Zelfbouw, DIY MF en HF transformator
Een diy MF en HF transformator vormt een forse uitdaging voor elke zelfbouw radio amateur. Zeker als je ook nog met radiobuizen wilt werken. Veel materiaal is met enig zoeken op Internet nog redelijk goed verkrijgbaar. Maar sommige onderdelen zoals HF en MF -spoelen en -transformatoren worden steeds schaarser. Er is bijna niet meer aan te komen.
De oplossing is dan ’zelfbouwen’. Maar hier zag ik eerder toch wel tegenop. Het is niet alleen een MF/HF spoeltje wikkelen. Zo’n spoeltje of trafo kan maar beter in een afgeschermde behuizing worden ondergebracht. Hoe ga je dat een beetje netjes voor elkaar krijgen?
Maar een collega bracht me op ideeën en inspireerde me om aan de slag te gaan. Ik was op zoek naar die inspiratie omdat ik een afgeschermde afstemkring wilde maken voor tussen de EL84 en de 807 buis in de DIY Middengolf Zender.
Maar zo’n MF of HF trafo heeft natuurlijk een veel groter toepassingsgebied. Hierbij een vereenvoudigt schema van zo’n transformator toepassing.
Met ferrietkernen een HF trafo maken is eenvoudiger: zie hiervoor een hf trafo zelf maken
De eerste uitdaging: de spoelvorm
Ik moet kunststof buisjes hebben die ik over elkaar heen kan schuiven zodat ik de koppeling tussen twee spoeltjes meer of minder kan maken door ze dichterbij of verder van elkaar af te schuiven.
Na enig zoeken kwam ik op Internet prachtige sterke dunne buisjes tegen. Helaas die bleken van Carbon, een soort koolstof gemaakt. Die stof gaat veel verliezen in de trafo opleveren.
Verder zoeken en dan kom ik bij Amazon plexiglas buisjes tegen die ik gelijk heb besteld. Twee buisjes 50 cm lang. Eén van 10mm buitenmaat en 8 mm binnenmaat en één van 8 mm buitenmaats.
Vervolgens van de dikste buis 2 stukjes van 10 mm afgezaagd (ik heb voorlopig buis genoeg 😊) en van de dunne buis twee stukje van 4 cm. De dikke buis moet nu twee zijkanten krijgen waarbinnen de wikkelingen komen.
Hiervoor kun je elk stuk hard plastic gebruiken zoals verlopen winkelpasjes of bijvoorbeeld Cola flessendopjes. Ik gebruikte een verlopen campingpas waaruit ik plastic ringen sneed.
Voor je ze uitsnijd boor je eerst het binnenste gat. Begin met een klein boortjes, dan iets groter en ten slotte 8 mm.
Dan lijm je die flensjes vast aan de afgezaagde stukjes ‘dikke’ buis (gebruik hierbij een stukje 8 mm buis als mal zodat de flens mooi in het midden komt te zitten).
De twee spoelvormpjes kun je met behulp van tyraps op hun plaats op de dunne buis houden. In het midden tussen de twee spoelvormpjes in neem ik in eerste instantie geen ruimte, dus tegen elkaar aan.
Omdat deze DIY MF en HF transformator geen ferrietkern bezitten is de koppeling tussen de spoelen toch al redelijk los. Mocht later blijken dat je een nog lossere koppeling nodig hebt dan kun je één tyrap verwijderen en tussen de twee spoeltjes een tyrap plaatsen.
De afstand tussen de spoeltjes kun je kiezen met de breedte van de tyrap die je aanbrengt.
Naaimachine spoeltjes
In plaats van zelf spoelvormpjes maken kun je ook naaimachine spoeltjes gebruiken voor je diy MF en HF transformator.
Die spoeltjes zijn volop te koop en hebben meestal een maat van 19 à 20mm flens en breed 12mm (buitenmaat).
Je moet dan wel een asje vinden van ongeveer 5mm en niet magnetisch en niet elektrisch geleidend materiaal.
Windingen aanbrengen op de DIY MF en HF transformator
Hoeveel windingen heb je nodig?
Er zijn twee redenen om het aantal windingen te beperken. De eerste is de spoelcapaciteit. Hoe meer windingen je aanbrengt des te meer capaciteit zich tussen die windingen gaat vormen. Dus beperk je daarin.
