нижнем изображении эскиза.

Челнок получился правильной формы, а что касается изящества, так нам не он нужен, нам кольцо намотать.

Провод перед намоткой отмеряем и сразу отрезаем, чтобы не путаться с длиной при намотке, нужно 3 метра и по 5 см на выводы, итого 310 см, не больше. Зарядил челнок, и по его толщине сразу стало видно, что всё будет хорошо.

Не спеша, слушая музыку и не считая витки, мотаем провод на кольцо следя только за тем, чтобы он расположился на нём равномерно. Потребовалось 25 минут, сделано с первой попытки.

Перед тем как намотать оставшиеся пять витков проводом 0,5 мм, нашёл подходящий кусок оболочки для него. В ней ранее был провод большего диаметра, так что поместился он туда без проблем. Вроде как очень даже ничего. А челнок приберу, уже решил, что теперь смогу с лёгкостью перемотать трансформатор на ферритовом кольце для одного ранее не заработавшего, из-за этого трансформатора, устройства.

Видео

И напоследок советую думать нам всем о предстоящем наперёд, запасаясь необходимыми деталями и оборудованием. Автор - Babay.

Форум по обсуждению материала ЧЕЛНОК ДЛЯ НАМОТКИ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.

Переделываем игрушку обычный трактор в радиоуправляемый - фотографии процесса и получившийся результат.

Микрофоны MEMS - новое качество в записи звука. Подробное описание технологии.

В каком направлении течет ток - от плюса к минусу или наоборот? Занимательная теория сути электричества.

Читайте также: