Guten Tag, ich hätte eine Frage zu Schwingkreises und dem Vermessen der Resonanzfrequenz. Aber erstmal ein kurzer Abriss des Hintergrundes: Ich will mit Hilfe eines EOM Seitenbänder generieren und brauche dazu eine Frequenz von 10MHz und dazu so um die 200V. Deshalb war der Plan einen einfachen Schwingkreis mit 10MHz Resonanzfrequenz aufzubauen, um auch die entsprechende Spannungsüberhöhung zu erhalten. Dabei dient der EOM selber als Plattenkondensator mit C=14.64pF. Dann braucht man gemäß f0=1/2pi*(L*C)^1/2 eine Induktivität von L=12µH. Um die "Schaltung" zu testen, habe ich einen 15pF Kondensator und eine 12µH Spule in Serie auf eine einfache Platine gelötet und ebenfalls einen BNC-Eingang (für den Funktionengenerator Rigol DG1022) und einen BNC-Ausgang (für das Oszi Hameg HMO724) dazugelötet. Die BNC-Ausgänge und die Geräte wurden mit Koax-Kabeln verbunden. Die Spannung am BNC-Ausgang habe ich über den Kondensator abgegriffen, was aber zu schlechten Messungen führte mit total falschen Resonanzfrequenzen. Dann habe ich noch einen "Messwiderstand" eingebaut und nun darüber die Spannung abgegriffen. Jetzt zeigt die Resonanzfrequenz zwar die richtige Größenordnung, aber ich liege immer noch um 0.6MHz daneben (statt f0=10MHz sind es 9.4MHz). Außerdem hat sich die Resonanzfrequenz verschoben, wenn ich den Messwiderstand geändert habe; dabei wurde am Oszi ohne Abschlusswiderstand gemessen. Mit Abschlusswiderstand bliebt die Frequenz aber konstant. Zusätzlich stellte ich auch fest, dass die größte Spannungsüberhöhung bei den größten von mir eingesetzten Widerständen auftrat, was insofern komisch ist, als dass die Güte für großes R kleiner werden sollte und damit auch die Spannungsüberhöhung. Weiß jemand woran die verschobenen Resonanzfrequenz und das komischen Verhalten mit den Widerständen liegt, oder mache ich einfach einen Denkfehler? Mit freundlichen Grüßem Felix
Es wirken die zusätzlichen Kapazitäten von Messkopf und Steckbrett bzw. Leiterbahnen und verscheiben die Resonanzfrequenz. Beim Parallelkreis wird die Güte höher, wenn der Parallelwiderstand größer wird. Wenn der Serienwiderstand größer wird, dann wird die Güte kleiner.
Okay, dass dachte ich mir schon. Kann man diese parasitären Einflüsse irgendwie abschätzen oder auch irgendwie "auslöschen".
felix schrieb: > Dabei dient der EOM selber als Plattenkondensator mit C=14.64pF. > Dann braucht man gemäß f0=1/2pi*(L*C)^1/2 eine Induktivität von L=12µH. ich errechne da 12 MHz und keine 10MHz. Davon abgesehen macht es mehr Sinn eine kleinere Spule und einen größeren Kondensator zu verwenden. Die Güte und damit die Spannungsüberhöhung wird in erster Linie von den ohmschen Verlusten der Spule bestimmt. Also hält man diese besser klein. Außerdem wirken sich bei großen Kreiskapazitäten die parasitären Kapazitäten der Schaltung relativ mehr aus. > BNC-Eingang (für den Funktionengenerator Rigol DG1022) und einen > BNC-Ausgang (für das Oszi Hameg HMO724) dazugelötet. Die BNC-Ausgänge > und die Geräte wurden mit Koax-Kabeln verbunden...... > mache ich einfach einen > Denkfehler? Du machst einen grundsätzlichen Fehler im Messaufbau, denn du greifst so mit deiner Messung maßgeblich in das Messobjekt (Schwingkreis ein). Koaxkabel haben eine beträchtliche Kapazität, die dann in den Kreis eingeht. Jede Belastung des Kreises mindert seine Güte und damit auch die Spannungsüberhöhung. Jedes pf an parasitärer Kapazität ( Schaltungsaufbau, Koaxkabel) verändert deinen Schwingkreis. Den Funktionsgenerator kann man allenfalls über einen großen Widerstand z.B. 100KOhm an den Kopf des Kreises koppeln, um ihn nicht zu bedämpfen. VG
Harvey schrieb: > Außerdem wirken sich > bei großen Kreiskapazitäten die parasitären Kapazitäten der Schaltung > relativ mehr aus. Soll natürlich richtig heißen: bei großen Kreiskapazitäten wirken sich parasitären Kapazitäten des Messaufbaus geringer aus.
