Hava, Toroid Nüveli Bobinler için Hesaplama Programları

Daha önce Ersin Arslan`ın hazırladığı bobin hesaplama programından bahsetmiştim (Endüktans bobin hesaplama değer bulma programı) şimdiki programlar biraz daha gelişmiş.

Halka, Toroid Nüveli Bobin Hesaplayıcı

Toroid nüveler, özellikle radyo frekans (RF) devrelerinde ve anahtarlamalı güç kaynaklarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir tasarımcının toroid nüveleri diğer manyetik çekirdek türlerine tercih etmesinin başlıca nedenleri şunlardır:

• Kendi kendini manyetik olarak perdeleme özelliği
• Manyetik akı, nüve içinde hapsolur ve çevre devre elemanlarını etkilemez.
• Endüktans ve kalite faktöründe (Q) yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlik
• Montaj kolaylığı ve mekanik kararlılık
• Geniş bantlı RF devrelerinde dahi yüksek Q değeri sunması

Toroid nüvelerin üretiminde farklı manyetik malzemeler kullanılsa da en yaygın iki tür şunlardır:

• Demir tozu (Iron Powder)
• Ferrit

Bu nüvelerin temel karakteristikleri; fiziksel boyutları, manyetik geçirgenlikleri (µ), önerilen frekans aralığı ve taşıyabilecekleri maksimum güç değerleridir.

Toroid Çekirdek Hesaplama Programının “T” ve “FT” serisi desteklediği modeller

Not: Eski AT, ATX Güç kaynaklarının çıkışında bulunan büyük sarı filtre bobini dış çapı 27 mm olan T106-26 kodludur.

Program seçilen Toroid çekirdeğe göre mili henri veya mikro henri bölümünü otomatik belirliyor. Önce nüveyi seçin “OK” butonuna basın. Sonra rakam olarak değeri girin “OK” butonuna basın

T12.0
T12.1
T12.2
T12.3
T12.6
T12.7

T12.10
T12.12
T12.15
T12.17

T16.0
T16.1
T16.2
T16.3
T16.6

T16.10
T16.12
T16.15
T16.17
T16.26

T20.0
T20.1
T20.2
T20.3
T20.6
T20.7

T20.10
T20.12
T20.15
T20.17
T20.26

T25.0
T25.1
T25.2
T25.3
T25.6
T25.7

T25.10
T25.12
T25.15
T25.17
T25.26

T30.0
T30.1
T30.2
T30.3
T30.6
T30.7

T30.10
T30.12
T30.15
T30.17
T30.26

T37.0
T37.1
T37.2
T37.3
T37.6
T37.7

T37.10
T37.12
T37.15
T37.17
T37.26

T44.0
T44.1
T44.2
T44.3
T44.6
T44.7

T44.10
T44.12
T44.15
T44.17
T44.26

T50.0
T50.1
T50.2
T50.3
T50.6
T50.7

T50.10
T50.12
T50.15
T50.17
T50.26

T60.2
T60.6

T68.1
T68.2
T68.3
T68.6
T68.7

T68.10
T68.12
T68.15
T68.17
T68.26

T80.0
T80.1
T80.2
T80.3
T80.6
T80.7

T80.10
T80.12
T80.15
T80.17
T80.26

T94.0
T94.1
T94.2
T94.3
T94.6

T94.10
T94.12
T94.15
T94.26

T106.0
T106.1
T106.2
T106.3
T106.6
T106.7

T106.15
T106.26

T130.0
T130.1
T130.2
T130.3
T130.6
T130.7

T130.15
T130.26

T184.1
T184.2
T184.3
T184.6
T184.26

T200.1
T200.2
T200.3
T200.6
T200.7

T200.26

T200A.2
T200A.3
T200A.6
T200A.26

T225.2
T225.3
T225.6
T225.26
T225A.2
T225A.26

T300.2
T300.26
T300A.2
T300A.26

T400.2
T400.26
T400A.2
T400A.26

T520.2
T520.26

FT23.68
FT23.63
FT23.61
FT23.43
FT23.72
FT23.75

FT37.68
FT37.63
FT37.61
FT37.43
FT37.72
FT37.75

FT50.68
FT50.63
FT50.61
FT50.43
FT50.72
FT50.75

FT50A.68
FT50A.63
FT50A.61
FT50A.43
FT50A.72
FT50A.75

FT50B.63
FT50B.61
FT50B.43
FT50B.72
FT50B.75

FT82.68
FT82.63
FT82.61
FT82.43
FT82.72
FT82.75

FT114.68
FT114.63
FT114.61
FT114.43
FT114.72
FT114.75

FT114A.61
FT114A.72

FT140.67
FT140.61
FT140.43
FT140.72

FT240.67
FT240.61
FT240.43
FT240.72

Manyetik Geçirgenlik (µ)

Geçirgenlik, bir malzeme içindeki manyetik akı yoğunluğunun (B), havadaki manyetik alan şiddetine (H) oranıdır. Basitçe ifade etmek gerekirse, bir malzemenin manyetik alanı ne kadar kolay “taşıyabildiğini” gösterir. Bu büyüklük, Yunanca µ (mu) harfi ile ifade edilir.

