Degradación de la señal de onda sinusoidal resonante en bobina/solenoide después de agregar una segunda capa

He envuelto a mano un par de bobinas/solenoides de tubo con núcleo de aire con alambre de calibre 50 (0,001 pulgadas de diámetro). Mi objetivo es obtener una frecuencia de resonancia de ~10 khz sin el uso de un condensador y mantener la longitud de la bobina (no la longitud del cable utilizado) en ~3 pulgadas. La primera bobina que envolví es demasiado rápida a una frecuencia resonante de ~148 khz. Luego envolví otra bobina pero esta vez completé dos capas. Para la bobina de doble capa, me aseguré de mantener la orientación de la envoltura utilizando la regla de la mano derecha para ambas capas (es decir, la primera capa se envolvió de arriba hacia abajo y la segunda capa continuó con este patrón de arriba hacia abajo). La segunda capa se inició al final de la primera capa y se envolvió hacia el punto de inicio de las primeras capas. Ambas capas son la misma pieza continua de alambre.

Aquí está la lectura del osciloscopio de la bobina con una capa:ingrese la descripción de la imagen aquí

Funciona como se esperaba, pero demasiado rápido. Así que decidí agregar más vueltas con una segunda capa y obtuve esto (en dos envolturas separadas de la bobina):ingrese la descripción de la imagen aquí

El canal 1 (amarillo) es solo la señal de puerta para un transistor y se deja en la imagen, ya que es el disparador del osciloscopio, el canal 2 (púrpura) es lo que busco. Además del cambio de bobina, no hay ningún otro cambio en el circuito o en el programa del microcontrolador que lo controla. Hay una capa de cinta adhesiva normal entre los dos envoltorios. Otro punto interesante es que después de desmantelar (con lágrimas en los ojos) el primer intento de dos capas, tuve la idea de quitar solo la capa exterior y conectar la capa interior al o-scopio. Este "sonó" como se esperaba y se parecía mucho a la primera imagen publicada aquí.

En una nota más humana, me gustaría señalar que enrollar a mano cada bobina con un cable tan pequeño es un proceso que lleva muchas horas y provoca fatiga ocular y calambres en las manos :) Dado que la longitud de la bobina envuelta es de ~3 pulgadas y cada envoltura solo representa ~.001 pulgadas de esas 3 pulgadas, este proceso tomó alrededor de 6000 vueltas... ¡y esto sin contar los errores! Si tomara menos tiempo y esfuerzo, probaría las otras configuraciones obvias antes de llegar a StackExchange con ampollas, dedos temblorosos y ojos cruzados. Pero toma tanto tiempo y aquí estoy.

¿Qué hice mal?

