Resonansfrekvens: varför stämmer det inte?

[Spisblinkaren]

Hej!

Jag har en högtalarspole på runt 130uH med en DC-resistans (Rcu) på knappt 0,15 Ohm.

Jag försöker bygga en ULF-sändare på 4,7kHz med denna spole (XL=3,8 Ohm) och får då att när jag mäter spolen och avstämningskondensatorn (10uF bipolär elyt) så får jag ett ynkligt Q-värde på runt 3 bara.

MEN XL/Rcu blir på hela 25 eller tom mer i Q.

Så VARFÖR har jag så dåligt Q-värde?

Är det nåt fel på att nyttja elyt som avstämningskonding, eller?

MVH/Roger
PS
Q-värdet är så ynkligt att när jag driver sändarspolen med fyrkant från en strömgenerator så blir signalen över tankkretsen (dvs LC-kretsen) inte sinus utan nästan fyrkant, med lite Q skall ju fyrkantsignalen bli till fin sinus SAMTIDIGT som det rusar Q gånger mer ström i dom båda benen, har jag fått lära mig

[Icecap]

Elektrolyter har höga ESR-värden när frekvensen stiger en aning.

[Oskar]

Förhållandet L till C är också viktigt enligt min erfarenhet. C blir i ditt fall groteskt stort för att få rätt resonansfrekvens, och det är inte bra. Jag skulle tro att det blir bättre med minst en faktor 10 större induktans. Då kan du också enkelt hitta kondensatorer med bättre egenskaper.

[Spisblinkaren]

Elektrolyter har höga ESR-värden när frekvensen stiger en aning.

Precis detta blev jag att tänka på bussen idag.

Vad jag först räknade på var

\(Q_L=\frac{X_L}{R_{cu}}\)

vilket är Q-värdet för spolen, medans jag blev att tro att

\(Q_C=\frac{X_C}{ESR}\)

är Q-värdet för kondensatorn där XL och XC är samma vid resonans (3,8 Ohm, typ).

Rcu var ju knappt 0,15 Ohm vilket gav QL>25 medans jag som sagt bara får Qtot~3 på LC-kretsen där jag tror att lägst Q "vinner" så ESR kan eventuellt spela roll här.

Jag är nu sugen på att mäta upp min bipolära 10uF-lyt och kolla vilken impedans jag får vid 4,7kHz, eventuellt är alltså ESR uppe i runt 1 Ohm vid den här låga frekvensen.

Som jag ser det så kan det inte vara nåt annat än ESR-problem, men jag vet naturligtvis inte.

Ett annat trick man kan ta till är annars att parallella med 1uF plast och testa.

För om det inte är ESR, vad kan det då vara?

MVH/Roger

[xxargs]

R kommer också att öka pga. skinn-effekt och proximity-effekt i spolar med allt högre frekvens vilket gör att om du kör stor konding och liten induktans så blir det mycket ström och därmed stor dränage. Det gäller att ha balans även i detta och precis som mycket annat finns det en sweet-spot (killgissar här att när impedansen är lika på båda komponenterna vid önskad frekvens så har man maximal effektivitet ala effektmatchningslagen - ja om man inte har system med extrem lågförlust som kristaller med en lastbils vikt studsar mot en mygga som fjädring mot en bergvägg...

frekvensen kommer också att röra på sig när R-delen är stor i den totala resonansen.

det finns anledning varför man använde litz-tråd på lägre frekvenser och att använda kärnor i spolar för att försöka förbättra situationen.

För (mycket) högre frekvens med enkel-lagrig spole så kunde man göra avsevärd förbättring Q-mässigt om man skippade i rund-tråden och istället använde tunna kopparband i den enkel-lagriga spolen - man kunde gå från typ 35-65 till över 200 i Q-värde på en sådan sak...

