DIY -  Een HF Trafo zelf maken

Een Hoog Frequent Transformator zelf maken (een HF Trafo zelf maken) bleek veel makkelijker te zijn, veel eenvoudiger dan ik in eerste instantie dacht.

Om eerlijk te zijn, ik keek er eerst tegen op. De voorbeelden die ik op Internet vond gingen mijn vaardigheden en gereedschapskist ver te boven.

Maar toen ik er op een praktisch niveau over na ging denken en ging experimenteren viel het enorm mee.

Hoe pak je dat aan?

Meestal wil je aan één kant van de trafo een afstemkring hebben. Daarom begint je met die afstemkring. Hoeveel inductie heb je nodig?

In het artikel ‘een afstemkring een LC kring berekenen’ vind je een tooltje. Je weet welke frequentie je wilt gaan werken. Dan kun je spelen met de spoel en condensator. Ik koos in eerste instantie voor een spoel van 100µH.

Na wat geprobeerd te hebben met verschillende condensatorwaardes vond ik dat 130pF mij 1395kHz op gaat leveren. De frequentie waarop de DIY 30 watt Middengolf Zender moet gaan werken.

Vervolgens ga je naar een ander tooltje:  berekenen van een HF spoel

In mijn situatie als voorbeeld wil ik een afvoerbuis van 40mm doorsnee als spoelvorm gebruiken. Dus dat vul ik in. Ik ga wikkeldraad van 0,5mm gebruiken en schat in dat 60 windingen (60*0,5= 30mm) en 30mm wikkellengte nodig heeft en ik moet naar 100µH.

Die gegevens vul ik in bij het tooltje en dan komt er uit dat de spoel 117µH zal zijn. Ik probeer wat minder wikkelingen en kom uit bij 55 wikkelingen voor 100µH.

Voor de primaire wikkeling. De wikkeling die in mijn 30 watt zender de belasting (de ‘load’) voor de oscillator gaat zijn moet ik een veel hogere inductie hebben. Bijvoorbeeld 1,5mH.

Dat zou een paar honderd windingen vergen 😥

Ik besluit daarom hier het advies dat Matt me een paar jaar terug gaf te volgen en hier een ferriet kern toe te passen. Met een ferrietkern heb je minder windingen nodig en met de juiste ferriet staaf  moet dat lukken.

Ik gebruik een staaf die vroeger in draagbare middengolf transistor ontvangers werd gebruikt. Je kunt die ferriet staven op verschillende sites kopen.

Dat leidde tot de constructie die je op onderstaande afbeelding ziet. Lijm die ferrietstaaf goed vast zodat er geen beweging in zet. Zet de windingen met blanke nagellak vast en je krijgt een solide HF transformator.     

Je hebt met zo’n ferrietstaaf ook in de afstemkring minder wikkelingen nodig. Ik heb er enkele verwijderd waardoor er 45 over bleven. Op onderstaande afbeelding zie je hoeveel inductie dat in mijn geval geeft.

Versterking
De versterkingsfactor van deze ferrietstaaf en gemonteerd zoals je op de afbeeldingen ziet was 2,19.

Je ziet dat ik de primaire wikkeling die hier ruim 1750µH (1,75mH) is geworden heb gewikkeld met dunnere draad (0,3mm) en in 2 à 3 lagen over de afstemwikkeling heb gewonden. Heel netjes hoeft dat niet. Slordig is zelfs beter (minder capaciteit tussen de windingen) zo lang het er maar strak op zit.

Merk op dat de afstemwikkeling nu is uitgekomen op 145µH. Op de LC tool zie je dat die inductie met een condensator van 90pF kan worden afgestemd op 1395 kHz.

Het resultaat

Het resultaat van dit experiment: Een HF Trafo zelf maken. Om eerlijk te zijn, ik had gemengde gevoelens over deze DIY HF Trafo 🤔

Ja, de constructie, de bouw is relatief eenvoudig en het resultaat is een degelijk en robuuste Hoogfrequent transformator. Echter wat ik minder vond is zijn omvang: 10 bij 4 cm.

Daarbij komt dat deze trafo afgeschermd moet worden. Hij straalt zelf strooivelden uit en is daarnaast gevoelig voor strooivelden van andere bronnen. Afschermen dus.

Daarom besloot ik wat alternatieven te onderzoeken. Alternatieven die kleiner zijn en minder strooivelden produceren.

