Choď na obsah Choď na menu
 

Toroidné Jadrá

Při třídění šuplíkových zásob feritových a práškových jader jsem dospěl k některým poznatkům, o které bych se rád podělil s radioamatérskou obcí, aby výsledky této detektivní práce neupadly v zapomenutí. V obecném povědomí jsou nejpopulárnější jádra Amidon, některé vybrané typy jsou v současnosti dostupné v GESu.

.

Výrobců je ovšem neuvěřitelné množství, jak poznáte z přiložených cross-referenčních listů vybraných firem. Přitom vlastně každý výrobce používá jiné kódové značení pro své ferromagnetické materiály. Navíc v průběhu času došlo k fúzi některých výrobců, např. Siemens se spojil s Matsushitou a vytvořili tak firmu Epcos, která velkou část své výroby převedla do Číny. Dnes je Epcos zřejmě největším výrobcem ferromagnetických materiálů, problém je ovšem v tom, že používá nové kódové značení, trochu rozdílné od původního Siemensu a kdo se v tom má potom vyznat. Za vydatné pomoci OK1VKZ, který mi pomohl s hledáním na internetu, se mi podařilo dát dohromady některé porovnávací tabulky materiálů od nejznámějších výrobců včetně kódového značení.

Za základní pomůcku pro práci s ferromagnetickými toroidními jádry lze považovat software od DL5SWB, který je možno pod názvem "Mini Ring Core Calculator", verze 1.2 volně stáhnout z internetu. Program poskytuje nejen údaje pro výpočty jader nejznámějších výrobců včetně barevného značení, ale i možnost výpočtu a zatřídění neznámých toroidů z jejich rozměrů včetně výpočtů vzduchových cívek. Program samozřejmě neobsahuje všechno (ani nemůže vzhledem k velkému nárůstu údajů), proto jsem některé další získané údaje zpracoval do tabulek..

 

 

Obecně o ferromagnetických materiálech.

 

V radioamatérské praxi se ponejvíce setkáváme s materiály železoprachovými (iron powder) a feritovými.

Železoprachová jádra: jejich vývoj započal již kolem r.1930. Pionýry v tomto výzkumu byli Siemens a Philips. Rozeznáváme v zásadě dva základní typy prachových jader: karbonylová a sendustová.

Karbonyl: přesněji pentakarbonyl železa Fe(CO)5. Jak známo z otrav kysličníkem uhelnatým CO, železo obsažené v červených krvinkách se s ním ochotně slučuje. Zde je chemická reakce obdobná - Fe(CO)5 je kupodivu kapalina žluté barvy, ze které se vysráží jemný železný prach. Konkrétními metalurgickými postupy, což je samo o sobě velká věda, se zde nebudeme zabývat. Důležité je, že takto vzniklý prach se třídí podle velikosti zrna (0,5 až 10mm), záleží i na legování výchozího materiálu. Vznikají pak směsi - mixy s různou permeabilitou, ze kterých se po přidání pojiva lisují resp. stříkají jádra různých tvarů. Svůj vliv má i lisovací tlak, může být až 20 tun na cm2.

Sendust: vznikl r.1935 v Japonsku v městě Sendai, odtud název (dust = prach). Výchozím materiálem je slitina železa Fe, křemíku Si a hliníku Al, která se po rozdrcení na prach dále třídí pro další zpracování, které je obdobné jako u materiálů karbonylových. Pamětníci zajisté vzpomenou na název Alsifer.

Feritová jádra: zde již nejde o prášek, ale komplexní chemickou sloučeninu sklovitého charakteru. Pro radioamatérskou praxi rozlišujeme ferity na bázi Mn-Zn pro nižší kmitočty až do několika MHz, pro vyšší a velmi vysoké kmitočty ferity Ni-Zn s menšími ztrátami. Je nutné se řídit dle údajů výrobců, materiálů je neuvěřitelné množství a nové stále přibývají.

Rozlišení jader dle výrobců.

Amidon Corporation´s: je jak nejpopulárnějším výrobcem, tak i distributorem ferromagnetických materiálů od dalších firem, z nichž nejznámější je již dlouhá léta Fair-Rite, který používá stejné označování materiálů. Pro radioamatérskou obec jsou důležité především železoprachové toroidy z různých směsí - mixů s odstupňovanou permeabilitou, vhodné pro požadovanou kmitočtovou oblast. Mixy a jejich barevné označení jsou všeobecně známé, jde o dávno zavedený tzv. "military" barevný kód. Mixy jsou obecně na bázi karbonylů různé zrnitosti. Software od DL5SWB dává dostatek informací, pro rychlý přehled poslouží i následující tabulka 1. Některé z uvedených materiálů nabízí i firma GES včetně podrobnějších údajů.

.

