Belastbarkeit / Sättigung Doppellochkern rechnerisch oder experimentell bestimmen

  • Hallo,


    ich möchte einen kleinen Stockton-Richtkoppler für QRP bis 5 W CW auf einem Doppelloch-Ringkern realisieren (also beide Transformatoren auf demselben Kern), ähnlich wie das Steve Webber hier gezeigt hat:


    http://kd1jv.qrpradio.com/butterfly/digiswr.HTM


    Es gibt noch mehrere andere Baubeschreibungen, die das auf einem solchen Kern realisieren, und bei QRP scheint das trotz der fehlenden Trennung zwischen den beiden Transformatoren gut zu funktionieren.


    Nun würde ich aber aus Platzgründen gerne den kleineren Amidon / FairRite Kern BN43-2402 statt BN43-202 verwenden.


    SM7UCZ hat das auch schon gemacht:


    http://www.sm7ucz.se/Tuning_indicator/Tuning_indicator.htm


    Nun würde ich aber gerne entweder rechnerisch oder experimentell validieren, dass ich damit bei 5 W CW zurecht komme, ohne den Kern in die Sättigung zu bringen.


    Der Stockton-Koppler hat jeweils ein Windungsverhältnis von 1:9.


    Wie messe oder berechne ich das am besten? Ich muss nicht genau wissen, welche Leistung der Kern verträgt, sondern nur, ob ich den Koppler sicher mit 5 W CW verwenden kann und ggfls. in welchem Frequenzbereich (nur 80-10m relevant).


    Für einfache Ringkerne gibt es ja einige Tools, aber für Doppellochkerne habe ich keine gefunden.


    Das Datenblatt des Kerns ist hier:


    http://www.mouser.com/ds/2/150/2843002402-474350.pdf


    Die Schaltung meines Detektors füge ich bei.


    Ich hatte als einfachen Praxistext gedacht, einen Draht durch ein Loch des Kerns zu stecken, auf der einen Seite mit 50 Ohm gegen Masse abzuschließen und auf der andere Seite 5W Dauerstrich zu geben und dann zu schauen, ob der Kern warm wird oder nicht.


    Was ist der beste Weg?


    Vielen Dank für Eure Tips!


    73 de Martin, DK3IT

  • Hallo Martin,


    wichtig sind u.a. auch die Induktivitäten der 1:N Wicklungen und somit Z L2 bei f_min.
    Wie Du sicherlich gesehen hast liegt eine Induktivität parallel zur Antennenseite und bildet dort einen Lastwiderstand Z = Z antenne || Z L2.


    In 2012 hatte ich mit dem BN43-202 einen QRP Richtkoppler aufgebaut und vermessen, dabei kannte ich den Trick aus US Patent 6140887 noch nicht.


    Anbei einige PDF aus diesem Beitrag.
    Die TRX- und ANT-Anschlüsse erhalten jeweils zur Kompensation einen hochwertigen Kondensator; in meinem Aufbau ein Stück RG-188CU.
    Dieses lässt sehr sehr leicht auf eine beliebige Länge kürzen.


    D.h. also, ich hatte mich über die (Strom-)Sättigung des Kerns für den BN43-202 bei N
    = 10 Windungen entschieden.

  • Hallo Uwe,
    danke!


    Hallo Martin,
    wichtig sind u.a. auch die Induktivitäten der 1:N Wicklungen und somit Z L2 bei f_min.
    Wie Du sicherlich gesehen hast liegt eine Induktivität parallel zur Antennenseite und bildet dort einen Lastwiderstand Z = Z antenne || Z L2.


    Ja - bei 9 Windungen und AL laut


    http://toroids.info/BN-43-2402.php


    von AL=1440 +/- 20 % / uH=(AL*Turns2)/1000


    wären das 1440*81/1000= 116 uH


    Ich vermute aber, dass dieser recht hohe AL-Wert mit einer Windung als Durchführung durch beide Löcher gemeint ist, wie man das bei einem HF-Trafo mit Doppellochkern normalerweise macht.


    Ich werde das mal am lebenden Objekt messen.


    Falls die Angabe allerdings stimmt, wären das bei 7 MHz etwa 5k Ohm, parallel zu 50 Ohm Lastimpedanz, die Gesamtimpedanz wären also 1/((1/50) + 1/5000)) = 49.5 Ohm, von den resultierenden


    I = SQRT(P/R) = SQRT(5/49.5)= 317 mA bei 5 W


    fließen dann mit I1 = Igesamt - I2
    und
    I2 / I1 = R1 / R2


    => I2 = R1/R2 * (Igesamt - I) = 1/100*317mA - 1/100*I2
    =>
    I2 = 3.17mA*100/101= 3.13 mA


    durch L2.


