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Forum: HF, Funk und Felder ungefähre Spulengüte ermittlen


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Autor: winni (Gast)
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Hallo, ich möchte gerne die ungefähre Güte einer Spule bei 7100kHz 
wissen. Die Spule selber besitzt eine I von ca. 400nH.

Leider ist mein Oszilloskop nicht schnell genug, um es über die 
Koppelspulenmethode zu machen.

Deshalb habe ich das hier probiert:

*Parallelschwingkreis mit der Spule aufgebaut (Cp=1250pF, Resonanz bei 
7100kHz)
*diesen Parallelschwingkreis zwischen zwei 6dB-50-Ohm-Dämpfungsglieder 
seriell eingebaut
*die Dämpfung des Schwingkreises mit einem NA in dB bei der 
Resonanzfrequenz bestimmt (von -12 auf -25dB, also 13dB Dämpfung)
*den ganzen Aufbau in einem Elektroniksimulationsprogramm nachgebaut und 
dort einen ohmschen Widerstand R in Reihe zur Spule eingesetzt
*den R in der Simulation durch Ausprobieren ermittelt, damit die 
Dämpfung wie in der Realität ist, dabei ist der ohmsche R=0,9 Ohm

Kann man mit den gewonnenen Daten Rückschlüsse auf die Spulengüte 
ziehen, also gibt es eine passende Formel, die man hier verwenden kann??

Autor: Hp M. (nachtmix)
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winni schrieb:
> Resonanzfrequenz bestimmt (von -12 auf -25dB, also 13dB Dämpfung)
> *den ganzen Aufbau in einem Elektroniksimulationsprogramm nachgebaut und
> dort einen ohmschen Widerstand R in Reihe zur Spule eingesetzt
> *den R in der Simulation durch Ausprobieren ermittelt, damit die
> Dämpfung wie in der Realität ist, dabei ist der ohmsche R=0,9 Ohm
>
> Kann man mit den gewonnenen Daten Rückschlüsse auf die Spulengüte
> ziehen, also gibt es eine passende Formel, die man hier verwenden kann??

Ja, Q= ωL / R

Vorausgesetzt, dass die Verluste deines Kondensators vernachlässigbar 
sind.

Autor: winni (Gast)
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Danke dir Hp!

Für eine Überschlagsrechnung kann man die Kondensatorverluste wohl 
vernachlässigen.

Hp M. schrieb:
> Ja, Q= ωL / R


Bei Wikipedia hatte ich gefunden
Q= XL / R
https://de.wikipedia.org/wiki/Spuleng%C3%BCte

XL ist der Blindwiderstand und R der Wirkwiderstand.

XL ist lt. Onlinerechner = 0,02 Ohm  (400nH bei 7200kHz)

Wenn R aus den 0,9 Ohm von oben besteht, wäre die Güte

Q = 0,02 Ohm / 0,9 Ohm = 0,02222...
                         ----------

Aber ist das ein realistischer Wert? Ich dachte, die Güte läge bei 
Spulen eher im Bereich von ca. 100 bis 1000.
Der Kehrwert von 45 käme vielleicht eher hin...

Autor: winni (Gast)
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hupps, mist, die Eingabe im Onlineformular war in mH und nicht in H, 
also noch mal neu und diesmal mit dem Ringkernrechner.

Q= XL / R

XL = 17,844 Ohm (0,4uH ; 7200kHz)

R = 0,9 Ohm (s.o., mithilfe der Simulation ermittelt)


Q = 17,844 / 0,9 = 19,83

Dann hätte die zu untersuchende Spule eine Güte von ca. 20, ist ja nicht 
grade berauschen.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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winni schrieb:
>ist ja nicht grade berauschen.

Wie sieht denn die Spule praktisch aus, Luftspule oder
mit Kern? Und wieso ist der Ohmsche Widerstand so hoch?
Nimm mal einen Pulverringkern und dickeren Draht, dann
wird es besser.

Autor: flips (Gast)
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winni schrieb:
> Hp M. schrieb:
>> Ja, Q= ωL / R
>
> Bei Wikipedia hatte ich gefunden
> Q= XL / R

Hi!