Pro zajímavost: Na žluto-bílém materiálu mix č.26 si  můžeme demonstrovat vliv technologického postupu na výsledné vlastnosti. Výchozím materiálem je opět karbonyl, ale tzv. hydrogenizovaný, čili zbavený z velké části uhlíku C redukcí ve vodíkové atmosféře (hydrogenu). Výsledkem je jemný prach chemicky téměř čistého železa Fe, jehož jednotlivá zrna jsou však od sebe při konečném lisování dokonale oddělena příslušným pojivem, takže nemohou vzniknout  vířivé proudy v jádře. Typická je pro toto prachové jádro neobvykle vysoká permeabilita μi= 75. Materiál umožňuje dosáhnout extrémně vysokých hodnot sycení Bmax až 10 T, což vynikne zvláště při srovnání s jádry pro síťové transformátory, kdy dosažení hodnot  cca 1,5 T  je maximem. U feritových materiálů obecně je sycení Bmax podstatně nižší..

 

Výkonová zatížitelnost železoprachových a feritových jader v radioamatérské praxi.

(Volně přeloženo z katalogu Giesler a Danne 1987)

 

Výkonová zatížitelnost jader je sice ovlivňována mnoha faktory, pro radioamatérskou praxi se však můžeme omezit na dva nejdůležitější: sycení materiálu Bmax a nárůst teploty vinutí. Platí vztah

.

 

Ve . f . Bmax2

P = ____________________

μ eff

kde P je výkon (W), Ve objem jádra (cm3), f kmitočet (Hz).      [ 1 ]

 

.

Sycení Bmax pak lze určit dle Faradayova zákona

.

 

E . 108

Bmax = _______________________________

4 ,44 . Ae . N . f

kde E je napětí na vinutí (V), Ae průřez jádra (cm2), N počet závitů, f kmitočet (Hz), sycení Bmax (Gauss)    [ 2 ]

.

 

K tomu je nutno dodat, že někteří výrobci udávají rozměry ve svých katalozích v cm, jiní zase v mm, takže je nutný přepočet. To samé platí pro sycení B, ale že 10 000  Gauss = 1T je všeobecně známo. Efektivní permeabilita μeff není totožná s počáteční permeabilitou μi , závisí na kmitočtu a  Bmax . Obojí lze odečíst z grafů, které výrobci udávají pro jednotlivé materiály v katalozích (některé uvádí i GES ve svém katalogu). Uvedené vzorce platí jak pro prachové, tak i pro feritové materiály. Obecně pro feritové materiály s počáteční permeabilitou μi pod 1000 (Ni-Zn ferity) je Bmax = 1,5 T , pro permeabilitu nad 1000 (Mn-Zn) je Bmax = 3 T. Oproti tomu Bmax pro železoprachová jádra je všeobecně větší než 10 T, nelze je tudíž při dané velikosti snadno přesytit a to je důvodem jejich obliby v radioamatérské praxi.

.

Z uvedených vztahů je zřejmé, že při daném kmitočtu a sycení materiály s nízkou permeabilitou snesou vyšší výkony. Při výrobním procesu je jemný železný prach prostoupen nepatrnými isolačními mezerami, naplněnými pojivem, které mikročástice prachu vzájemně odděluje. Na velikosti částic a hustotě plnění závisí pak výsledná permeabilita. Při nižších hodnotách permeability  se pak u vyšších výkonů o sycení nemusíme příliš starat. Typickým příkladem je Amidon mix č.2, oblíbený pro oblast krátkých vln.

.

 

Tabulka 1.

 

.

Jak již bylo zmíněno výše, je výkonová zatížitelnost jádra omezena i oteplením vinutí. Ohřev je důsledkem ztrát ve vinutí i v jádře a dá se vyjádřit vztahem

.

 

Celkový ztrátový výkon  (mW)

Teplota  (oC)  =    ______________________________________ .   0,833                [ 3 ]

průřez Ae (cm2)

.

 

Pro dosažení maximálního sycení Bmax je výkonová zatížitelnost jádra závislá na jeho objemu Ve, z pohledu teploty na účinném průřezu Ae.

.

 

Při  stejnosměrném a nízkofrekvenčním zatížení vinutí je výpočet jeho ztráty opravdu jednoduchý, tedy

.

 

P = R . I2

.

 

kde I je protékající proud (A) a R je odpor vinutí ( Ohm)

.

 

U vyšších kmitočtů se ovšem musí přihlédnout ke skinefektu. V případě spínaných zdrojů se u akumulačních tlumivek již při kmitočtech řádu desítek kHz často používá lanko stočené z několika slabších smaltovaných vodičů. Jak pro feritová, tak i železoprachová jádra stoupá ztráta relativně lineárně s kmitočtem. Při konstantním kmitočtu roste pak ztráta s druhou mocninou sycení B. Tyto údaje jsou použitelné pro feritové materiály "77", "F" a "J" do cca 100 kHz, pro železoprachový materiál "26" do 300 kHz.  Tolik pro hrubý odhad, přesnější údaje o Bmax a ztrátách je nutno vyhledat v katalogu příslušného výrobce.

.

Při vysokofrekvenčních aplikacích lze obecně říci, že feritové materiály jsou co do výkonu omezeny sycením, železoprachové pak oteplením. Z dlouholetých praktických zkušeností pak pro oblíbený Amidon mix č.2 vyplývá, že toroidní jádro T200-2 je optimální pro vf výkon 1kW v případě širokopásmového balunu, při použití jako rezonanční okruh v transmatchi pak s rezervou zpracuje 100W.  T106-2 pak jako balun běžně snese 100W, T68-2 cca 10W.