Ein und auskoppeln mit ganz kleinen Kondensatoren, etwa 1/100 der Schwingkreiskapazität. Es reicht manchmal schon zwei isolierte Drähte zu verdrallen. Oder mit einer einzigen Windung auskoppeln, das belastet den Schwingkreis nur wenig und ist außermem noch niederohmig, so das die Kapazität des Kabels zum Oszillografen nicht weiter stört.
felix schrieb: >Zusätzlich stellte ich auch fest, dass die größte Spannungsüberhöhung >bei den größten von mir eingesetzten Widerständen auftrat, Du meinst warscheinlich den Koppelwiderstand. >was insofern komisch ist, als dass die Güte für großes R kleiner werden >sollte und damit auch die Spannungsüberhöhung. Damit ist der Ohmische Widerstand des Spulendrahtes mit gemeint.
Günter Lenz schrieb: > Du meinst warscheinlich den Koppelwiderstand. Was genau meinen Sie mit "Koppelwiderstand"? Ist damit der Widerstand zum Abgreifen gemeint?
Könnt ihr mir vielleicht sagen, ob es möglich eine SChaltung ohne die parasitären Kapazitäten aufzubauen und evtl. einen Schaltplan dazu hochladen. Ein Frequenzgenerator ist potentiell auch vorhanden.
felix schrieb: > Ein Frequenzgenerator ist potentiell auch vorhanden. Ich meine natürlich Netzwerk Analysator
felix schrieb: >> Ein Frequenzgenerator ist potentiell auch vorhanden. > > Ich meine natürlich Netzwerk Analysator Natürlich. Woher beziehst du denn deine 10MHz und mit welcher Leistung?
felix schrieb: > Weiß jemand woran die verschobenen Resonanzfrequenz und das komischen > Verhalten mit den Widerständen liegt, oder mache ich einfach einen > Denkfehler? Poste mal ein Bild und den Schaltplan von dem Aufbau. Ich vermute, dass dann die Fehler und Grausamkeiten, wie z.B. Festinduktivitäten, offenbar werden.
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felix schrieb: >Was genau meinen Sie mit "Koppelwiderstand"? >Ist damit der Widerstand zum Abgreifen gemeint? Hier sind ein paar Beispiele wie man es machen kann. Man kann mit einem Widerstand oder Kondensator ein und auskoppeln. Wenn man einen eistellbaren Widerstand verwendet, kann man damit auch gleich den Resonanzwiderstand ermitteln. Der Widerstand wird erst einmal groß eingestellt und der Schwingkreis auf Resonanz gebracht. Dann wird der Widerstand auf 0 gestellt und mit dem Oszillograf die Spannung gemessen. Dann wird der Widerstand so weit erhöht bis die Spannung nur noch halb so hoch ist. Dieser Widerstandswert + Generatorinnenwiderstand entspricht dann dem Resonanzwiderstand des Schwingkreises.
Also die 10MHz kommen aus eine Frquenzgenerator (Rigol DG1022) mit einem Output von 1Vpp. Den Leistungsoutput finde ich im Manual grad nicht.
