Guten Abend, ich würde gerne einen RLC-Schwingkreis mit möglichst hoher Güte aufbauen und ihm in einem zweiten Schritt mit einem impedanz-angepassten RLC-Schwingkreis vergleichen. Die Resonanzfrequenz soll in der Region von 10 MHz liegen, aber genrell auch einstallbar sein. Betrieben wird das ganze mit einem Frequenzgenerator der gemäß Datenblatt sowas wie 50 Ohm Innenwiderstand hat. Meine Frage ist: Welche Bauteile sollte ich verwenden um eine möglichst hohe Güte zu erhalten. Ich weiß, dass die Güte über Q = 1/R*sqrt(L/C) gegeben ist. D.h. man sollte einen geringen Widerstand verbauen. Da aber ich aber auch impedanz-angepasst sein will, wäre der einfachste (und 1.) Schritt, erstmal einen 50 Ohm Widerstand in den Schwingkreis zu bauen. Außerdem sind sowohl EISENPULVER als auch FERRIT Kerne vorhanden und dazu einfacher Kuperlackdraht. Von den Dimensionen der Kerne her sind Induktivitäten im Breich von L = 3 µH möglich. Für 10 MHz finde ich, gemäß Thomson-Gleichung, dann L = 3 µH und C = 83 pF (grob). An einstellbaren Kondensatoren haben wir allerdings nur Trimmer-Kondensatoren, ich weiß nicht wie gut diese geeignet sind. Das ganze Konstrukt sollte auch nicht zu groß werden, weil es noch in ein Gehäuse eingbaut werden soll. Im 2.Schritt hätte ich dann mit Hilfe eines Trafos eine Impedanzanpassung versucht und statt 50 Ohm für das R, einen Widerstand von 12 Ohm genommen (der ist halt grad da). Als Trafo hätte ich einen Ringkern verwendet und diesen mit Kupferlackdraht umwickelt. Die letzte Frage wäre noch, ob eine Platine verwendet darf. Und wenn ja, was für eine sollte das sein (ich rede allerdings von Through-Hole). Ist es mit solch einem Aufbau möglich Güten im Bereich von >50 zu erreichen? Vielen Dank für Eure Hilfe NewBee
New Bee schrieb: >erstmal einen 50 Ohm Widerstand in den Schwingkreis zu bauen. Das ist Unsinn, wenn der Schwingkreis eine hohe Güte haben soll, baut man da keinen Widerstand ein. >Meine Frage ist: Welche Bauteile sollte ich verwenden um eine möglichst >hohe Güte zu erhalten. Nimm für 10MHz eine Luftspule mit möglichst dicken Draht. Für niedrige Frequenzen, um die 100kHz, benutze Schalenkernspulen. Ein Schwingkreis mit einer hohe Güte hat einen hohen Resonanzwiderstand. Um den an deinen Frequenzgenerator mit 50 Ohm anzupassen, mußt du eine Anzapfung an deiner Spule suchen.
> Das ist Unsinn, wenn der Schwingkreis eine hohe Güte > haben soll, baut man da keinen Widerstand ein. Das ist mir prinzipiell klar, aber ich habe halt gelesen, dass die Leistung dann maximal ist, wenn die beiden Widerstände gleich sind > Nimm für 10MHz eine Luftspule mit möglichst dicken Draht. > Für niedrige Frequenzen, um die 100kHz, benutze Schalenkernspulen. Also kann ich die Ringkerne erstmal getrost ignorieren. Gut. > Ein Schwingkreis mit einer hohe Güte hat einen hohen > Resonanzwiderstand. Um den an deinen Frequenzgenerator > mit 50 Ohm anzupassen, mußt du eine Anzapfung an deiner > Spule suchen. Es handelt sich um einen Reihenschwingkreis, hat dieser nicht bei Resonanz einen möglichst geringen Widerstand, selbst bei hoher Güte? Und wie sieht so eine Spule mit Anzapfung aus, können Sie mir da vielleicht einen Link empfehlen? Mit freundlichen Grüßen NewBee
> mußt du eine Anzapfung an deiner Spule suchen. Da würde ich gleich mal nach der 1. Windung anzapfen. Oder eine verschiebbare Koppelspule mit zwei Windungen, dafür mit etwas Abstand. Je schwächer man koppelt, desto höher die Güte. Spule Beispiel: Kunststoffrohr mit 25mm Durchmesser. 13 Windungen mit einem Kupferlackdraht mit 0,8 oder 1mm auf eine Länge von 25 mm wickeln. Wird auf D = L = 40mm vergrößert und ein dickerer Drahr verwendet, steigt die Güte noch etwas. Eine Güte von 100 sollte leicht erreichbar sein. Falls sich die Windungen nicht berühren, darf auch ein blanker Kupferdraht verwendet werden. Von der Hausinstallation bleiben oft 1,5 mm2 oder 2 mm2 übrig. > Reihenschwingkreis Keine gute Idee, ich würde einen Parallelschwingkreis verwenden, dann klappts auch mit der Anzapfung. Bei der 1. Spule befindet sich die Anzapfung in der Mitte: http://www.b-kainka.de/bastel95.htm
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> Da würde ich gleich mal nach der 1. Windung anzapfen. Oder eine > verschiebbare Koppelspule mit zwei Windungen, dafür mit etwas Abstand. > Je schwächer man koppelt, desto höher die Güte. Dazu nochmal: Also Anzapfung bedeutet, dass ich einfach nach der 1. Windung einen zusätlichen Draht (neben Anfang und Ender der Spule) wegführe. Aber was ist unter einer Koppelspule (bzw. Koppelkondensator) zu verstehen. Ich habe die Begriffe schon oft gehört, kann mir darunter aber nichts vorstellen >> Reihenschwingkreis > > Keine gute Idee, ich würde einen Parallelschwingkreis verwenden, dann > klappts auch mit der Anzapfung. Aber dann kriege ich doch keine Spannungsüberhöhung hin? (Dafür aber Stromüberhöhung???) Und warum funktioniert Anzapfung nur beim Parallelschwingkreis.
> Aber dann kriege ich doch keine Spannungsüberhöhung hin?
Doch, außerdem wirkt das ganze noch als Resonanzübertrager. Die Spannung
wird im Windungszahlen-Verhältnis 1:13 hochtransformiert.
Beim Serienschwingkreis gäbe es eine Reihenschaltung aus dem Generator,
einem 50 Ohm Widerstand, einem Kondensator und einer Spule. Die 50 Ohm
würden den Schwingkreis auf eine Güte <10 dämpfen. Hätte der Generator
ein Ri von 1 Ohm, sähe die Sache schon anders aus.
Günter Lenz schrieb: > Ein Schwingkreis mit einer hohe Güte hat einen hohen > Resonanzwiderstand. Um den an deinen Frequenzgenerator > mit 50 Ohm anzupassen, mußt du eine Anzapfung an deiner > Spule suchen. Nicht zwingend. Man kann auch den Kondensator anzapfen (--> Collins-Filter/Pi-Glied).
New B. schrieb: > Meine Frage ist: Welche Bauteile sollte ich verwenden um > eine möglichst hohe Güte zu erhalten. [...] > Ist es mit solch einem Aufbau möglich Güten im Bereich > von >50 zu erreichen? Ja, das ist schon möglich, aber... vielleicht erklärst Du besser, was Du EIGENTLICH erreichen möchtest. Man baut ja in der Regel nicht einfach so einen Schwingkreis, sondern verfolgt einen konkreten Zweck damit. Welchen verfolgst Du?
New B. schrieb: > Das ganze Konstrukt sollte auch nicht zu groß werden, weil es noch in > ein Gehäuse eingbaut werden soll. Du solltest erstmal deutlich erklären, was das werden soll! Sonst sieht es wie eines der vielen hochgestochenen Projekte in diesem Forum aus, von Leuten, die noch nicht einmal die einfachsten Grundkenntnisse besitzen.
> Du solltest erstmal deutlich erklären, was das werden soll! > Sonst sieht es wie eines der vielen hochgestochenen Projekte in diesem > Forum aus, von Leuten, die noch nicht einmal die einfachsten > Grundkenntnisse besitzen. Also, dass Projekt ist nicht wirklich hochgestochen :) Ich will tatsächlich nur diesen Schwingkreis mit möglichst hoher Güte (und Spannungsüberhöhung bauen). Die Spannungsüberhöhung soll dabei am Schluss genutzt werden. Wie genau der Verbraucher dann aussieht weiß ich noch nicht (da bin ich nicht direkt dran beteiligt). Aber Vorgabe ist wiegesagt, eine hohe Spannungsüberhöhung. Der Schwingkreis soll, quasi, als eine Art "passiver" Spannungsverstärker wirken. (Von aktiven Verstärken wurde mit Absicht bei meinen Vorgaben abgesehen, wobei ich von LC-Oszillatoren, Transistoren und OpAmps auch noch weniger Ahnung hätte.) Das Problem ist ja auch genrell nicht, so nen Schwingkreis aufzubauen. Die Sachen, die ich dazu gebaut habe, funktioniere schon. ABer die Überhöhung, sprich Q, liegt halt im Bereich von 5-15. Da hätte ich gerne mehr und hab dafür einfach zu wenig praktische Erfahrung, was für Bauteile oder alternative (passive) Schaltungen zu besseren Ergebnissen führen.