Pramet Šumperk: i když se to mladší generaci bude zdát neuvěřitelné, kvalitní železoprachová jádra se vyráběla i u nás. Tehdy se ovšem Pramet jmenoval ZPP čili Závody první pětiletky a ještě před tím to byl Siemens a nyní dělají pro Epcos, čímž je řečeno vše. Vyráběla se jádra karbonylová stříkaná (hrnečky a šroubová jádra), žluté značení bylo pro kmitočty do 2 MHz, červené značení nad 2 MHz. Posledními obecně známými výrobky byla miniaturní hrníčková jádra průměru 10 mm, která se používala v radiostanicích VXN a VR na pozici mf kmitočtu 468 kHz.

.

V Šumperku se ale od 50.let vyráběly i lisované železoprachové toroidy pro telekomunikační techniku a to jak karbonyl (K), tak i sendust (S). Neinformovaní radioamatéři je někdy zahazují s tím, že jde o obyčejné železo. Tyto starší materiály zřejmě zcela zmizely ve stoupě času, přesto uvádím tabulku, aby ti mladší viděli, že my Čížkové jsme uměli leccos. Toroidní jádra se vyráběla jak jednodílná, tak dvoudílná (podélně rozdělená z důvodu snazšího lisování). Plochá zbroušená styková hrana nesla údaje o jádře.

.

 

Porovnáme-li  tato jádra s výrobky Amidon co do permeability, je zřejmá jejich nahraditelnost. V dobách, kdy se o jádrech Amidon u nás vědělo pouze to, že existují, jsem měl možnost vyzkoušet jádra T 40,7S s μi = 55, vybraná ze starých likvidovaných elektronkových zařízení pro telekomunikační techniku. Tato jádra byla provozována na kmitočtech do cca 150 kHz jako rezonanční okruhy ve filtrech a kmitočtových výhybkách.  Prvním pokusem, vzhledem k relativně vysoké permeabilitě, bylo ověření jádra v řízeném spínaném zdroji 12/28V ve funkci akumulační tlumivky. Zdroj pracoval na cca 30 kHz s výkonem 100W, ohřev jádra byl nepatrný. Jediným horkým prvkem byla rekuperační dioda, ale právě ve zmíněné době se objevil typ KYW130 s rychlou dobou zotavení.

.

Druhým pokusem bylo ověření zmíněných jader ve  funkci  balunů 1: 1 a 1: 4 pro drátové antény na KV. Ve světle nynějších poznatků vzhledem k vysoké permeabilitě = 55 a zřejmě nevhodnému kmitočtovému rozsahu šlo o hříšný počin (srovnej žlutobílý Amidon mix 26), nicméně baluny pracovaly na 3,5 MHz jak na obvyklých souměrných dipólech a invertovaných V, tak na FD4 s napájením plochou dvoulinkou, ba i na vyšších pásmech. Samozřejmě, že to s účinností nebude nejlepší a také tehdy nebylo čím měřit, ale dokud anténa visí ve výšce 25m nad zemí a centrální uzemnění je  připojeno na roury výměníkové stanice v podzemí pod klubovnou, není zřejmě co řešit.

Určitým vysvětlením je ovšem i skutečnost, že jádra provozovaná jako baluny a transformátorové vazby fungují při  širokopásmových aplikacích do vyšších kmitočtů než v případě úzkopásmového rezonančního obvodu, jak je zřejmé nejen z programu DL5SWB, ale i následujících přehledů feritových materiálů. Co se projevuje u feritů, projeví se v jisté míře i u železoprachových materiálů. Stejně tak v neposlední míře má na horní hranici kmitočtů vliv i impedance a délka vinutí, ať už se jedná o dvoudrátové, třídrátové či vícedrátové provedení. Chce si to přečíst třeba Rothammela a měřit a zkoušet. Třeba se nám podaří "vyškolit" i žlutobílé jádro mix 26 ze spínaných zdrojů alespoň pro část krátkovlnného rozsahu.

 

Feritová jádra.

 

U feritů začneme opět jádry Amidon či Fair-Rite. Základní přehled nám dává opět software DL5SWB. Pro rychlou orientaci uvádím tabulku. Číselné značení používá Amidon a Fair-Rite, značení velkými písmeny Magnetics Inc. Barevné značení je bez záruky, ač se o vypátrání originálního firemního značení na internetu snaží v různých diskusních fórech mnozí. Zlí jazykové tvrdí, že Amidon toho vyrábí a dodává tolik, že mu pro barevné značení nestačí všechny barvy spektra..

.Z tabulky je patrné, jak se liší použitelný kmitočtový rozsah pro různé aplikace, jak již bylo zmíněno výše.  Pro KV praxi jsou jak známo nejoblíbenější materiály 43 a 61, což tabulka plně potvrzuje. Tyto typy nabízí i GES. Mohu potvrdit, že materiál 61 je zcela ekvivalentní materiálu Pramet N1. Toto bylo několikrát ověřeno na KV balunu při použití jádra N1 o průměru 50mm.

 

PHILIPS

 

Philips byl vlastně první, kdo s výzkumem magneticky měkkých feritů začal. Materiály mají obchodní značku Ferroxcube. Počáteční číslicí 3 jsou je označována řada MnZn feritů pro nižší kmitočty, 4 je řada NiZn feritů pro vf použití. Software DL5SWB je pro radioamatérskou praxi zcela dostačující.