En mi opinión, al leer la complejidad del devanado descrito de una bobina simple, de alguna manera envolvió el cable en la dirección incorrecta. ¿Por qué tantas complicaciones? Giras un huso y enrollas el cable todo el tiempo en la misma dirección.
Espero que hayas envuelto esto con un eje giratorio.
Por encima, por debajo, a través... ¿qué? Me has confundido, lo que me hace sospechar que complicaste demasiado las cosas y te burlaste de ti mismo. Si llegaste al final de la bobina y la giraste o invertiste la dirección de la mano, lo hiciste mal. Puede revolver la bobina y, siempre que no invierta la dirección de su mano o voltee la bobina, todas las vueltas son de la misma manera.
La segunda capa tiene capacitancia a la primera capa. Trate de hacer una sola capa de 6 pulgadas de largo. (Podría bajarlo a unos 80 kHz)
No se engañe: ESTÁ usando capacitancia, pero es la autocapacitancia (parásita) de la bobina misma. La bobina de una sola capa funciona en parte como una bobina en el sentido habitual y en parte como una línea de transmisión. Cuando agrega la segunda capa de la manera que describe, está creando una capacitancia adicional de extremo a extremo que corta parcialmente secciones de la línea de transmisión, creando el desorden que ve en el osciloscopio.
el barniz del alambre tiene una capacitancia dieléctrica de aproximadamente 4 x aire como la mayoría de los plásticos. Donde se equivocó fue al definir sus objetivos para un capacitor de inductor no ferroso y resistencia en serie y, por lo tanto, Q o ganancia de impedancia en resonancia. El resultado que tienes es doloroso. ¿Qué espera lograr que no se pueda hacer fácilmente de otra manera?
Puede sintonizar la frecuencia con un capacitor emparejado para agregar a la capacitancia del barniz. Porque tantas vueltas??? Cuando simplemente bajas la impedancia con menos vueltas y un límite más grande. ¿Has considerado por qué estás haciendo esto y has pensado en compartir con nosotros para qué sirve?
@marko El proceso de envoltura es muy simple y directo, pero estoy tratando de escribir en una medida definitiva y evitar comentarios como los de Dave Tweed (dije que estaba evitando el uso de un CONDENSADOR Sr. Tweed, no CAPACITANCIA).
@Voltage Spike Hice girar a mano la sección de PVC y tenía el carrete de alambre en una varilla de soldadura. ¡Ningunas máquinas o energía de la máquina, bebé!
@Brian Drummond Iré por el otro lado y haré algunas bobinas prototipo de .75 pulgadas o más de diferentes configuraciones de envoltura hasta que encuentre una señal de resonancia limpia y luego haga una bobina de "tamaño completo" de esa configuración. Mencioné que solo tengo 3 pulgadas más o menos para jugar en la publicación.
@TonyStewartSunnyskyguyEE75 Estoy evitando el uso de un condensador independiente para evitar la deriva de temperatura en la frecuencia de resonancia de la bobina. Además, este es potencialmente un componente importante para una pieza muy valiosa de un negocio novedoso, por lo que prefiero no extenderme demasiado al respecto. La capacitancia adicional del barniz no parece ser un problema demasiado grande ya que una bobina de una sola capa oscila bien. Como se mencionó en un comentario anterior, he decidido hacer algunas bobinas cortas en diferentes configuraciones y probarlas en el oscopio. Si encuentro una envoltura de bobina de varios niveles que suene limpiamente, la usaré.
Esta es una tecnología de 50 años para mí para usar condensadores PTC para compensar la característica NTC de los inductores. Tu invento carece de especificaciones de diseño.

Respuestas (1)

Respondiendo porque la verdadera pregunta está empezando a surgir en los comentarios. Estos desaparecerán eventualmente, así que edite la pregunta para hacer la pregunta real.

¿Cómo diseño un inductor para alcanzar una frecuencia autorresonante específica sin deriva térmica?

Ahora...

Obtendrá una deriva de temperatura en la bobina misma. La expansión térmica cambiará sus dimensiones, lo que cambiará la inductancia.

Tome su diseño de bobina nominal e ingrese sus parámetros en cualquier calculadora en línea para inductancia con núcleo de aire. O busque las fórmulas/aproximaciones en los libros. Y calcule la inductancia.

Busque el COE térmico (coeficiente de expansión) del cobre y vuelva a calcular esas dimensiones nominales para (digamos) un aumento de temperatura de 10C: vuelva a calcular la inductancia. Ahora puede obtener un coeficiente térmico para su inductancia dividiendo la relación Lhot/Lcold por 10.

Siguiente: Viejo truco de radioaficionado: use una red de capacitores para crear una capacitancia con el coeficiente térmico opuesto para cancelar la mayor parte de esa deriva.

Entonces puede usar una bobina más razonable y salvar sus dedos. Y use un cable más grueso, disminuyendo R y aumentando Q si eso ayudaría al rendimiento para cualquier aplicación.

Su bobina de 3000 vueltas parece tener una Q de aproximadamente 4, estimada a partir de la tasa de decaimiento de la sinusoide (a aproximadamente 1/e en aproximadamente 4 ciclos). No es de extrañar con un cable de tan alta resistencia.

Consiga el libro de Pat Hawker (G3VA) "Técnicas de radioaficionados" si puede encontrarlo

O tal vez algo de finales de la década de 1920 cuando los grandes inductores abiertos y los circuitos muy simples eran SOTA, y la gente realmente se preocupaba por los buenos circuitos resonantes antes de que las técnicas "supersónicas heterodinas" (superhet) los hicieran innecesarios para la radio. "El Manual de Radio Moderna (John Scott-Taggart, 1933) probablemente sea demasiado tarde. "El Manual del Almirantazgo de Telegrafía Inalámbrica" ​​(edición de 1925) puede ser una mejor apuesta.

Excelente respuesta, gracias! Mucho para leer y aprender. He votado a favor de tu publicación, pero no tengo suficientes representantes para que se muestre. Además, ese es un gato de primera categoría.
Degradación de la señal de onda sinusoidal resonante en bobina/solenoide después de agregar una segunda capa
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