So, ich weiß gar nicht, ob das die richtige Kategorie ist, aber
zunächst mal zu meinem Problem...
Ich bin Physiklehrer, bin aber ehrlich gesagt in anderen Bereichen
der Physik weitaus mehr bewandert als in der Elektronik an sich ;-)
Für die Schule plane ich Schülerversuche mit Frequenzgeneratoren
und die Messung der Resonanzfrequenz von LC(R) - Kreisen.
Zu diesem Zweck habe ich (wegen der Bipolarität) "hoch"kapazitive
Tonfrequenzkondensatoren im Bereich von 1muF bis 100muF von Visaton
gekauft, sowie Festinduktivitäten im Bereich von 1mH bis 100mH. (Den
Grund,
warum ich solche hohen Werte verwende, erläutere ich weiter unten)
Jetzt meine Frage:
Abgesehen von dem 1muF - Kondensator liegen die Resonanzfrequenzen
dermaßen weit von dem jeweiligen Wert, den ich von Thomsonfrequenz
f = 1/ ( 2 pi sqrt( L * C )
erwarten würde...
Teilweise sind es Faktoren von 5 bis 10, um die die gemessenen
Werte (Ablesung der Resonanz am, Oszilloskop, bzw,
Phasenverschiebung)
zu groß sind.
Mir ist bewußt, daß die Bauteile Toleranzen haben, aber selbst innerhalb
der Fehlergrenzen komme ich mit Fehlerfortpflanzung nicht auf die
gemessen
Werte.
Die Werte stimmen niedrigkapazitiven Folienkondensatoren bis auf wenige
Prozent gut überein, daher glaube ich, daß nicht die Induktivitäten
das Problem sind. Für den Schulbereich sind solche kleinen Fehler schon
"Luxus".
Kann es sein, daß Tonfrequenzgeneratoren (evtl. speziell dieser Marke)
eine "kranke" Frequenzabhängigkeit haben,die sich grob im Faktor 100
äußert, bzw. nach der Wurzel (siehe Thomsonformel) mit einem
Fehlerfaktor
von 10?
Habe ich sonst irgendetwas übersehen? Rückkopplung? Minimalamplitude
für Tonfrequenzgeneratoren? Oszilloskop - Problem?
Ich glaube nicht, daß
a) es am Ohmschen Widerstand liegt, weil dieser bei kurzen
Zuleitungen gering sein sollte
b) der Frequenzgenerator (obwohl recht alt) der Hauptschuldige ist.
die Ausgangssignale stimmen.
Ich würde mich freuen, wenn jemand dieses Problem kennt, bzw. mir
erklärt, wo ich evtl. einen Denkfehler habe.
So, warum solch hohen C - bzw. L - Werte:
Ganz einfach: Wir haben an der Schule nur Funktionsgeneratoren, die
den Bereich von 250 kHz abdecken, d.h. ich muß die Resonanzfrequenz
in diesen Bereich drücken und das geht irgendwie nur mit hohen
Induktivitäten und Kapazitäten.
Wenn jemand einen Vorschlag zur Verbesserung hat, so wäre ich dankbar.
C.H.
.. wie koppelst Du denn den TG an ? Ich frag da jetzt mal ganz blöd .... An einem paralellkreis den TG ,mit wahrscheinlich 50 Ohm, direkt angeschlossen verstimmt den Kreis nicht unwesentlich ;-) Gruss
> Tonfrequenzgeneratoren Bei Resonnanz ist die Last weder kapazitiv noch induktiv, daher kann der Tonfrequenzgenerator nicht durch zu hohe Kapazität überlastet werden. Allerdings ergibt sich je nach Güte des Schwingkreises eine Spannungsüberhöhung, mit der der Generator nicht gut klar kommt wenn er zu direkt angekoppelt ist, ich hoffe es gibt einen Widerstand in der Zuleitung (wie sonst sollte man auch Effekte messen können), > LC(R) - Kreisen. spricht dafür > am Ohmschen Widerstand liegt, > weil dieser bei kurzen Zuleitungen gering sein sollte dagegen.