New B. schrieb: > Ich will tatsächlich nur diesen Schwingkreis mit möglichst > hoher Güte (und Spannungsüberhöhung bauen). Die Spannungs- > überhöhung soll dabei am Schluss genutzt werden. Wie genau > der Verbraucher dann aussieht weiß ich noch nicht (da bin > ich nicht direkt dran beteiligt). Hmm... das ist schlecht, dass Du das nicht weißt. Erklärung kommt unten. > Aber Vorgabe ist wiegesagt, eine hohe Spannungsüberhöhung. > Der Schwingkreis soll, quasi, als eine Art "passiver" > Spannungsverstärker wirken. Verstehe ich. (Habe ich in allergrößter Not auch schon gemacht.) > Das Problem ist ja auch genrell nicht, so nen Schwingkreis > aufzubauen. Die Sachen, die ich dazu gebaut habe, funktioniere > schon. ABer die Überhöhung, sprich Q, liegt halt im Bereich > von 5-15. Da hätte ich gerne mehr und hab dafür einfach zu > wenig praktische Erfahrung, was für Bauteile oder alternative > (passive) Schaltungen zu besseren Ergebnissen führen. Hmm. Also... "die Kunst ist lang, und kurz ist unser Leben". Ich kann Dich nur auf ein paar Klippen hinweisen; schwimmen musst Du schon selber. 1) Dein Stichwort "passiver Spannungsverstärker" ist schonmal gut. Eine rein passive Schaltung kann MAXIMAL die Leistung zum Ausgang weiterreichen, die am Eingang anliegt (--> Energieerhaltungssatz). Du musst also versuchen, Deinem Generator mit 50-Ohm-Ausgang die maximale Leistung abzuknöpfen, die er liefern kann. Das richtige Suchwort dafür ist "Leistungsanpassung". 2) Dein Verbraucher hat einen bestimmten (ohmschen) Widerstand, den Du aber wohl nicht kennst. Der Witz ist: Du kannst diesem Verbraucher UNTER KEINEN UMSTÄNDEN mehr Leistung liefern, als Dein Generator abgibt. Kennst Du diesen Verbraucherwiderstand, kannst Du auch die Spannung ausrechnen, die Dein Schwingkreis im besten Falle bereitstellen kann: Es gilt nämlich P = U^2 / R. MEHR GEHT NICHT! 3) Bei Schwingkreisen ist es ein beliebter Fehler, nicht zwischen Betriebsgüte und Leerlaufgüte zu unterscheiden. Die Leerlaufgüte hat mit den Verlusten im Schwingkreis zu tun und sollte in jedem Falle möglichst hoch sein. Leerlaufgüten von 100 und mehr sind bei gutem Aufbau machbar. Und natürlich schaltet man KEINEN ohmschen Widerstand in den Schwingkreis ein! Die Betriebsgüte ergibt sich als Folge der außen an den Schwingkreis angeschalteten Widerstände (Quelle und Last) und ist i.d.R. deutlich niedriger. Werte zwischen 5 und 20 sind nicht ungewöhnlich. 4) Wenn Du Güten zwischen 5 und 15 gemessen hast, dann liegt der Verdacht nahe, dass Du vergessen hast, dass auch Dein Messgerät einen Innenwiderstand hat, der sich auf die Güte auswirkt. 5) Lange Rede, kurzer Sinn: Man muss die Last wenigstens ungefähr kennen, wenn man ein passendes Anpassnetzwerk berechnen will. Möglichkeiten dafür gibt es einige: L-Netzwerk, Pi-Netzwerk, Schwingkreis mit Anzapfungen. Mein Favorit ist das Collins-Filter (Pi-Netzwerk).
Possetitjel haben Sie vielleicht eine e-mail Adresse unter der ich mich bei Ihnen mal rückmelden kann? Dann kann ich das Problem vielleicht noch ausführlicher beschreiben. Mit freundlichen Grüßen NewBee
Possetitjel schrieb: > Lange Rede, kurzer Sinn: Man muss die Last wenigstens ungefähr > kennen, wenn man ein passendes Anpassnetzwerk berechnen will. > Möglichkeiten dafür gibt es einige: L-Netzwerk, Pi-Netzwerk, > Schwingkreis mit Anzapfungen. Und was, wenn die Last nur reaktive Komponenten enthalten sollte?
Das Wichtigste an einem diskreten Schwingkreis ist ein Kondensator, der auch taugt. Dh die Spannung resp Strom mit kleinem ESR macht. Die Spannung resp Strom steigt mit Wurzel Q, dh man ist schnell bei Vakuumkondensatoren. Spulen mit hoher Guete sind einfach erreichbar. Dh Draht mit hinreichendem Querschnitt fuer kleinen Widerstand und grosser Oberflaeche, und eine Geometrie, die etwa Durchmesser gleich Laenge ist. Eine Spannungsueberhoehung bedeutet auf Hochimpedant zu transformieren. Da macht man ueblicherweise mit einem T oder Pi Netzwerk. Oder einem (resonanten) Trafo. Alles ausser nichtresonantem Trafo hat eine immer schmaelere Bandbreite.
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Hier kommt die Simulation von Possetitjels Beispiel mit dem Collins-Filter. > wenn die Last nur reaktive Komponenten enthalten sollte? Dann werden sie Bestandteil des Schwingkreises und bedämpfen ihn nicht. > Aber was ist unter einer Koppelspule zu verstehen. Eine Koppelspule ist entweder über die Schwingkreisspule gewickelt oder zumindest so in der Nähe angeordnet, dass ein Teil des Magnetfeldes durch beite Spulen dringt. Meist hat die Koppelspule weniger Windungen. Der Einfluss auf die Resonanzfrequenz ist minimal. > was ist unter einem Koppelkondensator zu verstehen. Ein Koppelkondensator leitet einen Teil der Energie einer Spannungsquelle ans heisse Ende eines Schwingkreises. Der Koppelkondensator ist in der Regel kleiner als der Schwingkreiskondensator, denn er beeinflusst die Resonanzfrequenz deutlich.
Also in der Simulation klappt so ein Collins-Filter ganz gut, auch unter (eventuell) kapazitiver Last. Jetzt habe ich mir das ganze auch mal aufgebaut. Dabei benutze ich ein BNC-Kabel für die Speisung mit der Signalquelle und einen Tastkopf von einem Oszilloskop. Gibt es dabei noch irgendwas zu beachten, insbesondere beim Messen mit dem Tastkopt? (Das ein BNC-Kabel parasitäre Kapazität hat weiß, aber ich habe leider keine andere Anschlussmöglichkeit).
> beim Messen mit dem Tastkopt?
C1 kann fest mit ca. 2,2nF oder 2,7nF gewählt werden und anstatt C2 wird
ein Drehkondensator eingesetzt. Die Tastkopf-Kapazität liegt parallel
zum Drehkondensator und kompensiert sich beim Drehen auf Maximum
automatisch. Das selbe mit einer späteren kapazitiven Last.
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B e r n d W. schrieb: > Hier kommt die Simulation von Possetitjels Beispiel mit dem > Collins-Filter. Eine Frager dazu noch: Auf welchen Grundlagen basieren deine Berechnungen? Von Pi-Filtern habe ich nämlich kaum Ahnung. Ich hab zwar ein bisschen Literatur dazu, allerdings geht man dort immer von einer ohmigen Last aus...
New B. schrieb: > Auf welchen Grundlagen basieren deine Berechnungen? Du kannst den etwas umzeichnen, dann hast du einen Parallelschwingkreis, bei dem die Kapazität aus den beiden hintereinander geschalteten Kondensatoren besteht. Diese beiden Kondensatoren bilden einen kapazitiven Spannungsteiler, und demenentsprechend sind auch die Teilspannungen daran.
