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線圈Q值研究

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兩壺居士 發表于 2016-11-19 20:19:50 | 只看該作者 |只看大圖 |閱讀模式 打印 上一主題 下一主題
線圈Q值研究
我學習無線電(現在叫做“電子技術”)是從收音機起步的,從礦石收音機、單管收音機(電子管)直到超外差式六燈機,再后來就是晶體管收音機、黑白電視機……。盡管現在早已進入單片機、機器人、還有什么安卓的時代,可是我仍然對制作收音機以及與它相近的遙控、音響等情有獨鐘,當然這也許是我跟不上潮流的一種借口。
總之,制作收音機這類的東西就離不開繞線圈,電路中需要的線圈(或曰電感)多半是要自制的,線圈做好后就想知道關于它的各種參數:電感量、分布電容乃至Q值。以前制作半導體收音機的時候就按照資料上的骨架、線徑、匝數等參數照貓畫虎就是了。雖說最終也能把收音機做響,但無論靈敏度或選擇性總比售品機器要相差一大截。究其原因,除了調試設備和技巧,當然就是元件質量的差別了,其中線圈的質量應該是第一因素,至少我自己是這樣認為的。
為了使自制的線圈有更高的Q值,也參閱了各種電子雜志刊載的資料,里面的說法基本是一致的:線圈筒直徑要大,線徑要粗,間繞比平繞好,平繞比疊繞好,若是磁心線圈,則線圈要放在磁棒的一端,放中間則Q值低。我的前輩這樣教我,我也原封不動的教比我更后的后輩。這些原則是英雄所見略同,還是人云亦云就不得而知了,反正我是屬于人云亦云的隊伍。因為我無法證明上面那些結論的正確與否,或者壓根就沒想到這些前輩的經驗還需要用實驗證實一下。
前不久,一位友人送給我一副數字顯示的Q表套件,裝成后就興致勃勃地用它測量各種線圈的Q值。這一量不打緊,測量的結果實在是大出我意料之外。
以用線粗細為例,以前總是認為線越粗,繞的線圈Q值必定越高,其實未必盡然。在講述我的故事以前,斗膽請各位資深電子愛好者及專家,于百忙中抽片刻時間回答下面的一道選擇題:
圖1中分別用Φ0.44、Φ0.25、Φ0.12mm三種粗細不同的漆包線各在普通中波磁棒上繞60圈,并移到適當位置使其具有相同的電感量(下面的實驗都調到320μH),問哪種導線繞成的磁棒線圈具有較高的Q值?




在600kHz處測試三種線圈的Q值。


下面的幾個測試點就不必一一出示圖片了(太累)。
結果是:
f=1MHz時:Q1= 79.4、Q2= 127.4、Q3= 189.8;
在f= 1.5MHz時:Q1= 58.8、Q2= 93.1、Q3= 141.9。
顯然,c項才是正確的答案!也就是說越細的線所繞成的線圈,其Q值反而越高,這實在是大出我們意料之外!
有人看了上面的圖片之后可能會不屑的說:“原來你的所謂‘Q表’,竟是山寨版的。這種實驗數據可信嗎?”
我得鄭重聲明:我的Q表不是山寨版,而是DIY版!
于是更是有人啞然失笑:“DIY不就是山寨的別名么,難道它們還有什么區別不成?”
答曰:“區別肯定是有的,不僅有,而且還不小!”
山寨品是奸商們為了牟取超額利潤,而不惜偷工減料,粗制濫造的東西。而DIY作品則是愛好者嘔心瀝血,精心制作的結晶。我所DIY的Q表是礦壇XJW01老師所設計,并以套件的方式推廣,為眾多高手實驗所證實的一款質高價廉的Q表,其測量精度是無庸置疑的。退一萬步講,即使精度再差,比較Q值的大小總不至于搞顛倒吧?

如果有的朋友還心存疑慮,不妨親自用你的非山寨品Q重復上面的實驗。“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行。”真正的科學規律是經得起重復實驗的!
剛才的實驗是用粗細不同的單股線來作比較,下面我們用李茲線PK單股線!



