Les bobines à noyau d'air sont fréquemment utilisées dans les circuits haute fréquence, car les pertes magnétiques doivent être minimisées. Contrairement aux inductances à noyau de fer ou de ferrite, les bobines à noyau d'air ne comportent pas de noyau magnétique. Le noyau est simplement enroulé autour d'air ou d'un matériau non magnétique dépourvu de champ magnétique.
Les bobines à noyau d'air sont souvent utilisées dans les circuits RF, les antennes, les systèmes sans fil et les appareils de mesure, car elles présentent de faibles pertes, une linéarité élevée et d'excellentes performances à haute fréquence.
Ce livre aborde le principe de base du serpentin à noyau d'air, sa construction, les différents types de serpentins à noyau d'air, comment utiliser le type approprié et comment les utiliser dans des applications pratiques, ainsi que des outils de dépannage et des données de référence rapides.
1 Qu'est-ce qu'un Bobine à noyau d'air ?
Une bobine à noyau d'air est un type d'inducteur électrique qui utilise un fil conducteur pour former une bobine sans noyau magnétique. Le noyau peut être constitué d'air, de plastique, de céramique ou d'autres matériaux non magnétiques.
L'inductance est fournie par un champ magnétique produit par un courant circulant dans une bobine.
Choses importantes
Aucun matériau de base n'est nécessaire.
faibles pertes magnétiques
Très stable, notamment aux hautes fréquences
Très droit
Inductance faible comparée aux inductances à noyau de fer.
Les bobines à noyau d'air sont particulièrement adaptées aux circuits où les signaux sont traités et communiqués, et où la radiofréquence est utilisée.
2. Fonctionnement d'un serpentin à noyau d'air
C'est l'induction électromagnétique qui permet le fonctionnement d'une bobine à noyau d'air.
Lorsqu'un courant électrique circule dans une bobine, un champ magnétique se forme autour des fils conducteurs. L'inductance est alors induite par ce champ magnétique.
Plusieurs facteurs influencent l'inductance :
Combien de fois
Quelle est la largeur de la bobine ?
Quelle est la longueur de la bobine ?
Quelle est la distance entre les fils ?
Perméabilité du milieu, ou de l'air
L'inductance d'une bobine solénoïde simple à noyau d'air peut être estimée à l'aide de :
L=lμ0N2A
Où? :
L = inductance (H)
μ₀ = perméabilité de l'espace libre
N = nombre de tours
A = aire de la section transversale
l = longueur de la bobine
L'air ayant une faible perméabilité magnétique, les inductances à noyau d'air présentent généralement des valeurs d'inductance inférieures à celles des inductances à noyau de ferrite.
3 types différents de serpentin à noyau d'air
Il existe différents types de serpentins à noyau d'air selon leur application ou leur construction.
1 bobine à noyau d'air avec une seule couche
Une bobine constituée en enroulant des fils une seule fois.
Utilisations : circuits d'accord RF
Oscillateurs
Antennes
2 bobines à noyau d'air multicouches
Les fils sont enroulés plusieurs fois pour augmenter l'inductance.
Utilisations:
Filtres RF
Émetteurs fonctionnant sans fil
Bobine à 3 bobines avec noyau d'air variable
Vous pouvez augmenter ou diminuer l'inductance en augmentant ou en diminuant la longueur du fil.
Utilisations : Accord RF
Récepteurs radio
4 spirales plates
Les fils sont enroulés en spirale plate.
Utilisations : Recharge sans fil
Capteurs utilisant l'induction
Systèmes pour RFID
4. Structure et principaux types
Voici les composants d'un serpentin à noyau d'air :
Principales pièces
Fonction de la pièce
Fil de cuivre. Transporte le courant.
Les bobines enroulées créent un champ magnétique
Cadre de support Assure la stabilité mécanique
Couche d'isolation. Empêche les courts-circuits.