Onderzoek naar alternatieven voor deze DIY HF trafo

Een spoel gewikkeld op ringkernferriet geeft minder strooivelden. Bovendien kun je door rechtstreeks op de ring te wikkelen met veel minder wikkelingen toe. Dat mag ook wel want wikkelen op zo’n ringkern is veel moeizamer dan wikkelen op een ronde staafvorm.

Het moest kleiner en compacter en dus koos ik voor een ringkern van .82 inch. Dat is 21 mm.

Twee experimenten

Van dit formaat ringkern ferriet (.82 inch) had ik twee voorbeelden op voorraad. Een ring 82-77 die een hoge versterkingswaarde van 1175 nH (nH=nano henry) kent, en een ring 82-61 die een matige versterkingsfactor van 75 nH kent.

OP beide kernen wikkelde ik eveneens een spoel bedoeld als afstemspoel voor 1300-1500 kHz. Na dit werkje had ik drie spoelen die op dat frequentie gebied kunnen werken.

De drie spoelen:

• De 82-77. Met 8 windingen krijg ik al een inductie van 76 µH. Dat schiet lekker op.
• De 82-61. Met 21 wikkelingen krijg ik een inductie van 33,8 µH. Dat kan ook.
• De grote spoel met staaf ferriet bezit 45 windingen en dat geeft een inductie van 145 µH.

De vraag is vervolgens wat de SRF, de zelf generende resonantie frequentie van die spoelen is en afgeleid daarvan hoeveel capaciteit bezitten die spoelen? Die capaciteit is belangrijk want die moet je aftrekken van de berekende capaciteit voor de afstemkring.

Voor een stabiele en goed afstembare kring moet die SRF ook op redelijke afstand liggen van de frequentie waarop je wilt werken. Om dat te onderzoeken gebruiken we een eenvoudige meetschakeling zoals beschreven in: de geheimen van een ringkern ferriet HF spoel.

Meetresultaten

De SRF meting laat zien hoe de 82-77 spoel in zelf resonantie is bij ongeveer 300kHz. De spoel brengt een capaciteit in van ongeveer 80pF. De resonantiespanning op zichzelf is niet indrukwekkend.

De 82-61 spoel is in zelf resonantie bij ongeveer 10.000 kHz. De spoel brengt een capaciteit in van ongeveer 7 pF. De resonantiespanning is stevig.

De grote spoel blijkt zelfstandig in resonantie te komen bij ongeveer 1600 kHz. De eigen capaciteit van de spoel is ongeveer 68 pF.

Op de grote spoel zit bij de uitvoering van deze meting al een primaire spoel gewikkeld. Op de ringkernen is dat nog niet het geval.

Op bovenstaande afbeelding zie je hoe de 82-61 ferriet ring een mooi resonantie signaal laat zien bij een meeting met een blokgolf van 100 kHz.

De 82-77 laat onlangs een hogere inductie slechts een heel flauw resonantie signaal zien. Een verdubbeling van het aantal windingen gaf op dit punt geen effect. De inductie ging fors omhoog maar het resonantiesignaal bleef zwak.

Op basis van dit resultaat besluit ik verder te gaan met de 82-61 ferriet ring.

Terwijl mijn vrouw naar Barcelona-PSG kijkt, kijk ik met een half oog mee en zet ik me aan de monniken arbeid. Barcelona wint en ik eindig met 140 primaire trafo wikkelingen op de ringkern.

De inductie aan de primaire kant is dan 1472 µH.

Samengevat

Onderstaande afbeelding geeft een samenvatting van de twee kandidaten voor de DIY HF trafo.

Tussen conclusie

Op basis van deze vergelijking lijkt de grote spoel iets in het voordeel. Een iets hogere primaire impedantie en eenvoudiger te construeren.

De ringkern heeft als voordeel dat de impedantieverhouding veel groter is. Hierdoor is de terugwerking van impedantie verandering in de secundaire kring veel kleiner.

Nog een laatste test

Wat zien we optreden als we een signaal van 1395 kHz aan deze twee HF trafo’s aanbieden?

Het antwoordt van de grote spoel zie je hieronder in de afbeelding met grafieken grote spoel met staaf ferriet. Dat antwoord is verontrustend!

Wat je ziet is dat deze trafo bij een frequentie van 595kHz, dat is onder in de middengolf, keurig een secundaire spanning af geeft die conform is aan de wikkelverhouding.

