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DARC e.V. Offline.Lehrgang für Ausbilder |
Achtung! Dies ist eine Offline-Version nur für Ausbilder des Amateurfunk-Lehrgangs für die Klasse E von Eckart K. W. Moltrecht, DJ4UF, einschließlich des Lehrgangs für Betriebstechnik und Vorschriften. Links ins Internet funktionieren natürlich nicht.
Übersicht:In der vorigen Lektion wurde der Kondensator besprochen. In dieser Lektion geht es um die Spule, die in ihrem Verhalten in vielen Fällen mit dem eines Kondensators verglichen werden kann. Induktivität Eine Spule besteht aus aufgewickeltem Draht. Wenn durch diesen Draht ein elektrischer Strom fließt, wird in der Spule ein magnetisches Feld erzeugt.
Ähnlich wie beim Kondensator die Ladungen auf den Platten, stellt dieses Magnetfeld gespeicherte Energie dar. Die gespeicherte Energie ist umso größer, je höher der Strom (beim Kondensator war es die Spannung) und je größer die Induktivität (beim Kondensator die Kapazität) ist. Wird eine Spule an Gleichspannung geschaltet, kann man messtechnisch feststellen, dass der Strom durch die Spule langsam ansteigt. Er wird sozusagen verzögert. Sehr einfach kann man diese Tatsache durch folgenden Versuch demonstrieren.
Schaltet man wie in Bild 6-2 zwei Glühlampen gleichzeitig an eine Spannungsquelle, wobei eine Glühlampe über einen Widerstand und die andere über eine Spule mit vielen Windungen und Eisenkern angeschlossen ist, so leuchtet die Lampe mit der Spule deutlich später auf, obwohl nachher beide Lampen gleich hell leuchten. Der Strom wird also verzögert. Testen Sie sich, indem Sie links auf die Fragezeichen klicken, aber nur einmal in jeder Tabelle!
Sie haben die Frage gut beantwortet, wenn Sie in der linken Spalte nur einmal das Wort "Richtig" sehen und keinmal "Falsch". Diese Verzögerung kommt dadurch zustande, dass zunächst in dem Draht der Spule eine Gegenspannung erzeugt wird, sobald sich der Strom durch die Spule ändert und das Magnetfeld aufgebaut wird. Diese Gegenspannung wird Selbstinduktionsspannung genannt. Wenn man bei dieser Spule den Eisenkern herauslässt oder die die Spule durch eine mit weniger Windungen ersetzt, kann man sehr leicht feststellen, dass die Verzögerung geringer wird. Diese Abhängigkeit wird zusammengefasst in dem Selbstinduktionskoeffizienten, der Induktivität L. Die Induktivität lässt sich aus ihren geometrischen Abmessungen und den Werkstoffeigenschaften des verwendeten Kerns berechnen.
Die Werkstoffeigenschaften des Kerns werden durch die Permeabilität µ gekennzeichnet, ähnlich wie die Dielektrizitätskonstante beim Kondensator. A ist die Querschnittsfläche der Spule. Beim Kondensator war dies die Plattenfläche. l ist die Länge der magnetischen Feldlinien. Beim Kondensator war dies der Plattenabstand – dort mit d bezeichnet. Hinzugekommen ist die quadratische Abhängigkeit von der Windungszahl.
In der Praxis wird eine Spule so hergestellt, dass man den Draht Windung an Windung auf einen Wickelkörper wickelt, wie die Skizze im Bild 6-3 zeigt. Im Amateurfunk verwendet man auch selbst tragende Luftspulen aus dickem Draht (Bild 6-9). Die Induktivität steigt mit dem Permeabilitätswert µ, mit der Querschnittsfläche A und sogar quadratisch mit der Windungszahl N, sinkt aber mit der Spulenlänge l.
Tipp: Doppelte Windungszahl, vierfache Induktivität!
Tipp: Die Länge l wird verdoppelt.