Günter Lenz schrieb: > Hier sind ein paar Beispiele wie man es machen kann. Danke für die schnelle Hilfe. Aber sind denn Spule und Kondensator nicht parallel geschaltet? Ich nehme mal an, dass sollte aber insofern keine Rolle spielen, als dass die Resonanzfrequenz für parallel und reihen Schwingkreis die gleiche sein sollte.
felix schrieb:
>Den Leistungsoutput finde ich im Manual grad nicht.
Den kann man ja einfach ausrechnen. Der Innenwiderstand
wird wahrscheinlich 50 Ohm sein. Das ist bei Meßsender
meistens so.
felix schrieb: >Aber sind denn Spule und Kondensator nicht >parallel geschaltet? In meinen Beispielen sind sie das doch auch.
felix schrieb: > 10MHz kommen aus eine Frquenzgenerator (Rigol DG1022) mit einem > Output von 1Vpp. An einer 50 Ohm Last wären das ja gerade mal 2,5 mW. Damit wirst du es nicht schaffen auf eine Amplitude 200V zu kommen, denn die Blindleistung im 10MHz Kreis mit 15pF Kapazität beträgt dabei ja schon 3W Du müsstest also eine Kreisgüte von über 1000 erreichen, und das ist unrealistisch.
P.S.: Habe mich oben wohl verrechnet. Die Verhältnisse sind noch katastrophaler: Amplitude 200V sind etwa 141Veff, und 15 pF bei 10MHz sind etwas über 1 kOhm. Mit P= U*U/R wird die Blindleistung etwa 20 VA betragen!
Laut Datenblatt liefert das Rigol DG1022 max. 10V an 50 Ohm. Als Spule würde ich eine Luftspule mit 2µH empfehlen (9 Wdg, D=40mm, L=40mm, 1mm Kupferdraht). Parallel dazu passt ein 120pF Keramikkondensator mit der entsprechenden Spannungsfestigkeit. Der Abgleich erfolgt durch Verbiegen der Spule. Alternativ zur Luftspule wäre schon ein ordentlich großer Ringkern erforderlich wie der T130-6 mit 14 Wdg. Zur Einspeisung kann eine Koppelspule mit 2 Windungen und ebenfalls D=40mm dienen. Die Resonanzüberhöhung könnte schon fast die gewünschte Spannung erreichen.
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Schwingkreis_messen__2_.gif
3,6 KB
Hier ist noch ein Beispiel. In diesem Beispiel ist die Einkopplung und Auskopplung niederohmig. C2 ist etwa 100 mal so groß wie C1.
Angehängte Dateien:
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Spule.gif
7 KB -
Resonanzueberhoehung.gif
19 KB
Hallo felix Mir ist immer noch unklar, ob da später noch eine elektrische Last drankommt und wie sich der EOM auswirkt. Ist das lediglich eine Kapazität mit ein paar pF? Der Schwingkreis bei meiner Variante hat einen Innenwiderstand von 18 kOhm. Mit einer ohmschen Last bricht die Spannung zusammen. Lediglich eine Kapazität würde zu einem Teil des Schwingkreises werden. Ein Meter Koaxkabel hat eine Kapazität von ca. 100 pF. Impedanzen werden jedoch transformiert, wodurch die Kapazität des Koaxkabels an der Koppelwicklung nur einen geringen Einfluss auf die Resonanzfrequenz hat. Aber prinzipiell funktioniert Günters Vorschlag auch. Eventuell wäre auch das Thema Teslatransformator interessant für dich. Damit können leicht hohe Spannungen erzeugt werden. Einfach mal danach Googeln. Gruß, Bernd
B e r n d W. schrieb: > Eventuell wäre > auch das Thema Teslatransformator interessant für dich. Damit können > leicht hohe Spannungen erzeugt werden. Aber nicht mit 10MHz (oder gar mehr). Mein Eindruck ist, dass der TE Seitenbänder einer optischen (Laser) Frequenz, also irgendwas bei 500THz, erzeugen will. Damit man diese mit optischen Mitteln, wie z.B. einem Beugungsgitter, vom Träger unterscheiden kann, muss die Modulationsfrequenz möglichst hoch sein. B e r n d W. schrieb: > wie sich der EOM auswirkt. Ist das lediglich eine > Kapazität mit ein paar pF? Was ich bisher davon gesehen habe, war ein (Blei?)Glasklotz mit kammförmig aufgedampften Elektroden. Die Verluste werden also nicht allzu hoch sein.