H alanı arttıkça, B değeri bir noktadan sonra doygunluğa ulaşır; çünkü malzeme içindeki tüm manyetik dipoller aynı yönde hizalanmıştır. Genel bir kural olarak, geçirgenliği yüksek olan nüveler daha düşük frekanslarda kullanılmaya uygundur.

Demir Tozu ve Ferrit Toroidler

Demir tozu toroidler (T serisi) yüksek güçlere dayanıklıdır. Örneğin T300 tipi bir nüve yaklaşık 800 W RF gücü tolere edebilir. Geçirgenlik değişimleri düşük olduğu için özellikle osilatör devrelerinde tercih edilir. Sarım tellerinin nüveye yapıştırılması, titreşim kaynaklı frekans kaymalarını önlemek açısından önemlidir.

Ferrit toroidler (FT serisi) ise daha yüksek geçirgenliğe sahiptir. Aynı endüktans için daha az sarım gerektirirler. Bu özellikleri sayesinde RF şok bobinleri ve geniş bant transformatörleri için idealdirler. Ancak sıcaklık değişimlerine karşı demir tozu nüvelere kıyasla daha hassastırlar.

Belirtilen manyetik akı yoğunluğu sınırı aşılırsa (nüve doyuma girerse), toroid ısınır ve geçirgenlik değeri değişir.

Demir tozu nüveler genellikle zarar görmeden eski özelliklerine döner.

Ferrit nüveler ise kalıcı hasar görebilir.

Bobin Sarımı ve Tel Seçimi

Bobinin yapımında, üzerinden geçecek sinyalin gücü dikkate alınmalıdır:

Düşük güçlü uygulamalar için 0,18–1 mm çapında emaye kaplı bakır tel yeterlidir.

Yüksek güçlü devrelerde ise PVC yalıtımlı, rijit ve kalın kesitli (1,5–2 mm) bakır tel kullanılmalıdır.

Çok yüksek güçlerde (örneğin balun veya unun uygulamalarında) aşırı ısınma sorunu varsa, iki toroid nüve epoksi reçine ile yapıştırılarak tek bir nüve gibi kullanılabilir.

Sarım, toroid çevresinin yaklaşık 360 derecelik alanının 330 derecesini kaplamalıdır. Daha fazlası parazitik kapasiteleri artırır, daha azı ise hesaplanan endüktans değerlerinden sapmaya yol açar.

Toroid Kodları

Toroidlerin kodlaması şu şekildedir:

T: Demir tozu toroid

FT: Ferrit toroid

Ardından gelen sayı (örneğin T50), dış çapı inçin onda biri cinsinden ifade eder.

Sonraki sayı ise malzeme karışımını ve önerilen frekans aralığını belirtir.

Belirtilen frekans değeri referans niteliğindedir; pratikte toroid, bunun 10 katı frekanslarda da çalışabilir, ancak Q değeri düşer.

Demir tozu toroidler, kullanılan karışıma göre iki renkli olarak boyanır: üç yüzey bir renkte, kalan yüzey farklı renktedir.

Sarım Sayısı Hesaplama Formülleri

Gerekli sarım sayısını hesaplamak için kullanılan temel formüller:

Ferrit (FT) nüveler için Sarım sayısı = 1000 × √(mH / AL)

Demir tozu (T) nüveler için Sarım sayısı = 100 × √(µH / AL)

Buradaki AL değeri üretici tarafından sağlanır ve nüveye özgüdür.

FT serisinde 1000 sarım başına mH

T serisinde 100 sarım başına µH değerini ifade eder.

Yazılım ve Uygulama Notları

Yazılım Visual Basic 6 ile yazılmıştır, yalnızca toroid kodunu girerek gerekli sarım sayısını hesaplamayı sağlar. Formül veya tablo kullanmaya gerek kalmaz.