Vielen Dank für die bisherigen Antworten... Einige Hilfestellungen oder Erklärungen meinerseits... a) Es war ein mehrmaliger Tippfehler in meinem 1. Beitrag... Tonfrequenzkondensator war gemeint, nicht Tonfrequenzgenerator.... b) Es ist ein Serienschwingkreis c) Ausgangswiderstand 50 Ohm.... Kein weiterer Widerstand in der Leitung (abgesehen von den Zuleitungen) d) Direkte Kopplung Gruß C.H.
Zu dem Visaton-Elko sind anscheinend technische Daten durch Audio-Esoterik-Geschwafel ersetzt. Nehmen wir mal ein Datenblatt zu bipolaren Elkos von Epcos/Siemens: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/190422/EPCOS/B42822.html Auf Seiten 7-8 sind Frequenzgangkurven zu sehen, das Minimum liegt im Kilohertzbereich. Darüber ist so ein Elko induktiv.
> Tonfrequenzkondensatoren im Bereich von > 1muF bis 100muF Was sind das denn für Dinger ? In meinem Höfling von 1973 steht noch, es dürfe nur EIN Vorzeichen für Einheiten-Vielfache verwendet werden ...
U. B. schrieb: > 1muF bis 100muF U. B. schrieb: >> Tonfrequenzkondensatoren im Bereich von >> 1muF bis 100muF > > Was sind das denn für Dinger ? > > In meinem Höfling von 1973 steht noch, es dürfe nur EIN Vorzeichen für > Einheiten-Vielfache verwendet werden ... Ein "u" als Einheitenvorzeichen ist bei den SI-Präfixen überhaupt nicht vorgesehen. "m" (10^-3), "µ" (10^-6) und "y" (10^(-3*8)) gibt es.
> Ein "u" als Einheitenvorzeichen ist bei den SI-Präfixen überhaupt nicht > vorgesehen. "m" (10^-3), "µ" (10^-6) und "y" (10^(-3*8)) gibt es. *************** Schon wieder eine Neuerung aus Brüssel ? ;-) "MF" geht auch, wird aber selten gebraucht ...
Versuchs doch mal mit normalen Elkos, entweder antiseriell geschaltet oder mit einer Batterie in Serie für die Polarisation. Ich denke, dass es am ehesten Verluste irgendwo sind, die den Effekt verursachen.
Wähle für die Serienresonanz als Vorwiderstand 5kOhm. Prüfe zuerst die Parallelresonanz. Vorwiderstand 5kOhm - 30kOhm. Wähle andere Methoden zur unabhängigen Messung der Induktivität und Kapazität. Z.B. so etwas wie Lade- bzw. Entladekurven. Oder Stromkurven bei Induktivitäten. Viele Erfolg. Joe
U. B. schrieb: > "MF" geht auch, wird aber selten gebraucht ... Aber welcher Kondensator hat schon eine Kapazität im Megafarad-Bereich
Hallo noch einmal... Zunächst einmal Danke für die Vorschläge.... Auch als ehemaliger theoretischer Physiker (;-)) traue ich mir zu, Parallel- und Serienschaltung auseinanderhalten zu können... Keine der Versionen, mit oder ohne Vorwiderstand bringt die erwarteten Resultate (innerhalb der Toleranzen) Auch eine Variation des Vorwiderstands (niedrig bis hochohmig) schlägt fehl... Es ist wohl wie Christoph Kessler (db1uq) schrieb: > Zu dem Visaton-Elko sind anscheinend technische Daten durch > Audio-Esoterik-Geschwafel ersetzt. Nehmen wir mal ein Datenblatt zu > bipolaren Elkos von Epcos/Siemens: > http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/1904... > > Auf Seiten 7-8 sind Frequenzgangkurven zu sehen, das Minimum