Isolatie materialen.

Terug naar de index

Voor isolatie materialen welke in kristalontvangers worden gebruikt zijn de volgende electrische eigenschappen van belang: isolatieweerstand, diŽlectrische constante en diŽlectrische verliesfactor.

De isolatieweerstand

Dat is de weerstand tussen twee geleiders met daartussen het isolatiemateriaal.
Doorgaans is de isolatieweerstand wel hoog genoeg voor het gebruik in kristalontvangers.

De diŽlectrische constante.

Twee geleiders met een isolator ertussen vormen een condensator.
Als de geleiders de vorm hebben van parallele platen dan is de capaciteit uit te rekenen met de volgende formule

C=0,0885 εr A / d

C= capaciteit in pF (picofarad)
εr=diŽlectrische constante van de isolator   (ε = de Griekse letter Epsilon)
A= oppervlakte van de platen in vierkante cm.
d= dikte van de isolator in cm

De waarde εr geeft aan hoeveel de capaciteit toeneemt ten opzichte van lucht isolatie.

DiŽlectrische verliesfactor.

In het ideale geval heeft een condensator geen verlies, als we er een wisselstroom door laten lopen treden er geen verliezen op.
In de praktijk zullen wel verliezen optreden, als we stroom door de condensator laten lopen zal een deel van de energie worden omgezet in warmte.

Deze verliezen worden veroorzaakt door:

a- De weerstand van de geleiders (platen), deze verliezen laat ik hier even buiten beschouwing.
b- De diŽlectrische verliezen in de isolator. Het ene isolatiemateriaal geeft meer verlies dan het andere, dit wordt weergegeven met diŽlectrische verliesfactor DF (DF = dissipation factor).
De verliesfactor "DF" wordt soms ook "tangens delta" genoemd.

Hoe lager DF hoe beter de kwaliteit van de isolator.

In de volgende tabel de waarden van εr en DF voor verschillende materialen.

Materiaal DiŽlectrische constante (εr)
bij 1 MHz.
DiŽlectrische verliesfactor (DF)
bij 1 Mhz.
Vacuum: 1,000000 0,00000 ?
Lucht: 1,000585  0,00000 ?
Acrylonitriel butadieen styreen (ABS) 2,8 -- 3,8 0,006 -- 0,011
Glas 4,84  0,0036
Nylon 3,33 0,026
Plexiglas: 2,76   0,014
Polyethyleen (=polyetheen=PE) 2,26   <0,0002
Polypropyleen (PP) 2,25    <0,0005
Polystyreen  (PS) 2,56  <0,00007
Polytetrafluoretheen (PTFE, Teflon) 2,1   <0,0002
Polyvinyl chloride (PVC) 2,88 0,016

Een condensator zal bij een bepaalde frequentie een impedantie hebben van:

Zc=1/(2.pi.f.C)

Zc= impedantie van de condensator (Ohm)
pi=3,14
f= frequentie (Hertz)
C= capaciteit van de condensator (farad).

Door het verlies in het isolatiemateriaal zal het net lijken of er in serie met de condensator een weerstand geschakeld is, dat is de serieweerstand (Rs) van de condensator.

Als het isolatiemateriaal van de condensator een verlieswaarde DF heeft, dan zal de serieweerstand een waarde hebben van Rs=Zc . DF
Als we deze condensator met een spoel verbinden dan hebben we een LC kring.

Als de spoel geen verliezen heeft, zal de Q factor van deze LC kring een maximale waarde hebben van:
Q= Zc / Rs= Zc / (Zc . DF)= 1 / DF

Dus als we in de condensator nylon als isolatie gebruiken dan zal de Q factor van de LC kring een maximale waarde hebben van: Q= 1 / 0,026 = 38.
Dat is een erg lage waarde.

Dus een LC kring met afstemcondensator met lucht isolatie geeft een oneindig hoge Q???
Nee, want er zijn nog meer verliezen, zoals de weerstand van het spoeldraad, de weerstand van de condensatorplaten, de diŽlectrische verliezen in de spoel enz.

Het is in de praktijk ook onmogelijk om in een afstemcondensator alleen maar lucht als isolator te hebben.
De rotor (draaibare deel) en stator (stilstaande deel) zullen ook op enkele plaatsen via isolatie materiaal met elkaar moeten worden verbonden.
Als b.v 4/5 deel van de capaciteit wordt veroorzaakt door luchtisolatie en 1/5 deel door nylon isolatieblokjes dan zal de Q factor met een factor 5 toenemen ten opzichte van een volledige nylon isolatie, dus de Q kan dan 5x38 = 190 worden.

Hoe hoger de frequentie van de kring wordt gezet, hoe groter het capaciteitsaandeel van de isolatieblokjes, en hoe lager de Q.
In plaats van nylon is het beter om een ander isolatiemateriaal te gebruiken met een lagere DF, en bij voorkeur ook een lage εr waarde.

Voor een hoge Q is verder van belang:

Gebruik het isolatiemateriaal op plaatsen waar de afstand tussen rotor en stator groot is, dit helpt om de capaciteit veroorzaakt door het isolatiemateriaal te verkleinen.
Gebruik niet meer isolatiemateriaal dan nodig

DiŽlectrische verliezen in een spoel.

Als een spoel wordt gewikkeld op een spoelhouder dan zullen ook in de spoelhouder diŽlectrische verliezen optreden.
Ook in het isolatie materiaal van het draad zullen diŽlectrische verliezen optreden vooral als de windingen tegen elkaar aan liggen.

Voor de spoelhouder is het van belang om een materiaal met een lage DF waarde te gebruiken, en om er voor te zorgen dat er zo weinig mogelijk isolatiemateriaal tussen de windingen van de spoel komt, om daarmee de capaciteit en verliezen te beperken.

Andere diŽlectrische verliezen.

Ook in de bedrading van de ontvanger kunnen diŽlectrische verliezen optreden, b.v. als een geÔsoleerde draad waar hoogfrequent signaal opstaat vlak langs een andere geleider loopt.
De twee geleiders vormen een condensator met de isolatie van de draad als isolator, in de isolatie treden dan verliezen op.
We kunnen het verlies beperken door draden waar hoogfrequent signaal opstaat op enige afstand te houden (enkele cm, of meer) van andere geleiders.


Terug naar de index