Voir aussi : électromagnétisme - Le tore ferrite - le ferrite - caractéristiques de quelques tores Amidon - Self HF sur tore en poudre de fer - Les courants HF : L'effet de peau ou effet pelliculaire (skin effect) -

Plutôt que "tore ferrite" il faudrait lire "tore ferromagnétique" mais les radioamateurs utilisent le terme ferrite pour désigner aussi bien les tores en ferrite que ceux fabriqués à l'aide de poudre de fer. Le principe du bobinage est le même mais le choix du matériau dépendra de la gamme de fréquence et de la sélectivité souhaitée.

Particularités de l'utilisation des tores

L'utilisation de tores pour la réalisation de selfs présente plusieurs avantages :
- le circuit magnétique fermé limite fortement le couplage avec les circuits environnants, donc les fuites de HF et les entrées de signaux parasites. Il n'est généralement pas nécessaire de blinder les bobinage sur tores.
- le support du bobinage est stable et robuste, facile à fixer sur le module
- la haute perméabilité du noyau permet d'obtenir une même inductance avec un nombre réduit de spires, donc avec un meilleur facteur de surtension puisque la résistance du conducteur (essentiellement par l'effet de peau) est beaucoup plus faible. Par la même occasion l'encombrement de la self est nettement plus faible que celle d'une bobine sans noyau.
Deux phénomènes peuvent provoquer un mauvais fonctionnement d'un bobinage sur tore magnétique : la saturation du noyau et son élévation de température. Le choix du matériau et le dimensionnement correct du tore permettent de réduire ces risques.
Saturation
- produite à la fois par la composante continue traversant le bobinage et le courant alternatif
- La perméabilité diminue quand on approche la saturation
Température
- augmentation produite à la fois par les pertes dans le cuivre et dans le noyau magnétique
- les pertes dans le noyau ne dépendent pas du courant continu traversant le bobinage, par contre elle augmente en même temps que la fréquence, la température et l'induction.
- Les effets de l'augmentation de température dépendent beaucoup du matériau. Une température excessive peut "griller" le tore, il convient de le dimensionner correctement en fonction de la puissance.
Echauffement d'un tore
L'augmentation en degrés C du noyau d'un tore est en gros proportionnel aux pertes totales à l'intérieur du bobinage :
- pertes magnétiques dans le noyau
- pertes cuivre dans les fils
et inversement proportionnel à la surface périphérique du tore (souvent indiquée dans les catalogues).
La température du bobinage dépend aussi de la ventilation autour du bobinage, de la température ambiante, de la présence d'un isolant supplémentaire ou de l'imprégnation du bobinage.

Choix du matériau

Bande de fréquence
Deux cas peuvent se présenter :
- circuit sélectif, bande de fréquence étroite : utiliser de préférence des tores en poudre de fer
- transformateur à large bande : prendre des tores en ferrite
Pour les circuits sélectifs, le meilleur résultat sera obtenu si la bande de fréquences utile est comprise dans la plage d'utilisation du matériau.
Exemple : T50-2 ou T50-7 pour un usage entre 3 et 30 MHz
Note : en dessous de 2 MHz les tores en ferrite conviennent bien pour réaliser des circuits sélectifs.
Puissance
La section du noyau détermine la puissance que pourra transmettre le transformateur ou la self. Si l'enroulement est traversé par un courant continu, celui ci fera augmenter l'induction dans le noyau, on en tiendra compte pour le calcul de l'induction. La température du noyau augmente d'une valeur proportionnelle à la puissance transmise et inversement proportionnelle à sa section. Si la température risque de dépasser 70 °C en permanence pour un noyau en ferrite, on aura intérêt à choisir un tore de plus grande dimension. Une température trop élevée peut changer de façon irréversible les caractéristiques d'un tore en ferrite. Les tores en poudre de fer sont également sensibles aux variations de températures mais ils retrouvent normalement leur caractéristiques après refroidissement.

Nombre de spires

Le nombre de tours nécessaire pour obtenir l'inductance désirée dépend à la fois des dimensions du tore et du matériau choisi. Mais ce nombre de tours est limité par deux facteurs : la section de la ligne ou du fil et le diamètre du trou. Pour les utilisations en HF, on cherche à réduire les capacités parasites en bobinant des spires non jointives et en gardant un espace suffisant entre les extrémités de la self. Cette contrainte est en fait déterminante pour le choix du tore.
Calcul de l'inductance
Une règle de base dit que la réactance de la bobine la plus petite d'un transfo à large bande doit être au minimum 4 fois plus grande que l'impédance de la charge à la fréquence d'utilisation la plus faible (voir la page Réactance).
Exemple :
L'enroulement à bobiner sera connecté à une charge de 50 ohms entre 10 et 30 MHz. Le calcul sera effectué à 10 MHz pour une réactance de 200 ohms.


Calcul du nombre de spires
Partant de cette inductance de 3,18 µH et du coefficient AL correspondant au tore choisi il sera facile de calculer le nombre de tours nécessaire.
Exemple :
Le tore choisi est un tore en ferrite référence Amidon FT50-61. Dans le second tableau de la page de caractéristiques des tores Amidon on peut lire que AL = 68

Ce nombre de tours est approximatif, étant donné la tolérance de + ou - 20% sur la perméabilité initiale et l'influence de la tampérature, de la fréquence, de l'induction... mais c'est un bon ordre de grandeur. De toute façon, pour un transformateur, c'est le rapport de transformation qui importe, donc le rapport entre les nombre de tours des enroulements primaires et secondaires.