De tweede reden is dat de kwaliteit (Q factor) van de spoel afneemt naarmate de ohmse weerstand van ‘de spoel toeneemt. Ook dit is een reden om het aantal windingen te beperken.
Je wilt over het algemeen een spoel, een afstemkring, met een zo hoog mogelijke Q factor omdat daarmee de selectiviteit van de kring zo hoog mogelijk zal zijn.
Reken ook op wat kwaliteitsverlies in de bedrading van je radiobuizen toestel. Daarom mik ik op minimaal een Q factor 22 voor een enkele spoel en 11 voor een trafo (twee spoelen van 22).
Wat voor draad gebruik je?
Je kunt geëmailleerd koperdraad gebruiken. Op de lagere frequenties voldoet litze draad het beste en eigenlijk moet je dat Pi winden. Waar die term vandaan komt weet ik niet.
Het is kruislings over elkaar winden en daar heb je een speciale machine voor nodig die gewone amateurs niet bezitten. In Nederland ook wel honinggraadspoel genoemd.
De Pi winden levert minder capaciteit op en is daarom vooral geschikt voor zwaardere HF smoorspoelen. De koppeling tussen twee pi gewonde spoelen is minder. Daarom is deze windtechniek minder geschikt voor een transformator.
Beperking bij massieve draad voor je DIY MF en HF transformator
Bij klassieke Midden Frequent (MF) spoelen werd meestal Litzedraad gebruikt. De gebruikte frequentie was vaak 455kHz. Bij die die lage frequenties heb je veel inductie nodig en dan krijg je veel windingen.
Veel windingen levert een hoge capaciteit op in de spoel en daardoor een lage kwaliteit (Q factor). Het verdient daarom aanbeveling om bij de toepassing van DIY MF transformatoren een hogere middenfrequentie te kiezen.
Bijvoorbeeld 1,7 MHz. Let op dat je een frequentie kiest die stil is, dat op die frequentie geen radio station uitzendt.
Concreet. De primaire spoel van je MF/HF trafo
Als vuistregel kun je gebruiken dat je de vereiste belasting weerstand deelt door de Q factor van je primaire spoel. Pas ik dat toe op de DY Middengolf Zender dan wil de EL84 7 kohm zien. Voor de HF trafo is dat dan 7000/22= 318 ohm. Bij de zendfrequentie van 675 kHz is dat 75µH.
Ik neem hier een reken-tooltjes op waarmee je dit eenvoudig zelf kunt berekenen.
Voor een niet afgestemde trafo is die 75µH een haalbare inductie. Wil ik hier echter een afgestemde kring hebben dan is bij de frequentie van deze zender een spoel van 120 µH een realistischer waarde. Samen met een condensator van 464 pF levert dat resonantie op.
Formule voor inductie berekening: 2 * Pi * F * L
Hoeveel windingen heb je nodig?
Hoeveel windingen heb je nodig op deze DIY MF en HF transformator? Zoals je zult hebben begrepen is dat afhankelijk van de impedantie die je wilt bereiken.
Mijn uitgangspunt is wind te veel. Afwinden, teveel aan windingen verwijderen is veel makkelijker dan een tekort aan wikkelingen aanvullen.
Een hulpmiddel voor het berekenen van het aantal windingen
De formule: ((L(3A + 9B + 10C))/0,2A2 )
L= inductie, A= Kerndiameter, B= de wikkellengte en C= wikkelhoogte. Ook hiervoor weer even een tooltje gemaakt.
Merk op dat de wikkelhoogte niet zwaar doorweegt in de berekening. Die wikkelhoogte wordt bepaald door het aantal wikkelingen en de dikte van de draad die je gebruikt.
Neem voor frequenties tot de 75 meterband (4 MHz) draad van 0,3mm dik. Voor hogere frequenties kun je beter draad van globaal 0,8 mm diameter gebruiken.
Bij een spoel van 100 µH met 0,3 mm draad over een lengte van 10 mm heb je ruwweg 3 lagen nodig (33 windingen per laag) voor 116 windingen. Dat is 1 mm wikkelhoogte Bij 100 µH met 0,8 mm kom je op 8 lagen (12 per lengte) wat en hoogte van 6,4 mm oplevert voor 98 windingen.
