Experimenten met LC kringen   Deel 1

Naar deel 2 >>
Terug naar de index.  

Via een aantal experimenten en metingen wil ik nagaan hoe de Q factor van een LC kring te verbeteren is.

Omschrijving spoelen L1, L2,L3

Om te beginnen heb ik 3 spoelen gewikkeld (L1, L2 en L3) elk met 12,5 meter litzedraad (40x0,07) op de spoel, en 2 aansluitdraden van 0,25 m per stuk. Dus de draadlengte was steeds 13,0 meter.
De spoelen zijn als spinnewebspoel gewikkeld op houders van golfkarton.
Het verschil tussen de spoelen zit in de binnendiameter van de spoel, en dus ook het aantal windingen.

Spoel L1: binnendiameter: 50 mm, spoelvorm diameter: 120mm, aantal windingen: 50 .
Spoel L2: binnendiameter: 40 mm, spoelvorm diameter:120mm, aantal windigen: 55 .
Spoel L2: binnendiameter: 100 mm, spoelvorm diameter:170mm, aantal windingen: 33,5 .

Omschrijving condensator C1.

De afstemcondensator welke ik gebruikt heb staat hierboven afgebeeld.
De maximum capaciteit is 495 pF.
In de originele uitvoering heeft deze de naam C1.
Later heb ik enkele verbeteringen aan deze afstemcondensator aangebracht, zoals het vervangen van schroeven en isolatieringen, op de foto zie je de oude schroeven en isolatieringen liggen.
Na iedere verbetering veranderde de naam in C1a, C1b, enz.
De op de foto afgebeelde versie is C1b.

Meting

In deze meting heb ik de minimale en maximale afstemfrequentie bepaald, en de Q factor bij 600, 900, 1200 en 1500 kHz.

meting
nr
LC combinatie F min.
kHz
F max.
kHz
Q
600 kHz
Q
900 kHz
Q
1200 kHz
Q
1500 kHz
1 L1 C1 482 1710 * * * *
2 L2 C1 480 1730 200 129 75 58
3 L3 C1 495 1710 200 129 71 58

* = niet gemeten.

Conclusies:

De minimale frequentie van L3 is iets hoger dan L1 en L2, dit geeft aan dat de inductie van L3 iets lager is dan van L1 en L2.
De Q factor is vooral bij de hoge frequenties nogal laag.

Verbetering aan C1

Condensator C1 heb ik tijdelijk vervangen door een trimmer condensator met luchtisolatie met een capaciteit van ongeveer 33 pF, deze heb ik verbonden met spoel L2.
De minimale frequentie welke in te stellen was, was nu 1650 kHz.
De Q-factor was 165 bij 1650 kHz.

Conclusie: de lage Q factor van meting 2 en 3 wordt voor een groot deel veroorzaakt door een de (slechte) kwaliteit van C1.
Bij afstemcondensatoren wordt de kwaliteit hoofdzakelijk bepaalt door de soort isolatie tussen de rotor (draaibare deel) en de stator (stilstaande deel).
De isolatie tussen de platen is bij C1 lucht, en lucht is een prima kwaliteit isolator.
Maar er zijn ook isolerende delen nodig om de rotor en stator aan elkaar te bevestigen, en deze moeten van hoge kwaliteit zijn, bovendien moet de capaciteit veroorzaakt door de isolerende delen zo laag mogelijk zijn.

Om de capaciteit tussen rotor en stator te verlagen heb ik de metalen bevestigingsschroeven vervangen door nylon schroeven.
De minimale capaciteit van C1 nam hierdoor af van 33 naar 20 pF.
Deze versie van de afstemcondensator noem ik C1a.
Vervolgens heb ik de volgende waarden gemeten:

Meting
nr

LC combinatie

F min
kHz

F max
kHz

Q
600 kHz

Q
900 kHz

Q
1200 kHz

Q
1500 kHz

4

L2 C1a

*

1950

240

225

171

107

Ten opzichte van meting 2 is de Q factor flink toegenomen, vooral bij hoge frequenties.
Vanwege de lagere minimale capaciteit van C1a is ook de maximale frequentie van de kring toegenomen.

Vervolgens heb ik de originele isolatieringen tussen rotor en stator vervangen door zelfgemaakte isolatieblokjes van polyethyleen (PE-UHMW), deze versie noem ik C1b en heeft een minimale capaciteit van 14 pF.
Ook dit gaf weer een verbetering van de Q factor:

Meting
nr

LC combinatie

F min
kHz

F max
kHz

Q
600 kHz

Q
900 kHz

Q
1200 kHz

Q
1500 kHz

5

L2 C1b

472

2060

300

300

200

166

 

Gebruik van andere afstemcondensatoren

C1b heb ik nu achtereenvolgens vervangen door de volgende afstemcondensatoren:

C2

390 pF afstemcondensator
met verzilverde platen.

C3

Kleine afstemcondensator van 500 pF.
Met plastic folie isolatie tussen de platen.

Dit leverde de volgende gegevens op:

meting
nr

LC combinatie

F min
kHz

F max
kHz

Q
600 kHz

Q
900 kHz

Q
1200 kHz

Q
1500 kHz

6

L2 C2

537

2020

300

300

214

195

7

L2 C3

*

*

133

128

109

94


Meting spoel 1 en spoel 3

De volgende meting is weer uitgevoerd met condensator C1b.
Nu de afstemcondensator verbetert is, wil ik nogmaals meten of er een verschil in Q-factor is tussen spoel L1, L2 en L3.
L2 hadden we al in meting 5 gemeten, hier komen de resultaten voor L1 en L3:

Meting
nr

LC combinatie

F min
kHz

F max
kHz

Q
600 kHz

Q
900 kHz

Q
1200 kHz

Q
1500 kHz

8

L1 C1b

473

2050

300

300

200

166

9

L3 C1b

487

2050

300

300

200

166

De Q factoren van L1, L2 en L3 zijn gelijk aan elkaar, de Q factor is blijkbaar niet afhankelijk van de binnendiameter van de spoel.

 

Spoelvorm van schuim PVC

Spoel L4

Spoelen L1, L2 en L3 hadden een spoelvorm van golfkarton.
Deze spoel (L4 ) heeft een spoelvorm van wit schuim PCV, dat is PVC met kleine luchtbelletjes erin.
De dikte van het schuim PVC is 3mm.
De draadlengte is ook weer 13,0 meter (12,5 m op de spoelvorm en twee aansluitdraden van 0,25 m).
Het draad is ook weer litze 40x0,07.
L4 heeft een binnendiameter van 50mm.

Meting
nr

LC combinatie

F min
kHz

F max
kHz

Q
600 kHz

Q
900 kHz

Q
1200 kHz

Q
1500 kHz

10

L4 C1b

480

2085

326

310

261

200

Conclusie: de spoelvorm van schuim PVC geeft een betere Q factor dan de spoelhouders van golfkarton.

Spoel L5

Spoel L5 heeft ook een spoelhouder van 3mm schuim PVC.
Er is zoveel mogelijk materiaal uit de spoelhouder verwijderd.
Verder is de spoel gelijk aan L4.

Meting
nr

LC combinatie

F min
kHz

F max
kHz

Q
600 kHz

Q
900 kHz

Q
1200 kHz

Q
1500 kHz

11

L5 C1b

484

2050

360

346

279

242

Het verwijderen van materiaal uit de spoelhouder heeft dus een positief effect op de Q factor.

Naar deel 2  >> 
Terug naar de index.