اتصال کوتاه

.

.

آیا شما هم به آن دسته از فن‌آوران الکترونیک تعلق دارید که هر بار هنگام پیچیدن یک سیم‌پیچ هوایی، برای به دست آوردن یک خودالقایی (اندوکتانس) معیّن و دلخواه، عزا می‌گیرید؟! اگر چنین است، این نوشتار برای شماست! کاسه‌ی چه کنم چه کنم را زمین بگذاربد و دست به کار شوید!

گذشته از شوخی، پیچیدن سیم‌پیچ‌ها برای به دست آوردن یک اندوکتانس معیّن همواره با اشکالات محاسباتی و عملی همراه است. در واقع، عوامل موثر بر کار در مدارهای فرکانس بالا چنان زیادند، که طراح و سازنده‌ی چنین مدارهایی باید، مانند یک شطرنج‌باز ماهر، جوانب پرشماری را در نظر داشته باشد تا به نتیجه‌ی مطلوب برسد. شاید خیلی دور از حقیقت نباشد اگر ادعا کنیم که «گل سرسبد(!)» این مشکلات ساخت خودالقاها و اندوکتورها است.

.

.

خودالقاها به شکل‌ها و در اندازه‌های بسیار گوناگونی ساخته می‌شوند. در جایی قرار دادن یک تکه سیم یا نیم حلقه کردن تکه‌ای دیگر برای رسیدن به اندوکتانس مطلوب کافیست، و در جایی دیگر باید روی هسته‌ای از ماده‌ی مغناتیسیِ «فریت» چندین صد دور پیچید. گاهی اندوکتور ما یک شکاف ال-شکل روی یک صفحه‌ی فلزی است و گاهی یک مسیر مسی با طول و عرض معین بر روی یک فیبر مدار چاپی. ساخت هر یک از این انواع اندوکتورها راه و روش محاسباتی و فرمول‌های خود را دارد. در این‌جا، اما، محاسبه‌ی سیم‌یپچ‌های تک‌لایه با هسته‌ی هوا نشان داده خواهد شد.

.

سیم‌پیچ با هسته‌ی هوا یعنی چه؟

اگر سیم‌پیچی هسته نداشته باشد، در حقیقت جای هسته را هوا پر کرده است و به همین دلیل ساده به این نوع سیم‌پیچ‌ها «سیم‌پیچ هوایی» یا به طور دقیق‌تر «سیم‌پیچ با هسته‌ی هوایی» گفته می‌شود. در بسیاری از یبم‌پیچ‌های هوایی لوله یا قرقره‌ای هم در کار نیست و سیم‌پیچ فاقد هر عضو اضافی است: مانند این است که روی یک مداد چند دور سیم بپیچیم و سپس مداد را از داخل آن بیرون بکشیم. در این حال سیم‌پیچ حالت خود را حفظ می کند و به تنهایی از ایستایی مکانیکی کافی برخوردار است.

.

.

سیم‌پیچ‌های هوایی را پس از مونتاژ و تنظیم نهایی (تنظیم فاصله‌ی حلقه‌های آن از هم) با ریختن یک ماده ی عایق، مانند شمع مذاب، در جای خود محکم می‌کنند تا لرزش و تکان‌های شدید باعث تغییر شکل آن و برهم‌خوردگی تنظیم‌های انجام شده نگردد.

.

کاربرد سیم‌پیچ‌های هوایی تک‌لایه

این سیم‌پیچ‌ها معمولاً در مدارهای فرکانس بالا در محدود‌ی باندهای فرکانسی «امواج کوتاه»  (3 تا 30 مگاهرتز)، و در «امواج خیلی کوتاه» (30 تا 300 مگاهرتز) مورد استفاده قرار می‌گیرند. نمونه‌ای از این کاربرد در گیرنده‌ها و فرستنده‌های موج اف.ام. (88 تا 108 مگاهرتز) است که در هر مدار آنها یک یا تعداد بیشتری سیم‌پیچ هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

.

.

در گذشته‌های دور، در روزهای آغازین رادیو، هنگامی که هنوز بسیاری از افزاره‌ها و مواد پرکیفیت امروزین اختراع و ابداع نشده بودند، از سیم‌پیچ‌های هوایی در ابعاد بزرگ برای کار روی فرکانس‌های پایین تر، مثلاً کار روی امواج بلند و متوسط هم استفاده به عمل می‌آمد که بعدها با ابداع مواد فرّیت منسوخ شدند.