Tri par forme
Voici les différents types de serpentins à noyau d'air :
Les utilisateurs ont classé les serpentins à noyau d'air dans les catégories suivantes :
Bobines de solénoïdes
Des spirales
Bobines en hélice
Bobines dans un plan
Chacun des dispositifs ci-dessus possède des valeurs d'inductance différentes et fonctionne à des fréquences différentes.
5. Serpentin à noyau d'air principal Caractéristiques : Avantages et inconvénients
Les avantages des serpentins à noyau d'air :
✔ Aucune perte dans le noyau magnétique
✔ Excellentes performances aux hautes fréquences
✔ Haute linéarité (pas de saturation magnétique)
✔ L'inductance est stable sur toute la plage de température
✔ Faible distorsion dans les circuits RF
Les inconvénients des serpentins à noyau d'air :
✘ avec des valeurs d'inductance plus faibles
✘ Besoin d'une taille physique plus grande
✘ Efficacité de couplage magnétique réduite
✘ Sensible aux interférences électromagnétiques externes
6. Tableau comparatif : Inducteurs à noyau d’air, à noyau de fer et à noyau de ferrite
| Fonctionnalité | Bobine à noyau d'air | Inducteur à noyau de fer | Inducteur à noyau de ferrite |
| Matériau de base | Air | Fer | Ferrite |
| Perméabilité magnétique | Très faible | Haute | Moyenne |
| Valeur d'inductance | Low | Haute | Moyenne |
| Gamme de fréquences | Très élevé | Low | Moyen-élevé |
| Perte de base | Très faible | Haute | Moyenne |
| Saturation | Aucun | Oui | Oui |
| Applications | Circuits RF | Alimentation de puissance | Filtres et transformateurs |
7. Applications dans tous les secteurs
Les serpentins à noyau d'air sont utilisés dans divers appareils électroniques modernes.
- Systèmes de radiofréquence (RF)
Ces composants sont utilisés dans les émetteurs, les récepteurs et les oscillateurs.
- Systèmes de charge sans fil
Les serpentins plats à noyau d'air sont utilisés dans diverses applications, notamment :
Recharge sans fil des smartphones
Chargeurs de brosses à dents électriques
- Equipement de communication
Ces produits sont utilisés dans diverses applications, notamment :
Réglage de l'antenne
Filtres RF
Couplage de signaux
- Électronique médicale
Ces produits sont utilisés dans diverses applications, notamment :
bobines IRM
Capteurs de précision
traitement du signal médical
- Équipement de test et de mesure
Les équipements de test haute fréquence nécessitent des inducteurs à faibles pertes, où des bobines à noyau d'air sont utilisées.
8. Pourquoi les résistances à noyau d'air sont-elles de plus en plus populaires ?
Quelques avancées technologiques contribuent à la popularité croissante des serpentins à noyau d'air.
- L'essor de la technologie sans fil
Les dispositifs de communication sans fil nécessitent des inducteurs haute fréquence.
Par exemple, les appareils 5G
Appareils qui se connectent à Internet
Dispositifs RFID
- Pertes magnétiques réduites
Les inductances à noyau d'air éliminent complètement les pertes par hystérésis ainsi que les pertes dues aux courants de Foucault.
- Très linéaire
Les serpentins à noyau d'air sont parfaits pour les applications nécessitant une réponse très linéaire, car ils ne saturent pas.
- Conception de petits circuits RF
Dans les circuits RF modernes, il est nécessaire de régler sur des fréquences élevées.
9. Comment choisir un serpentin à noyau d'air (Guide pour les ingénieurs)
Lors du choix d'un serpentin à noyau d'air, les ingénieurs doivent prendre en compte plusieurs facteurs.
- La valeur de l'inductance
Déterminez la valeur d'inductance nécessaire.