Ich hab das kurz mal ausprobiert. Mit dem Pi-Filter komme ich auf 65V Spitze und mit einer Koppelwicklung mit 2 Windungen auf 110V. Beim Pi-Filter konnte ich nur verschiedene Kondensatoren ausprobieren: 2,2nF, 2,7nF, 3,7nF und 4,7nF. Wobei sich das Signal nur um +/- 5 VOlt ändert. Bei 2,5 MHz bekomme ich eine etwas höhere Amplitude, als bei 2 MHz. Die Amplitude ist die selbe wie New Bees, die Frequenz liegt bei 2,5 MHz, da mein Funktionsgenerator nicht weiter geht. Die Spule besteht aus einem Keramikkörper mit aufgedampftem Silberstreifen. Der Drehko mit 2 x 500pF ist in Reihe geschaltet, um die Schleifkontakte zu umgehen.
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Schwingkreis_Aufbau.gif
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Hallo New Bee Auf Wunsch noch einige Antworten. Der Tastkopf steht bei solchen Messungen immer auf 10 : 1. Schon 1m Tastkopfleitung hätte eine Kapazität von 100 pF und würde den Schwingkreis bedämpfen. Das geht im Prinzip auch mit einem Ringkern. Die Hauptwicklung drauf und obendrüber oder direkt daneben die Koppelwicklung. Bei der Koppelwicklung kann man mit der Windungszahl und mit dem Abstand variieren, um das Optimum zu finden. Also mal 1, 2, 3 oder 4 Windungen drauf und schauen, was am Schwingkreis rauskommt. Da die Verluste nicht genau bekannt sind, muss man das empirisch ermitteln. Dein Trimmer funktioniert, falls die Kapazität reicht. Man kann auch einen Festkondensator dazuschalten und mit dem Trimmer den Feinabgleich machen. Parallelgeschaltete Kondensatoren haben ein geringeres ESR. Dein Eisenpulverkern, ist da der Typ bekannt (Material und Größe)? Bei kleinen Kernen und hohen Spannungen kann das Eisen-Material in die Sättigung gehen. Ringkerne kann man leicht mit dem Mini-Ringkern-Rechner berechnen: http://www.df7sx.de/?page_id=212 Gruß, Bernd
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Die Ringkerne habe ich jeweils in Ferrit und Eisenpulver. T37-2 T50-2 FT37-61 FT50-61 Die Trimmer sind die folgenden: http://www.reichelt.de/TRIMMER-31809/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=21767&artnr=TRIMMER+31809&SEARCH=trimmer+kondensator Für die größere Kapazität habe ich aus Materialnot, so ein billig Ding aus ner Sammelbox genommen. Der hatte 2,2nF. Handelt es sich bei der obigen Schaltung jetzt noch um einen Pi-Filter oder ist das jetzt schon wieder etwas anderes?
B e r n d W. schrieb: > Mit dem Pi-Filter komme ich auf 65V Spitze und mit einer > Koppelwicklung mit 2 Windungen auf 110V. Hmm. Hast Du 'ne Erklärung dafür? Gibt's beim Pi-Glied einen Haken, von dem ich noch nix weiss? Ich meine, Du hast ja hochwertige Komponenten verwendet, Keramikspule und Luftdreko... wenn Quelle und Last in beiden Fällen identisch sind, sollte doch kein so großer Unterschied auftreten...?!
New B. schrieb: > Die Trimmer sind die folgenden: > http://www.reichelt.de/TRIMMER-31809/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=21767&artnr=TRIMMER+31809&SEARCH=trimmer+kondensator > Die Dinger sind teilweise mechanisch Scheisse. - Also, im Prinzig gehen die natürlich, man muss aber beim Löten und der Handhabung aufpassen. > Für die größere Kapazität habe ich aus Materialnot, so ein billig > Ding aus ner Sammelbox genommen. Der hatte 2,2nF. Wenn Du öfter solche Experimente machst: Versuche, einen alten Mittelwellen-Drehko aus einem Radio auszuschlachten. Die alten Luftdrehkos mit Untersetzung sind meist ziemlich hochwertig. > Handelt es sich bei der obigen Schaltung jetzt noch um einen > Pi-Filter oder ist das jetzt schon wieder etwas anderes? Nein, die Schaltung mit Bild und Schaltplan ist ein Parallel- schwingkreis mit Trafo-Kopplung. Scheint bei Bernd besser zu funktionieren als ein Pi-Glied.
Der Ringkern-Rechner hat bereits alle vier dieser Kerne in der Bibliothek. Da kann man 3µH eingeben und bekommt beim T50-2 eine Windungszahl von 25. Des weiteren gibt es ein Feld für die Frequenz und die über der Spule zu erwartende Spannung. Der Kern geht ab 66V in die Sättigung, die Kernverluste betragen 0,75 Watt. Die anderen Kerne sättigen noch früher. Will man also höhere Spannungen als 65V erreichen, geht das z.B. mit einem größeren Kern wie den T80-2. Die Temperatur des Kerns wird sich um 49° erhöhen, da die Eisenverluste 1,68 Watt betragen. Es gibt weitere Verluste in den 95cm Kupferdraht und im Kondensator. Der Funktionsgenerator müsste also ca. 2 Watt zur Verfügung stellen, um auf 100 Volt (vermutlich Ueff.) zu kommen. Eine Luftspule benötigt keinen Eisenkern und hat daher keine Eisenverluste. Dafür ist der Kupferdraht länger und der ohmsche Widerstand steigt. Bei 10 MHz scheint mir die Güte einer Luftspule höher zu sein. Die Luftspule muss nicht auf Keramik gewickelt werden, freitragend wäre das Optimum. Eine Spule mit 20mm Durchmesser, 20mm Länge und 15 Windungen hat ca. 3 µH. Eine Koppelwicklung mit 2-3 Windungen passt obendrauf. Anstatt Funktionsgenerator könnte auch ein 10 MHz Quarzoszillator und ein Treibertransistor zur Ansteuerung verwendet werden. Die Schaltung ist recht einfach, trotzdem kann man Fehler beim Aufbau machen.
>> Mit dem Pi-Filter komme ich auf 65V Spitze und mit einer >> Koppelwicklung mit 2 Windungen auf 110V. > Hmm. Hast Du 'ne Erklärung dafür? Ich war auch überrascht über den großen Unterschied. Vermutlich wird das Pi-Glied über den kapazitiven Spannungsteiler stärker bedämpft und die beiden Kondensatoren koppeln nicht so gut wie eine Spule mit Anzapfung oder Koppelwicklung. Als Antennenanpassung wird das keine Rolle spielen, denn dort wird auf beiden Seiten bedämpft. Der Schwingkreis ist hier aber freischwingend mit hohem Q. @New Bee IMO ist der Trimmer ok, der hält ja 250V aus. Über die Verluste sagt das allerdings noch nichts. Das Datenblatt sagt: Q=800. Die Spule ist also definiv schlechter. https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B300/28180810.pdf
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Hallo, hier sind die Simulationen. Die Variante 4 könnte so auch mit Quarzoszillator betrieben werden.
Hallo Bernd, vielen Dank. Sorry, ich habe nicht genauer gesagt welche, ich meinte die vom Collins-Filter. Ist bei Dir glaube ich unter Draft214 abgelegt. Ich habe das versucht bei mir zu Simulieren und komme aber auf ein anderes Ergebnis. Ich wollte es mit Deiner Simulation vergleichen, was ich im Spice falsch mache (bin noch nicht sehr Spice erfahren). Viele Grüsse, René
Hallo Rene Hier kommt Draft214.asc. Inzwischen hab ich dem 2,2nF bzw. 2,7nF Kondensator ein ESR von 300 mOhm verpasst, um näher an das reale Ergebnis zu kommen. Einfach mal mit der rechten Maustaste auf C1 klicken und beim Series Resistance 300m eingeben. Jetzt müsste man Datenblätter wälzen, um einen mit möglichst niedrigem ESR zu finden. Dagegen hat ein Drehkondensator nur ein paar mOhm reellen Widerstand, solange der Strom nicht über die Schleifer fließt. Oder man müsste 10 Kondensatoren parallelschalten, um dann 30 mOhm zu erhalten. Gruß, Bernd
Kann mir vielleicht nochmal jemand erklären, warum es in einem Parallelschwingkreis zur Spannungsüberhöhung kommt? Ich kenne das von der Theorie her nur so, dass die Impedanz im Reihenschwingkreis minimal ist, der Strom damit maximal und dann gibt es eine Resonanzspannung die für Kondensator/Spule gleich ist (weil gleicher Widerstand) über Ur = Imax*X_C/L. Für den Parallelschwingkreis geht das dann analog aber halt mit Impedanzmaximum. Und man erhält eine Stromüberhöhung...
> warum kommt es in einem Parallelschwingkreis zur Spannungsüberhöhung
Einmal wird im Windungszahlen-Verhältnis hochtransformiert, zum anderen
hängt es von der Güte Q ab, wie weit man hochtransformieren kann. Eine
Güte von 100 lässt die 100-fache Spannung zu, aber nur bei optimaler
Anpassung. Dabei beeinflusst die Anpassung wiederum die Güte.