[Spisblinkaren]

Förhållandet L till C är också viktigt enligt min erfarenhet. C blir i ditt fall groteskt stort för att få rätt resonansfrekvens, och det är inte bra. Jag skulle tro att det blir bättre med minst en faktor 10 större induktans. Då kan du också enkelt hitta kondensatorer med bättre egenskaper.

Också en intressant ide', tack!

Jag vet inte riktigt vad jag håller på med när det gäller mitt ULF-projekt men en sak inbillar jag mig att jag förstår, det är ampere-varven (NI) som ger magnetfältet (H) så det gäller att knö in så många Ampere som möjligt med så många varv som möjligt.

Nu är det bara som så att induktansen ökar typiskt med N^2 (solenoid) och när induktansen ökar så ökar också motståndet mot strömmen.

Därför anser jag det är bättre med relativt få varv för att med måttlig spänning (och reaktans) kunna trycka ut många Ampere-varv och därför stort magnetfält.

Men jag är väldigt osäker kring den här teorin.

Idag har jag en situation där min nuvarande 9V-sändare levererar såpass mycket effekt så att min i dagarna fintrimmade mottagare (går inte att trimma mer anser jag, eventuellt med undantag för högre Q hos mottagarspolen) piper hörbart på 1m.

Detta duger inte, jag vill ha hörbart på 5m.

Om vi säger att sändaren är punktformig på dessa frekvenser så behöver jag alltså en (portabel) sändare som är 25ggr starkare (i effekt, väl?)

Nu kan jag heller ingenting om antenner så där kanske man kan fiska lite, sändarantennen är alltså nu själva högtalarspolen och mottagarantennen är själva den mångvarviga (typ 1000 varv 0,30mm) solenoid-spolen på 1cm ferritstav för tuning.

Tacksam för tips!

MVH/Roger
PS
Vet inte riktigt hur man räknar med olika Q men om man slarvar lite kan kanske QL/Qtot=25/3 ge 8ggr högre signal om Qtot kan förbättras upp till 25. Jag vet inte alls om detta är relevant men 8^2=64...Bara så att jag inte framstår dummare än jag är så är ju Q resonansfrekvensen delat med bandbreddsgränserna (-3dB), det sägs också, enligt min skollitteratur, vara "Lagrad energi"/"Förlorad energi".

[Spisblinkaren]

R kommer också att öka pga. skinn-effekt och proximity-effekt i spolar med allt högre frekvens vilket gör att om du kör stor konding och liten induktans så blir det mycket ström och därmed stor dränage. Det gäller att ha balans även i detta och precis som mycket annat finns det en sweet-spot (killgissar här att när impedansen är lika på båda komponenterna vid önskad frekvens så har man maximal effektivitet ala effektmatchningslagen - ja om man inte har system med extrem lågförlust som kristaller med en lastbils vikt studsar mot en mygga som fjädring mot en bergvägg...

frekvensen kommer också att röra på sig när R-delen är stor i den totala resonansen.

det finns anledning varför man använde litz-tråd på lägre frekvenser och att använda kärnor i spolar för att försöka förbättra situationen.

För (mycket) högre frekvens med enkel-lagrig spole så kunde man göra avsevärd förbättring Q-mässigt om man skippade i rund-tråden och istället använde tunna kopparband i den enkel-lagriga spolen - man kunde gå från typ 35-65 till över 200 i Q-värde på en sådan sak...

Nu förstår inte jag riktigt vad du skriver men jag tycker det är jätteintressant.

Skin-effekt på 4,7kHz, njae, det tror jag inte på

Proximity-effekt vet jag inte vad det är för nåt, har aldrig hört talas om det (men samtidigt aldrig riktigt sysslat med radio).

killgissar här att när impedansen är lika på båda komponenterna vid önskad frekvens så har man maximal effektivitet ala effektmatchningslagen

Det är klart dom är lika, Xc är per definition lika med XL vid resonans det är det som är resonans, dom har egentligen bara olika tecken vilket genererar "avbrott" i en parallell-resonanskrets.