Genau das ist Sinn und Zweg der Schaltung. Ich habe nen Kalium-Laser und den schicke ich durch einen EOM. Den EOM treibe ich mit dem Frequenzgenerator. Und um die Spannung am EOM höher als die max. 20Vpp des Frequenzgernators zu machen, willl ich einen Schwingkreis zwischenhängen, der mir die Spannung möglichst überhöht. Also brauche ich auch ein hohes Q im Schwingkreis. Die Verluste am EOM sind relativ gering, da er Gold-Elektroden hat zwischen denen der eigt. Kristall (oder das Dieelektrikum)eingefasst ist. Der hat selber eine Kapazität von ungefähr 14pF
felix schrieb: > um die Spannung am EOM höher als die max. 20Vpp > des Frequenzgernators zu machen Bei Belastung sind da nur 10Vpp. 10Vpp @50 Ohm. Das sind 3,5Veff bzw. 250mW. Etwas knapp zwar, aber damit sollte es schon möglich sein, z.B. mit einem pi-Filter, die gewünschte Ausgangsamplitude herzustellen. Eine kleine Glimmlampe am heissen Ende des Anpassnetzwerks kann gute Dienste bei der Abstimmung leisten. Fragt sich, wie genau die 10MHz einzuhalten sind. Die Frequenzgenauigkeit des Rigol ist ja nicht gerade rekordverdächtig, aber wenn es ruhig noch ungenauer sein darf (0,3%), könnte man auch einen simplen LC-Oszillator bauen, mit dem man leicht eine Ausgangsleistung von einigen Watt erreicht.
> Etwas knapp zwar, aber damit sollte es schon möglich sein, z.B. mit > einem pi-Filter, die gewünschte Ausgangsamplitude herzustellen. Eine > kleine Glimmlampe am heissen Ende des Anpassnetzwerks kann gute Dienste > bei der Abstimmung leisten. Geht das auch mit einem Transformator?
New B. schrieb: >> Etwas knapp zwar, aber damit sollte es schon möglich sein, z.B. mit >> einem pi-Filter, die gewünschte Ausgangsamplitude herzustellen. Eine >> kleine Glimmlampe am heissen Ende des Anpassnetzwerks kann gute Dienste >> bei der Abstimmung leisten. > > Geht das auch mit einem Transformator? Ich würde einen Resonanzkreis mit nur kurzen, steilen, Flanken ansteuern (niederohmige Einkopplung in die Spule). Umdrehen: Einkopplung in den niederohmigen Teil der Spule, die Quelle dann hochohmig schalten. Kurt
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Bearbeitet durch User
New B. schrieb: > Geht das auch mit einem Transformator? Klar geht das auch mit einen Transformator. Du solltest aber bedenken, das die Spannung direkt vom Übersetzungsverhältnis abhängt, der Widerstand aber quadratisch übersetzt wird. Genau so verhält es sich mit den Blindwiderständen ( also XL und XC ). Deine Quelle muss das also auch die Blindanteile treiben können. Wenn die Blindanteile an der Last konstant sein sollten und nicht Spannungsabhängig, dann würde ich diese vorher rauskompensieren, damit der Trafo nur eine reale Last sieht. Wenn nicht, bleibt nur das der Generator die übersetzten Blindanteile auch treiben können muss. Ralph Berres
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