در تصویرهای بالا با شکل ظاهری سیم‌پیچ‌های هوایی آشنا شدیم. در تصویر زیر پارامترهای فیزیکی سیم‌پیچ هوایی که بر تعیین خودالقاییِ آن موثر هستند، مشخص شده‌اند.

.

.

این عوامل عبارتند از:

الف) تعداد دور سیم‌پیچ با نشانه‌ی N،

ب) قطر متوسط سیم‌پیچ یا به سادگی قطر خارجی استوانه‌ای که سیم‌پیچ بر روی آن پیچیده می‌شود با نشانه‌ی D،

پ) طول سیم‌پیچی با نشانه‌ی l . توجه شود که منظور از طول سیم‌پیچی، طول نهایی آن است که می تواند از حلقه‌های فشرده تشکیل شده باشد که در آن حلقه‌های سیم‌پیچی یکدیگر را لمس می‌کنند، و یا حلقه‌هایی با فاصله از یکدیگر داشته باشد،

ت) قطر سیم مورد استفاده در سیم‌پیچی با نشانه‌ی d که البته در تعیین خودالقایی نقشی ندارد، اما چون ممکن است در تشکیلِ طول سیم‌پیچی نقش بازی کند، صرفاً به عنوان یک عامل جانبی در نظر گرفته می‌شود.

.

محاسبه‌ی خودالقایی یک سیم‌پیچ هوایی دراز

فرمول‌های مختلفی توسط مهندسان و فن‌آوران برای محاسبه‌ی خودالقایی سیم‌پیچ‌های هوایی تک‌لایه پیشنهاد شده‌اند. این فرمول بهترین نتیجه را برای سیم‌پیچ‌های خیلی دراز با حلقه‌های فاصله‌دار از هم به دست می‌دهد:

.

.

در این فرمول واحد طول و قطر سیم‌پیچ سانتی‌متر است و مقدار خودالقایی (L) بر حسب نانوهانری به دست خواهد آمد. شرط دقت فرمول بالا این است که طول سیم‌پیچ باید کمینه ده برابر قطر آن باشد.

.

محاسبه‌ی خودالقایی سیم‌پیچ هوایی معمولی

فرمول عملی زیر برای سیم‌پیچ‌های تک‌لایه در اندازه‌های معمولی است که حلقه‌های پیچش آن کنار  و کیپ هم پیچیده شوند و به عبارت دیگر حلقه‌های سیم‌پیچ یکدیگر را لمس کنند:

.

.

توجه شود که بر خلاف فرمول پیشین، در این فرمول اندازه‌ها به میلی متر و اندوکتانس به میکروهانری است.

.

محاسبه‌ی خودالقایی یک سیم‌پیچ‌های هواییِ یک‌دوری

سیم‌پیچ‌های یک‌دوری معمولاً در جایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که یک دکوپلاژ توان در یک امپدانس پایین ضرورت پیدا کند. این نوع سیم‌پیچ‌ها در فرستنده‌های رادیویی،تجهیزات القاییِ گرمکاری صنعتی، دستگاه‌های پزشکی که با انتشار توان فرکانس بالا در درمان بافت‌ها کاربرد دارند، و در ساخت آنتن‌ها به کار گرفته می‌شوند.

.

.

.

مطالب مرتبط:

سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها - 1: روش تعیین مقاومت داخلی خودالقاها

سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها - 2- روش تعیین «خودالقایی» یا «اندوکتانس» سیم پیچ ها

سیم پیچ ها، خودالقاها، سلف ها - 3: تعیین «اشباع هسته» و «اُفت اندوکتانس بر اثر بارگذاری جریان مستقیم»
سیم لاکی: آشنایی با نمره سیم های ناآشنا

فرق بین «هاب» و «سوییچ» چیست؟

چگونه سیم پیچ های چندلایه را محاسبه کنیم؟
ساخت سنجش گری برای وارسی خودالقایی سیم پیچ ها - 1

آداپتوری برای سنجش اندوکتانس خودالقاها

.

.

.