Meetbrug HF-Messungen für den Funkamateur

Mooi dat het werkt flash2b. Ik was toch benieuwd of er grote verschillen zijn in gebruik van verschillende kernen en opbouw dus ik heb nog wat zitten testen met verschillende uitvoeringen. Alle metingen bij 1Mhz gedaan. Ik gebruik als diode een OA80 en heb geen C over de meter. Potmeter is vervangen door 2K2 lin.

Eerst mijn Amidon 43 materiaal kern (Al=500) vervangen door een willekeurige kern van "ontstoor" ferriet (Al=8000). Ook hier een mooie dip tot nul bij 47,150 og 560 Ohm. Met een blokgolf (5Vpp)minder diepe dip, maar wel bruikbaar.

Mijn drie draden voor de spoeltjes waren getwist, bij jou een stukje bandkabel. Dus mijn Al=8000 kern gewikkeld met een stukje bandkabel. Ook nu nog een dip tot vrijwel nul, bij een blokgolf minder diep (maar wel dieper als bij getwiste draden).

Misschien toch een fout in de meetopstelling zoals je schreef. Krijg je nu ook dip bij 150 Ohm?

Type kernmateriaal (samenstelling) is vrijwel niet te bepalen. Wel kun je de Al bepalen om een eerste indicatie te krijgen. Met metingen (SWR en/of Return-Loss) kun je er achter komen of een trafo of balun bruikbaar is voor het doel wat je voor ogen hebt. Verder is informatie zoals op de website van PE1ABR erg nuttig bij het bepalen. Mijn ervaring is dat willekeurig ferriet met een middelhoge Al (80 - 800) goed bruikbaar is voor trafo's en balun's in het HF bereik (160 tot 10 meter).

Ik heb er ook even een in elkaar gestoken. Kon het niet laten. Een ringkern uit een Fritzel 1:6 balun. Potmeter 1K lineair.
7 wikkelingen getwist.

Even het TTY pocket scoopje mee naar beneden genomen en een belkin generatortje wat sinus en blok tot 100 kHz kan maken en twee potmeters, een 500 Ohm met bnc aansluiting en en een 1k met banaanstekkers.

Krijg hem tot 1k netjes genuld. Tenminste op de scoop die 10mV per divisie doet op zijn 2,5 cm beeldbuisje. Bij een blok blijven er grote spikes over. Ook even een 220 pF varco met bnc er op gezet. Dan doet hij helemaal niks. Als ik er een T stuk opzet met de varco op 220pF aan de ene en de potmeter aan de andere kant op 300 Ohm dan nult hij niet meer maar dipt wel. De nul wordt minder vanaf 100 pF (op 100 kHz, dus j16000)

Kortom even leuk gespeeld. Ik zou er nog een varco bij zetten zodat je de reactantie er uit kan halen. Dan kun je bv ook de reactantie van condensators op werk frequentie meten. Als je dat doet zoals in mijn link met een offset Ctje dan kun je inductief ook nog van capacitief scheiden (en krijg je het equivalent van mijn GR-1603

Vandaag heb ik wat metingen uitgevoerd aan de hand van het PE1ABR verhaal van de link van Schimanski.

Allereerst een ijzer kern uit een ATX voeding. Onder het verf is het een licht glimmend materiaal wat eruit ziet als normaal ijzer.

Met 10 windingen gaf het dit resultaat:

Dan een kern die als ontstoring uit een printer kwam. Hij veel donkerder als de vorige.

Met 10 windingen gaf het dit resultaat:

Hier zijn beide kernen naast elkaar

Volgens de formule is de A_L van de linker dus 80 en de rechter 497. Dat zijn hele lage waarden !!

Mag ik de conclusie trekken dat deze kernen, en vooral de linker niet geschikt zijn voor HF?
Ook de Q waarde van de linker is lager, die moet toch hoog zijn voor minder verlies?
De linker kern is zichtbaar van ijzer, maar de rechter ziet er heel anders uit. Is dat het ijzer met kleipoeder dan?
Waar halen jullie betaalbare ferriet kernen, die dingen zijn nogal duur > EUR 1.5/st. ?