Bij 995 kHz is de uitgangsspanning al bijna twee keer zo hoog en bij 1395kHz ruim drie keer zo hoog als de wikkelverhouding aangeeft.

Het hoogste punt bereiken we bij 1695 kHz. Hierna zakt de uitgangsspanning weer.  De trafo kent dus een mooie resonantie bij 1695 kHz en vertoont een breed spectrum waarom die resonantie al een rol speelt.

Achteraf bekeken is dat niet eens zo gek. De ferriet staaf is een staaf die in het verleden in draagbare transistorradio’s werd gebruikt. Die radio’s hadden baat bij een ferriet antenne die op de het hele spectrum van de middengolf een hoge opbrengst levert.

Maar helaas,

Voor onze trafo toepassing in de 30 watt Middengolf zender is deze eigenschap niet gewenst. De trafo is nu onbetrouwbaar en onvoorspelbaar in de signaaloverdracht bij toepassing van verschillende frequenties.

Dat laatste is aan de orde als we bijvoorbeeld van 1395kHz naar een andere frequentie moeten switchen. Of wanneer we zoals mijn persoonlijke bedoeling is de zender na dit project gaan ombouwen naar de 160 meterband.

De grote spoel met staaf ferriet lijkt hiermee gediskwalificeerd. Spannend wordt nu wat de kleine ringkern laat zien?

De Grafieken Kleine Ringkern met 82-61 Ferriet

Deze grafiek beginnen we met een frequentie van 995 kHz en we zien dat de trafo hierbij met een ingangsspanning van 10V keurig 1,5V aan de secundaire uitgang aanbiedt. Kortom hij werkt bij deze frequentie conform de wikkelverhouding.

Bij 1395 kHz is dat ook zo evenals bij 1695 kHz. Met andere woorden, met deze trafo kunnen we probleemloos op het gehele Middengolf gebied werken.

De vraag is,

Kunnen we deze HF trafo ook op de korte golf banden gebruiken? Om daar achter te komen voeren we de aangeboden frequentie flink op en dan zien we dat de trafo bij 8895 kHz in resonantie is en dan secundair 25V afgeeft.

Dit betekent dat deze HF trafo probleemloos ook op de 160 meterband en ook nog op de 80 meterband toepasbaar is.

De keuze is hiermee niet moeilijk meer.

De voordelen van deze trafo:

1. + Klein,
2. + Minder strooiveld gevoelig
3. + Breed inzetbaar van Middengolf tot de 49 meterband
4. + In resonantie een hogere spanningsopbrengst dan de staaf trafo
5. – Iets moeizamer te wikkelen dan een staaf ferriet trafo.

Een eenvoudige doelmatige behuizing voor de kleine HF ringkerntrafo

Ook voor de behuizing en montage van deze kleine ringkerntrafo maken we gebruik van 6 cm witte afvoerbuis met een diameter van 40MM plus twee eindkappen.

Daarnaast gebruiken we een nylon bout en moer waarmee we de ringkern in een eindkap monteren en een draadsteun voor de afwerking van de aansluitdraden. Al het benodigde materiaal zie je op onderstaande afbeelding.

De bewikkelde ferrietring wordt met de nylonbout en moer in de linkse eindkap gemonteerd. In die eindkap die de top van het trafohuis wordt vervolgens de schacht die je rechts in beeld ziet vastgelijmd.

Daarna worden de aansluitdraden door de aangebrachte gaatjes naar buiten geleid. De draadsteun wordt met een M3 bout en moertje bevestig en de draden aangesloten.

De tweede eindkap dient als voetstuk. Dit voetstuk wordt op het chassis gemonteerd. De trafo kan nu in dit voetstuk worden geschoven en verder worden aangesloten. Deze bevestiging is voldoende stevig. De trafo kan indien nodig eenvoudig uit het voetstuk worden geschoven maar de verbinding is stevig genoeg. Vastlijmen is niet nodig.

Compleet gemonteerd ziet de trafo er dan uit als op onderstaande afbeelding. De trafo heeft een hoogte gekregen van 6 cm. Daarmee blijft de ringkern met windingen op ruime afstand van het metalen chassis.

De trafo werkt fantastisch. Voor het schema en meer informatie over de bouw van de 30 watt zender waarin hij als eerste actief zal zijn ga je naar DIY 30 watt middengolf zender.
-
Koos Overbeeke

Terug van een HF trafo zelf maken naar De Radio Amateur Zenders