Anpassung bedeutet:
Windungszahlen-Verhältnis, Koppelfaktor, Impdanz der Quelle und Impedanz
des Schwingkreises bei Resonanz müssen zueinander passen. Dies erkennt
man daran, daß am 50 Ohm Widerstand des Generators die Hälfte der
Spannung verloren geht. Dann fließt die Andere Hälfte der Energie in den
Schwingkreis.
B e r n d W. schrieb: > Einmal wird im Windungszahlen-Verhältnis hochtransformiert.... Darüber würde ich besser nochmal nachlesen, Bernd! Denn dann würde ja in einem Parallelkreis mit einer Spule aus nur einer Windung keine Resonanzüberhöhung stattfinden, weil da ja nix transformiert wird. Die Spannungsüberhöhung gründet sich auf Resonanz und wird nur von Verlusten begrenzt, deren Maß die Güte ist. Die exakte physikalische Herleitung der Resonanzüberhöhung ist zwar nicht trivial, aber wen es interessiert, der kann es hier nachvollziehen: http://www.physi.uni-heidelberg.de/Einrichtungen/AP/anleitungen/apl/M3Resonanz10.pdf (Gelichung 8)
B e r n d W. schrieb: > Eine Luftspule benötigt keinen Eisenkern und hat daher keine > Eisenverluste. Dafür ist der Kupferdraht länger und der ohmsche > Widerstand steigt. Bei 10 MHz scheint mir die Güte einer Luftspule höher > zu sein. Die Luftspule muss nicht auf Keramik gewickelt werden, > freitragend wäre das Optimum. Eine Spule mit 20mm Durchmesser, 20mm > Länge und 15 Windungen hat ca. 3 µH. Eine Koppelwicklung mit 2-3 > Windungen passt obendrauf. Wie wickelt man den eine Gute Luftspule? Ich habe versucht Kupferlackdraht mit 0.8mm Durchmesser auf eine Entlötpumpe (die hat gerade 2cm durchmesser) zu wickeln. Aber immer, wenn ich die letzte Windung anbringe und die Spule von der Entlötpumpe runternehmen, springt die Spule auf. Damit meine ich, dass der Abstand zwischen den einzelnen Windungen größer wird. Das kommt natürlich durch die Steifheit des Drahtes zustande, aber wie kann ich das umgehen?
New B. schrieb: > Kann mir vielleicht nochmal jemand erklären, warum es in einem > Parallelschwingkreis zur Spannungsüberhöhung kommt? Ich versuch es mal einfach zu erklären: Stelle dir vor ein Schwingkreis sei ein Gebilde, in dem Energie in Spule und Kondensator gespeichert wird. Die Energie pendelt abwechselnd als magnetische Energie und als elektrische Energie zwischen Spule und Kondensator hin und her. Die Häufigkeit, mit der die Energie pro Sekunde pendelt, nennt man Resonanzfrequenz. Stellt man sich den Kreis idealisiert als verlustfrei vor, dann wird - wenn er einmal angestoßen ist - die Energie für alle Ewigkeit zwischen Kondensator und Spule hin- und herpendeln. Wie ist es jetzt, wenn ich den Schwingkreis mit einem Wechselstrom, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz des Schwingkreises beträgt, regelmäßig weiter anstoße? Dann gibt der anstoßende Wechselstrom in jeder Halbwelle Energie in den (als verlustfrei gedachten) Schwingkreis ab. Die Energie addiert sich zu der Energie, die schon im Kreis pendelt. Und mit jeder Halbwelle des anstoßenden Wechselstroms wird wieder ein Energiepaket in den Schwingkreis abegegen und addiert sich. Die energie im Kreis schaukelt sich theoretisch unendlich hoch auf. Das nennt man Resonanzüberhöhung. Nun sind Spule und Kondensator keine idealen Bauelemente. Sie haben Verluste, die eine Teil der Energie in Wärme umsetzen. In einem realen verlustbehafteten Schwingkreis wird sich die zugeführte Energie also nicht unendlich hoch aufschauekeln. Ein Teil wird als Verlustenergie verbraucht. Man sagt: der Schwingkreis wird bedämpft. Das Maß für die Dämpfung nennt man Güte. Es ist im Grund das Verhältnis zwischen Energiemenge die im Kreis pendelt und der Energiemenge, die verloren geht. In einem realen Schwingkreis stellt sich also bei der Resonanzüberhöhung ein Gleichgewicht ein, das von der Güte des Kreises abhängig ist. Ein Schwingkreis von hoher Güte, mit wenig Verlusten (hauptsächlicher Verlustbringer ist der ohmsche Widerstand der Spule), in dem also wenig Energie als Verlustenergie verbraucht wird, hat also auch eine große Resonanzüberhöhung. Grüße
New B. schrieb: > Wie wickelt man den eine Gute Luftspule? Eine gute Luftspule für einen Schwingkreis hoher Güte hat wenige Streuverluste bei minimalem ohmschen Widerstand. Minimaler ohmscher Widerstand wird erreicht, in dem eine Spule so gebaut ist, dass der Leiterdraht zum Erreichen der gewünschten Induktivität möglichst kurz ist, und die Leiteroberfläche gleichzeitig möglichst groß. Durch den Skin Effekt, der den nutzbaren Leiterquerschnitt bei zunehmenden Frequenzen reduziert, weil der Stromfluss nur noch wenige Mikrometer Eindringtiefe aufweist und nur in einer dünnen Schicht an der Leiteroberfläche stattfindet, ist bei hohen Frequenzen eine große Leiteroberfläche aus möglichst gutleitendem Material (z.B. Silber) wichtig. Dabei gilt es boch einige Dinge zu beachten: Mehrlagige Spulen ergeben mit kurzem Draht eine höhere Induktivität. Sie haben aber teilweise widerum höhere Streuverluste. Regeln für eine Spule hoher Güte hängen also unter Anderem vom Einsatzzweck und von der Frequenz ab. Es gibt Einiges zu beachten.
Harvey schrieb: > B e r n d W. schrieb: >> Einmal wird im Windungszahlen-Verhältnis >> hochtransformiert.... > > Darüber würde ich besser nochmal nachlesen, Bernd! Warum?! > Denn dann würde ja in einem Parallelkreis mit einer Spule > aus nur einer Windung keine Resonanzüberhöhung stattfinden, > weil da ja nix transformiert wird. Richtig. Findet auch nicht statt. Die Spannung am Schwingkreis kann meiner Meinung nach nie größer werden als die Leerlaufspannung der Quelle. Das sieht man, wenn man das mal aufzeichnet: Quelle mit R_i und Schwingkreis liegen parallel. Höhere Spannung am Schwingkreis als an der Quelle widerspräche dem Energieerhaltungssatz. Anders ausgedrückt: Der Schwingkreis bildet mit dem Innen- widerstand der Quelle einen frequenzabhängigen Spannungsteiler. Maximal kann die Leerlaufspannung der Quelle anliegen; minimal natürlich beliebig wenig. Daraus resultiert die "Überhöhung". Um am Schwingkreis über die Leerlaufspannung der Quelle zu kommen, braucht es irgend eine Form der Transformation: Angezapftes L, Trafo, angezapftes C. Der Möglichkeiten sind viele.
New B. schrieb: > Aber immer, wenn ich die letzte Windung anbringe und die > Spule von der Entlötpumpe runternehmen, springt die Spule > auf. Ja, sicher. > Damit meine ich, dass der Abstand zwischen den einzelnen > Windungen größer wird. Das kommt natürlich durch die > Steifheit des Drahtes zustande, aber wie kann ich das > umgehen? Gar nicht. Du verwendest einen entsprechen dünneren Wickelkern, damit die Spule NACH dem Aufspringen den Durchmesser hat, den Du erreichen möchtest. Abstand zwischen den Windungen ist gut für die Güte und die Eigenresonanz.