    Bei einer Fehlanpassung natürlich mehr, aber das wird nicht mit 5W stattfinden, sonst ist die Endstufe evtl. auch hin.


    Bei offenem Abschluss (fehlende Antenne) wären es bei 7 MHz und 5 W


    I = SQRT(P/R) = SQRT(5/5000)=31,7 mA immer noch U/Z = 15.8/5000 3.16 mA.


    Aber wie gesagt, das macht auch der QRP-Tx vermutlich nicht gerne mit.


    Stimmt das, oder habe ich das falsch verstanden?


    Hallo Martin,


    D.h. also, ich hatte mich über die (Strom-)Sättigung des Kerns für den BN43-202 bei N
    = 10 Windungen entschieden.


    Hast Du eventuell mehr Details, wie Du dies ermittelt hast?


    Ich habe gelesen, dass ich sowohl die Sättigung als auch die Erwärmung beachten muss. Letzteres ist ja nicht so schwer, indem ich den gesamten Richtkoppler mit 50 Ohm abschließe und 5 W Dauerstrich gebe und die Erwärmung des Kerns messe / fühle.


    Aber die Sättigung?



    Martin

    Einmal editiert, zuletzt von DK3IT ()

  • Kennst Du schon den Mini-Ringkernrechner ?


    http://www.funkamateur.de/nach…tails/items/FA151026.html
    http://www.dl0hst.de/mini-ringkern-rechner.htm


    Den Mini-Ringkernrechners solltest Du mal versuchen.


    Dann die Induktivität (f min) und max. Spannung = Wurzel(Pmax * Rlast) eingeben und die Sättigung und die Temperatur beachten.


    Lass auch noch Reserven für Fehlanpassung.


    Der BN43-2402 ist zu klein für diese Leistung, er wird in Mischern etc. eingesetzt.
    Sagen wir mal max. +16 dBm.

    73 de Uwe
    DC5PI

  • Hallo Uwe,
    nochmals danke!


    Den Ringkernrechner habe ich, allerdings hilft er mir nicht weiter. Direkte Daten für Doppellochkerne kennt er leider nicht. Außerdem bin ich mir nicht ganz sicher, ob die Flux-Berechnung, die er verwendet, bei einem Richtkoppler wirklich passt. Ich habe mal die Flächen der BN-XX-2402 und BN-XX-202 berechnet; im Prinzip handelt es sich um zwei Halbkreise, ein Rechteck minus die beiden Löcher:


    BN-XX.2402 21.494822 mm**2
    BN-XX-202 64.246348 mm**2


    Ich werde mich dem ganzen jetzt experimentell nähern, weil ich einen analytischen Ansatz bisher nicht gefunden habe.


    Zumindest gibt es kommerzielle Richtkoppler, die mit deutlich kleineren Kernen bis 1.5 W belastbar sind, z.B. diesen hier:


    https://cdn.macom.com/datasheets/MACP-011038.pdf


    Martin

  • Außerdem bin ich mir nicht ganz sicher, ob die Flux-Berechnung, die er verwendet, bei einem Richtkoppler wirklich passt.


    Damit meine ich, dass das Magnetfeld im Kern ja vom Strom und nicht der Spannung abhängt, die Formeln für die Flussdichte, wie z.B. von


    http://www.robkalmeijer.nl/tec…l/1985/page496/index.html


    Urms* 10^8
    B = ---------------
    4.44 *f * N * Ac


    aber nur von der Spannung abhängen. Bei einem Transformator, bei dem der gesamte Spannungsabfall an der Primärwicklung liegt, leuchtet mir das ein. Bei einem Stockton-Richtkoppler liegt die Primärwicklung des Stromtransformators (also die eine Windung) aber in Serie zur Lastimpedanz. Der Gesamtstrom hängt also von der Summe aus Induktivität der Primärwindung und der Last ab, und der Spannungsabfall an der Primärwicklung vom Verhältnis dieser beiden.


    Deshalb vermute ich, dass der Ansatz, den der Mini-Ringkernrechner für die Flussdichte verwendet, hier nicht passt, lerne aber natürlich gerne hinzu.



