Ringkernen in afgestemde kringen 2
In het eerste deelartikel hebben we gezien dat de zelfinductie van een ringkernspoel heel gemakkelijk te berekenen is, als we de AL-waarde van de ringkern kennen.
De formule was: L = AL × N2 (in nH)De AL-waarde wordt bepaald door de afmetingen van de ringkern en door het materiaal waarvan deze gemaakt is. De keu7e van het materiaal bepaalt bij welke frequentie de ring-kern gebruikt kan worden (dit geldt ook voor schroefkernen).
Bij zeer lage frequentie kan massief ijzer als kernmateriaal gebruikt worden (trafoblik in nettrafo's), in het audiogebied ijzerpoeder (gemengd met een bindmiddel), bij hoge frequenties carbonylijzer en bij zeer hoge frequenties de ferrieten; ferrieten zijn "gemengde oxides" van (meestal) ijzer en een ander metaal.
De paarse 4C6 ringkernen van Philips (verkrijgbaar bij o.a. Stuut en Bruin, Den Haag) zijn ferrieten met een permeabiliteit van ca. 120; de AL-waarden staan vermeld in tabel 1 en zijn alleen nog afhankelijk van de afmetingen. In dezelfde tabel zijn opgenomen de ringkernen H20 en H32 (VRZA-Verkoopbureau) en enkele veel gebruikte Amidonringkernen (verkrijgbaar bij Elektronikawinkel, Amsterdam).
| nr. | type | AL | herkomst | afmetingen (mm) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 4C6 | 160 | Philips | 36 × 23 × 15 |
| 2 | H20 | 100 | VRZA | 10 × 6 × 4 |
| 3 | 4C6 | 83 | Philips | 23 × 14 × 7 |
| 4 | 4C6 | 53 | Philips | 14 × 9 × 5 |
| 5 | H32 | 32 | VRZA | 10 × 6 × 4 |
| 6 | 4C6 | 29 | Philips | 9 × 6 × 3 |
| 7 | 4C6 | 19 | Philips | 6 × 4 × 2 |
| 8 | T80-3 | 18 | Amidon | 20 × 12,5 × 6,4 |
| 9 | T68-2 | 5,7 | Amidon | 17,5 × 9,4 × 4,8 |
| 10 | T50-2 | 5,0 | Amidon | 12,7 × 7,7 × 4,8 |
De gegeven AL-waarden kunnen afwijken tengevolge van toleranties in de kernafmetingen en het kernmateriaal; ook speelt het gebruikte aantal windingen en de dikte van het draad een rol.
De in de tabel vermelde afmetingen betreffen resp. de buitendiameter, binnendiameter en dikte van de ring.
Om rekenwerk te vermijden bij het vaststellen van het benodigde aantal windingen om een bepaalde zelfinductie te bereiken kan ook gebruik gemaakt worden van de grafiek in figuur 1, die alle in tabel 1 genoemde ringkernen omvat. De grafiek bestaat uit rechte lijnen (voor elke ringkern een); dit komt doordat op de horizontale en vertikale as het windingenaantal N en de zelfinductie L logarithmisch is uitgezet. Voor degenen die hiermee weinig of geen ervaring hebben is enig oefenen nuttig.
Uit de grafiek kunnen we nu direkt aflezen dat een H32 ringkern met 10 windingen een zelfinductie van 3 µH bezit en dat dezelfde waarde wordt bereikt bij een T50-2 ringkern met 25 windingen. Voor een bepaalde zelfinductie is het aantal windingen bij een T50-2 ringkern altijd 2,5 maal zo groot als bij een H32 ringkern.
Wordt in een artikel of schema een ringkern genoemd met een bepaald aantal windingen, dan kunnen we met deze grafiek ook snel bepalen hoe we het aantal windingen moeten kiezen als we een andere ringkern wiilen gebruiken.