Possetitjel schrieb: > Die Spannung am Schwingkreis kann meiner Meinung nach nie > größer werden als die Leerlaufspannung der Quelle. Diese Annahme ist falsch. Der Schwingkreis ist ein Energiespeicher, der rückwirkungsfrei zugeführte Energiepakete aufsummiert. Bei unendlicher Güte wird auch die Leerlaufspannung mit der Zeit unendlich hoch. Bei endlicher Güte ist die Leerlaufspannung um den Betrag der Güte höher als die der Quelle. Das ist ja gerade das Wesen der Resonanz. Wenn du die Gleichungen in dem früher verlinkten Skript nachvollziehst, wird dir das klarer. Um den Effekt der Resonanzüberhöhung physikalisch zu erfassen, geht man immer vom unbelasteten Kreis, vom Leerlauf aus. Anders ist es im Fall eines belasteten Schwingkreises. Wird der Kreis von der anregenden Energiequelle oder Last belastet, wie das bei Kreisen die in eine Schaltung eingebettet sind mehr oder weniger der Fall, fällt die Resonanzüberhöhung je nach Last geringer aus. In diesem Falle sprechen wir auch nicht von der Leerlaufgüte, sondern von der Betriebsgüte. Das ist die Güte eines Kreises, der duch den Innenwiderstand einer Quelle und/oder einer Senke belastet wird. Die Betriebsgüte ist immer geringer als die Leerlaufgüte. Und damit gleichermaßen auch die Spannungsüberhöhung.
Harvey schrieb: > Possetitjel schrieb: >> Die Spannung am Schwingkreis kann meiner Meinung nach >> nie größer werden als die Leerlaufspannung der Quelle. > > Diese Annahme ist falsch. Hihi... glaub' doch, was Du willst.
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Possetitjel schrieb: > Hihi... glaub' doch, was Du willst. Glaube sollte man im Kontext von Religion. Ich rede hier von physikalischen Fakten. Anbei die Simulation, um es anschaulich zu machen. Eine Spannungsquelle mit einer Sinusspannung mit einer Amplitude von 1V wird über eine reale Diode an eine Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz von 2 100KHz verbunden. Die Diode entkoppelt den Schwingkreis von der Spannungsquelle und erregt ihn periodisch. Wie man leicht erkennt, tritt bei der Erregung bei der Resonanzfrequenz des Kreises eine Leerlaufspannung von 600V auf, obwohl die Leerlaufspannung der erregenden Quelle nur 1V beträgt. Die ganze Anordnung mit Quelle und der Diode hat also eine Güte von 600. Grüße
Harvey schrieb: > Ich rede hier von physikalischen Fakten. Nein. Du betreibst Klugscheisserei. Wenn Du den bisher eingehaltenen Rahmen der linearen Theorie zu verlassen gedenkst, dann hättest Du das höflicherweise ankündigen können.
Possetitjel schrieb: > Nein. Du betreibst Klugscheisserei. Hast du auch was Sachliches beizutragen? Oder fällt es dir einfach nur schwer zuzugeben, sich geirrt zu haben? Possetitjel schrieb: > Die Spannung am Schwingkreis kann meiner Meinung nach nie > größer werden als die Leerlaufspannung der Quelle. Das sieht > man, wenn man das mal aufzeichnet: Quelle mit R_i und > Schwingkreis liegen parallel. Das ist ein Widerspruch in sich: Du schreibst von Leerlaufspannung und argumentierst mit einer paralleliegenden Last. Was jetzt: Leerlauf oder belastet? > Possetitjel schrieb: > Höhere Spannung am Schwingkreis als an der Quelle widerspräche > dem Energieerhaltungssatz. Was hat die Spannung mit der Energieerhaltung zu tun? Energie ist Spannung x Strom x Zeit. Da gäbe es allein zwei Variable, die dafür sorgen können, dass die Spannung beliebig hoch werden kann, ohne dass der Energieerhaltungssatz verletzt wird. Im Leerlauf, den auf den du dich ja beziehst, ist die Energie im Kreis von der Quelle entkoppelt zu betrachten. Sie wird nur durch die Verluste im Kreis (Dämpfung) gewandelt, nicht durch Äußere Faktoren.
Harvey schrieb: > Possetitjel schrieb: >> Nein. Du betreibst Klugscheisserei. > > Hast du auch was Sachliches beizutragen? Das habe ich bereits. Für lineare Netzwerke sind Bernds und meine Aussagen richtig, und bevor Du aufgetaucht bist, haben wir nur über lineare Netzwerke gesprochen. [...] > Du schreibst von Leerlaufspannung und argumentierst mit > einer paralleliegenden Last. > Was jetzt: Leerlauf oder belastet? Nein, tut mir leid... das ist unter Niveau. Wenn Du nicht weisst, was der Terminus "Leerlaufspannung einer Quelle" bedeutet, dann ist das halt so. Geht mich nix an. Stirb halt dumm. Schönen Tag noch.
>> Possetitjel schrieb: > Geht mich nix an. Stirb > halt dumm. Was ist in deiner Kindheit schief gelaufen, dass du so ein überhebliches Arschloch geworden bist.?
Harvey schrieb: >>> Possetitjel schrieb: > >> Geht mich nix an. Stirb >> halt dumm. > > Was ist in deiner Kindheit schief gelaufen, dass du so > ein überhebliches Arschloch geworden bist.? Das frage ich Dich. DU platzt hier herein, verteilst arrogante Ratschläge ("Darüber würde ich besser nochmal nachlesen, Bernd!") und fragst MICH dann, warum ich sauer reagiere? Doch nicht wirklich, oder?
Was Harvey da in seiner Abbildung zeigt, ist Unsinn. Da muß der Programmierer der das Simulationsprogramm erstellt hat einen großen Fehler gemacht haben. Die Schwingkreisspannung ist eine Wechselspannung, und die wird hier nicht größer als 1V.
Günter Lenz schrieb: > Was Harvey da in seiner Abbildung zeigt, ist Unsinn. Den Verdacht habe ich inzwischen auch. > Da muß der Programmierer der das Simulationsprogramm > erstellt hat einen großen Fehler gemacht haben. Ich weiss nicht... vielleicht ist es nur ein Artefakt der .ac-Analyse. Ich erinnere mich dunkel an's Studium, wo mit der AC-Analyse eines Verstärkers Spannungen herauskamen, die jenseits der Betriebsspannungsgrenzen lagen, was schaltungstechnisch unmöglich war. Könnte die Schaltung oben mal jemand nachrechnen, der Spice zur Verfügung hat? In der Transientenanalyse müsste man ja sehen, was Phase ist. > Die Schwingkreisspannung ist eine Wechselspannung, > und die wird hier nicht größer als 1V. Ich bin bei längerem Nachdenken drüber gestolpert, dass die Diode ja in der negativen Halbwelle des Schwingkreises in Flussrichtung gepolt ist, so dass sich überhaupt keine größere Blindleistung aufbauen kann.
Eigentlich waren wir bei einem Schwingkreis mit Koppelspule. Geht man von einer Kopplung 1 und identischen Windungszahlen primär und sekundär aus, muss zwangsläufig die Spannung in beiden Spulen identisch sein. Wird der Koppelfaktor verkleinert, erhöht sich die Spannung im Schwingkreis, ebenso beim Verringern der Primär-Windungszahl. In der Realität gibt es nur die Betriebsgüte, denn wenn ich nichts einkopple, kann ich auch keine Spannung im Schwingkreis erwarten. Sobald man einkoppelt, reduziert sich die Güte. Muss sich die Betriebsgüte bei richtiger Anpassung nicht zwangsläufig halbieren? Die Schwingkreisimpedanz wird auf die Generatorimpedanz transformiert und umgekehrt. Bezüglich der Ankopplung mit der Diode wäre ich vorsichtig, nicht daß am Ende noch ein parametrischer Oszillator entsteht. https://www.youtube.com/watch?v=FaFqodavn0I Eigentlich schon ziemlich Offtopic jetzt, sicherlich kann da New Bee nicht viel mit anfangen. Gut, er kann nach parametrischem Oszillator googeln. @New Bee > Wie wickelt man den eine Gute Luftspule? Ungefähr so: http://hamwaves.com/coils/en/ Die Spule sollte entweder freitragend sein oder nur an wenigen Stellen einen Spulenkörper berühren. Styropor soll auch recht gut geeignet sein, da Polystyrol-Hartschaum nur wenig dämpft und zweitens das Material zum größten Teil aus Luft besteht. Die Drähte sollten etwas Abstand zueinander haben, da jede Leitung im nächsten Draht Wirbelströme verursacht (Proximity-Effekt). Die Nähe zu Feuchtigkeit ziehendem Material wie z.B. Holz vermeiden. Die Verdrahtung kurz halten und nicht mit zu kleinem Querschnitt ausführen. Durch Verwendung eines versilberten Kupferdrahtes kann die Güte noch etwas verbesser werden, weil der Skineffekt schon eine Rolle spielt. Im Falle der Collins- bzw. Pi-Schaltung sollten die Verluste des zusätzlichen Kondensators beachtet werden. Je höher die Güte des Schwingkreises wird, desto größer kann dieser Kondensator gewählt werden. Es werden als mehrere Kondensatoren mit möglichst guter Qualität im Bereich von 2,2nF und größer benötigt (2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 8.2nF), um die beste Variante auszuprobieren. Ansonsten einfach einen Quarzoszillator mit Treibertransistor verwenden wie hier die Variante Nr. 4: Beitrag "Re: Schwingkreis mit hoher Güte" Preise bei R.: Quarzoszillator 10 MHz 0,81 € 2N3019 0,42 € plus 3 Kondensatoren ----------------------------- Summe < 3,00 €
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B e r n d W. schrieb: > Eigentlich waren wir bei einem Schwingkreis mit > Koppelspule. Nun ja, das Thema heißt "Schwingkreis mit hoher Güte". Harvey hat einen solchen simuliert - allerdings hat seine Simulation mit Sicherheit einen Fehler. Ich wüsste halt gern, welchen.
