El propósito de un balun es permitir la conexión de una línea balanceada (por ejemplo, un dipolo o elemento accionado) a una línea no balanceada como un coaxial que no está balanceado, de ahí el nombre Balun. La bobina de choke 1:1 «balun» no es en realidad un balun. Su función es ayudar a eliminar las corrientes de rf que fluyen en el exterior del cable coaxial utilizando el principio de acción de choke. Otro «nombre» para esto es el choke con núcleo de aire.
Para aplicaciones de radiofrecuencia, una regla general común es diseñar para una impedancia de 50 ohmios, que suele ser la impedancia característica de las líneas de transmisión de RF.
Una bobina de choke mínima necesaria para una frecuencia específica debe tener una reactancia inductiva XL cuatro veces la impedancia Z0 del sistema (habitualmente50Ω ). Es decir, al menos 200Ω mínimo o más para bandas altas.
Donde, L es la inductancia en henrios (H) y Z es la impedancia deseada en ohmios (Ω)
Esto matemáticamente y sin necesidad de cursar una ingeniería sería así:
(200Ω) XL = 2pfL
Es decir:
LmH = 31.8/fMhz
Pongamos un ejemplo:
Tengo una frecuencia de 1.8 para la banda de 160m, ¿Cuánto será el cálculo la inductancia mínima del choke?
LmH = 31.8/fMhz
Donde:
LmH = 31.8/1.8
Por lo tanto, la bobina en microhenrios (μH) será:
17.7 microhenrios (μH)
Para que no nos volvamos locos, esta sería el cálculo para las distintas frecuencias de uso en radioafición:
| Frecuencia en Mhz | Banda en m | Cálculo | Impedancia en μH |
| 1.8 | 160 | 17,66666667 | 17.7 |
| 3.5 | 80 | 9,085714286 | 9.1 |
| 7 | 40 | 4,542857143 | 4.5 |
| 10 | 30 | 3,18 | 3.2 |
| 14 | 20 | 2,271428571 | 2.3 |
| 18 | 17 | 1,766666667 | 1.8 |
| 25 | 11 | 1,272 | 1.3 |
| 28 | 10 | 1,135714286 | 1.1 |
| 50 | 6 | 0,636 | 1 |
| 70 | 4 | 0,454285714 | 1 |
Una vez que tenemos la reactancia inductiva LmH deberemos calcular los detalles de la bobina con tres factores principales:
- Las vueltas
- La longitud
- Diámetro
Para realizar este cálculo utilizaremos la siguiente formula:
t2 = LmH(9r +10I) / r2
Donde L=Inductancia, r= radio de la bobina, t=nº de vueltas, l=longitud de la bobina.
Para este ejemplo, 50Mhz con cable RG58 y un tubo de 40mm de PVC.
Obtendremos los siguientes cálculos:
(ejemplo con RG58) Aquí se pueden comprobar las características de los coaxiales
Entrada:
Numero de espiras N: 4,986
Frecuencia f: 70 MHz
Diámetro del tubo PVC D: 40 mm
Diámetro de hilo d: 0,9 mm
Diámetro de coaxial con el aislamiento k: 5 mm
Resultado:
Inductancia L = 1,228 microH
Longitud coaxial sin fines lw = 70,532 cm
Longitud de la bobina l = 29,93 mm
Peso de coaxial m = 4,02 g
Resistencia de la bobina Rdc = 0,019 Ohm
Reactancia de la bobina X = 540,063 Ohm
Autocapacitancia Cs = 1,365 pF
Frecuencia de auto-resonancia de la bobina Fsr = 145,151 MHz
Constructivo factor Q de la bobina Q = 715
Resistencia de la pérdida ESR = 0,57 Ohm
RINCÓN TÉCNICO
Factores que afectan a la inductancia de una bobina
Hay varios factores que afectan a la inductancia de una bobina.
- El número de vueltas. Una bobina con más vueltas tiene más inductancia que la bobina con menos vueltas.
- La longitud de una bobina. Dos bobinas con el mismo número de vueltas y una longitud diferente tienen una inductancia diferente. La bobina más larga tendrá menos inductancia. Eso se debe a que una bobina menos compacta mantiene el campo magnético más débil. El campo magnético no puede concentrarse bien en una bobina estirada.
- El diámetro de la bobina. Dos bobinas bien enrolladas con el mismo número de vueltas y con diferentes diámetros tienen una inductancia diferente. La bobina más grande tendrá una mayor inductancia.