這里有4種線圈,最左邊一種是單股線繞的,它是前面實驗的優勝者。后面3種分別是不同規格的李茲線繞的線圈,它們都繞60匝,每次實驗都用同一根磁棒,測Q值之前都將電感量調到320微亨左右。另外還有兩種備選的磁棒:普通的中波磁棒和高Q的中波磁棒。
在我們(至少是我)的印象中,李茲線無疑比單股線要好得多,現在就用Q表驗證一下,看是否真是這樣。下面我就不一一展示圖片了,一張張圖片看去好像有點眼力疲勞,我把實驗結果列成表格更簡單明了!
先用普通中波磁棒與4種線圈一一配用,測試頻率從500kHz到1500kHz,每隔100kHz一個測試點。

用普通中波磁棒
  
Q
  
  
頻率(kHz
  
  
500
  
  
600
  
  
700
  
  
800
  
  
900
  
  
1000
  
  
L3
  
  
175.7
  
  
190.2
  
  
197.5
  
  
198.5
  
  
195.4
  
  
189.8
  
  
L4
  
  
258.4
  
  
259.8
  
  
250.4
  
  
238.4
  
  
223.6
  
  
205.3
  
  
L5
  
  
204.6
  
  
221.2
  
  
226.3
  
  
229.1
  
  
224.2
  
  
218.0
  
  
L6
  
  
324.0
  
  
291.3
  
  
264.7
  
  
244.1
  
  
219.3
  
  
185.2
  
  
Q
  
  
頻率(kHz
  
  
1100
  
  
1200
  
  
1300
  
  
1400
  
  
1500
  
  
備注
  
  
L3
  
  
181.0
  
  
171.6
  
  
161.4
  
  
151.3
  
  
141.9
  
  
0.13單股線
  
  
L4
  
  
187.8
  
  
171.1
  
  
156.4
  
  
142.5
  
  
130.1
  
  
7*0.07李茲線
  
  
L5
  
  
205.0
  
  
192.3
  
  
179.4
  
  
168.0
  
  
156.6
  
  
7*0.05李茲線
  
  
L6
  
  
169.3
  
  
149.8
  
  
135.1
  
  
120.3
  
  
109.6
  
  
60*0.04李茲線
  

從表中可以看到,單股線和李茲線PK的結果,并非我們原先想象的那樣全線敗退,至少在頻率高端它比7*0.07和60*0.04的李茲線要強些,倒是它在我自己DIY的7*0.05的李茲線面前不得不俯首稱臣。如果以高低端Q值均勻而論,單股線倒奪得亞軍,冠軍被我的山寨品的李茲線所斬獲,我都有點驕傲自滿了!而身價最高的60*0.04的李茲線僅在800kHz以前可以傲視群雄,可過了此處便一蹶不振,到1500kHz點Q值竟僅剩100多一點,實在是讓人大跌眼球!
這樣看來,我以0.6元/米的代價買來的60*0.04的李茲線豈不是白瞎了?
結論先別下早了,還是把另一個實驗做了再說。我們的下一個實驗還是這4個線圈,但磁棒改用高Q中波磁棒。實驗數據見下表:
用高Q中波磁棒
  