@flash2b:

De linker kern, waar zat deze precies? Had deze een stel wikkelingen waar de +12V en +5V doorheen gingen? Of werd deze gebruikt in het 3.3V circuit?

Ik heb er namelijk ook een liggen met dezelfde kleurstelling en dit is speciaal materiaal voor zogenaamde "magamp" toepassingen. Ongeschikt om als impedantie trafo te gebruiken. De rechter lijkt mij een gewone ontstoorkern.

Met ferrieten kan je wel gaan recyclen maar als je geen goede methode hebt om de A_l te meten zou ik deze eigenlijk gewoon kopen, dan weet je de specificaties.

Hier haal ik ze vandaan:
http://barendh.home.xs4all.nl/Indexned.htm

http://barendh.home.xs4all.nl/Catned/Cat_ferriet.htm
http://barendh.home.xs4all.nl/Catned/Cat_amidon.htm

En ja de grote kosten een paar euro's maar scheelt je zoveel geklooi en zeker voor een apparaat wat je gebruikt om te meten wil je eigenlijk alle onzekerheden weg halen.

Leuk schema trouwens, ik ga eens wat kernen bestellen en er ook mee aan de slag.

Ik lees op de site van PE1ABR dat de µ een constante is van het ferriet materiaal, terwijl A_L de relatieve zelfinductie van één specifieke kern, een parameter waar alle gegevens inzitten van kern dikte, kernlengte en µ van het kernmateriaal inzit. Vreemd vind ik dat in de link van Squant, dan vervolgens alleen de µ wordt gespecificeerd, en de A_L dus niet!

De linker kern kwam uit een ATX voeding, en zat secundair met de wikkelingen van de 12V en 5V. Niet in het 3.3V, daar zat een veel kleinere.

De rechter zat in een (canon) printer, en daar liep een dubbel rood snoer een aantal keer omheen.

Nog even een (domme) vraag. Blijft ferriet nou wel of niet hangen aan een sterke magneet?

(ik heb nog zo'n staaf uit een hele oude radio, maar waar die is?, dat is zeker ferriet want dat zei mijn vader altijd)

Ja dat is inderdaad een onhebbelijkheid van Barend Hendriksen, alleen een mu waarde. Wat ik doe is gewoon in de ferroxcube catalogus kijken en de kernmaterialen opzoeken, daar staan dimensies bij met de A_l waarden bij. Uiteraard is mu al voldoende informatie om beetje te achterhalen voor wat voor type kern je voor een bepaalde toepassing je nodig hebt.

Trouwens die ferroxcube datasheet/catalogus staat best wel wat informatie voor welke frequentie gebieden bepaalde materialen geschikt zijn.

http://www.elnamagnetics.com/wp-content/uploads/catalogs/Ferroxcube/ca…

De rechter is een typische ontsporingsspoel (paar keer een draad doorheengewikkeld) dus lijkt mij voor jouw toepassing niet geschikt. Ik vind de lage A_l waarde wel vreemd, op welke frequentie meet je dit?

Ferriet blijft hangen aan een magneet, er zit tenslotte redelijk wat ijzer in en dat is ferromagnetisch (wordt aangetrokken door een magneet). Paar andere elementen hebben die eigenschap zoals cobalt, nikkel en nog een paar elementen en element legeringen.

Voor deze toepassing (een transformator) moet je een gesloten, magnetisch circuit hebben, een torus (ring) is dus de meest ideale vorm hiervoor. Een staaf is niet geschikt, dat is geen gesloten magnetisch circuit.

Gemeten op 100Hz, conform de beschrijving van de site van PE1ABR. (zie screen shots).

Op de site stond dat je voor de A_L waarde gebaseerd op de inductie met 10 windingen een lage frequentie moest gebruiken. Daardoor heb ik mijn LCR meter op 100Hz ingesteld.

