De geheimen van een Ringkern Ferriet HF spoel

 

 

 

 

 

Ringkern Ferriet HF spoel (toroids)

De geheimen van een Ringkern Ferriet HF spoel.

 

Het PI-filter in mijn Zender met Buizen gaf een enorm hoge demping

De Ferriet HF spoel bleek hiervan de oorzaak. Deze spoel (een ringkern  240-77 met 7 windingen) bleek een enorme capaciteit te bezitten en dat veroorzaakte die demping.

Daarom deze publicatie over de geheimen van een Ringkern HF spoel. Hoe kan het dat een kleine spoel (weinig zelfinductie) veel meer capaciteit bezit dan een veel grotere spoel met veel meer zelfinductie?

De wonderlijke wereld van ringkern ferriet. De oplossing die ik vond en de beperkingen van LCR meters.

 

 

Hoe het begon

Bij de start van mijn radio experimenten, midden in de eerste Golf van de Corona crisis, begon ik o.m. met een klein Middengolf Zendertje uitgerust met slechts één buis. De El84.

Voor de anodekring van die buis had ik met veel moeite een HF spoel gewikkeld op een PVC buis van ruwweg 4cm doorsnee. Na vier secties windingen had ik 1 mH inductie te pakken.

 

huisvlijt die uiteindelijk 1mH opleverde

 

Met een LCR meter valt die inductie prima en redelijk nauwkeurig vast te stellen.

Met diezelfde meter probeerde ik ook de capaciteit van die spoel vast te stellen en daar schrok ik van. De meter gaf 2300pF aan.

Eigenlijk zou 1500 uH (1,5mH) een beter effect op dit zendertje geven maar ik zag op tegen nog meer windingen op die buis en zag ook op tegen de extra capaciteit die ik daarmee zou veroorzaken.

De resonantiefrequentie, men noemt dit de SRF (self resonating frequency) van deze spoel lag nu al op ruwweg 100kHz. Dat is wel erg laag.

Een Amerikaanse lezer van deze site (google translate doet wonderen) adviseerde me om Ferriet te gebruiken. Met gebruik van Ferriet kon ik met veel minder windingen toe. Vooral Ferriet ringkernen beval hij aan omdat zo’n ringkern weinig straling naar de omgeving laat zien.

 

 

Amidon 240-77

Ik koos een ferrietring FT240-77 voor mijn Ringkern Ferriet HF spoel. Die rinkkern biedt vanaf 500kHz al een hoge inductieversterking. De AL-waarde is 3,13 µH per winding kwadraat. Met 22 windingen zit ik op: 3,13*(22*22) = 1514 µH.

De inductiemeter geeft aan dat het klopt.

Maar helaas, ook nu geeft de LCR meter een hoge capaciteit aan voor die spoel.

 

 

Twee jaar later, een AM Zender met Buizen

Een AM zender met ook een Ringkern Ferriet HF spoel. Dit experiment betreft een AM zender met genoeg power om een kleine stad van muziek te voorzien. Er zit een 807 buis in de eindtrap (de PA).

Voor het PI filter naar de antenne wil ik op een ringkern een inductie van 140 uH maken. Dat is niet zo moeilijk maar als ik met de LCR meter de capaciteit van dit spoeltje meet schrik ik weer.

Ik kom weer uit op ruim 2000pF. Een veel te hoge waarde om een effectief doorlaatfilter, een PI-filter te kunnen fabriceren. In de praktijk kwam er maar een signaal van 5V uit dit filter in plaats van de ruim 25 volt die er uit zou moeten komen.

Ik ga op Internet zoeken naar een verklaring maar kan die in een avond zoeken niet vinden! ☹.

Maar de andere dag stuit ik per ongeluk op iets interessants. Met een LCR meter kun je geen capaciteit in een spoel meten!

 

De beperkingen van een LCR meter

Ik kwam onmogelijk hoog capaciteitswaardes tegen als ik met mijn LCR meter een spoel ging doormeten! Die meter werkte prima als ik er een condensator aan hing en daarom vermoedde ik dat hij ook goed werkte om de capaciteit van een Ringkern Ferriet HF spoel te meten.