Met een beetje puzzelen is het gemakkelijk ook lijnen in de grafiek te tekenen voor ringkernen die hier niet genoemd zijn.
Bij de keuze van een ringkern in een schakeling moeten we rekening houden met de frequentie waarbij deze wordt toegepast, omdat slechts binnen een beperkt frequentiegebied een hoge Q bereikt kan worden (dit geldt trouwens ook voor schroefkernen). Petfectionisten kunnen bovendien nog het aantal windingen zodanig kiezen dat de Q maximaal is; een zeer hoge Q is echter ongewenst als een kring zich min of meer breedbandig moet gedragen.
Aan diverse ringkernen werden door mij metingen van de Q uitgevoerd bij verschillende windingsaantallen, draaddiktes en wikkelmethoden. Deze metingen werden uitgevoerd met een Q-meter van het type "Radiometer Copenhagen Type QM1f" (bedankt Follcert, PAoFOT, voor het beschikbaar stellen).
Enkele resultaten zullen hier worden gepresenteerd.
Uit figuur 2 blijkt dat de H37 ringkernen over een breed frequentiegebied een goede Q bezitten; het maximum ligt hier bij ca. 5 MHz; ook bij 14 MHz is de Q nog zeer acceptabel. H20 ringkernen leveren lagere Q-waarden op bij ook lagere frequentie (figuur 3). In figuur 4 zijn voor T50-2 een tweetal curves getekend: een door de fabrikant gegeven curve en een die door mij werd gevonden. Uit de redelijke overeenkomst mag geconcludeerd worden dat de door mij uitgevoerde metingen voldoende betrouwbaar zijn.
Tenslotte is in figuur 5 het resultaat weergegeven van een (kleine) 4C6 ringkern; evenals de H32 ringkernen zijn de 4C6 ringkernen over een vrij breed frequentiegebied bruikbaar.
Uit de figuren wordt duidelijk dat met ringkernspoelen zeer hoge Q-waarden bereikt kunnen worden, hetgeen alleen bij luchtspoelen ook mogelijk is als bijzondere maatregelen genomen worden, zoals voldoende spatie tussen de windingen; maar bij luchtspoelen zijn wel veel meer windingen nodig Jan bij ringkernspoelen!
Een hoge Q wordt bevorderd door zo dik mogelijk draad te gebruiken of strengen dun draad en de windingen zo goed mogelijk over de kern te verdelen.
Het gebruik van ringkernen bij frequenties hoger dan enkele tientallen MHz is naar mijn mening zinloos, omdat bij bijvoorbeeld 145 MHz een luchtspoel eenvoudig en goed te ma-ken is en omdat de minimale zelfinductie van een ringkern (dus bij gebruik van slechts een winding) al zo groot is dat de benodigde ringcapaciteit onpraktisch klein wordt. Ringkernen kunnen bij hoge frequenties wel met succes toegepast worden in niet afgestemde kringen, zoals breedbandtrafo's of impedantietrafo's (bijv. in ingang van VRZA-peildoos).
Een andere belangrijke eigenschap van kernmateriaal is zijn magnetische verzadigingsgrens, die een mast is voor de grootte van de stroom die in de windingen toelaatbaar is zonder dat het kernmateriaal ongewenst gedrag gaat vertonen.
Bij de meeste toepassingen is het energieniveau waarbij gewerkt wordt zo laag, dat hiermee Been problemen te verwachten zijn. Hoogstens kan dit optreden in zendereindtrappen, maar kan dan vervangen worden door grote (ring)kernen of op elkaar gestapelde kernen toe te passen.
Literatuur omtrent ringkernen
- Documentatie Amidon
- Electron 1973 - februari, maart en april (22mH-88mH-ringkernspoelen)
- ARRL-Handboek
- CQ-PA 1970 - nummer 38, pag. 639-640 (H20 en H32)
- Ham Radio - april 1971, pag. 15-27
- QRV - november 1972, pag. 596-608