Van die staaf snap ik, ik wist niet zeker of die rechter ook ferriet was maar na lezen van dingen op internet ben ik er wel zeker van. Vandaar die staaf omdat ik daar al van wist dat die van ferriet was.

Als je de µ_r van het materiaal kent, en de afmetingen van de ring, dan is de A_L gemakkelijk te bepalen.
Stel dat je er 100 windingen op zou leggen: de L is dan A_L uH. Maar de L is ook gewoon µ n² A / len.
Als de buitendiameter van de kern a is, de binnendiameter b en de hoogte (dikte) c, alle in millimeter, dan is hieruit af te leiden dat:

A_L = 4 µ_r c (a-b) / (a+b)          (A_L in µH/100 wdg; a, b en c in mm)

Voorbeeld: Van een T130-2 kern is a= 33, b= 19,8, c= 11,1 mm; µ_r= 10.
A_L = 4 × 10 × 11,1 × (33-19,8) / (33+19,8)= 111 µH/100 wdg

De opgegeven waarde voor een T130-2 voor A_L is 110. De formule werkt dus aardig.

e: Andersom kan natuurlijk ook. De A_L kun je met een proefspoeltje meten. Daarna kun je de µ_r van het materiaal uitrekenen met

µ_r = A_L (a+b) / (4 c (a-b) )

FET, dat is handige info. Ik kan het nodige aan parameters en natuurlijk de afmetingen meten maar daarna is het in tabellen en catalogussen zoeken naar een spelt in een hooiberg. Met die formule kan ik hopelijk wat meer achterhalen. Ik heb een doos vol ferriet en de meeste onbekend. Nu meet ik de Al met een draadje met gouden lemo pinnen aan het eind. Die kan ik een paar keer om een ringkern leggen en dan in een fixure prikken. Als ik denk dat het wat zou zijn dan meet ik L, Rs en kijk op de vna wat hij doet op werkfrequentie bij RF.

Ik heb ook de resonantie metingen zoals die pdf van die link beschrijft, behoorlijk wat keer gedaan om L en Q te berekenen maar dat is toch wat lastiger dan het lijkt. Hij maakt daar ook een fout in het bepalen van de totale capaciteit. Het is echter best bruikbaar om het soort kern te bepalen. Dan komt het niet op een paar %.

Voor power toepassing kijk ik ook of en wanneer hij verzadigd.
Ik kan dat voor dutycycle / stroom testen maar ook BH curves en IV curves maken.

Flash, ik heb gisteren even deel 1 van de pdf van die site gelezen.
Daar staat uitgelegd wat je wil weten. Over harde en zachte magneet materialen (zacht blijft niet gemagnetiseerd), samenstelling, weerstand van het materiaal, er bestaan tegenwoordig bv goedkope chinesche ijzerpoeder kernen waar ze dat erg letterlijk hebben genomen. Die zijn gemaakt van ijzervijlsel, dat is een materiaal dat gemagnetiseerd kan blijven , wat niet handig is, maar ook heel veel wervelstroom verlies geeft door de lage Ri .

Ook staat er het nodige over het lijmen van kernen.

Als je dit wil maken om ook echt wat zinnigs mee te doen dan zou ik hem echt met een varco uitbreiden. Dan kun je R en jX splitsen. Je kan er dan echt zinnige dingen mee. Als je nu iets hebt wat bv 10 Ohm -j4000 is dan krijg je het waarschijnlijk niet gemeten. Maar het ligt er aan wat je wilt.

Hier heb je wat voorbeelden van wat ik bedoel:
http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2013/04/STX-107-p5.jpg

En als je het manual van de GR-1603 opzoekt heb je een echte impedantie brug als voorbeeld.