Ich habs hier mit einer RFN60TS6D probiert und komme damit mit einer Spule ohne Verluste bei der AC-Simulation auf über 2775 Volt. Mach ich eine Transientensimulation, ist der Spuk verschwunden, immerhin steigt die Amplitude noch auf 1,3 Volt an, also etwas mehr als die Quellenspannung mit 1 Volt. Das scheint ein Fehler im Diodenmodell zu sein oder wir haben eines der Paralleluniversen angezapft.
B e r n d W. schrieb: > Ich habs hier mit einer RFN60TS6D probiert und komme damit > mit einer Spule ohne Verluste bei der AC-Simulation auf > über 2775 Volt. Mach ich eine Transientensimulation, ist > der Spuk verschwunden, Danke sehr. - Immerhin ist jetzt klar, dass es mit der AC- Simulation zusammenhängt. > immerhin steigt die Amplitude noch auf 1,3 Volt an, also > etwas mehr als die Quellenspannung mit 1 Volt. Das scheint > ein Fehler im Diodenmodell zu sein oder wir haben eines > der Paralleluniversen angezapft. Naja, bei 1.3V übersehe ich nicht, ob das nicht vielleicht doch stimmen könnte.
> ob das nicht vielleicht doch stimmen könnte.
Bei einer weiteren Simulation hat sich gezeigt, dass das Phänomen
anstatt mit der Diode auch mit einem 100 pF Kondensator auftaucht. Die
riesige Spannung von mehreren kV zeigt sich bei dieser Variante auch bei
der Transienten-Analyse. Gibt man im Modell für die 500µH Spule einen
Serienwiderstand 1 Ohm an, reduziert sich die Amplitude bei beiden (ac
und transienten) Simulationen auf 10V. Das ist IMO realistisch.
Bei einer anderen Kombination mit 1000pF Koppel-C und 100 mOhm
Spulenwiderstand gehts auf 300 Volt hoch. Will man so hohe
Induktivitäten in Kombination mit 100 mOhm Drahtwiderstand erreichen,
geht das nur mit Ferrit/Eisen. Dann kommen aber weitere Verluste dazu.
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Freut mich, dass über 100 Jahre alte Lehrbuchweisheiten auch in der Spice Simulation Bestand haben. Alles Andere hätte mich auch gewundert. PI-Filter sind übrigens für Schwingkreisbetrachtungen unter dem Aspekt einer hohen Güte vollkommen unggeignet. Ihre Betriebsgüte wird abdichtlich klein gehalten. Jeder alte Funkamateur, der Röhrenendstufen mit PI-Tankkreis gebaut hat, hat das verinnerlicht. Hohe Güten bedeuten immer grosse Ströme im Kreis und damit hohe ohmsche Verluste. Und die will man in Sendern nicht. Darum macht man die Güte nur so hoch wie sie für die Transformation erforderlich ist. Grüsse
> Hohe Güten bedeuten immer grosse Ströme im Kreis > und damit hohe ohmsche Verluste Hohe Güten = grosse Ströme, da kann ich noch zustimmen aber der Rest widerspricht sich. Hohe ohmsche Verluste -> niedrige Güte. Ohne Last sind die ohmschen Verluste immer gleich groß, denn die reingesteckte Energie wird zu 100% verbraten. Hohe Güten treten immer in Kombination mit aprupten Phasendrehungen auf mit der entsprechenden Schwingneigung z.B. als Huth-Kühn-Oszillator.
B e r n d W. schrieb: > Hohe Güten treten immer in Kombination mit aprupten Phasendrehungen auf > mit der entsprechenden Schwingneigung z.B. als Huth-Kühn-Oszillator. Praktisch betrachtet: Die Güte einer Spule oder eines Kondensators ist ein dimensionloses Verhältnis. Sie charakterisiert das Verhältnis zwischen Blindwiderstand und ohmschem Verlustwiderstand. Beim Schwingkreis ist die Güte - äquivalent wie in der Mechanik - das Maß für die Dämpfung eines schwingfähigen Systems. Sie ist der Kehrwert des Verlustfaktors. Sie wird über die Energie im Kreis definiert: Q = 2Pi (Energie der Schwingung zur Zeit t) / (Energieverlust pro Periode zur Zeit t). Oder Kurz: Das Verhältnis von Blindleistung zu Wirkleistung. Die erwähnte abrupte Phasendrehung in einem Kreis hat ihre Ursache in dem physikalischen Zusammenhang zwischen Güte und Bandbreite eines Kreises, Q = Resonanzfrequenz/Bandbreite. Hohe Güten verursachen kleine Bandbreiten und damit eine große (abrupte) Phasendrehung relativ zur Frequenzänderung. Darum nimmt man zum Ereichen stabiler Frequenzen in einem Oszillator Kreise mit möglichst hoher Güte. Sie halten die Phasendrehung für die Mitkopplung in engen Frquenz-Grenzen. Bei hohen Kreisgüten entsteht eine Resonanzüberhöhung (Strom und Spannung) um den Betrag der Güte. Im Kreis pendeln große Blindströme, die an den ohmschen Verlustwiderständen (vornehmlich der Spule) proportional große Wirkleistungen als Verlust verursachen. An den Kondensatoren entstehen hohe Spannungen, die proportional dielektrische Verluste verursachen. Es ist daher richtig, dass hohe ohmsche Widerstände im Kreis (absolut) kleine Güten verursachen. Es stimmt aber auch, dass bei großen Güten die I^2 x R Verluste (relativ) hoch ausfallen. Darum vermeidet man, auch um große Bandbreite zu erhalten, in Pi-Filtern zur Impedanztransformation in Sendern unnötig hohe Betriebsgüten (die Leerlaufgüte soll weiterhin hoch sein) Ein Energieverlust, der exponentiell gegen 100% strebt, tritt im gedämpften Kreis dann auf, wenn der Kreis einmal angestoßen wird und dann ewig ausschwingt. Dabei ist es im Grunde gleichgültig, ob die Verluste durch Verlustwiderstände im Kreis und/oder durch Energieentnahme an einer Last verursacht werden. Das Wesen eines resonanten Systems, wie z.B. eines Oszillators oder Filters ist aber, dass es periodisch mit kleinen Energiepaketen immer zum richtigen Zeitpunkt erregt wird. Um eine ungedämpfte Schwingung zu erreichen, muss nur die Verlustenergie nachliefert werden. Und die ist beim leerlaufenden Kreis (mit infinitesimal kleiner Enegieentnahme durch eine parallele Last) nach der Formel von oben die im Kreis pendelnde Energie dividiert durch den Betrag der Güte. Darum reicht als Oszillator ein mitgekoppelter Verstärker mit einer Verstärkung von wenig mehr als 1. Und darum koppelt man aus einem Oszillator möglichst hochohmig aus, um für gute Frequenzstabilität die Belastung klein und damit die Betriebsgüte groß zu halten.
Das war mal ein richtig guter Thread. @Harvey bist Du aufgetaucht bist, mit Deinem theoretischem Wissen. Irgendwann mal sollte gut sein. Glaub mir bevor Du Bernd oder Possetitjel anzweifelst, solltest Du nicht nachlesen sondern praktisch prüfen. Wenn Du recht haben willst, mach einen praktischen Aufbau mit Messwerten :-) vy 73 de René PS: Auch langsam stinking! PPS: Das nennt sich übrigens Erfahrung.
Rene H. schrieb: > Das war mal ein richtig guter Thread. Das ist er immer noch, solange Diskussionsbeiträge sich vornehmlich an der Sache orientieren. Was ich bei dir z.B. leider nicht erkennen kann.
Eine gutverständliche Zusammenfassung über den elektrischen Schwingkreis leistet dieses Dokument: http://www.physik.uni-wuerzburg.de/einfuehrung/SS06/27%20Elektrische%20Schwingungen.pdf Die im Lauf der Diskussion aufgekommene Frage nach der Resonanzüberhöhung findet man auf Seite 8 und 9 beantwortet.
