Oberschwingung beim Serienschwingkreis?

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Oberschwingung beim Serienschwingkreis?

Neuer Beitragvon Lupin III. am Samstag 27. Oktober 2007, 23:33

Wir haben letzte Woche im Physikpraktikum an der Uni Schwingkreise vermessen. Beim Serienschwingkreis ist dabei etwas eigenartiges aufgetreten: neben dem erwarteten niedrigen Spannungsabfall über C und L bei der Resonanzfrequenz gibt es einen weiteren Knick am hochfrequenten Ende der Messreihe. Meine Erklärung wäre einfach gewesen, dass die hohen Frequenzen (ab ca. 200kHz) durch den Aufbau (sind ja alles diese üblichen Praktikums-Klötze, die größer als Duplo-Steine sind, für die Grobmotoriker) allgemein abgeschnitten werden und daher am Oszi nur noch gedämpt ankommen.

Ein Assistent meinte aber, dass das an einer Oberschwingung des Schwingkreises liegt. Mir kommt das irgendwie komisch vor, da ich nicht wüsste, wieso gerade irgendwo beim 30- bis 40-fachen der Grenzfrequenz (die ca. bei 7,7kHz liegt) eine so starke Oberschwingung auftreten sollte.

Ich habe die Grafik der Daten angehängt. Kann mir jemand sagen welche Erklärung plausibler ist?
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Neuer Beitragvon Erfinderlein am Sonntag 28. Oktober 2007, 07:03

Hallo,

für mich sind 200kHz fast noch NF und da würde ich schon zu der Erklärung des Assistenten tendieren.

Falls du die Gelegenheit hast, den Versuch noch einmal zu fahren, nehme doch mal kürzere oder längere Zuleitungen zum Schwingkreis.

Solche Effekte sind oft Resonanzerscheinungen des gesamten Aufbaus und die vorgeschlagene Änderung könnte das aufzeigen ? Auch das Verändern der Position und Lage kann schon Änderungen bringen.

LG aus GR
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Re: Oberschwingung beim Serienschwingkreis?

Neuer Beitragvon derguteweka am Sonntag 28. Oktober 2007, 18:40

Moin,

Ich wuerd' mal drauf tippen, dass der Effekt eine Auswirkung einer parasitaeren Spulenkapazitaet ist. Die ist parallel zur Induktivitaet zu denken und faellt daher beim Parallelschwingkreis nicht weiter auf.
Entsteht halt zwangslaeufig, weil die nebeneinanderliegenden Windungen untereinander auch kleine Kondensatoren bilden.

Oberschwingungen solllten da eigentlich keine auftreten; ist ja kein Quarz oder sowas - oder kanns sein, dass der Sinus aus dem Oszillator nicht ganz sauber ist? Halt' ich aber so ausm Bauch raus fuer unwahrscheinlicher als die Sache mit der parasitaeren Kapazitaet.

Gruss
WK
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Neuer Beitragvon anders am Dienstag 30. Oktober 2007, 19:53

Ich schliesse mich der Ansicht von derguteweka hinsichtlich der Wicklungskapazität an.
Da du aber schreibst, "sind ja alles diese üblichen Praktikums-Klötze, die größer als Duplo-Steine sind, für die Grobmotoriker", kommt evtl. auch noch eine andere Erklärung in Frage, falls die verwendete Induktivität einen sehr grossen Ferritkern besitzt:
Solche Ferrite besitzen sehr hohe Dielektrizitätskonstanten (bis zu 150.000 bei 1kHz) .
Zusammen mit der beabsichtigten Permeabiltät von bis zu etwa 10.000 resultieren daraus sehr niedrige Ausbreitungsgeschwindigkeiten der elektromagnetischen Welle, die bei grossen Ferritteilen zu verlustreichen Raumresonanzen führen können.
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Neuer Beitragvon Lupin III. am Donnerstag 1. November 2007, 01:22

Danke schon für die Antworten.