Wat ook erg leuk is als je meer in dit veld wilt experimenteren is de manier waarop vroeger impedantie werd gemeten. Dat is de zogenaamde 3 voltmeter methode. Ik wil het ook nog eens doen. Ik heb ergens een pdf waar dat precies incl wiskunde wordt uitgelegd en een excel vel waar je de resultaten invult zodat je niet hoeft te rekenen. Ik heb het wel eens iets in die geest gedaan maar dan met een stroom probe en actieve magnitude vna-probe aan een vna.
Fet weet vast hoe dat precies moet. Even uit mijn hoofd: je zet een weerstand in serie met je impedantie. Meet de spanning van de bron, de spanning over R en de spanning over de impedantie. Daarmee kun je de magnitude en fasehoek berekenen en van daaruit weer R+jx.
De HP vector voltmeters werkte op dat principe.

[Bericht gewijzigd door Henry S. op woensdag 29 januari 2014 20:12:45 (0%)]

Op 28 januari 2014 20:36:41 schreef flash2b:
Waar halen jullie betaalbare ferriet kernen, die dingen zijn nogal duur > EUR 1.5/st. ?

Bakelaar en Kent, grotere hoeveelheden bij Amidon in Duitsland en Kits&parts in de VS.

@Fred, post aub geen posters

@Frederick E. Terman:
Erg handige informatie! Bedankt voor de duidelijke uitleg, scheelt veel gezoek, de inverse operatie is ook erg handig.

@fred101:
Bedankt voor de "poster" en de andere eigenschappen waar je op let. Zeker voor power toepassingen zoals SMPS enzo handig. Je ziet ook dat je test fixture ook net zo belangrijk is voor het meten als je meet instrument.

Ik ben zelf in de weer met een oude Q meter (marconi TF1245 met een TF1246 generator) om spoelen voor resonant laden te karakteriseren maar ook wat nuttige informatie uit te halen. Sinds gisteren een stevige stabiele test fixture gemaakt en dat scheelt veel in de repeatability van een meting. Voor hogere frequenties zal ik toch wat zinnigers moeten maken zoals een klein "eenmalig" PCB waar ik de test mee doe.

Nu mijn ratio metric hall sensors (AH3503) zijn binnen gekomen, heb ik al weer extra ideeën om mee te experimenteren. Zat aan een combinatie van spoel-hall overbrenging te denken.

Dat is het leuke, door het boek kom je steeds meer te weten en hier op CO als vraagbaak nog véél meer.

De info van FET ga ik ook nog 'controleren' maar dan zou ik ook een kern met een gedocumenteerde µ voor moeten hebben. Nou goed via de inductie kan je dus zowel naar de A_L als de µ komen, mits de meting een beetje nauwkeurig is.

Ook nog op de 'planning' en colpits oscilator, zoals rbeckers schreef. Vond deze. Wil nou ook wel eens een 'echt' HF bouwsel met 'het koper aan de verkeerde kant' bouwen.

Er zijn nog andere LC oscillatoren dan Colpits.
Je kunt er een buffer achter zetten, de frequentie regelbaar, en wat PI of T-verzwakkers...

Dead bug is leuk om te bouwen.

rbeckers (of andere)

De Colpits oscillator (zie link hierboven) werkt. Nu wik ik echter een 50 ohm buffer driver erachter. Vandaag geëxperimenteerd met een JFET (BF245B) erachter, maar het is me niet gelukt.

De oscillator bleef lopen, maar versterking ho-maar.

Dit is mijn signaal wat uit de oscillator komt:

Edit:
Ik denk dat ik weet dat het niet werkte, BF245 pinout is niet hetzelfde als de BF244 pinout. Ik ga morgen weer verder proberen.

Ter verificatie, dit had ik erachter gezet:

De info van FET ga ik ook nog 'controleren' maar dan zou ik ook een kern met een gedocumenteerde µ voor moeten hebben.

Je kunt het prospectus van Amidon wel gebruiken; dieis op internet eenvoudig te vinden, en daarin staan van alle ringen de µ_r en de A_L.

De oscillator bleef lopen, maar versterking ho-maar.