liegt im > Kilohertzbereich. Darüber ist so ein Elko induktiv. Vermutlich sind die Visaton - Elkos sehr mystische Kondensatoren, die nur bei Vollmond und bei gleichzeitiger Opposition von Saturn und Jupiter funktionieren ;-) Ein Rechenbeispiele: Ein 100 Mikrofarad - Kondensator und eine 15mH - Induktivität sollten eine Thomsonfrequenz von etwa 130 Hz haben -- ich messe gerade mal 20 Hz, d.h. um den Faktor 6,5 weniger, d.h. ich bin deutlich vom Minimum im kHz - Bereich entfernt. Die Festinduktivitäten sind wirklich in dem Bereich wie angegeben, daher muß entweder die Kapazität zunehmen (eigentlich unlogisch) oder die Induktivität wie von C. Kessler beschrieben zunehmen. Die kleinste Induktivität, die ich beim Anbieter "R" aus "S" ;-) erworben habe, ist 0,1mH, auch beim 10 Mikrofarad - Kond. ist die gemessene Thomsonfrequenz um den Faktor 6 bis 7 zu klein. Da ich ohnehin noch einige Bauteile bei "R" bestellen wollte, werde ich noch kleinere Induktivitäten kaufen, um diese "Theorie" zu überprüfen... Die Kapazitäten der Elkos habe ich bereits vor einigen Tagen durch Ent- und Aufladekurven nachgemessen -- alle im erwarteten Fehlerintervall. Sollte alles scheitern, dann kann ich die Elkos immer noch in Ent- und Aufladekurven - Versuchen verwenden und werde mit Folienkondensatoren im nF - Bereich und mit höheren Induktivitäten arbeiten... Die antiserielle Elko - Schaltung muß ich noch testen... Danke für die Vorschläge... Gruß C.H.
U. B. schrieb: >> Tonfrequenzkondensatoren im Bereich von >> 1muF bis 100muF > > Was sind das denn für Dinger ? > > In meinem Höfling von 1973 steht noch, es dürfe nur EIN Vorzeichen für > Einheiten-Vielfache verwendet werden ... > > > Ich gebe ja zu, ich hätte
in meiner geliebten LaTeX - Schreibweise tippen sollen... Aber es gibt kein Vorzeichen für Einheiten-Vielfache, sondern Präfixe ;-)
Werner schrieb: > Ein "u" als Einheitenvorzeichen ist bei den SI-Präfixen überhaupt nicht > vorgesehen. Das "u" darf an Stelle des "µ" verwendet werden, wenn das "µ" im Zeichensatz nicht vorhanden ist. Alle anderen Vorsätze für 10 E-6 sind in D nicht zulässig. Gruss Harald
Mal zur µ-Suche. Wenn man ua741 sucht, dann landet man u.a. auch hier: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/texasinstruments/ua741.pdf Der Ersatz durch das u ist üblich.
alles höchst merkwürdig... selbst bei den sehr niedrigen Güten der
Elkos erklärt die Korrektur des bedämpften Schwingkreises mit
ω = sqr { [ 1 / L * C] - [ R * R / 4 L L ] }
(mit R als seriallen Verlusten) längst nicht den Faktor 6. Vielleicht
kommt zu den sowieso immer hohen Elko-Toleranzen zusätzlich eine
stärkere Frequenz-Abhängigkeit des µ des Spulenmaterials. Die
Zuleitungen mit rund 1 nH/mm dürften jedenfalls ausscheiden ;-)
Es gibt speziell für Schaltnetzteile Elkos mit niedrigem ESR (equivalent
series resistance), die auch bei höheren Frequenzen allerhand an
Umladeströmen wegstecken; vielleicht kann man es mal damit probieren
(dabei mehrere kleinere Werte parallel).
