Maîtriser la conception d'inductances à noyau d'air : Guide complet

L'un des plus petits éléments pourtant essentiels d'un composant électrique est une inductance. Les inductances sont des dispositifs électriques qui stockent de l'énergie lorsque le courant les traverse. Ainsi, lorsqu'il y a un changement dans la quantité de courant électrique passant à travers le dispositif, l'inductance agit comme un régulateur et empêche le changement de courant ou la perte de noyau en libérant l'énergie stockée dans le circuit. Dans cet article, nous examinons en profondeur une catégorie d'inductances appelée inductance à noyau d'air.

Qu'est-ce qu'une inductance à noyau d'air ?

Une inductance à noyau d'air est une inductance qui n'a aucun matériau solide ou ferromagnétique entre le fil enroulé.

Les inductances à noyau d'air fonctionnent sur la base que l'air a une conductivité électrique relativement minimale. Cela signifie que l'inductance du noyau d'air est également faible, produisant ainsi un champ magnétique faible.

En raison de la faible production de champ magnétique des noyaux d'air, elles peuvent atteindre une montée de courant plus rapide tout en évitant la perte de signal. Cela se produit principalement lorsqu'une inductance produit des forces de champ magnétique plus élevées dans un circuit électrique.

Noyau d'air dans un circuit électrique

Par conséquent, les experts préfèrent les inductances à noyau d'air à leurs homologues à noyau ferromagnétique, comme le fer. Ces derniers (inductances à noyau ferromagnétique) se saturent généralement et subissent une perte de courant lorsqu'ils sont confrontés à une plage de fréquence supérieure à 100 MHz.

Conception d'inductance à noyau d'air : Calcul des inductances à noyau d'air

Également appelées valeurs d'inductance ou valeurs de courant. Les inductances à noyau d'air se divisent en deux groupes :

1. Inductance à noyau d'air à simple spire (single-coil)
2. Inductance à noyau d'air multicouche (multilayer-coil)

Comme leurs noms l'indiquent, une inductance à noyau d'air simple n'a qu'une seule bobine, tandis qu'une inductance multicouche a de nombreuses bobines enroulées.

Examinons les calculs pour chacune.

Inductance à simple spire

Pour calculer l'induction d'une inductance à simple couche, vous pouvez appliquer les équations d'inductance à noyau d'air.

Où :

• L – Représente la longueur de la bobine en millimètres
• n – Représente le nombre de tours de la bobine
• D – Représente le diamètre de la bobine en millimètres

Formule 2

Où :

• N – Représente le nombre de tours
• r – Rayon de la bobine en pouces
• l – Longueur de la bobine d'enroulement en pouces
• L – Fait référence à l'inductance en microhenries (µH)

Inductance multicouche

Inductance multicouche

Source : Wikipedia

Ici, vous pouvez utiliser la formule de Wheeler :

Où :

• h – Hauteur de la bobine en millimètres
• n – Nombre de tours de la bobine
• d – Diamètre de la bobine en millimètres ou demi-rayon de la bobine

Les experts affirment qu'une bobine multicouche a un courant de bobine plus élevé. Vous pouvez également calculer la densité de flux magnétique de la bobine à noyau d'air.

Fabriquez vos propres inductances à noyau d'air

Parfois, vous pouvez rechercher une inductance à noyau d'air spécifique (composant axial) pour réaliser qu'elles sont difficiles à trouver. Votre chance empire si vous cherchez une inductance qui fonctionne bien dans un circuit électrique RF. Cependant, quand vous en trouvez une adaptée, elle est très coûteuse.

Petites inductances

Heureusement, voici les étapes pour fabriquer des inductances à noyau d'air ou des bobines à noyau d'air de qualité avec un excellent facteur Q.

Matériaux nécessaires

• Forme de bobine (coil form)
• Bloc d'espacement et acier électrique
• Boulons à tête plate en nylon
• Colle ou époxy
• Un fil également appelé ligne d'espacement
• Fil en cuivre ou aluminium – matériau du noyau

Procédure

Fabrication de la forme de bobine

• Coupez des fentes dans un tuyau PVC, de 9,5 mm de large.
• Faites deux petits trous sur la forme de bobine (tuyau PVC). Un à chaque extrémité de la forme de bobine.
• Pour faire une bobine plus grande produisant un champ magnétique et une charge électrique plus élevés, vous aurez besoin d'une forme de bobine plus grande pour enrouler la bobine.
• Frappez le bloc au milieu de la bobine en utilisant un tasseau et un marteau.