Rene H. schrieb: > Wenn Du recht haben willst, mach einen praktischen > Aufbau mit Messwerten Naja, ein richtig GUTES Argument würde es auch tun. Den Energieerhaltungssatz (die heilige Kuh der Physiker!) aber als "Annahme" abzutun, das hat mich doch aus dem Gleichgewicht gebracht. Inzwischen gibt es ja mehrere Baustellen hier; ich will erstmal eine aus meiner Sicht erledigen: Ich halte nach reiflicher Überlegung an der Aussage fest, dass die Spannung am (nicht angezapften) Parallelschwingkreis nie höher werden kann als die Leerlaufspannung der erregenden Quelle. Das kann man sich wie folgt klarmachen: Ich setze als unbestritten voraus, dass ein auf der Resonanzfrequenz erregter Parallelschwingkreis ein reiner Wirkwiderstand ist. Wirkwiderstand (=OHMscher Widerstand) bedeutet u.a., dass Spannung und Strom in Phase sind. Das gilt natürlich für den Strom, den der Schwingkreis mit dem Rest der Schaltung "austauscht"; Spulen- und Kondensator- strom im INNEREN des Schwingkreises sind hier außer Betracht, die fließen, wie sie wollen. Nach AUSSEN hin ist der Schwingkreis jedoch ein reiner Wirkwiderstand. Wir modellieren die erregende Quelle wie üblich als Reihen- schaltung einer idealen Spannungsquelle und eines OHMschen Widerstandes, der den Innenwiderstand der Quelle verkörpert. Schaltet man jetzt diese Quelle mit Innenwiderstand an den Schwingkreis an, dann entsteht ein Spannungsteiler aus dem Innenwiderstand der Quelle und dem durch den Schwingkreis gebildeten Wirkwiderstand. Wäre die Spannung am Schwingkreis höher als die Leerlaufspannung der Quelle, so würde der Schwingkreis Energie an die Quelle liefern, was bei der üblichen Physik unmöglich ist, da L und C passive Bauteile sind. Meine Aussage bleibt also bis auf Weiteres bestehen: Die Spannung am (nicht angezapften) Parallelschwingkreis kann nie höher werden als die Leerlaufspannung der erregenden Quelle.
Possetitjel schrieb: > Ich halte nach > reiflicher Überlegung an der Aussage fest, dass die > Spannung am (nicht angezapften) Parallelschwingkreis nie > höher werden kann als die Leerlaufspannung der erregenden > Quelle. Deswegen wollte der TE ja auch einen Reihenschwingkreis verwenden. Warum alle "Antworter" dann vom Parallelschwingkreis ausgegangen sind, ist mir etwas schleierhaft. Unabhängig davon sind die Überlegungen des TEs aber trotzdem wohl so nicht umzusetzen.
Harald W. schrieb: > Possetitjel schrieb: > >> Ich halte nach >> reiflicher Überlegung an der Aussage fest, dass die >> Spannung am (nicht angezapften) Parallelschwingkreis nie >> höher werden kann als die Leerlaufspannung der erregenden >> Quelle. > > Deswegen wollte der TE ja auch einen Reihenschwingkreis > verwenden. Ja - aber das ist jetzt NOCH eine weitere Baustelle. > Warum alle "Antworter" dann vom Parallelschwingkreis > ausgegangen sind, ist mir etwas schleierhaft. Weil man in der Praxis Parallelschwingkreise aus verschiedenen Gründen bevorzugt. Und Dir wird aufgefallen sein, dass meine Aussage oben explizit für NICHT ANGEZAPFTE Parallelschwingkreise gilt (Schwingkreis ist reiner Zweipol). Günter hat angezapftes L vorgeschlagen, Bernd einen Trafo, ich angezapftes C - sind alle Varianten vertreten. Ein solcher Kreis ist aber kein Zweipol mehr; der kann NATÜRLICH transformieren, also z.B. höhere Spannung erreichen. > Unabhängig davon sind die Überlegungen des TEs aber > trotzdem wohl so nicht umzusetzen. Warum sollte das nicht gehen? Faktor 5 bis 10 müsste auf jeden Fall machbar sein - natürlich als Vierpol- schaltung, also echt transformierend.
Possetitjel schrieb: >> Deswegen wollte der TE ja auch einen Reihenschwingkreis >> verwenden. > > Ja - aber das ist jetzt NOCH eine weitere Baustelle. > >> Warum alle "Antworter" dann vom Parallelschwingkreis >> ausgegangen sind, ist mir etwas schleierhaft. > > Weil man in der Praxis Parallelschwingkreise aus > verschiedenen Gründen bevorzugt. Nicht, wenn man eine Spannungsüberhöhung will.
Harald W. schrieb: >> Weil man in der Praxis Parallelschwingkreise aus >> verschiedenen Gründen bevorzugt. > > Nicht, wenn man eine Spannungsüberhöhung will. Wenn Du auf die L-Glieder hinauswillst (die übrigens keine reinen Reihenschwingkreise sind), dann hast Du Recht. Der Haken ist hier die Eigenkapazität der Spule, von der ich Ärger erwarten würde. Beim Parallelschwingkreis stört die nicht sehr; die wird herausgestimmt.
Gerald M. schrieb: > Eine gutverständliche Zusammenfassung über den > elektrischen Schwingkreis leistet dieses Dokument: > > http://www.physik.uni-wuerzburg.de/einfuehrung/SS06/27%20Elektrische%20Schwingungen.pdf > > Die im Lauf der Diskussion aufgekommene Frage nach > der Resonanzüberhöhung findet man auf Seite 8 und 9 > beantwortet. Ja, danke sehr. Kernaussagen dort: Bei Erregung eines Parallelschwingkreises aus einer idealen Spannungsquelle 1) ist die Kreisspannung gleich der Quellenspannung und 2) hängt der Kreisstrom vom L/C-Verhältnis ab. Soweit also alles im erwarteten Rahmen.
Possetitjel schrieb: > Soweit also alles im erwarteten Rahmen. Das ist auch unbestrtitten. Die Ursache liegt in der äußeren Beschaltung, die den Betrachtungen zugrunde liegt: Beim Parallelkreis betrachtet man die speisende Quelle in der Betrachtung parallel liegend - mit der Folge dass an allen Elementen die gleiche Spannung herrscht. Es entsteht eine Stromüberhöhung. Beim Serienkreis liegt die Quelle in Serie, man geht von gleichem Strom durch alle Elemente auf, mit der Folge dass im Kreis eine Spannungsüberhöhung auftritt. Was ich in der Simulation festgestellt habe ist ein dritter Betrachtungsfall. Es liegt in dieser Betrachtung keine fest angekoppelte Quelle mit begrenzendem Innenwiderstand parallel oder in Serie. Der Kreis als schwingfähiges Gebilde wird von äußen (nahezu) belastungsfrei resonant erregt, periodisch mit kurzen Energiepaketen gespeist. Die im Kreis pendelnde Energie addiert sich sukzssive auf und Strom und Spannung schaukeln sich auf. Die feststellbare Leerlauf-Spannungsüberhöhung ist real und kein Artefakt des Simulators. Nebenbei bemerkt: der Energieerhaltungssatz wurde nie als "Annahme" in Frage gestellt. Lediglich die Art wie er im Beispiel angewendet wurde. Nimmt man - rein angenommen - den Kreis als verlustfrei und unbelastet an, ist es gerade der Energieerhaltungsgrundsatz, der zu einer Erklärung der Spannungsüberhöhung führt, wenn man von äußen Energie einkoppelt, die nirgendwohin sonst entweichen kann. Als mechanisches Beispiel könnte man ggf. die Tahoma Bridge ansehen. Auch dort kann man sich eine immense Resonanzüberhöhung, gespeist aus kleinen Energiepaketen aus dem Wind vorstellen: https://www.youtube.com/watch?v=YtTTfalynBI
Harvey schrieb: > Die feststellbare Leerlauf-Spannungsüberhöhung ist > real und kein Artefakt des Simulators. Das bezweifele ich so lange, bis mir jemand den Fehler in meiner Argumentation gezeigt hat. > Nebenbei bemerkt: der Energieerhaltungssatz wurde nie > als "Annahme" in Frage gestellt. Lediglich die Art wie > er im Beispiel angewendet wurde. Ich wiederhole mich: Zeige mir KONKRET, welches meiner Argumente warum falsch ist. Der Gedankengang steht ein paar Beiträge weiter oben. "Beweis durch fortgesetztes Behaupten" funktioniert bei mir nicht.
Resonanz ist das Anwachsen der Amplitude einer elektrischen oder mechanischen Schwingung, ausgelöst durch eine periodisch ausgeübte äußere Kraft, deren Frequenz nahe oder gleich der Eigenfrequenz des Systems ist: http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/kopplung-von-schwingungen/resonanz Da ist auch nirgends davon die Rede, dass die maximale Amplitude der Schwingung auf die Amplitude der periodisch ausgeübten äußeren Kraft begrenzt ist.