Q
  
  
頻率(kHz
  
  
500
  
  
600
  
  
700
  
  
800
  
  
900
  
  
1000
  
  
L3
  
  
180.7
  
  
200.5
  
  
214.8
  
  
223.5
  
  
228.6
  
  
230.3
  
  
L4
  
  
256.9
  
  
277.1
  
  
285.4
  
  
290.4
  
  
284.9
  
  
280.7
  
  
L5
  
  
215.9
  
  
242.5
  
  
259.1
  
  
275.1
  
  
284.9
  
  
292.8
  
  
L6
  
  
461.2
  
  
459.1
  
  
444.5
  
  
428.4
  
  
400.0
  
  
375.9
  
  
Q
  
  
頻率(kHz
  
  
1100
  
  
1200
  
  
1300
  
  
1400
  
  
1500
  
  
備注
  
  
L3
  
  
228.5
  
  
224.4
  
  
219.5
  
  
214.9
  
  
205.9
  
  
0.13單股線
  
  
L4
  
  
277.8
  
  
269.5
  
  
260.1
  
  
250.9
  
  
246.6
  
  
7*0.07李茲線
  
  
L5
  
  
293.7
  
  
298.0
  
  
293.0
  
  
286.9
  
  
285.8
  
  
7*0.05李茲線
  
  
L6
  
  
348.2
  
  
333.0
  
  
312.1
  
  
297.7
  
  
280.9
  
  
60*0.04李茲線
  



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2#
 樓主| 兩壺居士 發表于 2016-11-19 20:21:16 | 只看該作者
換了高Q磁棒以后,可以看到各個線圈的Q值普遍都有提高,尤其是在頻率的高端,提高更為顯著,L6在1500kHz點提高近3倍,L4、L5也提高近2倍!這里高Q磁棒起了決定性的作用。Q值不僅提高,而且在整個中波段的均勻度也最理想的當屬L4,最大Q值與最小Q值相差不到20%,難怪以前大多數半導體收音機都用7*0.07的線做天線線圈。L5雖說整個中波段的均勻度比不上L4,但它在900kHz以后,不僅一直高過L4,而且這區間的均勻度特佳,Q值相差不到5%。
L6配上高Q磁棒真是金鞍配寶馬,紅粉扮佳人,一下就把其他3種線圈甩了老遠!低端Q值是其他線圈的兩倍,即使在1500kHz處,也比單股線L3高出一大截,僅跟同是李茲線的L5在高端走到了一起。比L5稍差了那么一點點(只有1.7%),說不定是Q表的誤差鬧的。當然,L6在整個中波段Q值并不均衡,還是低端Q高,高端Q低,這的確有點美中不足。
從上面系列實驗可以看出,李茲線必須要配合高Q磁棒(這種磁棒的端面被涂成黃色)。如用普通中波磁棒,一般用0.12左右的單股線就比較合適。用李茲線固然可以在低端提高Q值,但在中波高端Q值卻下降得很厲害,整個中波段的Q值很不均勻,這似乎有點得不償失。
在李茲線中,要多少股才能取得更好的成績呢,以7*0.05與60*0.04的兩種線比較,股數增加,線圈的低頻端Q值明顯增加,但高頻端卻下降,能否找出一種適當股數的李茲線,使高低端Q值更均衡些呢?我又用16*0.05的線和30*0.05的線(自己DIY的),并用5mL一次性針管為骨架制作了L7和L8。另外還用60*0.04的線也用5mL一次性針管作骨架繞了L9,現將實驗結果列表如下,表中L5和L6是原來的實驗數據,現列上作為對照。L9與L6的區別僅僅是骨架不同,前者是用的一次性針管,后者用膠片卷的圓筒。

Q值        頻率(kHz)
        500        600        700        800        900        1000
L5        215.9        242.5        259.1        275.1        284.9        292.8
L7        320.2        353.7        374.0        380.4        383.3        377.5
L8        460.3        464.6        463.4        456.0        439.8        419.6
L9        483.1        492.3        483.8        473.3        459.7        436.6
L6        461.2        459.1        444.5        428.4        400.0        375.9
Q值        頻率(kHz)
        1100        1200        1300        1400        1500        備注
L5        293.7        298.0        293.0        286.9        285.8        7*0.05李茲線
L7        374.6        362.9        349.2        334.6        323.8        16*0.05李茲線
L8        397.5        375.5        354.5        333.2        320.2        30*0.05李茲線
L9        413.2        392.0        366.8        335.3        339.0        60*0.04李茲線
L6        348.2        333.0        312.1        297.7        280.9        60*0.04李茲線


