Hallo zusammen, die oben erwähnte Bestimmung der Bandbreite und der Güte aus einem Spannungsteiler mit dem reellen Resonanzwiderstand birgt bei näherer Betrachtung einige Tücken. Ich wollte das ganze jetzt noch einmal etwas genauer bestimmen. Weihnachten ist ja noch weit und SAQ Grimeton bleibt eine Herausforderung. Die Messanordnung sieht wie folgt aus. Um plausible Werte zu ermitteln, muss man die Eigenkapazität des Vorwiderstands Cv und den ohmschen Eingangswiderstand der Mess-Spitze Re mit ins Kalkül nehmen. Die Kapazität Ce Messeingang Oszi liegt parallel zum Schwingkreis und beeinflusst die Bandbreite nicht. Re sollte 10 MOhm betragen.
Der gesuchte Resonanzwiderstand liegt im MOhm-Bereich. Cv=1 pF hätten allerdings bei 17,2 kHz einen Blindwiderstand von 9,3 MOhm, 2 pF von 4,6 MOhm, 4 pF von 2,3 MOhm. Das läge auf jeden Fall in der Größenordnung des gesuchten könnte nicht vernachlässigt werden.
Messungen mit drei verschiedenen und gemessenen 3 MOhm Widerständen haben unterschiedliche Spannungsverhältnisse gebracht, so dass hier auf jeden Fall eine Ermittlung des Kapazitätswertes Cv Sinn macht. Man kann einen definierten keramischen C parallel zu Rv schalten und dann die Spannungsverhältnisse neu messen. Aus der Änderung und mit ziemlich viel Mathematik ließe sich Cv errechnen. Aber geht es auch einfacher?
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warum koppelst Du den Generator über einer Spule(etwa Handteller groß) mit paar Windungen( Anzahl hängt von der Leistung des Generators ab) ein ? Mit dem Abstand zum Schwingkreis kannst Du dann einfach die Kopplung so weit verringern bis gerade noch meßbare Spannungen entstehen. Damit hast Du dann nur noch die Kapazität des Tastkopfes den Du notfalls auch per 1pF-Kondensator ankoppeln kannst. So würde ich das machen um dann per Hand oder Wobbler zu messen.
ich sehe da zwei Varianten für eine Vereinfachung:
1. Den Generatorwiderstand als Serieschaltung ausführen, so 10..20 Widerstände, dann wird die Kapazität sehr klein und kann vernachlässigt werden. Wichtig ist dann, dass die Widerstandskette nicht auf dem Tisch liegt, sondern in der Luft hängt, da es sonst wieder Kapazitäten gibt. Dass das Ganze nicht länger als notwendig sein soll, versteht sich von selbst.
2. Man verwendet eine Stromquelle, die hat einen unendlich hohen Widerstand, und die (kleine) Kapazität liegt wie die Sondenkapazität parallel zum Schwingkreis und ändert somit die Güte nicht. Bei der niedrigen Frequenz kann man mit OpAmps hervorragende Stromquellen relativ einfach bauen. Da die Belastung klein ist, kann das jeder OpAmp treiben, so dass man jeden ausreichend schnellen Typ verwenden kann. Eine einfache, aber nicht so genaue Variante ist die Verwendung eines FETs. Am Gate speist man das Mess-Signal und die für den korrekten Arbeitspunkt notwendige Gleichspannung ein, von Source nach Masse ein möglichst hochohmiger Widerstand und vom Drain zur Versorgungsspannung der zu untersuchende Schwingkreis. Durch den hohen Source-Widerstand ergibt sich eine starke Gegenkopplung, so dass sich der Transistor wie eine Stromquelle verhält. Je steiler der Transistor, umso besser, wobei noch anzumerken ist, dass eine möglichst kleine Gate/Source-Kapazität wichtig ist (also keinen Power-MOSFET nehen). Diese Schaltung geht natürlich auch mit einer Pentode, wenn man es stilecht machen will
Weiter ist noch zu beachten, dass Oberwellen vom Generator die Messung verfälschen können, ausser man misst nur die Grundwelle der Spannung (FFT oder Spektrum Analyser). Ich würde hier auch eine 1:100-Sonde verwenden, die belastet den Schwingkreis viel weniger, und Signal hat man ja ausreichend.
Hallo Bernd und HB9, danke für die Antworten. Beide zielen darauf ab, möglichst geringe Dämpfung durch die Messmethode zu erzielen. Ich wollte darauf setzen, die Auswirkungen der definierten Cv und Re herauszurechnen, was auch eine recht genaue Messung ermöglicht.