Plage de valeurs normales : 1 nH à 100 µH
- Fréquence de fonctionnement
L'environnement optimal de fonctionnement des serpentins à noyau d'air est :
Fréquences RF
Circuits à hautes fréquences
- La taille de la bobine
Une bobine plus grande signifie :
Inductance plus élevée
Besoin de plus d'espace
- La taille du fil
Un fil plus gros signifie :
Moins de résistance
Moins de pertes de puissance
- Facteur de qualité (Q)
Plus le facteur Q est élevé, plus les pertes d'énergie sont faibles.
- Stabilité de la température
La bobine doit fonctionner correctement à toutes les températures.
10. Questions fréquemment posées sur les problèmes et les solutions d'ingénierie
Problème 1 : L'inductance est trop faible
Causes possibles:
Trop peu de tours
Le diamètre de la bobine est trop petit.
Solution:
Il faut plus de rebondissements
Agrandir la bobine
Problème 2 : Chauffage de la bobine
Cause:
Courant trop élevé traversant la bobine
Solution:
Augmentez la section du fil ou diminuez le courant.
Problème 3 : La bobine subit des interférences causées par des ondes électromagnétiques
Cause:
Des champs magnétiques provenant de l'extérieur de la bobine l'affectent.
Solution:
Résolvez le problème en utilisant une bonne conception de circuit imprimé.
Problème 4 : La fréquence est instable
Raison:
La bobine change de forme sous l'effet de forces mécaniques.
Solution : Utiliser un matériau de support pour fixer la bobine.
12 conseils pour bien entretenir son matériel et les erreurs courantes à éviter lors de son utilisation
Les ingénieurs doivent éviter les erreurs courantes afin de garantir la fiabilité de leur travail.
Ne commettez pas ces erreurs
Calcul erroné de l'inductance
Un courant trop important traverse un fil fin
Mécaniquement peu stable
Espacement incorrect de la bobine
Conseils pour maintenir vos serpentins en bon état : ✔ Vérifiez régulièrement la structure des serpentins ✔ Évitez toute déformation mécanique ✔ Maintenez l’isolation en bon état ✔ Protégez les serpentins de l’humidité et de la corrosion
13. Tableau de données de référence rapide
| Paramètre | Plage typique |
| Inductance | 1 nH – 100 µH |
| Fréquence de fonctionnement | kHz – GHz |
| Facteur Q | 50 – 300 |
| Matériau de fil | Copper |
| Diamètre de bobine | 2 mm - 100 mm |
| Plage de température | −40°C à 125°C |
14. Conseils d'entretien et erreurs d'application courantes
Pour garantir le bon fonctionnement des serpentins à noyau d'air, il convient de suivre quelques conseils d'entretien. Les techniciens doivent également connaître les erreurs courantes à éviter absolument. Parmi ces erreurs, on peut citer :
Évitez ces erreurs
Calcul d'inductance incorrect
Courant excessif circulant dans des fils fins
mauvaise stabilité mécanique
Espacement incorrect des bobines
Conseils d'entretien
✔ Vérifiez régulièrement la structure de la bobine
✔ S'assurer de l'absence de déformation mécanique
✔ Assurez une isolation adéquate
✔ Éviter toute exposition à l'humidité et à la corrosion
15. Résumé
Les bobines à noyau d'air jouent un rôle crucial dans les dispositifs électroniques haute fréquence et les circuits RF. Leurs avantages uniques en font un composant essentiel des technologies de communication et sans fil modernes. Parmi ces avantages figurent des pertes magnétiques minimales, une linéarité élevée et une grande stabilité en fréquence.
Les bobines à noyau d'air présentent une inductance plus faible que d'autres composants inductifs, tels que les inductances à noyau magnétique. L'absence de saturation du noyau les rend particulièrement adaptées aux circuits électroniques. Leurs principes de fonctionnement, leur conception et les méthodes de sélection permettent de choisir la bobine à noyau d'air la plus appropriée pour des performances optimales du circuit.