Hallo, Du hast bei Resonanzfrequenz aber schon ein Spannungsminimum / Eindrücken der Spitzen auf dem Oszi erwartet? Bitte nicht böse nehmen, manchmal sind ja die einfachen Dinge wo man stolpert. Probiers doch zuerst mal mit einem Parallelschwingkreis, ein Maximum erkennt man auf den ersten Blick immer leichter, die Flanken sind meist recht steil. Wenn Du den Wert kennst kannst Du Ihn auch leichter als Serienkreis prüfen. Weiterer Tipp: Wenn dein Generator einen Burst-Mode (Einmaliger Puls) hat dann kannst Du dem Generator ja auch gut beim Schwingen zusehen. Es würde mich wundern wenn das Ding über die Resonanzfrequenz hinweg unverändert sauber durschwingt. Man sieht eigentlich immer starke Verzerrungen oder dass Wellen "verschluckt" werden wenn man sich von der Resonanzfrequenz wegbewegt.
Die Burst-Anregung wäre ein guter Test, man sieht ja dann sehr gut das aperiodische Verhalten beim Ausschwingen. Mir fällt aber noch ein, dass für die in Frage kommenden Frequenzen das L/C-Verhältnis deiner Kreise schon recht niedrig ist. Im Beispiel mit 15 µH und 100 µF ist das ωL der Spule bei 100 Hz nur noch in der Größenordnung j10 Ω. Auf Güten von z.B. 10, um die Resonanzüberhöhung für Schüler sichtbar zu machen, kommt man nur mit _Gesamt_verlusten von ca 1 Ω, was mit den Spulen durch deren Drahtwiderstand und den Elkos durch deren ESR schon schwierig wird. Bei antiseriellen Elkos wird das noch ungünstiger. BTW: Der Fehler von 6 in der Frequenz zeigt ja auf einen Fehler mit Faktor 36 bezüglich der C-Werte... --'Essentially, all models are wrong, but some are useful' -- (E. P. Box)
Angehängte Dateien:
Ich meinte oben speziell dieses Diagramm. Der Elko kann in erster Näherung als LC-Serienkreis betrachtet werden. Zwischen 10 und 30 kHz hat der 220µF-Elko schon seine Resonanz (ein reeller Widerstand), darüber wird er induktiv. So ein Elko ist ja oft als aufgewickelte Kondensatorplatte gebaut, die Wickellänge kann schon viele Zentimeter betragen (Früher hat man mal Kapazitätswerte in cm angegeben). Das Ersatzschaltbild dürfte eher einem Koaxkabel-Erstzschaltbild ähneln, also ein wenig Serien-L, dann etwas Parallel-C nach Masse usw. .
mrx schrieb: > Weiterer Tipp: Wenn dein Generator einen Burst-Mode (Einmaliger Puls) > hat dann kannst Du dem Generator ja auch gut beim Schwingen zusehen. Es > würde mich wundern wenn das Ding über die Resonanzfrequenz hinweg > unverändert sauber durschwingt. Man sieht eigentlich immer starke > Verzerrungen oder dass Wellen "verschluckt" werden wenn man sich von der > Resonanzfrequenz wegbewegt. Der Tipp ist gut, nur sollte man bedenken: Wir sind ein normales Gymnasium, keine Schule für Elektronikberufe oder ein Unternehmen mit einer toll ausgestatteten Ausbildungswerkstatt/Labors. Ein FG mit Burst - Mode findet sich bei uns nicht, nur dieser überteuerte "Lehrmittel" - Kram von den bekannten Herstellern, oder restlos veraltete Hardware aus den 60/70er, späte 80er, wenn man Glück hat. Ich habe mir schon überlegt, so wie bei den Kondensatoren, Induktivitäten und den bei der elektronischen Bucht gebraucht gekauften Elektronikkästen zumindest zwei neue, vernünftige FG privat zu kaufen und sie dann den Schülern zur Verfügung zu stellen. Günter Richter schrieb: > Mir fällt aber noch ein, dass für die in Frage kommenden Frequenzen das > L/C-Verhältnis deiner Kreise schon recht niedrig ist. Im Beispiel mit 15 > µH und 100 µF ist das ωL der Spule bei 100 Hz nur noch in der > Größenordnung j10 Ω. Auf Güten von z.B. 10, um die Resonanzüberhöhung > für Schüler sichtbar zu machen, kommt man nur mit _Gesamt_verlusten von > ca 1 Ω, was mit den Spulen durch deren Drahtwiderstand und den Elkos > durch deren ESR schon schwierig wird. Bei antiseriellen Elkos wird das > noch ungünstiger. > > BTW: Der Fehler von 6 in der Frequenz zeigt ja auf einen Fehler mit > Faktor 36 bezüglich der C-Werte... Ich schrieb aber (diesmal ohne Tippfehler) von L = 15mH und C = 100µF, d.h. das Verhältnis beträgt in diesem Fall 150, und ωL knapp ungefähr 10 Ω. Den Drahtwiderstand der Spulen müßte ich mal noch herausfinden... Ich glaube, daß wirklich die Visaton-Elkos das Problem darstellen. Bei kleineren Kapazitäten (Folien - Kond.) paßt ja alles, wie schon mehrfach erwähnt. Gruß C.H.