EPCOS.

Dalším velkým výrobcem feritů je Epcos. Původní značení materiálů Siemens se po sloučení s Matsushitou částečně změnilo, proto přehled materiálů podle  permeability uvádím v tabulce. Barevný kód pro všechny materiály bohužel též není znám, ale pro výběr objednávkového značení vyráběných dostupných typů zcela postačí software DL5SWB. Materiály Siemens byly též známy pod označením Siferrit.

NiZn materiály U60 a U17 jsou určeny pro vf použití. U60 odpovídá našemu N01, U17 je vyráběn již od roku 1960 a odpovídá spíše našemu N02.

Dvouotvorová jádra.

Tato jádra vyrábí všichni výrobci a přesto, že jsou v praxi často využívána, v radioamatérské literatuře chybí jejich ucelenější přehled. Jejich hlavní výhodou je minimální rozptyl, protože větší část vinutí je schována uvnitř ferromagnetického materiálu a rozptylové pole je tak ještě menší než u toroidů. Hlavní oblastí využití je konstrukce širokopásmových vf transformátorů a balunů. Někdy se v případě potřeby nahrazovala dvouotvorová jádra dvěma trubičkami, případně u větších výkonů sloupky slepenými z toroidů. Pro malé výkony je dnes vyráběný sortiment dostatečný od krátkovlnných kmitočtů až do oblasti mikrovln. Dnes se tyto miniaturní transformátory vyrábějí hotové i pro SMD technologii v GHz oblasti. Výhoda nepatrného rozptylu vynikne zejména v aplikacích, kde se používají prvky s vysokou vstupní impedancí (MOS-FET, GaAs-FET, HEMT) a vysokým ziskem (MIMICs) a stabilita je nezbytnou nutností.

 

U nás jsou běžně známa dvouotvorová jádra používaná dříve pro televizní symetrizační členy. Tyto tzv. TV baluny s převodem 1:4 byly navinuty miniaturní dvoulinkou a používány pro I.-III. TV pásmo (delší typ), pro TV pásmo IV.-V. pak kratší typ. Porovnáním s výše uvedenou tabulkou pak zjistíme, že delší typ odpovídá velikosti A1, tedy typu B62152A1X1, kratší typ pak má velikost A4, tedy B62152A4X1. Značení X1 tedy udává materiál K1 s permeabilitou μi= 80, což je nejblíže materiálu N1, ze kterého se dělaly TV baluny u nás.

S dvouotvorovými jádry (doppellochkern, double aperture cores) se setkáme u mnoha starších zahraničních radioamatérských konstrukcí (např. YU1AW, DJ7VY atd.). Tabulku Epcos uvádím pro snazší orientaci. Velice výhodné je použít pro případné výpočty i AL konstantu.

Pro ostatní materiály se nepodařilo AL konstanty vypátrat, je nutná svépomoc měřením vzorků. V případě potřeby je možné nahlédnout do katalogu EPCOS.  Některé vybrané typy jader Amidon nabízí i GES, uvádí i AL konstanty, typové označení je rozdílné.

Ve výčtu feritových jader nelze opomenout materiály vyráběné v Prametu Šumperk, kterých je uloženo v radioamatérských šuplících zajisté ještě dost.  V Prametu se vyráběla jádra v podstatě všech tvarů včetně dnes žádaných feritových válečků a dvouotvorových jader s vyšší permeabilitou. Zde uvedený přehled pro toroidy poslouží k porovnání s materiály světových výrobců. Samozřejmě si pomůžeme softwarem DL5SWB, porovnáváme podle počáteční permeability, což je pro radioamatérskou praxi postačující. Je jen škoda, že se kvůli restrukturalizaci podniku více nerozšířily zejména materiály N3 a N7. Například materiál N7 je svými užitnými vlastnostmi velice podobný materiálu 43 od Amidon- Fair Rite, který je v radioamatérských projektech velmi často využíván.

V tabulce si povšimněte uváděného Curieho bodu, což je teplota, při které feritový materiál ztrácí své magnetické vlastnosti. Udává se jako teplota, při jejímž dosažení se permeabilita "zřítí" na polovinu své původní hodnoty. To je důležité při výkonových aplikacích feritů. Tento jev je vratný, pokud feritové jádro přetížením nepraskne. Po vychladnutí se magnetické vlastnosti vrací k normálu. Dále si povšimněte, že Curieho teplota klesá s rostoucí permeabilitou, což je u feritů obecný jev nezávislý na jménu výrobce.

Podrobnější informace lze najít na internetových adresách: www.dl5swb.de www.epcos.com, www.amidoncorp.com www.ferroxcube.com www.doe.cz, www.iskra-feriti.si, kde najdeme i porovnávací cross-referenční listy a katalogy.

Doufám, že tento přehled pomůže všem radioamatérům, kteří se zabývají jak konstrukcí různých balunů pro KV pásma, tak praktickými konstrukcemi obecně.