XL = ωL

Autor: winni (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Wie sieht denn die Spule praktisch aus, Luftspule oder
> mit Kern? Und wieso ist der Ohmsche Widerstand so hoch?
> Nimm mal einen Pulverringkern und dickeren Draht, dann
> wird es besser.

Es ist eine Luftspule auf einem Plastikkörper mit einem Schraubkern. 
Ohne Kern hat sie 220nH, mit voll eingedrehtem Kern 480nH.
Es sind 9 Windungen Kupferlackdraht, dicht an dicht gewickelt. 
Drahtdurchmesser 0,5mm, Spulendurchmesser (Drahtmitte nach Drahtmitte) 
ist 4,5mm.
Der Gleichstromwiderstand liegt unter 100mOhm (mein MM kann das nicht 
mehr genau messen).

Ich vermute, die 0,9 Ohm kommen hauptsächlich durch Skin-Effekt und 
Kernverluste zusammen.


Günter Lenz schrieb:
> Nimm mal einen Pulverringkern und dickeren Draht, dann
> wird es besser.

Da hast du wahr! Leider lassen die sich aber schlechter abstimmen 
(eigentlich nur in kleinen Grenzen durch Draht zusammenschieben).


Vor allem will ich hier aber eine Methode austüfteln, mit der ich 
allgemein die Güte von Spulen halbwegs genau mit meinen Messmitteln 
bestimmen kann.

Autor: Egon D. (egon_d)
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winni schrieb:

> Dann hätte die zu untersuchende Spule eine Güte
> von ca. 20, ist ja nicht grade berauschen.

Naja, 0.4µH bei 7.2MHz ist halt nicht viel, deshalb
wird das L/C-Verhältnis so niedrig bzw. der Kreis
so niederohmig.
Bei 2µH und 250pF sähe die Sache schon ganz anders
aus.

Autor: Egon D. (egon_d)
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winni schrieb:

> Der Gleichstromwiderstand liegt unter 100mOhm (mein MM
> kann das nicht mehr genau messen).
>
> Ich vermute, die 0,9 Ohm kommen hauptsächlich durch
> Skin-Effekt und Kernverluste zusammen.

Ungeeigneter Kern?!


> Vor allem will ich hier aber eine Methode austüfteln,
> mit der ich allgemein die Güte von Spulen halbwegs
> genau mit meinen Messmitteln bestimmen kann.

Meiner Meinung nach solltest Du den Kreis kapazitiv
anzapfen (geteilter Kondensator); ansonsten macht
Dir die Systemimpedanz von 50 Ohm die Kreisgüte
kaputt.

Autor: winni (Gast)
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Egon D. schrieb:
> Naja, 0.4µH bei 7.2MHz ist halt nicht viel, deshalb
> wird das L/C-Verhältnis so niedrig bzw. der Kreis
> so niederohmig.
> Bei 2µH und 250pF sähe die Sache schon ganz anders
> aus.

Habe auf den Spulenkörper noch 20 Windungen zusätzlich aufgebracht. Dann 
landet man bei 5,2uH.
Als Cp nun 100p verwendet, das gibt 7,0MHz
Diesmal ist die Dämpfung im Diagramm sehr viel größer, nämlich -35dB.

XL ist nun 229 Ohm und R nach Austüfteln mit dem Simulationsprogramm 
diesmal 9,5 Ohm (also fast 10x größer als vorher).

Bekannte Formel:

Q= XL / R

Q = 229/ 9,5 = 24,1

Auch wenn die Dämpfung bei der Resonanzfrequenz mehr als doppelt so groß 
geworden ist, die Güte scheint immer noch ähnlich zu sein (von ca. 20 
auf ca. 24 angestiegen).

Autor: winni (Gast)
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Das ganze Spiel noch mal bei entferntem Kern (2,7uH, 180pF, 7,2MHz):

Q= XL / R

Q = 122,1/ 4,3

Q = 28,4


Hm, auch nicht grade berauschend für eine kernlose Luftspule.

