Toroidi

I nuclei toroidali ( la Amidon è una delle principali case costruttrici ) trovano vasta applicazione nei circuiti a radiofrequenza e negli alimentatori.


I motivi che spingono un progettista a preferire questi nuclei ad altri sono:


• il comportamento autoschermante, in quanto il flusso rimane confinato entro il nucleo magnetico
• la precisione e la ripetitività dei valori di induttanza e del fattore di qualità
• l’assoluta facilità di posizionamento nel montaggio
• l’elevato Q anche in circuiti a larga banda


I materiali magnetici usati per la costruzione dei nuclei toroidali sono molti ma i due principali sono: la polvere di ferro (iron powder) e la ferrite.

Le caratteristiche salienti di questi nuclei sono: le dimensioni, la permeabilità ( µ ) , il range di frequenza e la potenza massima applicabile.

La permeabilità è il rapporto tra densità di flusso nel materiale (B) e densità di flusso in aria (H):in parole povere è la misura della facilità relativa con cui si instaura un flusso magnetico ,il simbolo che la rappresenta è la lettera greca µ ( µi = micro index ). Al crescere di H, B tende a saturare in quanto c'è un valore di induzione limite quando tutti i dipoli magnetici del materiale si allineano col campo imposto. In genere maggiore è la permeabilità, più bassa è la frequenza di lavoro raccomandata.

 

Il toroide in polvere di ferro (serie T) è in grado di tollerare alte potenze ( il T300 per esempio sopporta 800 Watt RF) ed è soggetto a minori variazioni di permeabilità quindi ottimo per gli oscillatori, un esempio è il nucleo 6 giallo che è stabilissimo a patto che si incollino le spire al nucleo per evitare vibrazioni e spostamenti del filo con conseguenti derive di frequenza.
Il nucleo in ferrite (serie FT) ha una maggiore permeabilità per cui è necessario un minor numero di spire a parità di induttanza (ideale per bobine di blocco RF e trasformatori a larga banda) però è meno stabile al variare della temperatura.

C'è da dire che se si eccede la densità di flusso specificata (se si satura il nucleo) il toroide si surriscalda e la sua permeabilità si modifica; i nuclei in polvere di ferro non si rovinano e tornano alle caratteristiche iniziali, quelli in ferrite invece possono danneggiarsi permanentemente.


Per quanto concerne la costruzione delle bobine bisogna considerare la potenza del segnale in transito; con segnali di modesta entità va bene del rame smaltato con sezione da 0,18 a 1 mm ; se la potenza è elevata bisogna usare del filo rigido ricoperto in PVC (come quello che si usa negli impianti elettrici) di grosso diametro anche 1,5 o 2 mm (il consiglio di "alcuni" di avvolgere il nucleo con nastro isolante prima di costruire la bobina stessa non l'ho mai condiviso... specialmente se si lavora in VHF).. Se la potenza in gioco è davvero elevata ( ad es. nei balun o unun) e ci sono problemi di surriscaldamento, la cosa migliore è incollare con la resina epossidica due nuclei assieme in modo da usarli come un unico toroide.

L’avvolgimento dovrà occupare circa 330 dei 360 gradi a disposizione; non oltre per evitare capacità parassite, non meno per rientrare nei parametri delle formule relative al dimensionamento.

La sigla dei toroidi Amidon è composta da una o due lettere T= toroid FT= ferrite toroid, da una cifra (es. T50) che indica le dimensioni in decimi di pollice del diametro esterno, da un separatore (trattino, punto o barra trasversale) seguito da un altro numero che rappresenta la miscela e la gamma di frequenza al quale sarebbe consigliabile impiegare il toroide.
Si tenga presente che un toroide dichiarato con una frequenza X funzionerà egregiamente anche a frequenze 10 volte più elevate, diminuirà soltanto il fattore di merito.

I toroidi in polvere di ferro sono colorati a seconda della miscela, il primo colore ricopre 3 lati mentre il secondo colore ricopre il lato rimanente.

 

Le formule per calcolare il numero di spire necessarie a raggiungere una certa induttanza sono le seguenti:

 

per i nuclei FT spire=1000 sqr(mh/AL)

per i nuclei T spire=100 sqr(µh/AL)

 

AL è un valore fornito dal costruttore e varia da nucleo a nucleo rappresenta il valore mh per 1000 spire (serie FT) e il valore µh per 100 spire (serie T).