 

Literatura: Magneticky měkké materiály ve sdělovací technice, SNTL 1961

Elektronikladen Giesler & Danne, Katalog 2/1987

"Měkké ferity Fonox",  katalog PRAMET Šumperk 1973
"Ferromagnetické materiály ve vf obvodech", ing. Martin Kratoška OK1RR, AR-B pro konstruktéry 2/2005

Petr, OK1WPN

ok1wpn@atlas.czä

 


 

 

Ferity


Tabulka feritů fonox z Prametu Šumperk

Označení   Barva f [MHz] µr
N01P   růžová <250 11
N01   červená (rumělka) 30-100 10
N02   světle zelené 10-60 20
N05   tmavě modrá 6-30 50
N1   žlutá 1.5-10 120
N2   tmavě zelená 0.2-2 200
H6   černá 0.2-1.6 600
H10   bez označení <0.3 1300
H12   světle modrá <0.6 1260
H18   fialová 0.2 1800
H20   šedá <0.1 2000
H22   oranžová <0.1 2200

* materiály H jsou vodivé

Kde ferity fonox

Kde ďalšie


Amidony

železoprachová jádra:

Označení     Barva rezonanční obvody
[MHz]
µr teplotní stabilita
[ppm/°C]
Tm-0     světle hnědá / bez barvy 100-300 1 0
Tm-1     modrá / bez barvy 0.5-5 20 280
Tm-2     červená / bez barvy 2-30 10 95
Tm-3     šedá / bez barvy 0.05-0.5 35 370
Tm-6     žlutá / bez barvy 10-50 8 35
Tm-7     bílá / bez barvy 3-35 9 30
Tm-10     černá / bez barvy 30-100 6 150
Tm-12     zelená / bílá 50-200 4 170
Tm-15     červená / bílá 0.1-2 25 190
Tm-17     modrá / žlutá 20-200 4 50
Tm-26     žlutá / bílá 0-1 75 822

feritová jádra:

Označeni µr rezonanční obvody
[MHz]
širokopásmové obvody
[MHz]
RF filtry
[MHz]
teplotní stabilita
[%/°C]
FTm-33 800 0.01-1 1-30 20-80 0.1%
FTm-43 850 0.01-1 1-30 30-200 1%
FTm-61 125 0.2-10 MHz 10-200 30-10000 0.15%
FTm-64 250 0.05-4 50-500 200-5000 0.15%
FTm-67 40 10-80 200-1000 >1000 0.13%
FTm-68 20 80-180 0.5-30 ??? >10000 0.06%
FTm-73 2500 0.001-1 0.2-15 1-40 0.8%
FTm-77 2000 0.001-2 0.5-30 1-40 0.25%
FTm-83 300 0.001-5 1-15 0.5-20 0.4%
FTm-F 3000 0.001-1 0.5-30 1-20 0.25%
FTm-K 290 0.0001-30 50-500 200-5000 0.15%

m = vnější průměr v setinách palce (25 = 0.25 inch); m = 25, 30, 37, 44, 50, 68, 80, 106, 200, ...

analýza toroidního jádra, toroidní cívky

 

 

Analýza toroidního jádra / Core analyse


 

vnější průměr / diametral D : [mm]
vnitřní průměr / diametral d : [mm]
výška jádra / height v : [mm]
navinutých závitů / turns :
změřená indukčnost cívky : [µH]
 

vypočtená relativní permeabilita jádra µr =

tabulka feritových materiálů, toroidní cívky

(c) 2004 OK2TEJ

 

 

 

Toroidní cívky


Tabulka indukčností toroidních cívek pro určitý počet závitů v [µH] pro ferity Fonox z Prametu Šumperk a Amidony