Men storleken på L relativt C har betydelse, åtminstone vad gäller villkoret för att det skall bli resonans (häri ingår då Rcu).

Kollar för skoj skull min skollitteratur:

\(R_{Cu}<\sqrt{\frac{L}{C}}\)

för att resonans skall kunna ske.

Det finns en graf i skollitteraturen också som säger att Rcu bör vara << sqrt(L/C) för att wo skall bli 1/sqrt(LC), annars blir resonansfrekvensen lägre.

Så Rcu bör alltså vara << än "karaktäristiska impedansen" (Zo) som det också kallas.

Litet L ger ju genast mindre Zo vilket i sin tur gör att Rcu måste vara mindre.

Fast i det här fallet tror jag det handlar om ESR.

det finns anledning varför man använde litz-tråd på lägre frekvenser och att använda kärnor i spolar för att försöka förbättra situationen.

Vad har litz-tråd med låga frekvenser att göra?

Används inte sånt på just fler-lagriga spolar för höga frekvenser pga skin-effekten där man kan fördela strömmen i flera kardeler som typ var mindre än skin-djupet i diameter?

Allmänt känt är ju att enkel-lagriga spolar använder försilvrad tråd för höga frekvenser av samma anledning.

MVH/Roger

[YD1150]

Hur många varv är det på din sändarspole?

Har du testat att minska lite på duty-cycle så att du låter slutsteget
gå i mer liknande klass C, att du matar resonanskretsen med kortare pulser?
Som en gunga i lekparken.

Elektrolyter brukar inte vara så bra i resonanskretsar.

[Hedning]

Enklare än att räkna är att använda ett "Reactance Chart"
(hoppas det i bilagan går att läsa).
Impedansvärden som funktion av rimliga komponentvärden syns tydligt.

[Spisblinkaren]

Hej Hedning och tack för din fina karta!

Tyvärr tycker jag inte den stämmer alls.

Jag kör t.ex ungefär 130uH och 10uF och knappar man in det på räknaren får man ungefär 4,5kHz (vilket är nära dom 4,7kHz jag svamlar om).

MEN om man tittar i din trevliga karta och går in under 130uH (som tyvärr knappt syns) samt går ner till 5kHz så får man först att reaktansen är större än 10 Ohm vilket inte stämmer ty knappt 4 Ohm samtidigt som man får att kondensatorn skall vara runt 3uF vilket inte heller stämmer för den skall vara 10uF.

Så ibland lönar det sig att räkna själv istället för att förlita sig på hur andra har räknat

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Hur många varv är det på din sändarspole?

Har du testat att minska lite på duty-cycle så att du låter slutsteget
gå i mer liknande klass C, att du matar resonanskretsen med kortare pulser?
Som en gunga i lekparken.

Elektrolyter brukar inte vara så bra i resonanskretsar.

Jag skulle gissa att antalet varv hos högtalarfilter-spolen är runt 100.

Annars känner du ju mig, vad vet jag om Klass C

Jag kör en ungefär 50%d-c astabil vippa diskret byggd mha CMOS och ett par NPN för Schmitt, jag vet inte ens hur jag skulle kunna justera d-c, jo vänta man kan använda dioder i återkopplingen och styra Tupp/Tur.

Fast vad tjänar jag på det?

För det första fattar jag inte varför jag får AC (ungefär +/-5V med ett 9V-batteri) när jag matar spolen med DC-strömpulser via en strömgenerator.

Men jag antar att vad som händer är att när jag släpper på ström så vill inte spolen ta emot den utan inverterar i potential liksom den gör när jag försöker stänga av ström för det vill den inte heller så genom att pumpa DC in på spolen så får jag ut AC över spolen.

Minst sagt intressant

Bifogar en bild på hur kasst spänningen U(L) över spolen ser ut, det borde alltså vara ren sinus om Q är tillräckligt stor men just nu är signalen långt ifrån det och det är denna signal jag "sänder" med.

