Mikä on toroidikäämi?

Solenoidi on sähkömagneetti, joka on muodostettu johdosta, joka kuljettaa virtaa. Sähkömagneeteissa on magneettikenttiä, jotka on luotu virroista. Solenoidin lanka muodostetaan usein kierteiseksi kelaksi, ja metallipala, kuten rauta, työnnetään usein sen sisään. Kun solenoidi taivutetaan ympyrän tai munkin muotoon, sitä kutsutaan toroidiksi.

Toroidilla on itsessään magneettikenttä, joka muodostaa sarjan samankeskisiä ympyröitä. Sen ulkopuolella kenttä on nolla. Tämän magneettikentän voimakkuus riippuu kelojen lukumäärästä, jonka toroidilla on kehossaan. Kenttä ei ole yhtenäinen, koska kenttä on vahvempi renkaan sisäosan lähellä kuin ulompaa osaa. Tämä tarkoittaa, että jos r on muuntajan säde, magneettikenttä pienenee, kun r kasvaa.

Toroidit ovat arvokkaita, koska kuten kaikki solenoidit, ne ovat induktoreita. Induktorit voivat indusoida tai aiheuttaa virtojen syntymisen läheisiin keloihin. Ne keksi elokuussa 1831 englantilainen fyysikko Michael Faraday. Faraday huomasi, että muuttuva magneettikenttä voi aiheuttaa jännitteen läheisessä johtimessa, ja tätä kutsutaan Faradayn induktiolakiksi. Toroideilla on myös ns. Itseinduktanssi, joka on eräänlainen resistanssi. Toroidi vastustaa tai taistelee muutoksia omaan virtaansa, onko sen tarkoitus tehdä siitä suurempi tai pienempi. Itseinduktanssin vahvuus riippuu toroidin kelojen lukumäärästä ja vaihtovirtalähteestä.

Muuntajat valmistetaan solenoidiparista, joka on kiedottu metallisydämen ympärille, joka on yleensä ferriitti. Toroidimuuntajat ovat kaksi kelaa, jotka on kääritty metallin, kuten ferriitin tai piiteräksen, ympärille, joka on munkin muotoinen. Käämit on joko kääritty eri alueille tai sijoitettu toistensa päälle. Ne ovat edullisia RF- tai radiotaajuusmuuntajille, joissa niitä käytetään lisäämään tai vähentämään virtalähteistä tulevia jännitteitä ja eristämään piirin eri osia. RF-muuntajia käytetään myös impedanssin sovittamiseen, mikä tarkoittaa, että ne auttavat liittämään eri piirejä tulo- ja lähtöosiin.

Toroideilla on joitain haittoja tavallisiin solenoideihin verrattuna. Niitä on vaikea kelata ja myös virittää. Ne tuottavat kuitenkin tehokkaammin tarvittavia induktansseja. Samalle induktanssille kuin tavallinen solenoidi, toroidi vaatii vähemmän käännöksiä, ja se voidaan tehdä pienemmäksi. Toinen etu on, että koska magneettikenttä rajoittuu sisäpuolelle, toroidit ja toroidaaliset muuntajat voidaan sijoittaa lähelle muita elektronisia komponentteja huolimatta ei-toivotusta induktiivisesta vuorovaikutukset.

Toroideja käytetään tietoliikenteessä, lääkinnällisissä laitteissa, soittimissa, vahvistimissa, liitäntälaitteissa ja muissa. Tokamak on ydinfuusiolaite, joka käyttää magneettikenttää plasman rajoittamiseen. Plasma on kaasu, joka sisältää vapaita elektroneja ja ioneja ja esiintyy vain korkeissa lämpötiloissa. Plasman sulkeminen tokamakissa tapahtuu käyttämällä toroidia.