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 |
LC combinatie |
F min |
F max |
Q |
Q |
Q |
Q |
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 |
LC combinatie |
F min |
F max |
Q |
Q |
Q |
Q |
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 |
C3 Kleine afstemcondensator van 500 pF. |
Dit leverde de volgende gegevens op:
meting |
LC combinatie |
F min |
F max |
Q |
Q |
Q |
Q |
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 |
LC combinatie |
F min |
F max |
Q |
Q |
Q |
Q |
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. |
Meting |
LC combinatie |
F min |
F max |
Q |
Q |
Q |
Q |
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. |
Meting |
LC combinatie |
F min |
F max |
Q |
Q |
Q |
Q |
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.