Entweder, die Methode hat einen grundlegenden Fehler oder die Spule ist 
wirklich mist...

Ist der Wirkwiderstand R wirklich identisch mit dem R-Wert, den die Simu 
ausspuckt?



So ist der Aufbau:

                  +----C---+
                  |        |
Dämpfungsglied----+--L--R--+----Dämpfungsglied
-6dB - 50 Ohm                    -6dB - 50 Ohm
in                                         out

Autor: winni (Gast)
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(wobei R natürlich nur in der Simulation erscheint, beim realen Aufbau 
ist R sozusagen in der Spule)

Autor: Egon D. (egon_d)
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winni schrieb:

> Hm, auch nicht grade berauschend für eine kernlose
> Luftspule.

Haut nicht hin.


> Entweder, die Methode hat einen grundlegenden Fehler

Ja.


> oder die Spule ist wirklich mist...

Unwahrscheinlich.


> Ist der Wirkwiderstand R wirklich identisch mit dem
> R-Wert, den die Simu ausspuckt?

Das kommt auf Deine Simulation an. Ich vermute stark,
dass Du -- mit Verlaub -- Schwachsinn rechnest.


> So ist der Aufbau:
>
>                   +----C---+
>                   |        |
> Dämpfungsglied----+--L--R--+----Dämpfungsglied
> -6dB - 50 Ohm                    -6dB - 50 Ohm
> in                                         out

Dir ist aber schon klar, dass die 50 Ohm der beiden
Dämpfungsglieder als Belastung für den Schwingkreis
wirken und Du so nur die Betriebsgüte erfasst, die
sehr viel niedriger als die Leerlaufgüte ist?

Warum machst Du keine Bandbreitenmessung am Parallel-
schwingkreis? Bei 7MHz und einer Güte von (geschätzt)
100 müssten die 3dB-Punkte 70kHz voneinander entfernt
sein.

Autor: winni (Gast)
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Die Simulation ist ja in den Schaltbild zu sehen. Die Dämpfungsglieder 
sind Pi-Glieder und der Generatorwiderstand und der Eingangswiderstand 
liegen bei 50 Ohm.

Aha, es gibt also eine Leerlaufgüte und eine Betriebsgüte, war mir nicht 
klar.

Egon D. schrieb:
> Warum machst Du keine Bandbreitenmessung am Parallel-
> schwingkreis? Bei 7MHz und einer Güte von (geschätzt)
> 100 müssten die 3dB-Punkte 70kHz voneinander entfernt
> sein.

Wie ist dabei der Testschaltungsaufbau? Misst man dabei hochohmig?

Autor: Günter Lenz (Gast)
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winni schrieb:
>Vor allem will ich hier aber eine Methode austüfteln, mit der ich
>allgemein die Güte von Spulen halbwegs genau mit meinen Messmitteln
>bestimmen kann.

Bandbreitemessung machen wie "Egon D." geschrieben hat
oder Resonanzwiderstand ermitteln. Zwischen Meßsender
und Schwingkreis einen einstellbaren Koppelwiderstand schalten.
Wenn die Schwingkreisspannung um die hälfte der Leerlaufspannung
des Meßsenders gesunken ist entspricht der Innenwiderstand
des Meßsenders + Koppelwiderstand dem Resonanzwiderstand des
Schwingkreises. Dann Resonanzwiderstand durch XL oder XC
(sind ja bei Resonanz gleich) teilen = Güte.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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winni schrieb:
>Wie ist dabei der Testschaltungsaufbau? Misst man dabei hochohmig?

Ja, und den Meßsender ganz lose über einen Kondensator,
etwa Schwingkreiskondensator / 100 ankoppeln.

Autor: winni (Gast)
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Das schaue ich mir genauer an, Danke!

Günter Lenz schrieb:
> Ja, und den Meßsender ganz lose über einen Kondensator,
> etwa Schwingkreiskondensator / 100 ankoppeln.

Wie wird denn dabei ausgekoppelt (in einem 50-Ohm-System)?