toroid N1 ø6.3 N1 ø10 N1 ø16 N02 ø6.3 H20 ø6.3 H20 ø10 T50-1 T25-2 T37-2 T44-2 T50-2 T37-6 T37-10 FT37-43 FT50-43 FT37-61
µr 120     20 2000   20 10       8 6 850   125
Al 324 480 666 54 5400 8000 100 34 40 52 49 30 25 4200 5230 553
závitů
1 0,03 0,05 0,07   0,54 0,80               0,42 0,52 0,06
2 0,13 0,19 0,27   2,16 3,20 0,04             1,68 2,09 0,22
3 0,29 0,43 0,60 0,05 4,86 7,20 0,09 0,03 0,04 0,05 0,04 0,03   3,78 4,71 0,50
4 0,52 0,77 1,07 0,09 8,64 12,8 0,16 0,05 0,06 0,08 0,08 0,05 0,04 6,72 8,37 0,88
5 0,81 1,20 1,67 0,14 13,5 20,0 0,25 0,09 0,10 0,13 0,12 0,08 0,06 10,5 13,1 1,38
6 1,17 1,73 2,40 0,19 19,4 28,8 0,36 0,12 0,14 0,19 0,18 0,11 0,09 15,1 18,8 1,99
7 1,59 2,35 3,26 0,26 26,5 39,2 0,49 0,17 0,20 0,25 0,24 0,15 0,12 20,6 25,6 2,71
8 2,07 3,07 4,26 0,35 34,6 51,2 0,64 0,22 0,26 0,33 0,31 0,19 0,16 26,9 33,5 3,54
9 2,62 3,89 5,39 0,44 43,7 64,8 0,81 0,28 0,32 0,42 0,40 0,24 0,20 34,0 42,4 4,48
10 3,24 4,80 6,66 0,54 54,0 80,0 1,00 0,34 0,40 0,52 0,49 0,30 0,25 42,0 52,3 5,53
11 3,92 5,81 8,06 0,65 65,3 96,8 1,21 0,41 0,48 0,63 0,59 0,36 0,30 50,8 63,3 6,69
12 4,67 6,91 9,59 0,78 77,8 115 1,44 0,49 0,58 0,75 0,71 0,43 0,36 60,5 75,3 7,96
13 5,48 8,11 11,3 0,91 91,3 135 1,69 0,57 0,68 0,88 0,83 0,51 0,42 71,0 88,4 9,35
14 6,35 9,41 13,1 1,06 106 157 1,96 0,67 0,78 1,02 0,96 0,59 0,49 82,3 103 10,8
15 7,29 10,8 15,0 1,22 122 180 2,25 0,77 0,90 1,17 1,10 0,68 0,56 94,5 118 12,4
16 8,29 12,3 17,1 1,38 138 205 2,56 0,87 1,02 1,33 1,25 0,77 0,64 108 134 14,2
17 9,36 13,9 19,3 1,56 156 231 2,89 0,98 1,16 1,50 1,42 0,87 0,72 121 151 16,0
18 10,5 15,6 21,6 1,75 175 259 3,24 1,10 1,30 1,68 1,59 0,97 0,81 136 169 17,9
19 11,7 17,3 24,0 1,95 195 289 3,61 1,23 1,44 1,88 1,77 1,08 0,90 152 189 20,0
20 13,0 19,2 26,6 2,16 216 320 4,00 1,36 1,60 2,08 1,96 1,20 1,00 168 209 22,1
21 14,3 21,2 29,4 2,38 238 353 4,41 1,50 1,76 2,29 2,16 1,32 1,10 185 231 24,4
22 15,7 23,2 32,2 2,61 261 387 4,84 1,65 1,94 2,52 2,37 1,45 1,21 203 253 26,8
23 17,1 25,4 35,2 2,86 286 423 5,29 1,80 2,12 2,75 2,59 1,59 1,32 222 277 29,3
24 18,7 27,7 38,4 3,11 311 461 5,76 1,96 2,30 3,00 2,82 1,73 1,44 242 301 31,9
25 20,3 30,0 41,6 3,38 338 500 6,25 2,13 2,50 3,25 3,06 1,88 1,56 263 327 34,6
26 21,9 32,5 45,0 3,65 365 541 6,76 2,30 2,70 3,52 3,31 2,03 1,69 284 354 37,4
27 23,6 35,0 48,6 3,94 394 583 7,29 2,48 2,92 3,79 3,57 2,19 1,82 306 381 40,3
28 25,4 37,6 52,2 4,23 423 627 7,84 2,67 3,14 4,08 3,84 2,35 1,96 329 410 43,4
29 27,3 40,4 56,0 4,54 454 673 8,41 2,86 3,36 4,37 4,12 2,52 2,10 353 440 46,5
30 29,2 43,2 59,9 4,86 486 720 9,00 3,06 3,60 4,68 4,41 2,70 2,25 378 471 49,8

L=n2*Al/10000 [µH]     n=100*odmocnina(L[µH]/Al)     T25=ø6.3mm     T37=ø10mm     T50=ø13mm

tabulka feritových materiálů, analýza toroidního jádra

 

 

http://toroids.info/T130-2.php

Specs for T130-2 RF Toroids

T25-2 FB-43-101
T25-6 FB73-2401
T30-2 FT23-43
T30-6 FT37-43
T37-0 FT37-61
T37-2 FT37-67
T37-6 FT50-43
T37-7 FT50-61
T44-2 FT50-75
T44-6 FT50-J
T50-1 FT82-43
T50-2 FT82-61
T50-3 FT114-43
T50-6 FT114-61
T50-7 FT140-43
T50-10 FT140-61
T68-1 FT140-77
T68-2 FT240-31
T68-6 FT240-43
T68-7 FT240-61
T68-10 FT290-43
T80-2 XXX-XX
T80-6 BN-43-2402
T80-10 BN-61-2402
T94-2 BN-43-1502
T94-6 BN-61-1502
T94-10 BN-43-302
T106-0 BN-61-302
T106-2 BN-43-202
T106-6 BN-61-202
T130-0 BN-73-202
T130-2 BN-43-3312
T130-6 BN-43-7051
T130-17 BN-61-002
T157-2  
T200-2  
T200-6  
T225-2B  
Physical Dimensions



OD = 1.30 / 33.0 mm +/- 0.02 in
ID = .780 in / 19.8 mm +/- 0.02 in
Ht = .437 in / 11.1 mm +/- 0.025 in
 AL=11 +/- 5 %      uH=(AL*Turns2)/1000 
Temperature Stability (ppm /°C) = 95
Color Code = Red / Clear
Optimum Resonant Circuit Range
for highest Q and lowest core loss
250 KHz - 10 MHz
Orders and Pricing
www.kitsandparts.com
 
Turns-Length Calculator for T130-2
Includes 1 inch / 2.5 cm pig-tails
MHz
uH
pF
ohms
turns
inches - cm
   

Enter uH to Calc number of turns.
Enter number of turns to Calc uH.
Enter 2: MHz, uH, pF, ohms or turns to Calc all values.