Harvey schrieb:
>Leerlauf-Spannungsüberhöhung ist real und kein Artefakt des Simulators.
Da mußt du nochmal drüber nachdenken. Probiere das mal praktisch aus.
Angenommen, der Schwingkreis würde wirklich mit 600V schwingen,
und der Generator hat 1V, da würde in der negativen Halbwelle
des Schwingkreises Strom durch die Diode fließen. Der Generator
ist dann für den Schwingkreis fast ein Kurzschluß.
Harvey schrieb: > Resonanz ist das Anwachsen der Amplitude einer elektrischen oder > mechanischen Schwingung, [...] Kurt, bist Du es? - Egal. Ich werde Dir nicht mehr antworten, da Du nur diffuses Zeug schreibst und auf meine Sachargumente nicht eingehst.
B e r n d W. schrieb: > Bei einer weiteren Simulation hat sich gezeigt, dass das > Phänomen anstatt mit der Diode auch mit einem 100 pF > Kondensator auftaucht. Das könnte tatsächlich sein - Erklärung unten. > Die riesige Spannung von mehreren kV zeigt sich bei > dieser Variante auch bei der Transienten-Analyse. Gibt > man im Modell für die 500µH Spule einen Serienwiderstand > 1 Ohm an, reduziert sich die Amplitude bei beiden (ac > und transienten) Simulationen auf 10V. Das ist IMO > realistisch. Du hast den Kreis aus einer Spannungsquelle - und nicht etwa aus einer Stromquelle - gespeist, richtig? Welchen Innenwiderstand hatte denn Deine Spannungsquelle? Wenn Du über einen Kondensator einkoppelst und außerdem der Innenwiderstand der Quelle extrem gering ist, dann hast Du eine Art kapazitiv angezapften SERIENschwingkreis, weil der Koppelkondensator über die Quelle zum Schwingkreis-C parallel liegt. Da geht die Spannung an der Spule natürlich rauf. Wenn Du der Quelle einen realistischen OHMschen Innen- widerstand gibst, müsste der Effekt verschwinden.
Possetitjel schrieb: > Ich halte nach > reiflicher Überlegung an der Aussage fest, dass die > Spannung am (nicht angezapften) Parallelschwingkreis nie > höher werden kann als die Leerlaufspannung der erregenden > Quelle. Doch. Man soll eben nie "nie" sagen. Wenn die Dämpfung des Schwingkreises hinreichend klein ist, und die Kopplung zur (verlustbehafteten) Quelle ebenfalls, dann geht das. Man braucht eine Phasenverschiebung von 90°, damit der Energietransfer stattfindet. Man hat das früher auch gemacht, als man z.B. die Antenne an den Eingangskreis über einen kleinen C angekoppelt hat. Ein weiteres Beispiel, an dem das sogar augenfällig wird, sind die gekoppelten Pendel. Auch dort überägt ein Pendel dem anderen Energie, bis die Amplitude der Quelle praktisch 0 geworden ist, und die des anderen Pendels maximal ist. Wer so ein Klick-Klack Pendelspiel, mit dem gewöhnlich nur der Impulssatz gezeigt wird, zu Hause hat, kann das sogar ausprobieren, indem er alle Pendel ausser den beiden äußeren hochbindet. https://de.wikipedia.org/wiki/Gekoppelte_Pendel
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Bearbeitet durch User
Hp M. schrieb: > Possetitjel schrieb: >> Ich halte nach >> reiflicher Überlegung an der Aussage fest, dass die >> Spannung am (nicht angezapften) Parallelschwingkreis nie >> höher werden kann als die Leerlaufspannung der erregenden >> Quelle. > > Doch. Man soll eben nie "nie" sagen. Naja, Du hast bissl unglücklich zitiert. Meine Aussage stand im Kontext eines rein reellen Innenwiderstandes der Quelle. Aber es ist richtig: Es GIBT Fälle, in denen es doch möglich ist. > Wenn die Dämpfung des Schwingkreises hinreichend klein ist, > und die Kopplung zur (verlustbehafteten) Quelle ebenfalls, > dann geht das. Man braucht eine Phasenverschiebung vom 90° > damit der Energietransfer stattfindet. Richtig. Das ist der Fall mit dem Koppelkondensator, den ich in meinem vorigen Beitrag geschildert habe. > Man hat das früher auch gemacht, als man z.B. die Antenne > an den Eingangskreis über einen kleinen C angekoppelt hat. Ja, wie schon gesagt: Blind- und Wirkkomponente der Quell- impedanz müssen passen. Aber es geht im Prinzip, das ist schon richtig.
Possetitjel schrieb: > Aber es geht im Prinzip, das ist > schon richtig. Na Bestens, dann sind wir ja gleicher Meinung!
Hp M. schrieb:
>Doch. Man soll eben nie "nie" sagen.
Die Amplitude des Schwingkreises kann nur größer
werden, wenn Leistung in den Schwingkreis rein geht.
Die Amplitude des Schwingkreises steigt nur solange an,
bis die Verluste des Schwingkreises genau so groß sind
wie die zugeführte Leistung. Wenn Generatorspannung und
Schwingkreisspannung gleich groß sind, geht keine
Leistung mehr in den Schwingkreis rein, da dann
kein Strom mehr fließt. Leistung ist Spannung mal Strom.
Harvey schrieb: > Possetitjel schrieb: >> Aber es geht im Prinzip, das ist schon richtig. > > Na Bestens, dann sind wir ja gleicher Meinung! Nein. Aber das spielt keine Rolle.
Günter Lenz schrieb: > Hp M. schrieb: >>Doch. Man soll eben nie "nie" sagen. > > Die Amplitude des Schwingkreises kann nur größer > werden, wenn Leistung in den Schwingkreis rein geht. > Die Amplitude des Schwingkreises steigt nur solange an, > bis die Verluste des Schwingkreises genau so groß sind > wie die zugeführte Leistung. Wenn Generatorspannung und > Schwingkreisspannung gleich groß sind, geht keine > Leistung mehr in den Schwingkreis rein, da dann > kein Strom mehr fließt. Leistung ist Spannung mal Strom. Lies mal meine letzte Antwort an Bernd genau. Deine Argumentation ist richtig, solange eindeutig ein Parallelschwingkreis vorliegt. Wenn Du Dir aber eine ideale Spannungsquelle (also eine mit Innenwiderstand "0") vorstellst und Dir weiter vorstellst, dass der Parallelschwingkreis über einen KoppelKONDENSATOR angekoppelt ist, dann kannst Du gar nicht mehr eindeutig sagen, ob die Schaltung ein Parallel- oder ein Reihenschwingkreis ist, weil das Koppel-C über die (ideale, also verlustlose) Quelle Teil des Schwingkreises wird! In diesem Fall müsste es möglich sein, dass die Spannung an der Spule größer wird als die Quellspannung. Um sicher zu sein, müsste ich's mal rechnen.
Günter Lenz schrieb: > Wenn Generatorspannung und > Schwingkreisspannung gleich groß sind, geht keine > Leistung mehr in den Schwingkreis rein, da dann > kein Strom mehr fließt. Eben das stimmt nur bedingt. Lies einfach, was bereits geschrieben wurde, oder noch besser: Probier es aus!
Hp M. schrieb: > und die >Kopplung zur (verlustbehafteten) Quelle ebenfalls, dann geht das. >Man braucht eine Phasenverschiebung von 90°, damit der Energietransfer >stattfindet. Dem stimme ich zu, meine Gedanken waren, wenn der Schwingkreis ohne Koppelkondensator am Generator angeschlossen wird.
Es gibt Parallelkreise, Serienkreise und Mischformen. Parallelkreise zeigen Stromüberhöhung, Serienkreise Spannungsüberhöhung und die Mischformen beides. Die Diode ist keine "rückwirkungsfreie Ankopplung" sie bildet durch ihre Kapazität zusammen mit der Induktivität einen Serienkreis oder zusammen mit dem vorliegenden Parallelkreis eine Mischform. Im eingeschwungenen Zustand findet kein "Energietransfer" statt. Die überhöhten Spannungen sind möglich, weil sie in der Phase verschoben sind, das heisst Blindspannung beteiligt ist. Die überhöhten Ströme beruhen analog auf der Phasenverschiebung. 73 de oe6jbg, john
Schwingkreisbauer schrieb: > Es gibt Parallelkreise, Serienkreise und Mischformen. > > Parallelkreise zeigen Stromüberhöhung, Serienkreise Spannungsüberhöhung > und die Mischformen beides. Hast du was geraucht?
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