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线圈Q值研究

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线圈Q值研究
我学习无线电(现在叫做“电子技术”)是从收音机起步的,从矿石收音机、单管收音机(电子管)直到超外差式六灯机,再后来就是晶体管收音机、黑白电视机……。尽管现在早已进入单片机、机器人、还有什么安卓的时代,可是我仍然对制作收音机以及与它相近的遥控、音响等情有独钟,当然这也许是我跟不上潮流的一种借口。
总之,制作收音机这类的东西就离不开绕线圈,电路中需要的线圈(或曰电感)多半是要自制的,线圈做好后就想知道关于它的各种参数:电感量、分布电容乃至Q值。以前制作半导体收音机的时候就按照资料上的骨架、线径、匝数等参数照猫画虎就是了。虽说最终也能把收音机做响,但无论灵敏度或选择性总比售品机器要相差一大截。究其原因,除了调试设备和技巧,当然就是元件质量的差别了,其中线圈的质量应该是第一因素,至少我自己是这样认为的。
为了使自制的线圈有更高的Q值,也参阅了各种电子杂志刊载的资料,里面的说法基本是一致的:线圈筒直径要大,线径要粗,间绕比平绕好,平绕比叠绕好,若是磁心线圈,则线圈要放在磁棒的一端,放中间则Q值低。我的前辈这样教我,我也原封不动的教比我更后的后辈。这些原则是英雄所见略同,还是人云亦云就不得而知了,反正我是属于人云亦云的队伍。因为我无法证明上面那些结论的正确与否,或者压根就没想到这些前辈的经验还需要用实验证实一下。
前不久,一位友人送给我一副数字显示的Q表套件,装成后就兴致勃勃地用它测量各种线圈的Q值。这一量不打紧,测量的结果实在是大出我意料之外。
以用线粗细为例,以前总是认为线越粗,绕的线圈Q值必定越高,其实未必尽然。在讲述我的故事以前,斗胆请各位资深电子爱好者及专家,于百忙中抽片刻时间回答下面的一道选择题:
图1中分别用Φ0.44、Φ0.25、Φ0.12mm三种粗细不同的漆包线各在普通中波磁棒上绕60圈,并移到适当位置使其具有相同的电感量(下面的实验都调到320μH),问哪种导线绕成的磁棒线圈具有较高的Q值?
P1.JPG

P2a.JPG

P2b.JPG

P2c.JPG

在600kHz处测试三种线圈的Q值。
P3a.JPG

P3b.JPG

P3c.JPG
下面的几个测试点就不必一一出示图片了(太累)。
结果是:
f=1MHz时:Q1= 79.4、Q2= 127.4、Q3= 189.8;
在f= 1.5MHz时:Q1= 58.8、Q2= 93.1、Q3= 141.9。
显然,c项才是正确的答案!也就是说越细的线所绕成的线圈,其Q值反而越高,这实在是大出我们意料之外!
有人看了上面的图片之后可能会不屑的说:“原来你的所谓‘Q表’,竟是山寨版的。这种实验数据可信吗?”
我得郑重声明:我的Q表不是山寨版,而是DIY版!
于是更是有人哑然失笑:“DIY不就是山寨的别名么,难道它们还有什么区别不成?”
答曰:“区别肯定是有的,不仅有,而且还不小!”
山寨品是奸商们为了牟取超额利润,而不惜偷工减料,粗制滥造的东西。而DIY作品则是爱好者呕心沥血,精心制作的结晶。我所DIY的Q表是矿坛XJW01老师所设计,并以套件的方式推广,为众多高手实验所证实的一款质高价廉的Q表,其测量精度是无庸置疑的。退一万步讲,即使精度再差,比较Q值的大小总不至于搞颠倒吧?

如果有的朋友还心存疑虑,不妨亲自用你的非山寨品Q重复上面的实验。“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。”真正的科学规律是经得起重复实验的!
刚才的实验是用粗细不同的单股线来作比较,下面我们用李兹线PK单股线!
P4.JPG



这里有4种线圈,最左边一种是单股线绕的,它是前面实验的优胜者。后面3种分别是不同规格的李兹线绕的线圈,它们都绕60匝,每次实验都用同一根磁棒,测Q值之前都将电感量调到320微亨左右。另外还有两种备选的磁棒:普通的中波磁棒和高Q的中波磁棒。
在我们(至少是我)的印象中,李兹线无疑比单股线要好得多,现在就用Q表验证一下,看是否真是这样。下面我就不一一展示图片了,一张张图片看去好像有点眼力疲劳,我把实验结果列成表格更简单明了!
先用普通中波磁棒与4种线圈一一配用,测试频率从500kHz到1500kHz,每隔100kHz一个测试点。