    Übrigens: Wenn man im Mini-Ringkernrechner berechnet, welcher Flux bei einer Windung durch einen FT82-43 bei 7 Mhz und 15 Vrms (5W) entsteht, sind das 19.6 mT bei erlaubten 5.7 mT für diesen Kern. Das leuchtet mir nicht ein und auch alle anderen Stockton-Beschreibungen verwenden weit kleinere Kerne für deutlich größere Leistungen.


    Beim Spannungstranformator des Stockton-Kopplers, der parallel zur Last/Antenne liegt, sind wir uns einig. Gerade bei niedrigen Frequenzen könnte es hier ein Problem geben, das hat übrigens auch Owen Duffy am Original-Stockton-Paper kritisiert:


    http://owenduffy.net/blog/?p=9150


    Hier muss also die Induktivität groß genug sein, damit der größte Teil des Stroms über die Last fließt und nicht über den Kern. der Strom, der durch die Primärwicklung fließt, klein bleibt.


    Ich werde als mal messen, welche Induktivität bei 9 Windungen auf einem BN43-2402 zusammenkommen.


    5 W ohne Last würden den Kern wohl überfordern. Aber nur dann würde die Formel aus dem Mini-Ringkernrechner meinem Verständnis passen, weil die gesamte Leistung über die Primärwicklung des Spannungstransformators ginge. Korrektur: Das tut sie, allerdings ist Z so hoch, dass eben keine 5W bei der gegebenen RF-Spannung abfallen.


    Auch bei Lasten mit einer sehr hohen Impedanz könnte es Probleme geben. Aber man stimmt bei einem QRP rig ja auch nicht mit 5 W ab. Korrektur: Für den Spannungstransformator ist das egal.


    73 de Martin, DK3IT

    Einmal editiert, zuletzt von DK3IT ()

  • Hallo,
    ich habe gerade gesehen, dass Elecraft beim T1-Tuner, an dessen SWR-Detektor ich mich angelehnt habe, ähnliche Probleme hatte:


    Zunächst hatten sie für beide Transformatoren des Stockton-Kopplers FT37-Kerne eingesetzt. Beim Spannungstransformator hat sich das bei ungünstigen Anpassungen als zu klein erwiesen:


    http://www.n5ese.com/t1_atu.htm


    Daher haben sie eine Modifikation empfohlen, den zweiten Kern mit einem zusätzlichen FT37 zu verstärken.


    Elecraft hat bestätigt, dass ihrer Ansicht nach eine Verstärkung des zweiten Kerns ausreicht:


    http://www.n5ese.com/t1_atu_feedback.htm


    und die Messung dadurch nicht wesentlich beeinträchtigt wird.


    Man wird sehen, bis zu welcher Leistung ich hier mit dem BN43-2402 klarkomme, ob ich auf den BN43-202 wechseln muss, zwei getrennte Kerne verwende, oder eine andere Lösung finde.


    Martin, DK3IT

  • Wenn der Übertrager in die Sättigung geht, müsste sich doch die Ausgangsleistung vermindern.
    z.B.:
    Eingangsleistung: 1W => Ausgangsspannung an 50 Ohm 2V
    Eingangsleistung: 2W => Ausgangsspannung an 50 Ohm 4V
    Eingangsleistung: 3W => Ausgangsspannung an 50 Ohm 5V => Sättigung


    Oder habe ich hier einen Denkfehler?


    73
    Steffen
    DJ5AM

    73

    Steffen

    DJ5AM

  • Hallo, ich habe gerade gesehen, dass Elecraft beim T1-Tuner, an dessen SWR-Detektor ich mich angelehnt habe, ähnliche Probleme hatte: Zunächst hatten sie für beide Transformatoren des Stockton-Kopplers FT37-Kerne eingesetzt. Beim Spannungstransformator hat sich das bei ungünstigen Anpassungen als zu klein erwiesen: http://www.n5ese.com/t1_atu.htm Daher haben sie eine Modifikation empfohlen, den zweiten Kern mit einem zusätzlichen FT37 zu verstärken. Elecraft hat bestätigt, dass ihrer Ansicht nach eine Verstärkung des zweiten Kerns ausreicht: http://www.n5ese.com/t1_atu_feedback.htm und die Messung dadurch nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Man wird sehen, bis zu welcher Leistung ich hier mit dem BN43-2402 klarkomme, ob ich auf den BN43-202 wechseln muss, zwei getrennte Kerne verwende, oder eine andere Lösung finde. Martin, DK3IT