Ich muss ehrlich zugeben, dass ich zuerst die Variante von Bernd versucht hatte. Verschiedene Spulen mit und ohne Kern aus der Bastelkiste an den Generator, und die Resonanzkurve bis -3db abfahren. Um mit dem Oszi gut mesen zu können brauche ich für die vertikalen 8 SKT Ablenkung vor der 10:1 Mess-Spitze 400 mVss. Das habe ich mit dem Messgenerator nur über ziemlich enge Kopplung an den zu messenden Schwinkreis geschafft und eine Bandbreite um 1000 Hz bekommen. Die Koppelspule hat zudem kaum Blindwiderstand und belastet den Generator praktisch im Kurzschluss bei 17 kHz. Schalte ich z.B. 500 Ohm in Reihe, bleibt kaum noch was zum Einspeisen übrig. Der Tipp mit der Handteller großen Schleife könnte evtl. was bringen, muss ich ausprobieren.
Das Aneinanderreihen von mehreren kleineren Widerständen, z.B. 4 mal 470 kOhm, will ich gerne ausprobieren, bin mir aber auch dann nicht sicher, wie klein die parasitäre Kapazität wird.
Die hochohmige Stromquelle mit OPV oder FET würde es im Moment für mich erstmal komplizierter machen, weil ich mich damit noch gar nicht beschäftigt habe.
Einen 100:1 Tastkopf habe ich leider nicht. Aber 10 MOhm parallel rauszurechnen ist ja kein Problem.
Ich bleibe natürlich dran und melde mich dann wieder, wenn ich weiter gekommen bin.
Wenn Dein Generator zu wenig Leistung bringt , mußt Du mehr Windungen(eventuell eine Entmagnetisierungsspule vom Farb-TV) nehmen oder einen NF-Verstärker zwischenschalten. Ein Widerstand von 4....10 Ohm in Reihe zur Spule schützt den Verstärker vor Überlastung. Im Linearbetrieb muß ein NF-Verstärker die Frequenz noch können. Ist genug Leistung da, aber nur der Ausgangswiderstand zu hoch kannst Du die Spule mittels Übertrager anpassen - irgendein Ausgangsübertrager oder Netztrafo genügen dafür.
Schade , daß ich gerade zwei andere Projekte auf dem Tisch habe, sonst hätte ich gleich mitgemacht. Das Thema Längstwellenempfang in der Größe einen Taschenradios als selbstständiger Empfänger wartet auch noch auf weiterführung. Ich lese aber mit und gebe meinen Senf dazu.
Nachtrag: wenn Du per 1pF-Kondensator auskoppelst , belastest Du den Schwingkreis mit etwa 9,3MOhm. Das sollte doch reichen. Allerdings mußt Du den zusätzlichen Spannungsteilerfaktor beachten, je nach Eingangsimpedanz des Oszis. Eventuell wäre ein NF-Millivoltmeter besser geeignet.
mit einiger Verspätung (weil ich nicht jeden Tag jeden Beitrag in jedem Forum lese) könnte ich auch noch etwas zum Thema beitragen.
Wie Deine Erfahrung und auch die anderen Beiträge in diesem thread zeigen, ist es nicht ganz einfach, einen halbwegs exakt definierten/bekannten Strom am Hochpunkt des untersuchten Kreises einzuprägen. Das liegt im wesentlichen daran, dass die Verhältnisse hier bei Resonanz sehr hochohmig werden. In der Praxis einfacher ist es, einen Strom an einer Anzapfung einzuprägen, z.B. an einer 'Anzapfung' des Kreiskondensators. Siehe das Schaltbild unten mit Beispielwerten.
Es kommt natürlich immer darauf an, welche Meßgenauigkeit man erreichen will. Ich selber begnüge mich in solchen Fällen gern mit einer Genauigkeit von 5....10%. Unter diesen Umständen kann man gegenüber der exakten Rechnung Vereinfachungen vornehmen, die die Messung und die Rechnung bequemer machen.
Der Kondensator C2 sollte folgende Bedingungen erfüllen: a) sein kapazitiver Widerstand sollte wesentlich geringer sein als der von C1. Z.B. Xc2/Xc1 <= 0.01 (wobei C1 die Eigenkapazität der Spule enthält *) s.u.). b) sein kapazitiver Widerstand sollte deutlich kleiner sein als Ri. z.B. |Xc2|/Ri < 0.1. Wobei Ri auch den Innenwiderstand (z.B. 50 Ohm) des Generators umfasst.