用普通中波磁棒
  
Q
  
  
频率(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
  
  
频率(kHz
  
  
1100
  
  
1200
  
  
1300
  
  
1400
  
  
1500
  
  
备注
  
  
L3
  
  
181.0
  
  
171.6
  
  
161.4
  
  
151.3
  
  
141.9
  
  
0.13单股线
  
  
L4
  
  
187.8
  
  
171.1
  
  
156.4
  
  
142.5
  
  
130.1
  
  
7*0.07李兹线
  
  
L5
  
  
205.0
  
  
192.3
  
  
179.4
  
  
168.0
  
  
156.6
  
  
7*0.05李兹线
  
  
L6
  
  
169.3
  
  
149.8
  
  
135.1
  
  
120.3
  
  
109.6
  
  
60*0.04李兹线
  

从表中可以看到,单股线和李兹线PK的结果,并非我们原先想象的那样全线败退,至少在频率高端它比7*0.07和60*0.04的李兹线要强些,倒是它在我自己DIY的7*0.05的李兹线面前不得不俯首称臣。如果以高低端Q值均匀而论,单股线倒夺得亚军,冠军被我的山寨品的李兹线所斩获,我都有点骄傲自满了!而身价最高的60*0.04的李兹线仅在800kHz以前可以傲视群雄,可过了此处便一蹶不振,到1500kHz点Q值竟仅剩100多一点,实在是让人大跌眼球!
这样看来,我以0.6元/米的代价买来的60*0.04的李兹线岂不是白瞎了?
结论先别下早了,还是把另一个实验做了再说。我们的下一个实验还是这4个线圈,但磁棒改用高Q中波磁棒。实验数据见下表:
用高Q中波磁棒
  
Q
  
  
频率(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
  
  
频率(kHz
  
  
1100
  
  
1200
  
  
1300
  
  
1400
  
  
1500
  
  
备注
  
  
L3
  
  
228.5
  
  
224.4
  
  
219.5
  
  
214.9
  
  
205.9
  
  
0.13单股线
  
  
L4
  
  
277.8
  
  
269.5
  
  
260.1
  
  
250.9
  
  
246.6
  
  
7*0.07李兹线
  
  
L5
  
  
293.7
  
  
298.0
  
  
293.0
  
  
286.9
  
  
285.8
  
  
7*0.05李兹线
  
  
L6
  
  
348.2
  
  
333.0
  
  
312.1
  
  
297.7
  
  
280.9
  
  
60*0.04李兹线
  



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换了高Q磁棒以后,可以看到各个线圈的Q值普遍都有提高,尤其是在频率的高端,提高更为显著,L6在1500kHz点提高近3倍,L4、L5也提高近2倍!这里高Q磁棒起了决定性的作用。Q值不仅提高,而且在整个中波段的均匀度也最理想的当属L4,最大Q值与最小Q值相差不到20%,难怪以前大多数半导体收音机都用7*0.07的线做天线线圈。L5虽说整个中波段的均匀度比不上L4,但它在900kHz以后,不仅一直高过L4,而且这区间的均匀度特佳,Q值相差不到5%。
L6配上高Q磁棒真是金鞍配宝马,红粉扮佳人,一下就把其他3种线圈甩了老远!低端Q值是其他线圈的两倍,即使在1500kHz处,也比单股线L3高出一大截,仅跟同是李兹线的L5在高端走到了一起。比L5稍差了那么一点点(只有1.7%),说不定是Q表的误差闹的。当然,L6在整个中波段Q值并不均衡,还是低端Q高,高端Q低,这的确有点美中不足。
从上面系列实验可以看出,李兹线必须要配合高Q磁棒(这种磁棒的端面被涂成黄色)。如用普通中波磁棒,一般用0.12左右的单股线就比较合适。用李兹线固然可以在低端提高Q值,但在中波高端Q值却下降得很厉害,整个中波段的Q值很不均匀,这似乎有点得不偿失。
在李兹线中,要多少股才能取得更好的成绩呢,以7*0.05与60*0.04的两种线比较,股数增加,线圈的低频端Q值明显增加,但高频端却下降,能否找出一种适当股数的李兹线,使高低端Q值更均衡些呢?我又用16*0.05的线和30*0.05的线(自己DIY的),并用5mL一次性针管为骨架制作了L7和L8。另外还用60*0.04的线也用5mL一次性针管作骨架绕了L9,现将实验结果列表如下,表中L5和L6是原来的实验数据,现列上作为对照。L9与L6的区别仅仅是骨架不同,前者是用的一次性针管,后者用胶片卷的圆筒。