    Ich war damals Feldtester für den T1. Das Problem war etwas anders gelagert, es hatte nicht mit Sättigung zu tun sondern mit dem Verhalten der Nutzer: Wayne hatte den T1 auf 20W spezifiziert. Wir Feldtester sind ja alle nah an der Praxis, kennen unsere AFU Kollegen und haben daher den T1 mit 40W getestet, einige sogar noch mit deutlich mehr. Dabei erhitzt sich der Draht auf Grund seines ohmschen Widerstandes entsprechend der eingesetzten Leistung, nicht weil der Kern in die Sättigung geht.

    73/2 de Peter, DL2FI
    Proud member of Second Class Operators Club SOC and Flying Pig Zapper #OOO (Certificated Kit Destroyer)


  • Hallo Steffen,


    danke - im Prinzip ja, aber: Die beiden Trafos im Stockton-Koppler erzeugen ja Kleinspannungen, die dem Strom und der Spannung an der / zu der Last entsprechen. Man kann also nicht einfach so messen, wie z.B. bei einem 1:9 Übertrager für eine endgespeiste Antenna (also zwei hintereinander schalten und Einfügedämpung messen).


    Wenn der Kern bei einem Stockton-Richtkoppler in die Sättigung geht, passiert meinem Verständnis nach folgendes:


    - Die Induktivität aller Wicklungen nimmt ab. Beim Stromtransformator spielt das im Primärkreis zunächst keine Rolle, die Einfügedämpfung würde hier vielleicht noch etwas kleiner.
    - Das Transformationsverhältnis entspricht nicht mehr dem Wicklungsverhältnis, die Messung der Spannungen für FWD und REF wird also fehlerhaft und damit auch die VSWR.
    - Die Primärwicklung des Spannungstransformators wird wegen der geringeren Induktivität durch die Sättigung erheblich niederohmiger (verhält sich also in Richtung einer baugleichen Luftspule). Da diese parallel zur Last liegt, wird das ein Problem, sobald die Impedanz dieser Spule deutlich kleiner wird als sagen wir mal 300 - 500 Ohm.


    Der letzte Punkt ist das eigentliche Problem, weil dann plötzlich die Antennenleitung niederohmig gegen Masse kurzgeschlossen wird. Dann kommt nichts mehr an der Antenne an und der dünne Kupferdraht des Spannungstransformators wird durchbrennen, weil er für diese Stromstärken zu dünn ist. Wenn das passiert ist und die Endstufe das überlebt hat, ist wieder Ruhe ;)


    Für meine Schaltung bzw. die Grundfrage, bis zu welcher Leistung man einen BN43-2402-Kern für einen Stockton-Koppler mit 1:9 verwenden kann, gibt es damit folgende Probleme:


    1. Der Punkt der Sättigung kommt bei Ferriten ziemlich plötzlich. Für ein zuverlässiges Design müsste man den Abstand zu dieser kritischen Kondition kennen.
    2. Der Flux im Spannungstransformator hängt von der angeschlossenen Last ab. Bei einer Fehlanpassung größer als 50 Ohm steigt der Strom, der durch den Spannungstransformator fließt, an. Korrektur: Nein, der Strom hier hängt nur von RF-Spannung und Z ab.
    3. Wegen der Streuungen beim Kernmaterial und bei der Wicklungstechnik kann es beim Nachbau Probleme geben, weil die Induktivtität geringer als berechnet ist.



    Ich hoffe, ich habe das richtig verstanden.


    Ob ich den Bn43-2402 verwenden kann, hängt also von folgenden Aspekten ab:


    1. Welche Induktivität hat die Primärwicklung des Spannungstransformators mit 9 Wicklungen tatsächlich und wie streut dies?
    2. Wird der Kern bei 5 W mit 50 Ohm Last merklich warm?


    Eigentlich würde ich das ganze gerne aber immer noch rechnerisch lösen.