Programın doğru çalışabilmesi için bazı sistemlerde VB6 Runtime kütüphanelerinin kurulması gerekebilir. Yazılım; Windows 98, ME, NT4, 2000 ve XP sürümlerinde çalışmaktadır. ( 13-01-2026 Windows 10 üzerinde de çalışıyor)

Bu tür yazılımlar genellikle düşük güçlü uygulamalar için yeterlidir. Ancak yüksek güçlü anahtarlamalı güç kaynakları, RF uyumlayıcılar veya 20 W üzeri lineer RF yükselteçlerde, Mutlaka Kalın tel kullanımı, Maksimum sarım sayısının kontrolü, Üretici datasheet’lerinin incelenmesi gereklidir.

Datasheet’lerde genellikle N = 100 veya 1000 sarım için endüktans, B/H mıknatıslanma eğrileri ve doygunluk sınırları yer alır. Bu eğrilerden, hesaplanan manyetik alan şiddeti için nüvenin ne kadar doyuma yaklaşacağı okunabilir.

Tek Katmanlı Bobinler İçin Hesaplayıcı (Single Layer Inductors)

Bir bobin; endüktans (Henry ve alt birimleri – L), alternatif akıma karşı gösterdiği reaktans (Ohm – X), doğru akım direnci (Ohm – R) ve belirli bir kalite faktörü (Q) ile tanımlanır.

Endüktans, bobinin enerjiyi bir elektromanyetik alan içerisinde depolama yeteneğidir.

Reaktans, belirli bir frekanstaki alternatif akıma karşı gösterilen etkin dirençtir.

Kalite faktörü (Q) ise, indüktif reaktansın bobin üzerindeki tüm kayıplara oranı olarak tanımlanır.

Genel ifade ile:

Q = X_L / (toplam kayıplar)

Kondansatörlerde Q değeri genellikle çok yüksektir; bunun sebebi kayıplarının oldukça düşük olmasıdır. Bobinlerde ise yüksek Q değeri çoğunlukla toroid nüve kullanıldığında elde edilir.

Tek Katmanlı Bobinlerin Hesaplanması ve Yapımı

Bobinlerin yapımı çoğu zaman deneysel yöntemlere dayanır ve kullanılan formüller pratik yaklaşımlar içerir. Tel çapı, sarım aralığı, mekanik toleranslar gibi birçok değişken sonuç üzerinde etkili olduğu için, sarım tamamlandıktan sonra endüktans ölçer (L-metre) ile kontrol yapılması tavsiye edilir.

Tek katmanlı, nüvesiz (hava çekirdekli) bobinler için kullanılan temel formül şu şekildedir:

• L = Endüktans (µH)
• d = Bobin taşıyıcısının çapı (mm)
• n = Sarım sayısı
• l = Sarım uzunluğu (mm)

Bobin, çekirdeksiz olarak kabul edilir ve sarım uzunluğu, taşıyıcı çapının en az 2/3’ü kadar olmalıdır. Örneğin; çapı 10 mm olan bir destek üzerinde bobin uzunluğu en az 6–7 mm olmalıdır.

Eğer sarımlar bitişik (boşluksuz) yapılacaksa, tel çapı yaklaşık olarak l / n değerine eşit olur.

Uygulamalı Örnek

Hedefimiz 2 µH endüktanslı bir bobin yapmak olsun:

• Taşıyıcı çapı: 8 mm
• Sarım uzunluğu: 6 mm

Formüle göre yapılan hesap sonucunda yaklaşık 17 sarım elde edilir. Yuvarlama aşağı doğru yapılır. Bu durumda bitişik sarımlar için tel çapı yaklaşık 0,3 mm olur.

Buradan şu sonuçlar çıkarılabilir: Sarım sayısı arttıkça endüktans artar. Sarımlar arasındaki mesafe arttıkça endüktans azalır. Tel çapı küçüldükçe (daha fazla sarım yapılabildiği için) endüktans artar.

Mevcut Bir Bobinin Endüktansını Hesaplamak

Önceden yapılmış, hava çekirdekli bir bobinin endüktansı şu formül ile oldukça iyi bir doğrulukla hesaplanabilir:

• L = Endüktans (µH)
• r = Bobin yarıçapı (mm)
• N = Sarım sayısı
• l = Sarım uzunluğu (mm)

Bu yaklaşım, pratik ölçümlerle genellikle uyumlu sonuçlar verir.

BobCal 2.0 Yazılımı

BobCal 2.0, Visual Basic .NET ile yazılmış ücretsiz bir programdır. Kullanıcıdan yalnızca: İstenen endüktans (µH), Bobin çapı, Sarım uzunluğu bilgilerini ister. Ondalık ayraç olarak nokta kullanılması gerekir.

Program; Gerekli sarım sayısını, Bitişik sarımlar için maksimum tel çapını otomatik olarak hesaplar.