Diamètre du fil

Un fil trop fin risque de chauffer et de faire augmenter la température du tore et sa résistance participera à la dégradation du facteur de qualité du bobinage. Trop gros, le fil tiendra trop de place et limitera le nombre de spires bobinable sur le tore. Dans une ligne bifilaire, le diamètre du fil détermine en partie l'impédance spécifique de la ligne (voir : La ligne bifilaire).
Le tableau ci-dessous donne le nombre maximum de tours jointifs sur une seule couche à l'intérieur d'un tore compte tenu de son diamètre intérieur D en mm et du diamètre d du fil en mm. En pratique le nombre de tours possible est inférieur de 10 à 20 %.
On compte un tour à chaque fois que le fil passe à l'intérieur du tore, ainsi une perle enfilée sur un câble représente un "bobinage" à un tour.

	d(mm)	0,1	0,2	0,25	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	1	1,25
	D(mm)
FT-23-	3,0	93	45	35	29	21	16	13	11	9	6	5
FT-37-	4,7	146	71	57	47	34	27	22	18	16	12	9
FT-50-	7,1	221	109	87	72	53	42	34	29	25	19	15
FT-50A-	7,9	246	121	96	80	59	47	38	32	28	22	17
FT-50B-	7,9	246	121	96	80	59	47	38	32	28	22	17
FT-82-	13,1	409	203	162	134	100	79	65	56	48	38	30
FT-87-	13,7	428	212	169	140	105	83	69	58	51	40	31
FT-87A-	13,7	428	212	169	140	105	83	69	58	51	40	31
FT-114-	19,1	595	296	236	196	146	117	97	82	72	57	45
FT-114A-	19,1	595	296	236	196	146	117	97	82	72	57	45
FT-125-	19,1	595	296	236	196	146	117	97	82	72	57	45
FT-140-	22,9	715	356	284	236	176	140	117	99	87	69	54
FT-150-	19,1	595	296	236	196	146	117	97	82	72	57	45
FT-150A-	19,1	595	296	236	196	146	117	97	82	72	57	45
FT-193-	31,8	994	496	396	329	246	196	163	139	122	97	77
FT-193A-	31,8	994	496	396	329	246	196	163	139	122	97	77
FT-200-	30,5	954	476	380	316	236	188	156	134	117	93	73
FT-240-	35,6	1114	555	444	369	276	220	183	156	137	109	86
FT-337-	55,5	1742	869	695	579	433	346	288	246	215	171	136

Choix de la dimension du tore

Après détermination des dimensions minimales en fonction des critères précédents on peut calculer l'induction dans le circuit magnétique en fonction de la tension efficace maximale, du courant continu traversant l'enroulement...
Si la fréquence d'utilisation varie entre 10 et 30 MHz, par exemple, on effectuera le calcul avec la fréquence la plus basse : 10 MHz en l'occurence.
Formule pour calculer l'induction B maximale en gauss (10 gauss = 1 millitesla)

avec :
U : tension efficace appliquée au bobinage
f : fréquence en MHz
S : section du tore en cm²
N : nombre de tours de l'enroulement
IDC : courant continu tranversant l'enroulement
AL : inductance/tour (voir tableau de caractéristiques du tore concerné)


On compare la valeur de l'induction calculée pour la fréquence f avec la courbe ci-contre (les traits rouges repèrent les bandes amateur) et si l'induction calculée dépasse la valeur limite admissible, il faudra choisir un tore de dimensions supérieures et effectuer à nouveau le calcul.
exemple :
Un bobinage de 15 spires sur un tore T50-61 (S=0,13cm² et AL=68) est soumis à un signal de 7MHz, tension efficace de 5V, et traversé par un courant continu de 0,1A.
En appliquant la formule ci-dessus on trouve que le tore est parcouru par une induction de 8, 7 mT (87 gauss) bien supérieurs au 60 gauss relevé sur l'abaque ci-contre.
Un nouveau calcul avec les caractéristiques d'un tore FT82-61 (0,25cm² et AL=73) permet d'obtenir une induction maximum de 48 gauss, valeur acceptable.

Réalisation du bobinage

On commencera par calculer la longueur de fil nécessaire pour réaliser tout l'enroulement en prévoyant 20% de spires supplémentaires. Pour cela, le plus simple est de bobiner quelques spires du fil (ou de la ligne choisie) et de mesurer la longueur nécessaire. Il suffit ensuite de diviser la longueur mesurée par le nombre de spires pour obtenir la longueur d'une spire. Prévoir au minimum 2 fois 10 cm supplémentaires pour les connexions et la manipulation du fil.
En BF, on aura un grand nombre de spires de fil fin. On pourra utiliser une navette, sorte de baguette rigide, longue et fine munie d'encoches à chaque extrémité et sur laquelle on bobinera, dans le sens de la longueur, la totalité du fil nécessaire.
Il faut essayer de bien plaquer le fil à la surface du tore pour limiter les fuites sans toutefois abimer l'isolant sur les arêtes. Ne pas tirer trop fort, les petits tores sont fragiles.
Pour limiter la capacité entre spires et celles entre les connexions de sortie des bobines HF, il importe de bien répartir les spires du bobinage en gardant un angle de 30 à 60° entre les extrémités de la self comme sur la photo
On peut ajuster légèrement l'inductance d'une self en resserrant ou écartant ses spires. Bloquer ensuite le bobinage à l'aide de paraffine ou de colle.

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