    Ich kenne habe folgende Daten:


    a) Querschnittsfläche des Kerns
    - BN-XX.2402 21.494822 mm**2
    - BN-XX-202 64.246348 mm**2
    b) Länge des Kerns:
    - BN-XX.2402 6.2 mm
    - BN-XX.202 14.35 mm
    c) Permeabilität: 800
    d) Al-Wert (wobei noch nicht ganz klar, ob eine Windung durch beide oder nur durch ein Loch zählt): 1275
    e) Wicklungsanzahl: 9
    f) Induktivität rechnerisch und gemessen: gemessen ca. 80 uH
    g) Leistung_max und daraus Vrms - 5 W -> 15 Vrms
    h) Impedanz der Last 50 Ohm, anzunehmen zwischen 25 und 100 Ohm (*)
    i) Strom, der durch die Primärwicklung des Spannungstransformators fließt
    Ergibt sich aus dem Widerstandsverhältnis von Last und Impedanz der Induktivität und der Frequenz der Reaktanz der Wicklung und der RF-Spannung, siehe spätere Posts.


    Max bei minimaler Frequenz (7 MHz) und hochohmiger Last bei SWR 1:2 -> 100 Ohm Impedanz der Last..


    Der Ringkernrechner gibt als maximalen Fluß 5.7 mT für das Material 43 an, dazu habe ich aber keine Datenblattangaben gefunden.


    (*) Zur Analogie mit dem T1-Tuner von Elecraft: Mein SWR-Indikator soll direkt an QRP-Transceivern angeschlossen werden, die i.d.R. keinen Schutz vor zu hohem SWR haben; deshalb kann man davon ausgehen, dass das SWR bei 5 W maximal 1:2 betragen wird. Das ist beim T1 natürlich anders: Wenn er eine ideale Kombination sucht, sind auch sehr hohe SWRs möglich, und je nach Transceiver wird man dazu 2.5 W oder mehr verwenden müssen, weil man gar nicht weiter herunterregeln kann.


    Über jede Korrektur und vor allem Hinweise zu einem rechnerischen oder sauberen experimentellen Ansatz für meine Designentscheidung wäre ich sehr dankbar.


    Eine Notlösung wäre es, einen Bruene-Koppler einzusetzen, der das Problem des Spannungstransformators nicht hat, so wie das beim MicroSWR gelöst wurde:


    http://www.qrpproject.de/Media/pdf/MicroSWR.pdf


    Aus Gründen der Genaugkeit wollte ich aber eher einen Stockton-Koppler versuchen.



    mni tnx fer info es support!


    73 de Martin, DK3IT

    2 Mal editiert, zuletzt von DK3IT ()

  • Hallo Martin,


    zu:
    a) wenn ich mich richtig erinnere ist es doch das Volumen des Kern für die Kernsättigung ausschlaggebend, also cm³.


    d) immer "rein" und wieder "raus" sagt etwas aus. Sorry für den Reim.


    e) warum 9 Wdg.?
    Damit ist dann die Stromauskopplung 1/9 des Eingangsstroms im Spannungs- und Strommesszweig.
    Somit ist die Auskoppeldämpfung a = -20 * log(1/n) = 15,6dB ; n = 9, R = 50Ohm


    f) so ein Ringkern hat keine konstante Induktivität, man findet 20% Toleranz in den Datenblättern und diese Schwankt auch noch mit f und Temp.


    Den Mini-Ringkernrechner hatte ich aufgeführt, da man mit den gelisteten FTxy-43 Ferritkernen ein Vergleich über das Volumen mit dem BN43-202 anstellen kann.


    http://www.amidon.de/contents/de/d656.html
    http://www.micrometals.com/materials_index.html

    73 de Uwe
    DC5PI


  • a) wenn ich mich richtig erinnere ist es doch das Volumen des Kern für die Kernsättigung ausschlaggebend, also cm³.


    Ja, deshalb wundert mich ja auch, dass in der Formel aus


    http://www.robkalmeijer.nl/tec…l/1985/page496/index.html
    http://www.robkalmeijer.nl/tec…-dl/1985/page496/eq01.jpg


    nur die Querschnittsfläche des Kerns vorkommt - dann würde es aber keinen Sinn machen, Ringkerne zu stapeln, um die Belastbarkeit zu steigern




    d) immer "rein" und wieder "raus" sagt etwas aus. Sorry für den Reim.


