|
|
Online zur Amateurfunkprüfung |
Hinweis: Dieser Onlinelehrgang basiert auf den Prüfungsfragen aus dem Fragenkatalog der BNetzA für die Klasse E nach den Regeln der "Novice Licence" von Oktober 2006. Der Fragenkatalog ist hier herunterladbar.
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 den Draht einer Spule Strom fließt, ist ein Magnetfeld vorhanden, das gespeicherte Energie darstellt. Das Magnetfeld ist nicht sichtbar. Wenn man mit einer Kompassnadel in die Nähe einer stromdurchflossenen Spule kommt und die Richtung der Nadel als Linie zeichnet, erhält man ein Bild ähnlich 6-1. Innerhalb der Spule verlaufen die Linien parallel. Man sagt, es handelt sich um ein homogenes Feld. Außerhalb schließen sich die Linien in Bögen.
Energieübertragung kann sehr schnell, aber niemals augenblicklich erfolgen. Sie dauert immer eine gewisse Zeit. Deshalb steigt der Strom in einer Spule nie augenblicklich an. Er baut sich immer nach und nach auf, während die Energie in das Magnetfeld übertragen wird. Dieses langsame Ansteigen soll durch einen Versuch nachgewiesen werden.
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 in folgender Aufgabe 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 der Spule Bild 6-2 den Eisenkern herauslässt oder die die Spule durch eine mit weniger Windungen ersetzt, wird die Verzögerung geringer. Diese Abhängigkeit wird zusammengefasst in dem Selbstinduktionskoeffizienten, der Induktivität L. Mathematisch lässt sich dies mit Hilfe von Formeln ausdrücken. 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. Die Einheit der Induktivität ist Henry (H). Typisch sind Luftspulen in Mikrohenry (µH) oder Spulen mit Ferritkernen in Millihenry (mH).
Wenn man eine Spule (zum Beispiel 30 µH) auf die doppelte Länge auseinander zieht, "verdünnt" sich das Magnetfeld und die Induktivität halbiert sich (15 µH). Wenn man eine Spule auf die halbe Länge zusammen staucht, ist das Magnetfeld konzentrierter: Die Induktivität der Spule hat sich verdoppelt. Wenn man eine Spule auf die doppelte Windungszahl verlängert, verdoppelt sich die Induktivität ebenfalls (60 µH). Wenn man die nun doppelt so lange Spule anschließend wieder auf die ursprüngliche Länge zusammenstaucht, verdoppelt sich die Induktivität nochmals (120 µH). Man hat also die vierfache Induktivität der ursprünglichen Spule.
Tipp: Doppelte Windungszahl (bei gleicher Wickellänge), 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 6-6 dargestellt sind.
Um die Induktivität zu vergrößern, werden Spulenkerne (Bild 6-6c) aus Ferrit verwendet. Ferrit-Gewindekerne ermöglichen einstellbare Induktivitäten. Man kann diese Kerne unterschiedlich tief in die Spule hinein schrauben. Je nach dem, ob der Gewindekern sich hauptsächlich außerhalb der Spule befindet oder tief in sie hinein ragt, ist die Induktivität der Spule kleiner oder größer. 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 6-7 zeigt.
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 Reihen- und die Parallelschaltung berechnet man 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 Die Berechnung einer reihen- oder einer Parallelschaltung von Induktivitäten kommt in der Prüfung nicht vor. 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, Übertrager
Werden zwei elektrisch getrennte Spulen von einem gemeinsamen Magnetfeld durchdrungen, zum Beispiel wenn sie auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind, verhalten sich die Wechselspannungen 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). Mit einem Übertrager lassen sich Spannungen, Ströme und auch ohmsche Widerstände "übersetzen" (transformieren).
Und so kommt man an die Lösung: Formel umgedreht N2/N1 = .... und dann nach N2 umgestellt: Die Sekundärwicklung hat 600 Windungen.
© Eckart K. W. Moltrecht, 2008
Beachten Sie das Copyright!
Info
Letztes Update dieser Seite: 8.4.2009 by DJ4UF |
.