So, kurz nachgeforscht L-HBCC 15M :: Festinduktivität, axial, HBCC, Ferrit 15m Laut Datenblatt: Güte: 50 Widerstand: 68 Ohm.... Eigenresonanzfrequenz: 300kHz Also der Widerstand ist doch recht hoch... von der Eigenresonanzfrequenz (sofern sie stimmt) bin ich jedoch entfernt, weil unsere FG diese Frequenz gar nicht ausgeben können. Ich bleibe an der Sache dran, zum Glück habe ich noch bis zum April Zeit, vorher werde ich den LCR - Kreis nicht im Unterricht behandeln.
Sorry für den typo, natürlich mH, wenigstens war mein ωL halbwegs richtig. Aber mal zur Güte dieser Spule bei der Arbeitsfrequenz 100 Hz: bei R = 68 Ω und ωL ca j100 Ω kannn man von Güte ja kaum noch reden, der tan Δ(L) * ist für den Versuch einfach viel zu hoch. Die Spulenhersteller geben gerne und meist ihre Werte bei hoeheren Frequenzen an, damit sie nicht so schlecht aussehen. Die Angabe einer Güte ohne die Referenzfrequenz grenzt an unredliches Verhalten, IMHO. Hier war die Messfrequenz der Güte also mit 68 * 50 irgendwo zwischen 10 und 20 kHz. Aber vielleicht wäre das dann eine Aufgabe für den Physik-Leistungskurs, mal mit der Formel des gedämpften Kreises? Mit so einem großen Minuenden unter der Wurzel sackt die Frequnez natürlich schon etwas. ------ (*) scusi, hatte gerade kein 'kleines Delta' zur Hand...
o je, noch mehr Mist von mir, es sind ja wirklich nur 10 Ω beim ωL. Na, dann kann man das Experiment wohl bei R = 68 Ohm vergessen. mea culpa
Blöde Frager ohne alles gelesen zu haben: Kann es sein, daß die verwendeten Spulen durch zu hohen Strom in die Sättigung gehen?
eher nicht, diese axialen Bauformen bekommt man mit DC kaum gesättigt, im Gegensatz zu Ringkernen. Deswegen nennt ein Vertreiber die ja auch "Festinduktivität mit niedrigem Innenwiderstand. Besonders für hohe Stromstärken geeignet." Tja, was ist 'niedrig' und was 'hoch'? Aber bei 68 Ω und nur 100 mA möchte ich die im Betrieb nicht anfassen...