    Ich gehe auch davon aus, dass dieser Wert von der Reichelt-Webseite für eine Windung durch beide Bohrungen gilt, aber das läßt sich leicht messen. Auch PA7MAA hatte hier mal eine Diskussion mit anderen, wie das zu zählen sei:


    http://pa-11019.blogspot.de/20…tenna-for-40-10m-qrp.html
    vs.
    http://owenduffy.net/blog/?p=9581&



    e) warum 9 Wdg.?
    Damit ist dann die Stromauskopplung 1/9 des Eingangsstroms im Spannungs- und Strommesszweig.
    Somit ist die Auskoppeldämpfung a = -20 * log(1/n) = 15,6dB ; n = 9, R = 50Ohm


    Ich verwende einen ATTiny85 zur Messung, der eine interne Referenzspannung von 2.56V anbietet.
    Also versuche ich, dass die FWD- und REF-Spannungen gleichgerichtet und geglättet bei 5 W bei ca. 2.5 V liegen.


    Die Berechnung habe ich nach https://dl6gl.de/amateurfunk/s…ektur-der-diodenkennlinie vorgenommen:


    Ipeak = SQRT((2*Peff)/Rlast)


    Beispiel 10 W = SQR(20/50)= 0,64A
    Beispiel 5 W = SQR(10/50) = 0,45A


    FWDpeak = R1 / N*√(2*P/RL)
    REVpeak = 1/N * √(2*P*RL)


    Wichtig ist, dass ich hier mit der Spitzenspannung arbeite und nicht mit Urms, weil ja der Spitzenwert am Eingang des ATTiny landet (je nach Details des Detektors).


    So komme ich auf 1:9 als das Windungsverhältnis, mit dem ich den ADC-Bereich am besten ausnutze.



    f) so ein Ringkern hat keine konstante Induktivität, man findet 20% Toleranz in den Datenblättern und diese Schwankt auch noch mit f und Temp.


    Dazu gibt es übrigens vom Hersteller ein Statement, in dem er sagt, dass das Material 43 nicht hinsichtlich der Induktivität qualitätskontrolliert wird.





    Den Mini-Ringkernrechner hatte ich aufgeführt, da man mit den gelisteten FTxy-43 Ferritkernen ein Vergleich über das Volumen mit dem BN43-202 anstellen kann.


    Danke, das sehe ich. Aber dazu bräuchte ich immer noch einen rechnerischen Ansatz, um die Sättigung
    - in einem Doppellochkern,
    - der als Stockton-Richtkoppler genutzt wird
    - aus obigen Angaben
    zu bestimmen.


    Ich werde jetzt erstmal meine Hausaufgaben machen, also


    - die tatsächlichen Induktivitäten der Wicklungen am realen Kern messen
    und
    - schauen, ob sich der Kern bei 2.5 oder 5 W merklich erwärmt.


    In der Zwischenzeit freue ich mich immer noch über Tipps.



    Der T1 verwendet aber eben T37-43 für bis zu 20W, das Norcal-SWR/Power-Meter einen BN43-202 (mit einem Verhältnis von 1:10) für bis zu 10 Watt:


    http://www.norcalqrp.org/files/NorCal_Power_Meter_Rev_1D.pdf


    und SM7UCZ berichtet, allerdings ohne besondere rechnerische oder experimentelle Analyse, dass bis 5 W auch der kleinere BN43-2402 genügen würden:


    http://www.sm7ucz.se/Tuning_indicator/Tuning_indicator.htm


    agn mni tnx fer info es support!


    73 de Martin, DK3IT

  • Hallo Martin,


    Ich rechne das etwas anders und betrachte die Spannung am Diodengleichrichter / Atmel ADC.


    Code
    Us = SQRT(2*P * Rlast) = SQRT(2)*SQRT(P * Rlast) ; ok
    dann durch das Transformationsverhältnis 1:N folgt:
    U's = Us / N ; an Diodengleicrichter


    Beispielrechnung 1:
    Für P = 5 Watt, Rlast = 50R und N = 10 (exp.):

    Code
    Us = SQRT( 2 * 5 V*A * 50 V/A ) = SQRT( 2 * 5 * 50 V² ) = SQRT( 500 V² ) = 22,4 V
    U's = 22,4 V / 10 = 2,24 V


    Beispielrechnung 2:
    Wählt man Rlast = 200E, also eine Fehlanpassung, sieht das Ergebnis schon etwas anders aus.
    Immer unter der Voraussetzung, dass Fdiode(x) = n*x + m; mit x = P - eine lineare Funktion ist.
    Für P = 5 Watt, Rlast = 200R und N = 10 (exp.):

    Code
    Us = SQRT( 2 * 5 V*A * 200 V/A ) = SQRT( 2 * 5 * 200 V² ) = SQRT( 2000 V² ) = 44,7 V
    U's = 44,7 V / 10 = 4,47 V


    Dann geht das nicht mehr mit den ADC Eingang, der Umax < 2,50V messen kann.
    Also sind die Fehlanpassungen:
    a) < 50R und
    b) > 50R
    auch zu betrachten!