Q值        频率(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        频率(kHz)
        1100        1200        1300        1400        1500        备注
L5        293.7        298.0        293.0        286.9        285.8        7*0.05李兹线
L7        374.6        362.9        349.2        334.6        323.8        16*0.05李兹线
L8        397.5        375.5        354.5        333.2        320.2        30*0.05李兹线
L9        413.2        392.0        366.8        335.3        339.0        60*0.04李兹线
L6        348.2        333.0        312.1        297.7        280.9        60*0.04李兹线


从实验结果可见,随着李兹线股数的增加,低频端的Q值明显提高,但高频端变化很少。以线的股数而言,当然是股数越多Q值越高,但从30股增加到60股,Q的增加就很少了。以Q的均匀度来说,其中以L7的成绩最为理想,Q值在整个中波段非常均匀,而且都在300以上。
综上所述,关于磁棒线圈我们给大家推荐两种方案:
1.  用普通中波磁棒,建议用0.12左右的单股漆包线绕制,其Q值接近200,用在普及型收音机中基本上是能胜任的。
2.  如果希望输入回路的灵敏度和选择性更上层楼,则建议用高Q磁棒,配15~30股的0.04的李兹线来绕制,其Q值约在300~400之间。比如说制作高灵敏度的中波收音机即可采用这个方案。
当然,如果是制作矿石机的高Q线圈,则可采用更多股的李兹线和更高端昂贵的磁棒,这就不在本文的讨论范围了。
最后再补充一点,线圈的Q值对收音机的灵敏度和选择性都是至关重要的,以TA7642集成电路制作的直放式中波收音机为例,一般都认为它的选择性很不尽人意,往往不能避免混台.灵敏度也只能收个本地台而已.
究其原因,皆因此类收音机为了缩小体积,采用了很短的磁棒,线圈所用导线也多半是单股漆包线.这种线圈的Q值充其量也就100多点,希望这样的线圈能获得好的灵敏度和选择性,无异缘木求鱼.有位朋友装了一台这种水平的7642直放机,在武汉只能收到2~3个台(武汉有6个中波台),他问我能收多少?我说我的7642机本地6个台无一漏网,也完全没有串台现象;晴天的夜间可以收到好多的外地台,除了邻近的省台,还可以收到位于香港的"圣经台,而且收听效果还不错.他问我密诀何在?我说没有别的窍门,用120mm的高Q磁棒,外加股数足够多的李兹线,当然还要舌簧耳机出场,保你可以获得满意的成绩!后来的结果相信各位都能猜到了……
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好资料 但是这种工艺或者技术犹如胆管一样 大势去已  感谢前辈分享
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一篇不错的具有电子报风格的文章
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王栋春 发表于 2016-11-19 21:19
好资料 但是这种工艺或者技术犹如胆管一样 大势去已  感谢前辈分享

火腿有时也要自制线圈,做线圈就得知道Q值.
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楼主实践出真知,佩服!很有矿坛前辈的匠人态度,不知道什么时候比较下平绕和间绕,分段间绕,线圈不同长径比,不同磁芯在不同应频段(SW)的损耗和性能图表,问这种懒人问题感觉自己脸皮好厚。。。
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柳清眉 发表于 2016-11-19 22:21
楼主实践出真知,佩服!很有矿坛前辈的匠人态度,不知道什么时候比较下平绕和间绕,分段间绕,线 ...

普通中波磁棒的工作频率号称2MHz以下,实际上到1.2MHz损耗就明显增加.文中说的高Q磁棒,台湾的半导体机中常见,黄色端面的.中波高端的损耗比较小.频率更高就得用短波磁棒了,这种磁棒为镍锌材料,导磁率比中波磁棒(锰锌)的低,工作频率可以到4MHz,一般用于短波1.频率再高,就不用磁棒,但还是用小磁心作为线圈电感量的微调.到了FM广播段就用铜心微调了.
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本帖最后由 柳清眉 于 2016-11-20 21:17 编辑
两壶居士 发表于 2016-11-20 09:08
普通中波磁棒的工作频率号称2MHz以下,实际上到1.2MHz损耗就明显增加.文中说的高Q磁棒,台湾的半导体机中常 ...

在数字寻呼机的天线上曾见到过一种磁棒,见其能工作在VHF频段曾想过用其制作SW磁棒,然而懒到现在也没有做。。。
话说因为无法判断磁棒的高频损耗一直用较高的电压测磁棒的电阻来猜。。。。
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谢谢楼主分享,学习了!!!
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好资料 但是这种工艺或者技术犹如胆管一样 大势去已  感谢前辈分享
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