Een grote vergissing!

Op een forum legt iemand uit dat je met een LCR meter prima inductie van een spoel, capaciteit van een condensator en weerstand van een weerstand kunt meten. Maar meer is het niet!

De LCR meter is ongeschikt om bijvoorbeeld de capaciteit van een spoel te meten!

 

 

Wat nu?

Hoe de capaciteit van Ringkern Ferriet HF spoel bepalen?

De oplossing hiervoor is redelijk eenvoudig.

Ik sluit een spoel (150uH, 7 windingen op ringkern 240-77) in serie met een weerstand van 330 ohm aan op mijn signaal generator. Die stel ik in op 5V en begin met een frequentie van 100 kHz. Over de weerstand sluit ik de Oscilloscoop aan.

Nu voer ik op de signaalgenerator de frequentie op en zie. De wisselspanning spanning over de weerstand wordt steeds kleiner. De impedantie van de Ringkern Ferriet HF spoel wordt groter bij oplopende frequentie van het signaal.

Tot ik bij een frequentie aankom van 850 kHz. Hierbij is de spanning over de weerstand het laagst.

Verhoog ik de frequentie dan neemt het signaalniveau over de weerstand weer toe.

 

Hoe de capaciteit van Ringkern Ferriet HF spoel bepalen 

Kortom, beneden 850kHz is de spoel vooral inductief en speelt de capaciteit een mindere rol. Boven 850 kHz wordt hij capacitief en speelt de inductie een mindere rol.

Bij 850kHz heeft de spoel zijn SRF punt. De capaciteit is dan te berekenen en komt uit op 235pF.

Dan verdubbel ik het aantal windingen. De spoel wordt dan 607 uH.   Maar het SRF punt blijft bij 850kHz optreden. De capaciteit is dus weer te berekenen en nu 58pF.

Bij verdubbeling van het aantal windingen op mijn Ringkern Ferriet HF spoel (=*2) is de capaciteit een factor 4 (=2^2) gedaald.

 

 

Meer windingen, minder capaciteit

Rara, hoe kan dit?

Enige verklaring kunnen we vinden in de gedachte dat elke winding een bepaalde capaciteit bezit ten opzichte van de naastliggende winding. Als we die capaciteiten veronderstellen met elkaar in serie te staan dan krijg je de volgende berekening voor de vervang capaciteit van 14 windingen ten opzichte van 7 windingen.

1/C-vervang = 1/C7wind + 1/C7wind  = 1/C-vervang= 2/235   C-vervang =235/2 = 117,5pF

Helaas is de uitkomst van deze berekening (117,5) twee maar zo hoog als de uitkomst van de meting (58). Deze verklaring voor de capaciteit van mijn Ringkern Ferriet HF spoel, daar schort dus nog wel iets aan.

Verder spitten.

 

 

Hoe werken spoelen?

Inductie

De grap is dat bij inductie in spoelen die inductie L ook het resultaat is van het aantal windingen in kwadraat ofwel N^2 * Al (Al= de inductie per winding van het ferriet materiaal dat je gebruikt).

Dus 7 windingen bij een Al van 3,1 geeft 7*7*3,1=150 µH.

En bij 14 windingen wordt het 14*14*3.1= 600 µH. (2 maal zoveel windingen, 2^2 = 4* zoveel inductie.  

De verklaring hiervoor is dat elke toegevoegde winding niet alleen zelf een magnetisch veld om zich heen verspreid maar daarbij ook alle andere windingen versterkt en zelf ook nog door alle andere windingen versterkt wordt.

Bijvoorbeeld 3 windingen geven 9 inductieve relaties met elkaar.

Die negen inductieve relaties staan met elkaar in serie en tellen zo bij elkaar op.

 

 

Reactantie (capaciteit) in mijn Ringkern Ferriet HF spoel

Hierbij doet hetzelfde verschijnsel zich voor op het gebied van capaciteit als hiervoor beschreven voor inductie. Bij drie windingen krijg je 9 capacitieve relaties en die staan in serie met elkaar. Bij 4 windingen worden dat 16 relaties, bij 5 windingen 25 relaties etc. etc.