“Yeni” seçeneği ile tüm alanlar sıfırlanarak yeni hesaplamalar yapılabilir. Yazılım Windows XP ve Vista üzerinde çalışır ve .NET Framework 1.1 gerektirir. (13-01-2026 Windows 10 ile test edildi çalışıyor.)

Tel Çapı ve AWG Dönüşümü

Bobin teli genellikle AWG (American Wire Gauge) standardı ile belirtilir. AWG değeri, basit bir formül yardımıyla milimetreye dönüştürülebilir.

Örnek:

AWG14 → 1,628 mm

Özel durumlar:

AWG0000 → 11,64 mm
AWG000 → 10,40 mm
AWG00 → 9,266 mm
AWG0 → 8,251 mm

BobCal 2.0 bu dönüşümleri de otomatik olarak yapabilir.

Pratik Bir Deney

• Çap: 8 mm
• Sarım uzunluğu: 15 mm
• Hedef endüktans: 0,5 µH

Program sonucu:

• 12 sarım
• 1,2 mm tel

Bobin sarılıp ölçüldüğünde, dijital RCL metre ile 0,5 µH değeri doğrulanır.

Eğer 1,2 mm tel yoksa ve yalnızca 0,6 mm tel varsa: Aynı sarım sayısı kullanılır, Bobin uzunluğu daha kısa olur,

Ancak ölçülen endüktans yine 0,5 µH civarındadır. Bu da gösterir ki, tel çapı çoğu zaman kritik değildir; bobin uzunluğu ayarlanarak hedef değere ulaşılabilir.

İlgili bir yazı: AWG Tel Çeşitleri Metrik Dönüşüm Tablosu

Nüve Kullanımı ve Q Faktörünü Etkileyen Unsurlar

Bobinin içine manyetik nüve yerleştirilerek endüktans artırılabilir. RF uygulamalarında bu nüveler genellikle ferrit veya demir tozu malzemeden yapılır.

Bazı bobinlerde pirinç nüve bulunur; bu nüveler endüktansı azaltır ve özellikle VHF devrelerinde kullanılır.

Yanlış nüve seçimi, Q faktöründe ciddi düşüşlere neden olabilir.

Q faktörünü etkileyen diğer unsurlar: Tel çapı (kalın tel → daha yüksek Q), Bobin taşıyıcısının yalıtkan malzemesi (seramik, steatit, fenolik), Bobinin çevresindeki metal nesnelerle olan mesafe.

Yüksek frekanslarda cilt etkisi (skin effect) nedeniyle, içi boş bakır iletkenler (boru formunda) daha düşük kayıplar sağlar. Bu yöntem, anten uyum devrelerinde ve yüksek güçlü RF bobinlerinde yaygındır.

Bobinler mümkün olduğunca metal muhafazalardan uzak monte edilmelidir. Metal muhafaza, hem Q değerini hem de endüktansı değiştirebilir.
(Bu kuralın istisnası, kendi kendini perdeleyen toroid bobinlerdir.)

Baskı Devre Üzerinde Düz (PCB) Bobinler

Küçük endüktans değerleri için bobinler doğrudan baskı devre üzerine çizilebilir. Bu tip indüktörler düz (planar) bobin olarak adlandırılır.

Bakır kalınlığı genellikle 35–70 µm olduğundan, hesaplamalarda ihmal edilebilir.

En pratik şekil kare bobinlerdir; hem çizimi kolaydır hem de daha simetrik sonuç verir.

Basit yaklaşımda kullanılan formül:

• N = Sarım sayısı
• L = Endüktans (nH)
• A = Bobinin dış kenar uzunluğu (mm)

İç boşluğun, dış kenarın yaklaşık 1/3’ü kadar olması önerilir.

Ancak bu basit formül;

Pista genişliğini,

Pista aralığını

hesaba katmaz ve pratikte uygulanamayacak sonuçlar verebilir.

Bu nedenle daha gelişmiş formül;

İz genişliği,

İzler arası boşluk,

İç boşluk boyutu

gibi tüm geometrik parametreleri dikkate alır.

(Üstteki çizim referans alınmalıdır.)

Renk Kodlu Bobinler

Sökülen ticari bobinlerde, dirençlere benzer şekilde renk kodları bulunduğu fark edilir. Dört bantlı bu renk kodları, bobinin endüktans değerini hızlıca yorumlamak için kullanılır.

Program dosyalarına biagiobarberino.it/index.htm (kapalı) sitesinden ulaşabilirsiniz ayrıca program sayfalarında hesaplamalar ile ilgili tüm formüller verilmiş.