Ik neem aan dat je geen spanningsversterking verwacht van je sourcevolger?
De uitgangsweerstand van de BF245 zal een paar honderd ohm zijn; ik verwacht dus dat de spanning over 50 ohm ruwweg 10 à 15% zal zijn van de ingangsspanning op de gate.

Een buffer hoeft vaak ook geen spanningsversterking te hebben.
Achter een oscillator zorgt een buffer er voor dat die oscillator stabieler is. Variaties op de uitgang van een buffer bereiken de ervoor zittende oscillator veel zwakker.

@FET
Nee, ik was op zoek naar een buffer. Maar helaas kwam er maar een 12mV signaal uit, dat komt dus doordat ik mijn pin out niet goed had opgezocht.

@rbeckers
Ik probeer het vandaag nog te controleren met bovenstaande schakeling.

Ik heb de gebouwde Colpits oscillator uitgebreid met een buffer. Ik wil namelijk een load van 50Ω aan kunnen sturen, en met alleen de oscillator lukt dat natuurlijk niet.

Het totale schema ziet er nu zo uit:

Ik heb de buffer eerst op een breadboard getest op 1MHz en hij werkte goed. Daarna hem ik hem op de print van de colpits erbij gezet.

Gelukkig had ik nu de juiste pin out gevonden voor mijn BF245A. Alles lijkt te werken echter ik krijg een vreselijke amplitude modulatie op de uitgang ná de buffer. Ook gaat het geheel soms in de 'stress' en komt er helemaal geen sinus meer uit. Ik heb met mijn scope op 'infinite' het volgende plaatje gemaakt waar de modulatie zichtbaar op is.

Mijn scope stond op foutief 10X, dus het signaal is in werkelijkheid 10X groter wat aardig klopt met de waarde die FET had uitgerekend. De uitgang in deze meting is met 50Ω feed-through afgesloten.

Hoe kom ik van die AM modulatie af, en wat kan ik veranderen om de schakeling niet in de stress te laten gaan ?

Ik heb zowel labvoeding als batterij voeding gebruikt. Met batterij voeding was de storing wat minder maar wel aanwezig. De modulatie van de amplitude aanwezig met beide.

Ik weet dat ik kwa opbouw de buffer beter rechts van de oscillator had kunnen bouwen.

Zet een 100nF over de voeding.

Is dit nu een heel ander project? Bij de brug mat je met 1MHz, nu zitten we in de metergolven.

Zet de tijdbasis eens zo dat je die modulatie kunt zien. Dan weten we of het wel echt modulatie is, en kunnen we een goede slag doen naar de oorzaak.

Pas trouwens met de sourcevolger op voor oscilleren. Hij ziet tenslotte een vrij zware capacitieve belasting op zijn uitgang (een C in serie met - voor hem - bijna geen weerstand).

Het belangrijkste is de voeding, de manier van bouwen en beheersen van omgevings parameters.

De tank moet componenten met een zo hoog mogelijke Q hebben. Dat betekent zo min mogelijk verlies.

Elke variatie in de voeding veroorzaakt een amplitude verandering.

Een tor die warm wordt verandert in Vbe en Ic en dan is er nog het miller gebeuren waardoor ook FM ontstaat.(dat zit er bij jou ook wat bij)

Condensators kunnen een vreselijk spannings en tempco hebben. Als je een ceramische X5R X7R etc zou gebruiken dan zorgen spanningsveranderingen over de condensator voor een veranderende capaciteit. (en ik zie geen zwarte randjes boven de Ctjes dus ik denk niet dat je N0P gebruikt)
Nog nooit geprobeerd maar zou zo'n ding in theorie als varicap bruikbaar zijn. Spoelen met kern materiaal veranderen in zelfinductie door stroom verandering.

De omgeving speelt een rol. Het beste scherm je hem helemaal af. Tussen spoel en geleidende metaal vlakken hou je het best minimaal een spoel diameter ruimte (anders verlies je magneetveld in het metaal tgv wervelstroom) Maar ook mechanisch moet het zo stabiel mogelijk zijn.