MVH/Roger
PS
Kan man få mer än +/-batterispänningen över spolen?

[Hedning]

Diagrammet stämmer tyvärr, kanske din användning inte är vad det är tänkt för.
Välj frekvens och EN impedans, ut kommer L och C. Om produkten av dom är den
samma är resonansfrekvensen det också men du har valt att gå så långt bort
i värden att andra nya problem dyker upp. 5 kHz och t.ex. 1 kOhm ger 30 nF och
30 mH men du är inte i närheten av det. Sen ska du ha en rimligt hård/lös koppling
till resonanskretsen för att kunna ta ut effekt utan att belasta den för då åker Q
ner i källaren igen.

[Spisblinkaren]

Diagrammet stämmer tyvärr, kanske din användning inte är vad det är tänkt för.
Välj frekvens och EN impedans, ut kommer L och C. Om produkten av dom är den
samma är resonansfrekvensen det också men du har valt att gå så långt bort
i värden att andra nya problem dyker upp. 5 kHz och t.ex. 1 kOhm ger 30 nF och
30 mH men du är inte i närheten av det. Sen ska du ha en rimligt hård/lös koppling
till resonanskretsen för att kunna ta ut effekt utan att belasta den för då åker Q
ner i källaren igen.

Mycket intressant att höra, tack!

Lite smårättelser bara vad gäller mina värden:
L~130uH
C~10uF

\(f_0=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}\)

som du ju vet men om man sätter in mina värden så får man 4,4kHz vilket är rätt nära dom 4,7kHz jag svamlar om, speciellt när lyten ju kan ha +/-50% i tolerans.

Räknar man på reaktans får man

\(X_L=2\pi fo L\)

dvs 3,6Ohm vid 4,4kHz som jag nu korrigerat det till.

Jag gillar verkligen din kommentar och försöker inte var bättre på nåt sätt men din graf säger >10 Ohm och det stämmer uppenbarligen inte.

5 kHz och t.ex. 1 kOhm ger 30 nF och
30 mH men du är inte i närheten av det. Sen ska du ha en rimligt hård/lös koppling
till resonanskretsen för att kunna ta ut effekt utan att belasta den för då åker Q
ner i källaren igen.

Här förstår jag inte vad du säger.

Jag har en uppenbar om än låg-Q-ig resonans vid runt 5kHz med 130uH och 10uF så vadå "inte i närheten av det", vänligen utveckla för jag tycker detta är mycket intressant.

Sen ska du ha en rimligt hård/lös koppling
till resonanskretsen för att kunna ta ut effekt utan att belasta den för då åker Q
ner i källaren igen.

Antar att det är här antenner kommer in i bilden MEN vad jag gör när jag testar mitt taskiga Q är att jag kör dessa runt 5kHz igenom 100 Ohm och mäter över tankkretsen.

Borde vara ganska benignt speciellt när reaktansen vid resonans är mindre än 4 Ohm.

Och även om jag kanske mäter fel genom att nyttja ett så litet motstånd som 100 Ohm så ska bara inte signalen se ut som den gör med rimligt Q, det skall liksom bara finnas typ fo ut som "ren" sinus.

Bifogar senaste schemat på min KAM.

MVH/Roger
PS
Jag köper vad du säger Hedning men om jag inte ens belastar tankkretsen så ska Q-värdet väl rimligen vara som bäst samtidigt som jag precis provat att parallella 10uF Bipolär Elyt med 1uF Plast, men fick PRECIS samma skit-Q dvs 3 Så ESR-problem kan vi stryka Observera att spolen har ett Q-värde på runt 30 så där nånstans borde man landa.

[MadModder]

Skinneffekten vid 5kHz är ca 0,9mm för koppar. Det skulle nog inte ens påverka dina gem där.

[Spisblinkaren]