|
Mezi radioamatéry stále panuje
jakási všeobecně zažitá obava se pustit do konstrukce radioamatérských zařízení,
obsahujících cívky, Na internetu je ke stažení spousta užitečných softwarových nástrojů, které nám umožnují velice rychle a efektivně navrhovat jak jednoduché, tak i komplikované rezonanční obvody, filtry a frekvenční zádrže. Pokud nad takovým programem strávíme příslušný počet hodin a dotáhneme náš obvodový návrh do požadovaných parametrů, přijde obvykle opět na řadu strejda Google a hledáme nějaký on-line kalkulátor vzduchových cívek. Ti, kteří jsou pragmatičtější povahy, potom zalistují v nabídce některých dodavatelů elektronických součástek a za drahé poštovné si objednají komerčně vyráběné indukčnosti, které jsou dostupné především jako SMD součásti do plošných spojů. Takové komerční miniaturizované indukčnosti ovšem mají (už s ohledem na své rozměry) poměrně velký rozptyl parametrů (typicky ± 20%) a ani VF jakost (Q) těchto indukčností není nikterak valná (typicky 20 až 25), o parazitních kapacitách ani nemluvě. To samozřejmě nevadí při komerční výrobě, protože se tomu dá při větší seriovosti výroby přizpůsobit obvodový návrh, ale v případě radioamatérské konstrukce pár kusů nějakého unikátního zařízení to vede často ke zklamání.
Mezi radioamatérskou komunitou sice často jsou k dispozici různé měřiče indukčností, ale jejich měřicí rozsahy začínají obvykle až u desítek mikroHenry a měřicí svorky jsou navíc tak daleko od sebe, že z důvodu parazitních indukčností u cívek pro VKV pásma nenaměříme zhola nic. Protože nejbližší pomocnou ruku jako obvykle najdeme na konci svého ramene, je vhodné se rozhlédnout po hamshacku a podívat se, jaké měřicí zařízení jsou k dispozici. Celý trik měření hodnot malých indukčností totiž spočívá v tom, že musíme převést to, co měřit neumíme, na to, co měřit umíme. To je především kmitočet. Ne, nepotřebujeme k tomu čítač. Staří VKV praktici měli na stole obvykle GDO, ale tohle zařízení je dnes už minulostí. Stačí však přeladitelný generátor a VF milivoltmetr. V nouzi pevný generátor a měřič malých kapacit. Čím přesnější tyto přístroje jsou, tím přesnější měření bude. K tomu, abychom něco naměřili, je nejprve zapotřebí si sestavit měřicí obvod. Cívku o neznámé indukčnosti zapojíme do rezonančního obvodu se známým kondenzátorem (nejlépe SMD kondenzátor malých rozměrů s nízkou tolerancí) a změříme rezonanční kmitočet obvodu v tomto zapojení: Obrázek: měřicí obvod pro zjištění indukčnosti cívky (na obrázky klikni):
Minimum přenosu v místě rezonance seriového LC obvodu bude jasně patrné - u vzduchových cívek, jejichž průměr se blíží délce, bude dip nejméně 20dB. (Nemáme-li přeladitelný generátor, použijeme pevný generátor (například ručku pro pásmo 70cm utlumenou přídavným attenuátorem o hodnotě alespoň 20dB) a namísto pevného SMD kondenzátoru do rezonančního obvodu zapojíme malý (nejlépe SMD) kondenzátorový trimr cca 15pF a s jeho pomocí opět nastavíme minimum přenosu. Nastavený trimr potom z obvodu vypájíme, naletujeme na jeho vývody drátky a nějakým multimetrem změříme jeho kapacitu.). Po tomto měření tedy již známe kmitočet a kapacitu kondenzátoru rezonančního obvodu. Máme tedy de facto vše potřebné k určení hodnoty jeho indukčnosti pomocí rezonanční rovnice lorda Thomsona:
Zdálo by se, že vše již bylo řečeno. Přesto však ještě musím připomenout, že výše uvedené měření bude vždy zatíženo jistou chybou, a to indukčností volné délky vývodů cívky a rozměrů kondenzátoru. U indukčností nad 100nH to již lze zanedbat, ale při měření menších indukčností mějme na paměti, že to bude představovat parazitní indukčnost několika jednotek nH (u rezonančního obvodu na obrázku to byly cca 4nH). Tato parazitní indukčnost zvyšuje naměřenou hodnotu indukčnosti testované cívky, tedy skutečná indukčnost cívky je o tuto hodnotu nižší. Pokud chceme parazitní indukčnost změřit, nahraďte cívku kouskem vodiče (cca 4mm), zapojeného z SMD kondenzátoru na zem a změřte rezonanční kmitočet takového seriového obvodu. Asi se moc nespletu, pokud řeknu, že pro SMD kondenzátor 6,8pF bude vlastní rezonance měřicího přípravku okolo 1GHz. Zjištění přítomnosti parazitní
indukčnosti délky vývodů cívky a délky součástek nám může pomoci při návrhu
filtru, neboť u praktického rezonančního obvodu na VKV pasmech vždy budou nějaké
délky vývodu (zejména u letmých konstrukcí typu "vrabčí hnízdo"). Pro první
přiblížení v praktické realizaci je tedy dobré si zapamatovat, že 1mm volné
délky vývodu (součástky) bude mít parazitní indukčnost cca 1nH a s tím je třeba
při softwarovém modelování požadovaného rezonančního obvodu počítat. Závěrem: níže je uvedena tabulka naměřené indukčnosti vzduchových cívek, které jsem udělal a popsanou metodou změřil, jakož i porovnání výsledku počítačového návrhu pásmového filtru (pro transvertor 70MHz) a výsledku měření po jeho praktické realizaci. Takže - jak vidíte, cívek se není třeba bát! 73! OK1VPZ
Příloha 1: tabulka hodnot indukčností několika vzduchových cívek. Cívky byly vinuty lakovaným drátem CuL 0,315mm závit vedle závitu na trn vrtáku o průměru, uvedeného v tabulce. Po navinutí byly cívky zakápnuty rychlotvrdnoucím epoxidovým lepidlem. Pro případnou odchylku hodnoty indukčnosti není kritický průměr drátu, ani zafixování lepidlem. Při natáhnutí cívky cca o 10% její délky se indukčnost sníží o cca 10 až 15 %. Podobné snížení indukčnosti nastane, pokud je cívka velice blízko (méně, než 1mm) k vodivé ploše plošného spoje, nebo na něm leží. Pro hodnotu indukčnosti je naopak kritický počet závitů (zejména pokud je závitů méně, než 5) a především průměr cívky!
Příloha 2: porovnání projektovaného a reálně dosaženého tvaru křivky A/F charakteristiky pásmové propusti pro transvertor 28 / 70MHz při použití cívek podle tohoto návodu:
|
Pokud se
chceme zklamání vyhnout, nezbývá nám, než si požadované indukčnosti vyrobit
sami. To je důležité nejen z toho důvodu, abychom ušetřili čas a peníze, ale
také proto, že "šedá je všechna teorie, ale zelený strom života", takže je velmi
nepravděpodobné, že bychom se "trefili" hned napoprvé a cívky bude potřebné
vyrábět znovu a modifikovat je. Také ty různé kalkulátory, navrhované především
pro cívky větších rozměrů a vyšších indukčností, nedávají na VKV pásmech vždy
opakované výsledky - ostatně zkuste si zadat stejné mechanické rozměry do
různých webových kalkulátorů a porovnejte si výsledky. Pokud tedy máme dospět k
nějakému pozitivnímu výsledku, musíme být schopni indukčnost malé cívky, kterou
jsme si právě vyrobili, také změřit. A právě to bývá často kámen úrazu.
Pokud by vám práce s kalkulačkou činila
potíže, můžete si otevřít 