    73 de Uwe
    DC5PI

  • Hallo Uwe,
    vielen Dank für Dein klares Beispiel und sorry für meine kryptischen Formeln, die ich aus einem Textentwurf herauskopiert hatte.


    Zur HF-Spannung bei Fehlanpassung: Bis Du sicher, dass ein normaler Transceiver bei einer Last von 200 R überhaupt noch 5 W liefern kann? Also, ich meine natürlich einen ohne automatischen Antennentuner. Wenn man meine Schaltung an einem KX2/KX3 an den Ausgang nach dem ATU anschließen würde, hat man natürlich ein Problem. Aber wenn ich jetzt eine einfache Endstufe wie in einem Mountain Topper, Rockmite oder was auch sonst habe, wird dann nicht der Spannungsabfall an einer hochohmigen Fehlanpassung maximal gleich bleiben?


    Nach Deiner Rechnung müssten am Antennenausgang eines Transceivers ja 316 V herauskommen, wenn man statt einer Antenne einen 10k-Widerstand anschließt - wohlgemerkt ohne Impedanzwandler.


    Und die Widerstände, an denen beim Stockton-Koppler die gemessenen Spannungen für FWD und REF anfallen, bleiben ja fest auf 50 R. Was sich ändert ist


    a) der Strom, der durch die Primärwicklung des Stromtransformators fließt und
    b) die Spannung, die an der Primärwicklung des Spannungstransformators anliegt Korrektur: Diese Spannung hängt eigentlich nur von der Sendeleistung ab, weil sich der Tx ja nicht automatisch an eine andere Impedanz anpasst,


    Mein Link oben war übrigens falsch, korrekt ist:


    https://dl6gl.de/amateurfunk/s…ektur-der-diodenkennlinie


    Daran habe ich mich gehalten. Bisher scheint mit auch sehr nachvollziehbar, wie DL6GL das rechnet. Bei 1:9 komme ich auf eine Auskoppeldämpfung vn 20*LOG(1/N) = -19.1 dB. 19.1 dB.


    Martin

    2 Mal editiert, zuletzt von DK3IT ()

  • Hallo Martin,


    das ist ein reines Gedanken und Rechenbeispiel, ohne eine reale Antenne oder einen TRX, mit einzubeziehen sein.


    Es sollte nur zeigen, dass man bei Änderung von Rlast = 50 R auf 200 R sich die Spannung verdoppelt.
    Desweiteren sollten die Berechnungen noch "einfach" sein.


    Was auch nicht betrachtet wärde, ist das Verhalten eines Ferrit-Kerns als Übertrager, wenn er nicht mehr mit einem rein ohmischen Widerstand (Generator und Last) klar kommen muss.
    Also Zlast = a + ib und a ~ 50, b <> 0.
    Nach meiner Erfahrung benötigt man etwas "mehr" Reserven in der Kerngröße.

    73 de Uwe
    DC5PI

  • Daran habe ich mich gehalten. Bisher scheint mit auch sehr nachvollziehbar, wie DL6GL das rechnet. Bei 1:9 komme ich auf eine Auskoppeldämpfung von 20*LOG(1/N) = -19.1 dB.


    Hier ist noch ein kleiner Fehler, eine Auskoppeldämpfung von -19,1 dB wäre eine Verstärkung.


    Also Auskoppeldämpfung a = -20 * LOG(1/N)
    mit N1:N2 = 1:9 ergibt sich:
    a = -20 * LOG(1/9) ~ 19,1 dB

    73 de Uwe
    DC5PI

  • Hallo,


    Elecraft hat/hatte übrigens ein Wattmeter W1 im Programm, das angeblich bis 140W geeignet ist und einen Stockton-Koppler auf einem Doppelloch-Kern verwendet, der meiner Vermutung nach ein BN43-302 von Amidon/FairRite ist


    http://www.elecraft.com/manual/W1_Power_Meter_Rev_D.pdf


    Er ist ähnlich dem BN43-202, nur ca. 4 mm kürzer.


    Das wäre für mein Projekt noch eine Alternative.


    Erstaunlich finde ich allerdings, dass Elecraft dieses Design bis 140W spezifiziert.