Tasseau et marteau

Enrouler la bobine

Puisque notre forme de bobine est circulaire, nous allons enrouler une bobine cylindrique.

Bobine cylindrique

• Utilisez un cordon d'espacement ou un fil de bobinage.
• Utilisez également une ligne monofilament en nylon pour un espacement plus serré et un fil de haut-parleur pour un espacement plus large.
• Veillez à utiliser une longueur de fil similaire à la longueur de la bobine.
• Espacer les bobines d'au moins une fois et demie le diamètre pour équilibrer l'inductance et l'efficacité.
• Si vous recherchez une bobine plus nette, assurez-vous qu'elle reste tendue tout au long. Vous pouvez obtenir cette tension en faisant passer le fil dans un étau.

Bobinage

Source : Wikipedia

• Placez le bloc dans la forme de bobine et la ligne d'espacement et le fil de bobine dans les trous.
• Ensuite, commencez à enrouler en faisant pivoter la forme de bobine horizontalement.
• Continuez jusqu'à :

l'avoir remplie (bobine à simple couche),

que la bobine atteigne la taille requise (bobine à air multicouche),

atteindre la profondeur de bobine nécessaire.

• Vous pouvez définir un diamètre cible d'enroulement de bobine pour la direction et une meilleure performance.

Construction des nervures de bobine

• Placez les bobines sur des bandes séparées.
• Positionnez un moule dans la partie intérieure pour empêcher l'adhésif de couler sur les autres parties.
• Ensuite, insérez du ruban électrique dans la partie intérieure de la bobine.
• Si votre forme de bobine est petite et qu'il y a un espace de travail étroit, vous pouvez utiliser des bâtonnets d'artisanat, mais vous devez d'abord les recouvrir d'un peu de ruban adhésif.

Précautions à prendre lors de l'utilisation d'adhésif

• Utilisez de la colle à prise normale.
• Appliquez une petite quantité de colle et laissez-la pénétrer dans les autres fils de bobine.
• Évitez de mettre de l'époxy sur la forme.

Appliquez l'époxy sur un seul côté à la fois ; évitez d'utiliser du ruban adhésif double face.

Retirer la forme de bobine

• Laissez l'adhésif prendre suffisamment de temps – au moins huit heures – puis retirez le bloc d'espacement.
• Coupez la combinaison de fils passant à travers la forme de bobine à côté de votre bobine à noyau d'air.
• Votre bobine se détachera rapidement et aura une stabilité mécanique, une bobine circulaire parfaite.

Connecter la bobine

• Avant de fixer les fils sur les bobines d'inductance, retirez d'abord le revêtement plastique sur la surface de la bobine.
• Enfin, vous pouvez souder les fils aux extrémités de l'inductance à noyau d'air pour la connecter au circuit électrique.

Soudure des fils

Montage de votre bobine

• Coupez les têtes des boulons en nylon, puis insérez un tour à l'extrémité de la bobine des deux côtés.
• Terminez le montage en fixant les poteaux en nylon aux positions poussées et en ajoutant de l'adhésif pour la fermeté sur la bobine cylindrique.

Votre inductance à noyau d'air est maintenant terminée.

Applications des inductances à noyau d'air

Les inductances à noyau d'air ont une grande variété d'applications, notamment :

• Utilisées dans les circuits des émetteurs radio et des récepteurs télévisés.

Bobines à noyau d'air dans un circuit analogique

• Dans la fabrication de circuits snubber.
• Utilisées pour améliorer l'inductance de crête inférieure.
• Fabrication de circuits de filtrage.

Résumé

Inductances à noyau d'air sur un circuit

Parmi tous les types d'inductances, on comprend pourquoi les inductances à noyau d'air sont supérieures à celles faites de matériau ferromagnétique. Cela conclut l'article, mais n'oubliez pas de nous contacter pour toute demande.