Il programma freeware Amitor 1.1 scritto il Visual Basic 6 consente di determinare il numero delle spire necessario alla realizzazione delle bobine senza usare formule o consultare tabelle, basta conoscere solo la sigla del toroide Amidon.

(Fonte :Biagio Barberino) dove si puo' scaricare il software di calcolo

 

 

 

 

Per altre info sui toroidi clicca la foto
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Proprietà delle ferriti

Iron Powder Material Basic Iron Powder Material Permeability µo Temperature Stability (ppm/°C) Resonant Circuit Frequency Range (MHz) Color Code
0 Phenolic 1 0 100.0 - 300.0 Tan
1 Carbonyl C 20 280 0.5 - 5.0 Blue
2 Carbonyl E 10 95 2.0 - 30.0 Red
3 Carbonyl HP 35 370 0.05 - 0.5 Grey
6 Carbonyl SF 8 35 10.0 - 50.0 Yellow
7 Carbonyl TH 9 30 5.0 - 35.0 White
10 Carbonyl W 6 150 30.0 - 100.0 Black
12 Synthetic Oxide 4 170* 50.0 - 200.0 Green/White
15 Carbonyl GS6 25 190 0.10 - 2.0 Red/White
17 Carbonyl 4 50 50.00 - 200.0 Blue/Yellow
26 Special 75 882 LF filters, chokes Yellow/White

Material #17 has been developed as a temperature stable alternative to the #12.
Frequency ranges shown are for best 'Q'/ Useful over broader frequency ranges with lower 'Q'.

  • MATERIAL #0 (µ=1): Most commonly used for frequencies above 100 MHz. Available in toroidal form only. Note: Due to the nature of this material the inductance resulting from the use of a given AL value may not be as accurate as we would like. Inductance vs. number of turns will vary greatly depending upon the winding technique.
  • MATERIAL #1 (µ=20): A Carbonyl 'C' material, very similar to material #3 except that it has higher volume resistivity and better stability. Available in toroidal form and shielded coil form.
  • MATERIAL #2 (µ=10): A Carbonyl 'E' iron powder material having high volume resistivity. Offers high 'Q' for the 2 MHz to 20 MHz frequency range. Available in toroidal form and shielded coil form.
  • MATERIAL #3 (µ=35): A Carbonyl 'HP' material having excellent stability and good 'Q' for the lower frequencies from 50 KHz to 500 KHz. Available in toroidal form and shielded coil form.
  • MATERIAL #6 (µ=8): A Carbonyl 'SF' material. Offers very good 'Q' and temperature stability for the 20 to 50 MHz frequency range. Available in both toroidal and shielded coil form.
  • MATERIAL #7 (µ=9): A Carbonyl 'TH' material. Very similar to the #2 and #6 materials but offers better temperature stability than either. Available in both toroidal and shielded coil form.
  • MATERIAL #10 (µ=6): A powdered iron 'W' material. Offers good 'Q' and high stability for frequencies from 40 MHz to 100 MHz. Available in toroidal form and shielded coil form.
  • MATERIAL #12 (µ=4): A Synthetic oxide material which provides good 'Q' and moderate stability for frequencies from 50 MHz to 200 MHz. If high 'Q' is of prime importance this material is a good choice. If stability is of a prime importance, consider the #17 material. The #12 material is available in all sizes up to T-94, in toroidal form. Not available in shielded coil form.
  • MATERIAL #15 (µ=25): A carbonyl 'GS6' material. Has excellent stability and good 'Q'. A good choice for commercial broadcast frequencies where good 'Q' and stability are essential. Available in toroidal form only.
  • MATERIAL #17 (µ=4): This is a new carbonyl material which is very similar to the #12 material except tatar it has better temperature stability. However, as compared to the #12 material, there is a slight 'Q' loss of about 10% from 50 MHz to 100 MHz. Above 100 MHz, the 'Q' will gradually deteriorate to approximately 20% lower. It is available in both toroidal form and the shielded coil form.
  • MATERIAL #26 (µ=75): A Hydrogen Reduced material. Has highest permeability of all of the iron powder materials. Used for EMI filters and DC chokes. The #26 is very similar to the older #41 material but can provide and extended frequency range. See AC Line Filter and CD Choke sections for size, permeability and frequency range information.

 

Ecco alcuni calcolatori On-Line

 

Iron Powder (Serie T) : http://www.changpuak.ch/electronics/amidon_toroid_calculator.php

Ferrite (Serie FT): http://www.changpuak.ch/electronics/amidon_toroid_calculator_2.php

Serie T e FT : http://toroids.info/ 

 

 

 

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