 

http://ok1ike.c-a-v.com/soubory/toroidy-2.htm

 

Toroidní jádra prakticky

 Zaslal OK1RR dne 23.12.2005

 

K napsání tohoto příspěvku mě inspiroval článeček OM3CKU, který se objevil na tomto webu. Sice v něm byla hodnotná informace, avšak podaná takovým způsobem, že mám obavu, aby nevznikla mýlka.

 

Předně opravme pojmy: PSW neexistuje. V češtině se standardně používá ČSV (činitel stojatých vln), dříve se používalo označení PSV (poměr stojatých vln). V angličtině se používají dva výrazy podle toho, jak se dospělo k danému číslu. SWR (standing wave ratio) označuje poměr stojatých vln, získaný z poměru postupujícího a odraženého výkonu. VSWR (voltage standing wave ratio) je pak poměr, získaný z měření napětí. Ve slovenštině jsou označení stejná jako v češtině, pokud vím.

 

Dalším problémem a zásadní nutností je uvědomit si rozdíl mezi feritem a železopráškovým materiálem (hovorově práškem). Podrobnější informace včetně základního chemického složení, krystalografického popisu a základních magnetických charakteristik najdete v modrém AR 2/2005, kde jsem popsal nejen základní parametry, ale i některé aplikace. Snad tedy bude stačit, když si připomeneme, že ferity jsou látky keramické povahy s vysokým měrným odporem a značnou tvrdostí (mohou až rýpat sklo), jejichž permeabilita se pohybuje přibližně od 10 do 20 000. Železopráškové materiály jsou tvořeny jemnými zrnky prášku na bázi kysličníku (karbonylového železa apod.), vzájemně spojených nevodivým pojivem. Jejich permeabilita se pohybuje od 0 do 120. Pro nás zásadním rozdílem je maximální sycení, které je u prášku řádově (tedy 10x) vyšší, než u feritů.

 

Dále je třeba si připomenout chování magnetika v aplikaci, pracující s vyšším výkonem. Ze všech ztrát jsou v tuto chvíli pro nás nejvýznamnější ztráty vířivými proudy, které jsou tak velké, že např. ztráty vlivem odporu vodiče cívky a ztráty vlivem konečného odporu jádra můžeme zanedbat. A» jsou ztráty jakékoli, představují vždy konverzi vf výkonu v teplo – jádro se zahřívá. Zahřívání jádra je náš nepřítel, který působí veškerou neplechu, kterou od jádra můžeme čekat. Při zahřátí jádra na určitou teplotu dochází k jevu, kdy původně feromagnetický materiál nevratně přechází do paramagnetického stavu – to je tzv. Curieho jev. Teplotu, při které 50% objemu veškerého materiálu přejde do paramagnetického stavu označujeme jako Curieho teplotu. Feromagnetismus, ferimagnetismus a paramagnetismus zde nebudu rozebírat a odkážu na již zmíněné modré AR, nám bude stačit, že původní cívka se najednou začne chovat jinak – ztratí indukčnost, balun se může změnit v silně nelineární obvod Nás tedy musí zajímat nejen fakt, že Curieho jev se projevuje u všech feromagnetických látek (tedy u feritů i prášků), ale především skutečnost, že větší povolené sycení (tedy takové, při kterém k Curieho jevu zaručeně nedochází) znamená menší ztráty v jádře. Závěr je jednoznačný – prášky mívají mnohem menší ztráty, než ferity. Použili jsme výraz „sycení“ (obvykle se udává v gaussech). Jeho definice by představovala řadu rovnic, které při orientačním čtení nemají žádnou vypovídací hodnotu.

 

Při určování vlastností neznámého jádra na něj obvykle navineme např. 10 závitů a měříme indukčnost. Je vhodné vinutí rovnoměrně rozprostřít po celém obvodu jádra, pokud bychom naskládali závit vedle závitu a větší část jádra zůstala bez vinutí, můžeme naměřit až dvojnásobnou indukčnost a naše úvahy by byly k ničemu. Dále je nutné vzít v úvahu kmitočet, na kterém měříme. Problémy zde působí permeabilita, která není skalár, ale vektor a je tedy komplexní veličinou, jejíž imaginární složka je frekvenčně závislá. Pokud bychom tedy měřili typické jádro pro nf použití (jednotky kHz) na kmitočtu jednotek či desítek MHz, naměříme naprosto nepoužitelná hausnumera. Budeme-li měřit vf jádro na kmitočtu řádově desítek kHz, nevznikne sice zcela fatální chyba, ale výsledek rozhodně nebude přesný. Je tedy dát třeba pozor na různé procesorové digitální měřiče indukčností (např. AADE, měřič indukčností J. Rečka z HW serveru – reprint na webu ČAV apod.) - jsou sice dobré a přesné, ale měří na kmitočtech do přibližně 500 kHz, což může v některých případech být na závadu přesnosti. Pro naše úvahy jsou tyto měřiče jen omezeně použitelné, hodí se v případech, kdy chceme rychle zkontrolovat indukčnost řádu jednotek mikrohenry a pomocí nějakého programu „střelit od boku“ permeabilitu. Pro seriózní práci proto budeme potřebovat Q-metr, pracující v rozsahu nejméně 0,5 – 40 MHz.