- El núcleo de la bobina. Para aumentar la inductancia de la bobina, a menudo se inserta un núcleo magnético con alta permeabilidad magnética en la bobina. Los núcleos con mayor permeabilidad proporcionarán una mayor inductancia. Los núcleos hechos de ferrita, que es una cerámica magnética especial que tiene una resistencia eléctrica muy alta, se utilizan a menudo en inductores y transformadores electrónicos porque tienen pérdidas de corriente de Foucault muy bajas.
¿Como se realizan los cálculos realmente?
Existen varios métodos numéricos utilizados para el cálculo de la inductancia, dependiendo de la geometría y la distribución de corriente del sistema. A continuación, te presento algunos de los métodos más comunes:
- Método de cálculo de línea: Este método se utiliza para calcular la inductancia de líneas de transmisión y cables largos. Se basa en la aplicación de la Ley de Biot-Savart para determinar el campo magnético alrededor de la línea. Luego, se integra el campo magnético para obtener la inductancia total.
- Método de elementos finitos: Este método es ampliamente utilizado para analizar la inductancia en estructuras complejas, como inductores o bobinas con formas irregulares. Consiste en discretizar la estructura en pequeños elementos y resolver numéricamente las ecuaciones de Maxwell para determinar el campo magnético y, posteriormente, la inductancia.
- Método de diferencias finitas: Este método se basa en la aproximación de las derivadas parciales de las ecuaciones de Maxwell mediante diferencias finitas. Se divide el espacio en una malla discreta y se resuelven las ecuaciones en cada punto de la malla. Luego, se calcula la inductancia a partir del campo magnético obtenido.
- Método de simulación por elementos de circuito: Este método se utiliza para modelar circuitos magnéticos acoplados, como transformadores o inductores en núcleo de ferrita. Se representan los elementos magnéticos y las conexiones mediante circuitos equivalentes, y se resuelven las ecuaciones del circuito para obtener la inductancia.
Estos son solo algunos ejemplos de métodos numéricos utilizados en el cálculo de la inductancia. La elección del método adecuado dependerá de la geometría y la complejidad del sistema que se desea analizar. Es importante tener en cuenta que algunos programas de simulación electromagnética, como COMSOL, ANSYS o MATLAB, también proporcionan herramientas para el cálculo numérico de la inductancia.
Opciones para calcular.
También se puede acceder a un programa de cálculo on-line.
Otras Herramientas:
Calculadora de conversión de calibre AWG
Un apunte más
Las bobinas de choque, también conocidas como bobinas de desacoplo o bobinas de RF (alta frecuencia), se utilizan comúnmente en instalaciones de radiofrecuencia (HF) para varios propósitos. Aunque no son estrictamente necesarias en todas las instalaciones de HF, pueden proporcionar beneficios significativos en ciertas situaciones. Aquí te proporcionaré información general sobre las bobinas de choque en instalaciones de HF.
Las bobinas de choque se utilizan para desacoplar circuitos y proporcionar aislamiento entre etapas de amplificación o componentes electrónicos. Ayudan a reducir el acoplamiento indeseado y evitan que las corrientes de RF se propaguen entre diferentes partes del circuito, lo que puede causar interferencias y distorsiones no deseadas.
Entre los beneficios de las bobinas de choque en las instalaciones de HF se encuentran:
1. Aislamiento de RF: Las bobinas de choque ayudan a prevenir que las corrientes de RF fluyan hacia componentes sensibles o áreas donde puedan causar interferencias.
2. Supresión de armónicos: Las bobinas de choque pueden ayudar a reducir la presencia de armónicos no deseados al limitar el flujo de corriente de RF en ciertas frecuencias.
3. Estabilidad del circuito: Al desacoplar diferentes etapas del circuito, las bobinas de choque pueden mejorar la estabilidad general y evitar oscilaciones o resonancias no deseadas.
4. Reducción de interferencias: Al prevenir el acoplamiento no deseado, las bobinas de choque pueden reducir las interferencias entre diferentes componentes o circuitos en una instalación de HF.
Sin embargo, en algunas situaciones, las bobinas de choque pueden no ser necesarias. Por ejemplo, si estás trabajando con circuitos simples de baja potencia, es posible que no requieras su uso. También hay diseños de circuitos que pueden lograr un buen desacoplo y aislamiento sin la necesidad de bobinas de choque.
En resumen, aunque las bobinas de choque no son absolutamente necesarias en todas las instalaciones de HF, pueden proporcionar beneficios significativos al desacoplar circuitos, proporcionar aislamiento de RF y reducir interferencias no deseadas. La necesidad de utilizar bobinas de choque dependerá de la complejidad de tu instalación, la potencia involucrada y los requisitos específicos de desempeño y calidad de la señal.