Automatiseer de wikkeling van je DIY MF en HF transformator
Automatiseer de wikkeling van je DIY MF en HF transformator en gok een beetje. Je kunt op basis van het aantal wikkelingen en de draaddikte berekenen hoeveel lagen je daarvoor nodig hebt en hoeveel wikkelhoogte dat oplevert.
Zie de voorgaande berekeningen die respectievelijk 1mm en 6,4 mm opleverden. Zodra je die maat weet zet je een aan de binnenkant van je flensjes een markeerstreepje bij die afstand.
Neem een boor van 8 mm in je boormachine en schuif daar je spoelvormpje op. Zet hem ‘vast’ met wat isolatieband. Klam je boormachine liggend vast op je werktafel of vraag je partner even of zij hem voor je vast houd terwijl hij op tafel ligt.
Laat de boormachine draaien en wind je draad strak en zo gelijkmatig mogelijk door hem via een oude handdoek door je hand te laten lopen. Laat de draad van links naar rechts lopen. Het hoeft niet netjes.
Draden die elkaar kruisen is geen probleem. Sterker nog dat is prima want reduceert de capaciteit tussen de draden. Maar let op. Bij kruislinks winden komt er lucht tussen de draden in je spoel. Dus bij regelmatig kruisen moet je wikkelhoogte 30% tot 60% toenemen.
Nogmaals, wees niet bezorgd teveel wikkelingen aan te brengen. Afwikkelen en draad inkorten is eenvoudig. Langer maken en bij-wikkelen is bijna ondoenlijk.
Zodra je denkt voldoende wikkelingen te hebben maak fixeer je die door er transparantie nagellak op aan te brengen.
Pak er nu een inductiemeter bij en meet de inductie van deze spoel. Als hij binnen 10 à 15 % is van wat je had berekend dan keur je hem goed.
De secundaire spoel van je MF/HF trafo
Voor de secundaire spoel van je DIY MF en HF transformator gelde de zelfde rekenregels als voor de primaire spoel.
Maar let op!
De secundaire spoel van je diy mf en hf transformator zal vaak op de ingang van de volgende mf/hf buis worden aangesloten.
Er moet daar enigszins afstemming gevonden worden met de ingangsimpedantie van die buis. Meestal is dat een roosterlekweerstand in de orde van grootte van 1 Mohm.
Daarop je spoel afstemmen is ondoenlijk en zou een monster van een grote spoel opleveren zelfs al ga je uit van een Q factor 40 kom je nog uit op een impedantie van 25000 ohm. Voor de DIY Middengolfzender zou ik uitkomen op 2500 ohm.
Een spoel van 2500 ohm bij 675 kHz = 589 µH. Vergeet dat maar.
We hoeven hier geen vermogen over te dragen dus afstemming is minder van belang, Daarbij komt dat een kring in resonantie wel meer dan 20 maal zo hoge impedantie kan aannemen dan de spoel alleen vertegenwoordigt.
Vuistregel voor je DIY MF en HF transformator
Als zowel de primaire spoel als de secundaire spoel afgestemd moeten worden met een condensator maak beide spoelen dan even groot.
Als de primaire spoel niet afgestemd wordt en de secundaire spoel wel neem dan een wikkel verhouding 1:1,41 voor de spoelen.
Als de primaire spoel wel afgestemd wordt en de secundaire spoel niet neem dan wikkelverhouding van 1:1.
De aansluitingen van je DIY MF en HF transformator
De spoelen moeten nu worden voorbereid voor montage in een huisvesting met afscherming. En de aansluitdraden moeten worden afgewerkt op aansluitpunten.
Die aansluitpunten zie je in de tekening hierboven.
Vier stevige koperdraden van 5 cm die twee pertinax plaatjes met elkaar verbinden op 25mm afstand zodat onze DIY MF en HF transformator daar precies tussen past. We hebben nu vier aansluitpunten voor de vier draden van de twee spoeltjes.
In de bodemplaat boor je ook vier gaten van 4 à 5 mm. Dit zijn uitsparingen die er voor zorgen dat de parkertjes waarmee je het transformator huisje vastzet aan je chassis geen contact maken met het pertinax bodemplaatje.
De behuizing en afscherming maken
Bij Conrad vond ik dunne aluminiumplaat die 0,3mm dik is. Deze plaat kun je met een gewone keukenschaar knippen. Elke vorm die je nodig hebt knip je eenvoudig uit alsof je karton knipt.