Ik zie dat jij ook de Nussbaum rondjes gebruikt Ik maak ze met een puntlas freesje en jij ?

@rbeckers
Net nog even een extra 100nF aangebracht, maar helaas geen verbetering.

@FET
rbeckers wees me erop dat ik voor de meetbrug beter een sinus oscillator kon gebruiken. Mijn funktie generator gaat maar tot 4MHz, dus vandaar dat ik de brug wil uitbreiden met een Colpits oscillator.

Met een digitale scope is modulatie moeilijk te zien. Als ik het beeld stop zet, dan zie je geen modulatie. Vandaar dat ik 'infinite' heb gebruikt.

Het klopt wat Fred101 zegt, ook de fase gaat heen en weer. Dus het is AM en FM.

Wat is een betere buffer dan, ipv source volger?

@Fred101
De voeding is op dit moment een verse batterij. Maar ook met een labvoeding is het aanwezig.

Mijn condensators zijn allen keramisch (behalve de elko). Ik dacht dat die het beste waren voor HF.

Het colpits deel is stabiel, ik kan de frequentie met indrukken van de spoel zelfs tweaken. Maar kwa frequentie is hij best stabiel.

Ik heb een holle tegel boor gebruikt. Had dat op een site gelezen, maar ook in het boek staat hoe je van een houtboor met een dremel nussbaum rondjes kan maken.

Ik moet zeggen dat deze manier van bouwen zeer snel is zeg! Binnen no time staat de schakeling op het PCB, sneller als met een breadboard. Ik probeer ook alles goed vast te solderen, ja het draadje tussen de osc en de buffer had beter gekund.

@allen
Momenteel hangt mijn probe in 10X modus aan dat draadje tussen de twee delen (vóór de 2pF). De buffer uitgang zit via een coax en 50Ω aan de scope op de andere ingang.

Als ik de probe los gooi, dan gaat de hele schakeling in de 'stress' ik bedoel dan is de output geen sinus meer, maar een stuiter op en neer.

Volgende stap is een weerstand in serie met de 2pF.
Kijk in de datasheet van de fet naar de gatecapaciteit. Tel daar 5pF bij. Bij een gegeven frequentie geeft dat een bovengrens van die weerstand.

Mijn condensators zijn allen keramisch (behalve de elko). Ik dacht dat die het beste waren voor HF.

Er zijn heel goede keramische condensators maar er zijn meer beroerde soorten dan goede. Voor oscillators is styroflex goed op wat lagere frequenties en mica goed in het MHz gebied. Lucht is nog beter.

http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor

Kijk bij class 1, dat zijn de gene die jij moet hebben.
Hier lees je iets over het volt coëfficiënt bij condensators. Er zijn er bij waar de capaciteit een paar 100% verandert.
www.vishay.com/docs/40144/capchange.pdf‎

Met een digitale scope is modulatie moeilijk te zien. Als ik het beeld stop zet, dan zie je geen modulatie. Vandaar dat ik 'infinite' heb gebruikt.
Het klopt wat Fred101 zegt, ook de fase gaat heen en weer. Dus het is AM en FM.

Aan dit plaatje is niet zo goed te zien wat er aan de hand is. Een beetje brom bij het signaal bijvoorbeeld levert ook zo'n beeld op. Heb je het signaal al eens beluisterd?

Wat is een betere buffer dan, ipv source volger?

Met een enkele trap tegelijk bufferen en naar 50 ohm is een vrij grote stap.
Goede isolatie krijg je bijvoorbeeld met een cascodetrapje. De uitgangsweerstand daarvan is hoog; vaak zie je dat er dan gewoon een trafootje gebruikt wordt (4 op 1 of zo). Dat blijft een stevige misaanpassing, maar dat is juist de bedoeling.
Om bruikbare milliwatts te maken komt er dan nog een klein vermogenstrapje achter, maar of dat voor je brug nodig is is de vraag.
Een voorbeeld van qrp.pops.net zie je hier: vfo en buffer; uitgangstrap.