Unter diesen Bedingungen ergibt sich der Strom durch Ri und C2 zu Iri ~ Ug/Ri. (Wer genauer sein will, muss nach den Regeln der komplexen Wechselstromrechnung vorgehen. Wird aber feststellen, daß man in diesem Fall nicht viel gewinnt.) Da Ri wesentlich niederohmiger ist als bei Einspeisung am Hochpunkt, spielt die Parallelkapazität von Ri in diesem Fall keine große Rolle. Der Betrag des durch C1 bzw. L1 fließenden Stroms Ik ist dann Ik ~ Iri × (Xc2/Xc1), vorausgesetzt die Generatorfrequenz f ist genau auf Resonanz abgestimmt. Der Resonanzwiderstand Rres ergibt sich dann zu Rres ~ Ur/Ik. Ur ist die Wechselspannung am Hochpunkt des Kreises, die Du wie gewohnt misst. Daraus kann dann wieder die Güte berechnet werden. Ein anderer Weg: Die Spannung Uc2 an C2 bei Resonanz berechnet sich in guter Näherung zu Uc2 ~ Iri * |Xc2|. Die Güte entspricht dann Ur/Uc2. Die Methode, durch Messung der 3-dB-Bandbreite die Güte zu bestimmen, funktioniert mit der 'Anzapfung' natürlich auch.
Hallo Heinz, ja so ist das wohl mit den tausend Hochzeiten. Aber so habe ich und die Mitleser auch etwas Zeit sich mit den einzelnen Antworten zu beschäftigen. Deinen Vorschlag mit der niederohmigen Fußpunkteinspeisung werde ich auch ausprobieren. Die Erläuterungen sind hilfreich, Schaltung und Formeln inklusive!
Jetzt habe ich erstmal einen Erfolg nach der Bernd-Methode zu vermelden. Es funktioniert so gut, dass ich mich Frage, welchen Bullshit ich da vorher mit den Einspeise-Spulen gemacht habe. Auch der Messgenerator hat ausreichend Leistung. Verwendet habe ich die Verlängerungsspule aus meinem Cockaday Receiver Projekt, Durchmesser 7cm und ca. 50 Wdg. Vom Generator kommend ist sogar ein 300 Ohm Widerstand vorgeschlaltet. Das bringt dennoch die erforderliche Resonanzspannung auch bei großem Abstand problemlos.
Die gemessene Bandbreite beträgt 212 Hz. Der Einfluss des dem Schwingkreis parallelen Eingangswiderstands der Messpitze von 10 Mohm muss korrigiert werden. Das geht mit folgender Formel.
Mit der Korrektur von 33,5 Hz erhalte ich rund 180 Hz. Mit welchem Fehler? Die Stabilität des Generators ist (1 Stunde nach einschalten) in Amplitude und Frequenz kleiner 1 Prozent Abweichung. Die manuelle Ablesung am Oszi, 1 Teilstrich von 40 Teilstrichen macht 5 Prozent. Die Mess-Spitze habe ich überprüft, Spannungsverhältnisse gemessen mit Vorwiderstand bei 15 Hz ohne Schwingkreis. 10,3 MOhm erhalten. Der Fehler hat so gut wie keinen Einfluss. Ich denke, 180 Hz +/- 10 Hz, als Ergebnis ist vertretbar.
Mal sehen, was die anderen Methoden für Ergebnisse bringen.
Du hast Dich also mit der "Nichtvielrechensonderneinfachprobiermethode" angefreundet. Ich bin auch eher der wenig Rechner und sofort Experimentator.
Die Methode der schwachinduktiven Kopplung kommt den direkten Empfang am nächsten, da es auch die räumlichen Gegebenheiten mit einbezieht.
Aber entscheidend für den Erfolg ist die Anpassung - ich habe auch lange gebraucht , um das richtig zu begreifen.
Die Meßmethoden ergeben an sich immer die gleichen Ergebnisse, aber nur wenn man auch alle Faktoren mit berücksichtigt. Deswegen ist die Rechnung meist nur Grobinformation und das Experiment bringt das richtige Ergebnis.
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Aber so habe ich und die Mitleser auch etwas Zeit sich mit den einzelnen Antworten zu beschäftigen. Deinen Vorschlag mit der niederohmigen Fußpunkteinspeisung werde ich auch ausprobieren. Die Erläuterungen sind hilfreich, Schaltung und Formeln inklusive!