Günter Richter schrieb: > Aber mal zur Güte dieser Spule bei der Arbeitsfrequenz 100 Hz: bei R = > 68 Ω und ωL ca j100 Ω kannn man von Güte ja kaum noch reden, der tan > Δ(L) * ist für den Versuch einfach viel zu hoch. Die Spulenhersteller > geben gerne und meist ihre Werte bei hoeheren Frequenzen an, damit sie > nicht so schlecht aussehen. Die Angabe einer Güte ohne die > Referenzfrequenz grenzt an unredliches Verhalten, IMHO. Hier war die > Messfrequenz der Güte also mit 68 * 50 irgendwo zwischen 10 und 20 kHz. > > Aber vielleicht wäre das dann eine Aufgabe für den Physik-Leistungskurs, > mal mit der Formel des gedämpften Kreises? Mit so einem großen Minuenden > unter der Wurzel sackt die Frequnez natürlich schon etwas. Ja, inzwischen bin ich da jetzt auch durchgestiegen -- im Physikstudium macht man das in einer Vorlesungsstunde und das war es dann zum Thema Schwingkreis, man ist ja schließlich nicht so "angewandt" ;-) Elektrotechnik spielt(e) im Diplomstudium Physik in Freiburg keine Rolle. Bei dem von mir genannten Zahlenbeispiel ist die Güte grob 0,2, was einen natürlich viel zu niedrigen Wert darstellt. Mit dem kleinen 1µF - Kondensator gibt es wie bereits in meinem allerersten Beitrag erwähnt keine Probleme, mittlerweile ist mir auch klar, warum -- die Güte ist größer. Ich muß also generell kleinere Kapazitäten verwenden, um den Nenner in der Güteformel zu verringern und damit die Güte zu vergrößern. Dadurch steigen die Frequenzen an. Wenn ich bei den trotz des hohen Widerstands großen Induktiviäten bleiben möchte, darf ich aufgrund der Beschränkung unserer FG auf 250 kHz den nF - Bereich nicht unterschreiten. Ein Teufelskreis. Ich glaube, ich sollte wirklich aus eigener Tasche zumindest einen FG finanzieren -- er gehört ja dann trotzdem mir und ich stelle ihn dann einer Versuchsgruppe zur Verfügung, die etwas andere Kapazitätswerte in ihrer Versuchsbox finden werden. Ich denke, das Rätsel ist gelöst. Vielen Dank für die Mithilfe By the way: In BaWü gibt es leider keine Leistungskurse mehr :-( C.H.
Christian H. schrieb: > By the way: In BaWü gibt es leider keine Leistungskurse mehr :-( Es gibt 2 stündige und 4 stündige Kurse. Die 4 stündigen entsprechen in etwa den Leistungskursen. Schlimmer ist daß alle Schüler 4 stündig Mathe haben müssen, dadurch sinkt das Niveau gegenüber den früheren Mathe Leistungskursen weil in jedem Kurs 40 - 80% Mathe-Nichtversteher sitzen die den Rest sauber abbremsen. Früher waren in den Leistungskursen fast ausschliesslich Leute die Mathe zumindest interessiert hat.
InputCurrent schrieb: > Es gibt 2 stündige und 4 stündige Kurse. Die 4 stündigen entsprechen in > etwa den Leistungskursen. > Schlimmer ist daß alle Schüler 4 stündig Mathe haben müssen, dadurch > sinkt das Niveau gegenüber den früheren Mathe Leistungskursen weil in > jedem Kurs 40 - 80% Mathe-Nichtversteher sitzen die den Rest sauber > abbremsen. Früher waren in den Leistungskursen fast ausschliesslich > Leute die Mathe zumindest interessiert hat. Ja, ich weiß ;-) Ich wage allerdings zu bezweifeln, daß der 4-Stundenkurs auch nur annähernd dem LK - Niveau entspricht... Gruß C.H.
Warum eigentlich Elkos? Es gibt bei Reichelt Folienkondensatoren bis 22u, Kostenpunkt 2EUR. Die sind an einem idealen Kondensator viel näher dran, als der ganze Suppenmüll... An sich ist dann der Vergleich mit einem 22u-Elko auch gar nicht schlecht, weil man damit sehr gut zeigen kann, dass das Universum richtig funktioniert. Billig und gut gibts nicht ;)
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