Achtung! Ein Kupferkern wirkt wie eine Kurzschlusswindung und verringert die Induktivität.
Bauformen von Spulen
Fertig gewickelte Spulen kleiner Induktivität sind im Handel erhältlich. Luftspulen werden von Funkamateuren, die ihre Geräte selber bauen, selbst gewickelt. Für die Selbstherstellung von Spulen gibt es Wickelkörper unterschiedlichster Bauformen, wovon einige im Bild 6-5 dargestellt sind.
Im Amateurfunk-UHF-Bereich werden auch so genannte Printspulen verwendet. Sie werden wie bei gedruckten Leiterplatten in die Platine geätzt. Die Wicklungen sind meistens spiralförmig wie Bild 6-6 zeigt.
Um die Induktivität zu vergrößern, werden Spulenkerne aus Ferrit verwendet. Gewindekerne ermöglichen eine Veränderung der Induktivität.
Um schädliche Kapazitäten zwischen den Drähten zu vermeiden, verwendet man Kreuzwickelspulen oder Spulenkörper, die in Kammern unterteilt sind.
Für Senderendstufen werden häufig Luftspulen aus dickerem Draht verwendet. Eine drehbare Spule mit Abgriff (Schleifer) ermöglicht die Variation der Induktivität.
Reihen- und Parallelschaltung von Spulen
Nach DIN sind zwei Schaltzeichen zulässig, wobei das linke allgemein und das rechte Schaltzeichen vorwiegend bei Hochfrequenz angewendet wird (Bild 6-10). Die Berechnung bei der reihen- und bei der Parallelschaltung erfolgt wie beim Widerstand. Sind die Spulen in Reihe geschaltet, addieren sich die Induktivitäten der Spulen zur Gesamtinduktivität.
Entsprechend dem Widerstand lautet die Formel für die Parallelschaltung von Spulen
Wechselstromwiderstand
Schließt man eine Spule an Wechselspannung an (Bild 6-13), entspricht dies einer dauernden Änderung des Stromflusses, was eine ständige Entstehung einer Selbstinduktionsspannung und damit eine Verringerung des Stromflusses zur Folge hat. Dies wirkt sich also wie ein Widerstand aus. Man bezeichnet es, wie beim Kondensator, als Wechselstromwiderstand der Spule oder als induktiven Blindwiderstand XL. Die Berechnung aus Induktivität und Frequenz erfolgt gemäß folgender Formel. Vergleich mit Kondensator: Der Wechselstromwiderstand ist umso größer, je größer die Induktivität der Spule ist und je rascher sich der Strom ändert, je höher also die Frequenz des Wechselstroms ist. Beim Kondensator war es genau umgekehrt.
Transformator
Werden zwei elektrisch getrennte Spulen von einem gemeinsamen Magnetfeld durchdrungen, zum Beispiel wenn sie auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind, verhalten sich die induzierten Spannungen in den Wicklungen wie deren Windungszahlen. Das Verhältnis der Windungszahlen N1 zu N2 nennt man Übersetzungsverhältnis ü. Die Eingangswicklung eines Übertrages nennt man Primärseite (N1, U1), die Ausgangswicklung Sekundärseite (N2, U2). Einen verlustlosen Transformator nennt man Übertrager. Mit einem Übertrager lassen sich Spannungen, Ströme und auch ohmsche Widerstände übersetzen.
Und so kommt man an die Lösung:: umgestellt: Die Sekundärwicklung hat 600 Windungen.
© Eckart K. W. Moltrecht, aus dem Buch 411 0064 5.Auflage 2007 nach HTML konvertiert
Anhang Formelsammlung zur Prüfung zum Amateurfunklehrgang Klasse E
Hinweis *) Dies ist eine Lektion aus dem Buch Amateurfunk-Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis Klasse E von Eckart K. W. Moltrecht, 5. Auflage 2007.
Letztes Update dieser Seite: 28.3.2007 (by DJ4UF) |