Kann man die Spulengüte oder Kreisgüte zufällig mit einem nanoVNA direkt 
ermitteln?

Autor: Günter Lenz (Gast)
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winni schrieb:
>Wie wird denn dabei ausgekoppelt (in einem 50-Ohm-System)?

Beim messen der HF-Spannung einfach mit einer Diode
auf einen Kondensator gleichrichten und diese Gleichspannung
dann hochohmig messen. Wenn es vom Schwingkreis  auf ein
50-Ohm-System weiter geht must du transformieren, entweder
durch anzapfen der Spule oder mit einem kapazitiven
Spannungsteiler. Angenommen der Resonanzwiderstand ist
5kOhm und die Nachfolgende Last ist 50 Ohm, dann
must du 1:100 transformieren. Wenn die Spule 10 Windungen
hat, must du bei einer Windung anzapfen. Die Widerstands-
transformation ist quadratisch abhängig vom Verhältnis
der Windungszahlen. Die Betriebsgüte ist dann um die
Hälfte der Leerlaufgüte schlechter.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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winni schrieb:
> Dann hätte die zu untersuchende Spule eine Güte von ca. 20, ist ja nicht
> grade berauschen.

Ist aber aufgrund des schlechten L/C-Verhältnisses plausibel.
Wenn du kannst, dann nimm einen größeren Spulendurchmesser, -die 
Induktivität steigt quadratisch mit dem Durchmesser- und einen dünneren 
Draht  (0,2mm), die Induktivität steigt quadratisch mit der 
Windungszahl.


winni schrieb:
> Habe auf den Spulenkörper noch 20 Windungen zusätzlich aufgebracht. Dann
> landet man bei 5,2uH.
> Als Cp nun 100p verwendet, das gibt 7,0MHz

Na bitte.
Wenn du das aber mit dem dicken Draht gemacht hast, ist die Spule 
dadurch auch länger geworden und dadurch ist der Induktivitätsanstieg 
nur etwa proportional zur Windungszahl.

winni schrieb:
> Leider lassen die sich aber schlechter abstimmen
> (eigentlich nur in kleinen Grenzen durch Draht zusammenschieben).

Deshalb verwendeten die Altvorderen Gewindekerne in den Bandfiltern etc.
In den Schaltplänen der alten Radios kannst du u.U. auch 
Dimensionierungshinweise für solche Spulen finden. Die 10,7MHz der 
UKW-ZF sind ja nicht sehr verschieden von deinen 7,2MHz.


Egon D. schrieb:
> Dir ist aber schon klar, dass die 50 Ohm der beiden
> Dämpfungsglieder als Belastung für den Schwingkreis
> wirken und Du so nur die Betriebsgüte erfasst, die
> sehr viel niedriger als die Leerlaufgüte ist?

Stimmt nicht.
Bei der Resonanzfrequenz ist die Impedanz des Schwingkreises rein reel, 
also ohmsch. Dann könnte man den Schwingkreis sogar durch einen 
Kohlewiderstand ersetzen um die gemessenen  Dämpfungswerte zu erreichen.
Voraussetzung ist allerdings, dass man wirklich auf der Resonanzfrequenz 
misst, also der Stelle mit der maximalen Dämpfung und nicht auf der 
Wunschfrequenz.

Autor: eric (Gast)
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Gütemessungen mache ich öfters. Du brauchst:

- einen Sinus-Generator für die gewünschte Frequenz
- ein Oszilloskop, möglichst mit 10 MOhm-Tastkopf

Die Spule mit einem Parallelkondensator
auf die ungefähre Resonanzfrequenz abstimmen

Den Generator über einen Vorwiderstand auf den Schwingkreis schalten

Mit dem Oszilloskop die Resonanzspannung im Schwingkreis messen

Der Resonanzwiderstand ergibt sich über das Teilerverhältnis
zum Vorwiderstand

Die Güte ist das Verhältnis
Resonanzwiderstand:Kondensatorimpedanz

Da bei Resonanz die Impedanzen von L und C gleich sind,
lässt sich so auch die Induktivität berechnen

Für exakte Messungen bei hohen Güten = großen Resonanzwiderständen
sollte man den Einfluss des Tastkopfwiderstandes berücksichtigen.