    Martin

  • Es gibt übrigens auch noch einen kürzeren Kern aus derselben Serie:


    Bei Amidon heißt er BN-43-1502,


    http://toroids.info/BN-43-1502.php


    bei FairRite 2843001502,


    http://www.mouser.com/ds/2/150/2843001502-474308.pdf


    Da wäre auch noch eine Alternative zum BN43-2402.


    Noch immer möchte ich den kleinsten Kern nutzen, der mit etwas Puffer nicht in die Sättigung gerät und das am liebsten rechnen und nicht über die Erwärmung in der Applikation abschätzen. Wer weiß, wie das geht?


    Die Geometrie der Kerne habe ich.


    Martin

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  • Hallo,


    inzwischen bin ich wieder etwas weitergekommen.


    1. Mir leuchtet inzwischen ein, dass die Länge des Kerns in der Formel für die Flussdichte nicht vorkommt, weil ein längerer / höherer Kern ja auch von einem längeren Leiter durchflossen wird. Für die Sättigung sollte es also nur auf die Querschnittsfläche, nicht auf die Länge ankommen. BN43-202 ist dann zu BN43-302 und BN43-1502 äquivalent.


    2. Ein längerer/höherer Kern erwärmt sich aber weniger durch Verluste im Kern.


    3. Wenn man die Formel aus http://www.robkalmeijer.nl/tec…l/1985/page496/index.html anwendet:


    Code
    def peak_flux_density(v,f,n,ac):
        '''Returns the flux density
        v - rms voltage in volt
        f - frequency in Hz
        n - turns
        ac - torroid area in cm**2'''
        b = (v * 10**8)/(4.44*f*n*ac)
        return b


    erhält man den beigefügten Verlauf für beide Kerne.


    4. Nun ist aber die Frage, welcher Flux für das Material 43 noch zulässig ist. Im Fair-Rite-Datenblatt ist die Permeabilität für B > 10 G (= 1 mT) spezifiziert. Der Mini-Ringkernrechner nennt 5.7 mT als Obergrenze (= 57 Gauss).


    Wenn man die Grenze von 10 G zugrundelegt, ist der BN43-2402 nur bis etwa 0.7 W geeignet ist und geräte danach in die Sättigung.
    Die Obergrenze von 5.7 mT erreicht keiner der Kerne mit 5 W bei 7 MHz.


    5. Die Fragen und Probleme hören hier aber nicht auf ;)


    a) Wenn man einen Doppellochkern als Stockton-Koppler nutzt, spielt die Geometrie vermutlich eine Rolle; die Primärwicklung des Spannungstransformators nutzt ja nur die eine Hälfte; die höchste Fluxdichte dürfte dort an der Außenseite des Kerns liegen. Es könnte sein, dass der Kern hier nur so belastbar ist, wie ein einfacher Ringkern mit diesem Außendurchmesser und Innendurchmesser. Die für die Berechnung zu nutzende Fläche wäre dann drastisch kleiner.
    Hier gerät man ziemlich sicher in Bereiche, die analytisch sehr kompliziert werden.


    Ich habe trotzdem mal hilfsweise gerechnet, wenn der Spannungstransformator nur auf einer einzelnen Ferrithülse mit den Maßen des BN43-2402 gewickelt wäre (Außendurchmesser 4.2, Innendurchmesser 1.7mm). Dann erreicht man 1 mT bei 10 mW und 5.7 mT bei ca. 3.1 W.


    Die Wahrheit liegt vermutlich zwischen diesen Extremen.


    b) Im Stockton-Koppler ist der Spannungstransformator parallel zur Last geschaltet. Zwar liegt an diesem dieselbe Effektivspannung an, die Ströme teilen sich aber zwischen Last und Spannungstransformator nach dem Verhältnis ihrer Impedanz bei der gegebenen Arbeitsfrequenz auf. Die Formel oben berücksichtigt das aber nicht und stellt nur die Situation bei fehlender Last dar.


    c) Bei einer Fehlanpassung kommen zum Effektivwert vom Transceiver noch Spannunggwerte aus den Reflexionen hinzu. Da ich ein maximales SWR von 1:2 annehme, kann man diese aber beziffern.


    Also: Neue Erkenntnisse, neue Fragen ;)


    Man sieht aber: Das Problem der minimalen Kerngröße ist absolut nicht-trivial.



    73 de Martin, DK3IT