Onderstaande tekening neem je over op die aluminium plaat. Daarvoor gebruik je een dunne viltstift waarmee je op een glad oppervlak kunt tekenen.
De flapjes voor de bodem (die verder open blijft) gebruik je om de MF/HF transformator met Parker schroefjes aan het chassis vast te schroeven.
Voor het vouwen van de schacht zocht ik bij de bouwmarkt een balkje van 38 bij 38 mm. De uitgeknipte vorm vouw je eenvoudig om dat balkje. De eindflap lijm je met Quiksteel lijm.
Let op!
Die lijm geleid niet! Als de behuizing daardoor elektrisch gezien open licht, geen verbinding maakt zal de beoogde afscherming niet werken. Omgekeerd, die behuizing vormt een kortgesloten winding om de spoelen en daardoor zal de Q factor een zo’n 20% omlaag gaan in vergelijking tot een spoel in de ‘open lucht’.
Lijm een rand van 2 à 3 mm en zorg er zo voor dat er de flap wel direct metaal op metaal contact maakt. Gebruik desnoods twee of drie Parker schroefjes.
De kopse kant van het balkje kun je gebruiken om de flapjes van het deksel en van de schacht om te buigen.
Het gat in het deksel moet je daar positioneren waar je de trimmer op het pertinax paatje hebt gemonteerd. Over die trimmer verderop meer informatie.
Op onderstaande afbeelding zie je de constructie van de behuizing in verschillende stadia van een prototype bestemt voor de DIY Middengolf Zender.
Hier gebruikte ik een zelf geconstrueert balkje van 36*36mm (3 plankjes van 12*36 op elkaar gelijmd en geschroeft).
Montage van de DIY MF en HF transformator
Als je de behuizing klaar hebt laat je de DIY MF en HF transformator er in zakken. Het onderste pertinax plaatje rust dan op de bodemflapjes.
Als je het goed hebt uitgemeten vallen de gaatjes van het pertinax bodemplaatje ruim over de 2 mm gaatjes van de behuizing flapjes.
Je kunt de transformator een beetje vastzetten door met een lijmpistool wat hot glue aan te brengen tussen het top pertinax plaatje en de binnenwand van de behuizing. Niet veel. Een beetje op twee plekken is genoeg.
Het voordeel van die bevestiging met hot glue is dat je het eenvoudig met ene stanleymes kunt verwijderen als dat nodig mocht zijn.
Het deksel zet je ook met een beetje hot glue vast. Krachten komen er niet op dus twee puntjes is voldoende.
Ten slotte bevestig je de DIY MF en HF transformator op het chassis van je project met twee Parker schroefjes. Vier mag ook maar meestal zullen twee parkertjes voldoende zijn.
Links zie de DIY MG en HF transformator gemonteerd op het chassis van een project. (klik op de afbeelding voor grotere weergave)
Afstem mogelijkheden
Je DIY MF en HF transformator heeft ook afstemmogelijkheden nodig. Op de afbeelding links zie je hoe die afstemming ook ingebouwd kan worden in de trafobehuizing.
Je ziet een mica condensator en een trimmer die afgewerkt zijn en aangesloten op één wikkeling van de transformator.
In dit voorbeeld is alleen de secundaire zijde afgestemd. Wil je een bandfilter maken dan stem je zowel de primaire als de secundaire winding af.
De afstemming moet je even berekenen. Ik neem weer het voorbeeld van mijn Middengolf Zender project.
De frequentie is 675 kHz De spoelinductie is zagen we eerder 120 µH. De benodigde capaciteit voor resonantie is 464 pF. Dat is een berekende waarde. In de praktijk kan die waarde afhankelijk van velerlei bouwvariabelen best 3 tot 10% minder zijn.
Wat je doet is je monteert een condensator van 390pf en daaraan parallel een trimmertje van 60pF. Zo kun je regelen tussen 395 en 450pf. In de praktijk zul je daar mee uitkomen.
Hierbij ook een tooltje voor de berekening van die capaciteit.
Of,
Tot zover
MF en HF transformatoren zelf bouwen blijkt een haalbare optie. Je ziet hier hoe dat kan maar daar kun je best op variëren. Heb je suggesties of vragen? Deel ze hieronder.
-
Koos Overbeeke
Terug van DIY MG en HF transformator naar De Radio Amateur-Knutsels