De verklaring voor afnemende capaciteit in een Ringkern Ferriet HF spoel met beperkt aantal windingen bij toenemend aantal windingen is hiermee gegeven. Ook deze capaciteiten staan met elkaar in serie.

In formule:

Als 7 windingen 235pF opleveren is dat voor 1 winding 7^2 =49 * 235 =  11515pF .

Bij 14 windingen krijg je dan 11515/14^2 = 11515/196= 58,75pF.

In beide gevallen levert dat een SRF op van ongeveer 850 kHz en dat was wat ik tot mijn verbazing vaststelde in de praktijkmeting die ik hiervoor beschreef.

Overigens werkt het pas vanaf 2 a 3 windingen en zit er ook een einde aan het verhaal. Deze vuistregel voor de Ringkern Ferriet HF spoel gaat niet onbeperkt door. Het einde, na hoeveel windingen werkt het niet meer zoals hier beschreven, dat einde heb ik niet onderzocht.

Mijn conclusie is echter helder.

Bij 28 windingen neemt de capaciteit van de spoel af tot acceptabele proporties. Namelijk 11515/28*28 = 14,6 pF.

 

 

Conclusie:

Als je een HF spoel wilt wikkelen is het verleidelijk om hierbij een ringkern met een hoge Al waarde te nemen zoals de 240-77.

Maar als je met weinig wikkelingen je beoogde inductie al bereikt levert dat een spoel op met een heel hoge reactantie (=Capaciteit) EN DAARDOOR ZAL JE SCHAKELING WAARSCHIJNLIJK NIET FUNCTIONEREN ZOALS BEDOELD.

Om die reden heb ik voor mijn Pi filter nu Amidon 240-61 besteld met een Al waarde van 1,7. Dat levert in theorie 26,5 windingen op voor 120 µH. Ik ga het met 27 windingen proberen.

Amidon 240 61 ringkern ferriet hf spoel 12236uH en 086pF

Dit is hem geworden. 122 µH en een capaciteit van 0,86pF! 

Nu kijken hoe het PI filter met deze spoel het doet in DIY LPAM Zender
-
Koos Overbeeke

 

Terug van Ringkern Ferriet HF spoel naar De Radio Amateur div

  

Reactie van Site volgers


Jeroen

Gaat deze benadering ook op voor een luchtspoel? Het lijkt me van niet!

 

..Koos

Correcte opmerking Jeroen.

Nee, ik heb deze metingen ook in een experiment met een luchtspoel uitgeprobeerd.

Wel treedt een vergelijkbaar verschijnsel op. De capaciteit halveert bij twee maal zoveel windingen en dat is dus anders dan bij de ringkern ferriet hf spoel.

 

Mijn bevindingen bij dit experiment met een luchtspoel gewonden met flinke tussenruimtes na elke 100 windingen op een PVC pijp:

  1. De inductie neemt evenredig toe met het aantal windingen. Dus tweemaal zoveel windingen dan 2 maal zoveel inductie
  2. De capaciteit neemt tot een bepaalt moment af evenredig met het aantal windingen.

Ik kreeg bij:

60 windingen 162 µH en 2,5 pF. SRF= 7,9 MHz

120 windingen 320 µH en 1,25 pF. SRF = 7,9 MHz 

Maar hier bereikte ik wel het eindpunt. Bij deze spoel:

240 windingen  642 µH en 2,3 pF. SRF = 4,1 MHz  

en bij

400 windingen 1060 µH en 2,55 pF. SRF= 3 MHz.

Je ziet dat de capaciteit even snel afneemt als de inductie toeneemt maar op een bepaalt moment gaat die vlieger niet meer op en neemt ook de capaciteit toe.   

Een verklaring hiervoor heb ik niet maar ik nodig iedereen uit die het weet om die verklaring hier te delen op de pagina van de geheimen van een Ringkern Ferriet Hf Spoel.

 

 

Jouw reactie en/of vraag
Je persoonlijke gegevens zoals email adres worden niet op de site vermeldt!