從實驗結果可見,隨著李茲線股數的增加,低頻端的Q值明顯提高,但高頻端變化很少。以線的股數而言,當然是股數越多Q值越高,但從30股增加到60股,Q的增加就很少了。以Q的均勻度來說,其中以L7的成績最為理想,Q值在整個中波段非常均勻,而且都在300以上。
綜上所述,關于磁棒線圈我們給大家推薦兩種方案:
1.  用普通中波磁棒,建議用0.12左右的單股漆包線繞制,其Q值接近200,用在普及型收音機中基本上是能勝任的。
2.  如果希望輸入回路的靈敏度和選擇性更上層樓,則建議用高Q磁棒,配15~30股的0.04的李茲線來繞制,其Q值約在300~400之間。比如說制作高靈敏度的中波收音機即可采用這個方案。
當然,如果是制作礦石機的高Q線圈,則可采用更多股的李茲線和更高端昂貴的磁棒,這就不在本文的討論范圍了。
最后再補充一點,線圈的Q值對收音機的靈敏度和選擇性都是至關重要的,以TA7642集成電路制作的直放式中波收音機為例,一般都認為它的選擇性很不盡人意,往往不能避免混臺.靈敏度也只能收個本地臺而已.
究其原因,皆因此類收音機為了縮小體積,采用了很短的磁棒,線圈所用導線也多半是單股漆包線.這種線圈的Q值充其量也就100多點,希望這樣的線圈能獲得好的靈敏度和選擇性,無異緣木求魚.有位朋友裝了一臺這種水平的7642直放機,在武漢只能收到2~3個臺(武漢有6個中波臺),他問我能收多少?我說我的7642機本地6個臺無一漏網,也完全沒有串臺現象;晴天的夜間可以收到好多的外地臺,除了鄰近的省臺,還可以收到位于香港的"圣經臺,而且收聽效果還不錯.他問我密訣何在?我說沒有別的竅門,用120mm的高Q磁棒,外加股數足夠多的李茲線,當然還要舌簧耳機出場,保你可以獲得滿意的成績!后來的結果相信各位都能猜到了……
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3#
王棟春 發表于 2016-11-19 21:19:22 | 只看該作者
好資料 但是這種工藝或者技術猶如膽管一樣 大勢去已  感謝前輩分享
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4#
csaaa 發表于 2016-11-19 21:33:19 | 只看該作者
一篇不錯的具有電子報風格的文章
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5#
 樓主| 兩壺居士 發表于 2016-11-19 21:53:49 | 只看該作者
王棟春 發表于 2016-11-19 21:19
好資料 但是這種工藝或者技術猶如膽管一樣 大勢去已  感謝前輩分享

火腿有時也要自制線圈,做線圈就得知道Q值.
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6#
柳清眉 發表于 2016-11-19 22:21:48 | 只看該作者
樓主實踐出真知,佩服!很有礦壇前輩的匠人態度,不知道什么時候比較下平繞和間繞,分段間繞,線圈不同長徑比,不同磁芯在不同應頻段(SW)的損耗和性能圖表,問這種懶人問題感覺自己臉皮好厚。。。
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7#
 樓主| 兩壺居士 發表于 2016-11-20 09:08:38 | 只看該作者
柳清眉 發表于 2016-11-19 22:21
樓主實踐出真知,佩服!很有礦壇前輩的匠人態度,不知道什么時候比較下平繞和間繞,分段間繞,線 ...

普通中波磁棒的工作頻率號稱2MHz以下,實際上到1.2MHz損耗就明顯增加.文中說的高Q磁棒,臺灣的半導體機中常見,黃色端面的.中波高端的損耗比較小.頻率更高就得用短波磁棒了,這種磁棒為鎳鋅材料,導磁率比中波磁棒(錳鋅)的低,工作頻率可以到4MHz,一般用于短波1.頻率再高,就不用磁棒,但還是用小磁心作為線圈電感量的微調.到了FM廣播段就用銅心微調了.
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8#
柳清眉 發表于 2016-11-20 21:13:38 | 只看該作者
本帖最后由 柳清眉 于 2016-11-20 21:17 編輯
兩壺居士 發表于 2016-11-20 09:08
普通中波磁棒的工作頻率號稱2MHz以下,實際上到1.2MHz損耗就明顯增加.文中說的高Q磁棒,臺灣的半導體機中常 ...

在數字尋呼機的天線上曾見到過一種磁棒,見其能工作在VHF頻段曾想過用其制作SW磁棒,然而懶到現在也沒有做。。。
話說因為無法判斷磁棒的高頻損耗一直用較高的電壓測磁棒的電阻來猜。。。。
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9#
670712150 發表于 2016-11-22 21:29:11 | 只看該作者
謝謝樓主分享,學習了!!!
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10#
小黑折騰DIY 發表于 2016-11-26 18:41:12 | 只看該作者
好資料 但是這種工藝或者技術猶如膽管一樣 大勢去已  感謝前輩分享
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