Autor: eric (Gast)
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PS:
Ich besitze auch einen

R&S QDM Guetemesser
und einen
R&S LRT Induktivitaetsmesser, der auch Gueteabschaetzungen erlaubt

Beide Geraete stimmen nicht immer ueberein.
Darum wenn ich es ganz genau wissen will,
mache ich die vorstehend beschriebene Messung,
die gut reproduzierbare Ergebnisse liefert.

Autor: Christoph db1uq K. (christoph_kessler)
Datum:

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Zum QDM gab es hier einen Thread
Beitrag "QDM Rohde und Schwarz Gütefaktormessgerät"

Da steht, das funktioniert im Zeitbereich, die Impulsabklingdauer wird 
gemessen. Weiter unten das Kurzhandbuch als PDF

Ein Vorläufer aus den 30ern
http://www.museum-nt.de/objekte/rs_vlq.html

: Bearbeitet durch User
Autor: HST (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

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Hallo,

die o.g. Messung mit der Sperrkreismethode (Parallelkreis in Serie mit 
niederohmigen Generator+Detektor - meist 50 Ohm, oder Serienkreis 
parallel dazu) ist relativ einfach. Ich benutze sie seit Jahren mit dem 
NWT bzw. VNWA.

Der Vorteil: man kann bei der gewünschten Einsatzfrequenz (mit passendem 
Kondensator) messen. Nachteil: man misst eben die Güte nur bei einer 
Frequenz- das kann man natürlich mit einem guten Drehko erweitern.

Die Formel für den Parallelkreis:

Q=Z/(Pi*fres*L)*(10^(a/20-1) a=Dämpfung in db, L in µH, fres in MHz

Näheres auch im "EMRFD"-Buch, Kap. 7.37

Da ich zur individuellen Berechnung zu faul bin, benutze ich ein kleines 
Programm dafür. Habe ich mit Beschreibung ala ZIP drangehängt.

Übrigens: es wird damit nicht die Güte von L direkt ermittelt, sondern 
die Kreisgüte (L+C). Die Güte von L ist daher immer etwas höher.

Zu Ringkernen:
Entgegen der weitverbreiteten Meinung lässt sich die Induktivität auf 
den üblichen Pulvereisen-Ringkernen sehr wohl ziemlich stark variieren. 
Das hängt davon ab, wie weit sich Wicklung zusammenschieben lässt. Anbei 
ein Beispiel mit einem T68-6 Ringkern.
MfG,  Horst

Autor: eric (Gast)
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Das Verfahren der Gütebestimmung eines Schwingkreises über die 
Bandbreite
ist nicht sauber reproduzierbar und darum relativ ungenau.

Da der Resonanzwiderstand eines Schwingkreises reell ist,
lässt er sich durch Vergleich mit einem Festwiderstand
sehr genau ermitteln und daraus die Güte ableiten.

Es gibt dabei 2 Möglichkeiten: Serien- oder Parallelkreis.
Beide werden benutzt, aber der Serienkreis offenbar häufiger,
siehe Boonton Q-Meter und ähnliche.

Ich selbst bin an die Parallelkreis-Methode gewöhnt
und benutze sie mit gutem Erfolg, aber ich bin mir nicht sicher,
wo bei den beiden Verfahren die Vor- oder Nachteile liegen.

Weiss jemand Genaueres?

Autor: HabNix (Gast)
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Autor: winni (Gast)
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Danke noch für die Links und Antworten! Damit bin ich erst mal versorgt! 
:-)

Hier noch ein interessanter Link zum Thema, der einiges von dem, was 
schon gesagt wurde, aufgreift:
"The Two Faces of Q"
http://w7zoi.net/2faces/twofaces.html

Autor: winni (Gast)
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Nachtrag, bei Giangrandi wurde sich auch mit dem Thema Gütemessung 
beschäftigt:

http://www.giangrandi.ch/electronics/ringdownq/ringdownq.shtml

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