 

Jestliže se feritová a prášková jádra tak zásadně liší, je nutné je od sebe rozeznat. Jak to ale prakticky udělat? Prvním vodítkem může být permeabilita. Je-li větší, než 120, máme téměř 100% jistotu, že materiálem je ferit (u permeability 500 a větší je tato jistota opravdu 100%). U permeabilit menších, než 10, máme naopak jistotu, že jde o prášek. Problém nastane u jader s permeabilitou mezi 50 – 100. Zde je naprosto nutné měřit pomocí Q-metru. Platí, že oblast použitelnosti jádra pro rezonanční obvody je ohraničena kmitočty, při kterých Q poklesne na 50. Mám vyzkoušeno, že tahle definice je moc „tolerantní“, je příliš široká. Mnohem vhodnější je sami pro sebe si říct, že za meze použitelnosti budeme považovat kmitočty, při kterých je Q = 120 nebo vyšší.

 

Pokud jádro s permeabilitou 50 – 120 vykazuje Q kolem 40 v celém KV rozsahu a směrem k nejnižším kmitočtům vykazuje Q určitý nárůst, jde o práškové jádro, určené pro nf aplikace, dosti pravděpodobně pro tlumivky či spínané zdroje (tam se používají jádra s mezním kmitočtem kolem 500 kHz). Takové jádro není k zahození, naopak bude velice vhodné ke konstrukci Guanella (proudového) balunu, který pokryje celý KV rozsah. Předpokladem je samozřejmě určitá velikost jádra. Menší toroidek se bude hodit k navinutí tlumivek do napájecích obvodů různých vf zapojení.

 

Pokud jádro s permeabilitou v uvedeném rozsahu vykazuje Q kolem 80 a na určitých kmitočtech (řádově 1 – 8 MHz) se najednou objeví špička Q, přesahujícího 200, jde jednoznačně o nikelnato-zinečnatý ferit pro vf použití. Snažit se s ním o balun je bezpředmětné, ale bude vynikající ke konstrukci rezonančních obvodů pro 160, 80 a 40 m pásma tam, kde nepožadujeme extrémní kmitočtovou stabilitu (oscilátory). Vstupní filtry přijímače však s ním budou vynikající.

 

Popsali jsme tedy konkrétní a asi nejošemetnější situaci, do jaké se můžeme dostat s neznámým toroidem. Praxe bývá jednodušší - zpravidla bude vhodné se zabývat vzhledem jádra. Použijeme příklad OM3CKU.

 

Nejdříve, co víme: jádro bylo použité v počítačovém spínaném zdroji. Ty se vyrábějí zpravidla v Číně, na Taiwanu apod. To má výhodu v tom, že se zde používají standardní směsi, jaké známe z nabídek firem Amidon, Bytemark, Magnetics apod. Jádra však bývají horší kvality (např. vlivem krácení procesu vypalování bývá řidší pojivo, lisuje se pod menším tlakem, apod.). Dále je známým faktem, že pro spínané zdroje počítačů byla vyvinuta speciální hmota s označením 26 a jádra z ní jsou žlutá s jednou stranou bílou, případně žlutobíle proužkovaná. Naprosto to odpovídá tomu, co popisuje OM3CKU – naše jádro je hmota 26. V tabulkách, které lze nalézt všude možně, např. na http://www.micrometals.com/parts_index.html můžeme najít jádro s vnějším průměrem 26,9 a vnitřním 14,5 mm. To odpovídá jádru T106-26, to se však vyskytuje ve 3 variantách, lišících se výškou jádra – tu však OM3CKU neuvádí.  T106-26 má výšku 11,1 mm, T106-26A má 7,92 a  T106-26B má 14,6 mm. I tak je jádro určeno jednoduše, bez měření a můžeme začít rozmýšlet, co s ním.

 

Na uvedeném jádru by bylo možné navinout např. cívku pro 160 m pro QRP anténní tuner. Další možností je balun, ovšem zásadně proudový (Guanella), u kterého nedochází k přenosu výkonu jádrem. Pro konstrukci balunu 1:4 by však byla nutná dvě jádra. V každém případě je jádro příliš malé, takže k vinutí balunu by bylo nutné použít velmi tenký koaxiální kabel, např. RG-142/U s teflonovou izolací. Vinutí pomocí dvou zkroucených vodičů nebo dvoulinkou, získanou roztržením vícežilového plochého kabelu nedoporučuji. Podrobný rozbor, proč balun vinout uvedenými způsoby by přesáhl rámec tohoto článku, ale můžeme se k němu vrátit někdy jindy, např. na webu ČAV.

 

Jádro by mohlo být vhodné k vinutí transformátorů pro přijímací antény, avšak pouze pro takové, které jsou závislé na zemi, tedy např. Beverage, EWE, K9AY Loop apod. Zde by bylo možné dosáhnout zajímavých výsledků a proto bych tomuto použití dával přednost před všemi ostatními.