Die Klötze sind in der Tat riesig und haben 4mm-Laborstecker an der Unterseite. Die Teile darin sind aber ganz normale 0207-Widerstände und ähnliche Größenordnungen bei anderen Bauteilen. Man könnte das ganze auch auf einem 2,54mm Raster aufbauen (was mir viel lieber wäre), wenn das ganze Plastik rundherum nicht wäre. Also glaube ich nicht, dass ein Ferritkern schuld ist. Der Frequenzgenerator müsste auch in Ordnung sein. Zumindest vertraue ich einem Hameg-Gerät, dass bis 3MHz gehen sollte zumindest bis 200kHz. Aber das mit der Kapazität der Spule hört sich tatsächlich plausibel an. Im (abgegebenen) Protokoll habe ich allerdings schon dem Aufbau die Schuld gegeben (was sicher auch zum teil seine Richtigkeit hat).

Den Versuch konnten wir leider nicht nochmal wiederholen (bekommen jede Woche einen anderen zu machen). Aber ich habe die Daten einer anderen Gruppe angesehen, die den Versuch diese Woche gehabt hat. Bei denen ist es komischerweise nicht aufgetreten. Dafür haben die, glaube ich, den Frequenzgenerator zu stark belastet (haben einen falschen Widerstand eingesetzt), sodass die Amplitude eingebrochen ist und deren Messwerte noch erklärungsbedürftiger sind als unsere. Ich werde den Versuch im Auge behalten (es gibt noch 8 Gruppen, die den in den nächsten Wochen machen müssen). Mal schauen ob das jemand wiederholen kann. Zur Zeit sieht es aber eher so aus, als würde das ein Rätsel bleiben ;-)
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Neuer Beitragvon anders am Donnerstag 1. November 2007, 15:37

Du hast uns ja leider nichts zu den Werten des Versuchsaufbaus geschrieben, aber ich habe mit hier mit Puff mal eine kleine Simulation mit C=10nF, L=41mH, Rs=500 Ohm gemacht.
Der 50pF Kondensator repräsentiert die Wicklungskapazität und führt zu der Parallelresonanz bei 111kHz.

Allerdings muss man bedenken, dass die Wicklungskapazität vorzugsweise zwischen den Lagen zu denken ist und die Induktivität dieser kurzen Teilwickungen viel kleiner ist.
Eigentlich müsste man die Induktivität also als eine Reihenschaltung von mehreren Parallelschwingkreisen mit erheblich höherer Resonanzfrequenz ansehen.


Im übrigen ist die Erklärung des Assistenten sicher falsch, denn Oberwellen des Generators lägen ja bei noch höheren Frequenzen. Die würden sich als Welligkeit des Frequenzverlaufs unterhalb 7,7kHz bemerkbar machen.
Nichtlinearitäten von L und C kann man wohl auch ausschliessen. Wären sie vorhanden, hättest du es daran gemerkt, dass du die Hauptresonanz nicht vernünftig abstimmen kannst. Sie hüpft dann mit Hysterese hin und her.
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Neuer Beitragvon Lupin III. am Donnerstag 1. November 2007, 16:08

Gibt es das Programm noch irgendwo? Das stammt ja noch aus dem letzten Jahrtausend ;-). Welches wäre ein aktuelles Simulationsprogramm dafür?

Ich bin erstaunt wie ähnlich sich die Kurven sehen (zumindest wenn die x-Achse auch eine logarithmische Skala ist, ist nicht genau ersichtlich). Die Werte der Bauteile waren bei uns 100nF (+-5%), 4,25mH (+-10%) und 10kOhm (+-5%).
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Neuer Beitragvon anders am Donnerstag 1. November 2007, 16:46

Das stammt ja noch aus dem letzten Jahrtausend ;-)
Ja, das stimmt.
Es ist auch eigentlich ein Simulationsprogramm für Mikrowellenschaltungen, und bei GHz-Frequenzen zu Haus. Da berücksichtigt es dann allerdings Leiterlängen und Breiten, Dicke der Platine, Verlustfaktoren des Dielektrikums usw. usf. Ausserdem ist es sehr einfach zu bedienen.
Normalweise wird es für einige zehn Euro oder Dollar verkauft, aber ich habe es im Netz auch schon als Warez gesehen.

Du kannst dir bei Linear Technology das kostenlose LTSpice holen. Das ist eine voll funktionsfähige Spice-Version, die mehr nach deinem Geschmack sein dürfte.
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