Meranie rezonančnej frekvencie f0 sekundárnej cievky


       Rezonančná frekvencia f0 sekundárnej cievky sa dá zistiť celkom jednoducho. Mám 2 spôsoby na jej zmeranie. V prvom rade, bude nutný nejaký generátor (obdĺžnik/sínus – ja používam obdĺžnik), ak žiadny nie je k dispozícií, tak postačí napríklad aj zapojenie podľa schémy dole s 74HC14 a dvoma anti-paralelne zapojenými LED na spodok sekundárnej cievky, ktorú ideme merať. Pre najpresnejšie meranie je nutné použiť 2mA červené LEDky (1,9V) s malým prúdom. Iné LEDky, napríklad modré (3,5V), ktoré mam tiež osadené na DPS, skresľujú meranie a dvíhajú frekvenciu nahor. Takže používať len 2mA červené LED. Ďalej je nutný čítač frekvencie a ak máme k dispozícií, tak aj osciloskop (ideálne analógový), ktorý je nutný pre druhú metódu merania. Potom pravdaže ak sekundárna cievka bude mať toroid, tak meriame aj s ním. Ak bude použitá veľká/väčšia primárna cievka na TC, tak meriame aj s ňou, lebo už bude merateľný rozdiel v rezonančnej frekvencii f0 vplyvom primárnej cievky. Avšak málo kedy máme až tak malú primárnu cievku, opäť je to v závislosti od typu TC, lepšie je vždy merať aj s primárnou cievkou. V tomto prípade primárna cievka sa MUSÍ uzemniť počas merania na kolík PE. Rozdiely v meraní bez primárnej cievky a s ňou oboch prípadoch uzemnenia a neuzemnenia sú v tabuľke dole na konci článku. Okolo sekundárnej cievky musí byť voľný priestor, aby bola čo najmenej ovplyvnená jej rezonančná frekvencia f0 vplyvom blízkeho okolia (napr. stolová lampa nad cievkou, veľký merací prístroj v tesnej blízkosti atď..).

       Ak chceme si približne odmerať aj rezonančnú frekvenciu f0 za chodu TC, teda počas sršania výbojov, tak v tomto prípade si musíme odhadnúť predpokladanú dĺžku výboja s TC. A potom pripevniť vodič o danej dĺžke na vrch cievky/toroidu. Treba si uvedomiť, že plazma výboja je vodivá a tým pridáva na kapacite k sekundárnej cievke a znižuje jej f0 za chodu.

       Dole na fotke ešte porovnanie primárnych cievok pre príklad. V ľavo sekundárna cievka od VTTC s veľkou primárnou cievkou, ktorá značne ovplyvní f0 – meriame f0 teda aj s primárnou cievkou, ktorú MUSÍME uzemniť na kolík PE. Na pravo je sekundár od SSTC s malou nízkou primárnou cievkou – tu ju v tomto prípade môžeme zanedbať a ani nepoužiť pri meraní, ale určitý rozdiel maličký tam pravdaže bude. Čo zistíme len na osciloskope (cca 2kHz). Na úvod asi toľko a teraz poďme na jednotlivé metódy merania vzhľadom nato čo bude k dispozícií alebo ktorú si vyberieme. Obe metódy pri správnom postupe sú rovnako presné, avšak lepšie a pohodlnejšie to bude pravdaže na osciloskope. Obe metódy merania sa mi líšili od výpočtu v JavaTC len o nejakých 10kHz na sekundárnej cievke od VTTC X. Ono s výbojom sa aj tak opäť zníži f0 a pri VTTC oscilátor beží pod f0.

       Na druhej fotke máme DPS oscilátora pre meranie f0 podľa schémy dole. Na schéme pravdaže nie sú modré LEDky, keďže s nimi merať nebudeme ani jumpre, ktoré si už každý dokáže doplniť sám podľa vlastných potrieb pre meranie. Na DPS tiež nie je vidieť 100n, ktorý je SMD zo spodu.

foto dps

schema 7414

1. Meranie s generátorom + LED

       V prvom rade potrebujeme generátor (obdĺžnik/sínus – ja používam obdĺžnik), ak nie je tak zapojenie s 74HC14 podľa schémy hore. Samotná zem generátora sa musí uzemniť na kolík PE, pokiaľ už nie je spojený samotný napájací zdroj +5V. Za generátorom zapojíme 2 anti-paralelne červené 2mA LEDky a z nich na spodok meranej sekundárnej cievky. Podľa použitého generátora nastavíme maximálnu amplitúdu. Meníme frekvenciu na generátore od minimálnej smerom nahor až kým sa nerozsvietia najjasnejšie LEDky. A až po rozsvietení LED a nastavení správnej frekvencie zmeriame čítačom frekvenciu na generátore – nemáme pripojený čítač trvale na generátore, aby sme neovplyvnili meranie (!). Alebo konkrétne na náš generátor s 74HC14 môžeme pripojiť aj trvale čítač, ale musí byť pred LEDkami na 180R rezistore. Ak budeme frekvenciu generátora ďalej zvyšovať a máme dostatočný rozsah, tak vieme zmerať aj ďalšie harmonické frekvencie danej cievky na ktorých TC pravdaže bežať nesmie. Nezabudnúť tiež, ako už bolo písané vyššie, použiť na meranie aj primárnu cievku, ktorá sa musí uzemniť na PE. Potom pre príklad na prvej a druhej fotke dole môžete vidieť pripevnený vodič na toroide pre približné meranie f0 aj s „výbojom“. Vodič je v oboch prípadoch dlhý 35cm, ktorý predstavuje výboj. Na prvej fotke pri sekundárnej cievke od SSTC poklesla f0 nadol o cca 30kHz a na druhej cievke od VTTC klesla nadol až o 53kHz.

foto foto foto

2. Meranie s generátorom + osciloskop

       Opäť nutný generátor (obdĺžnik/sínus) a v tomto prípade nebudeme používať žiadne LEDky, ale bude to pohodlnejšie aj precíznejšie meranie s osciloskopom. Ideálne je použiť ak je k dispozícií radšej nejaký dobrý analógový osciloskop, ako digitál. Merať budeme s generátorom FeelTech FY3200S (24MHz) a analógovým osciloskopom Tektronix 2230. Generátor FeelTech FY3200S sa dá za slušný peniaz kúpiť s Číny cez Aliexpress. Generátor ide priamo na spodok meranej sekundárnej cievky + ja dávam aj odbočku resp. druhý kanál generátora pre osciloskop na CH1. Potom sonda na CH2, bude voľne visieť vo vzduchu cca 40cm vzdialená od toroidu. Sonda je prepnutá na 1:1 a v sonde zacvaknutý nejaký krátky niekoľko cm vodič. Dole na fotke vidieť pekne usporiadanie pri meraní. Meníme frekvenciu na generátore, až kým nenájdeme maximálnu výchylku sínusu na visiacej sonde. Môžeme skúsiť s generátora obdĺžnik aj sínus, mierne sa potom líši výsledok o pár jednotiek kHz. Ja používam obdĺžnik. Tiež vieme takto presne zmerať rozdiel f0 pri meraní s primárnou cievkou a bez nej alebo ak máme či nemáme ju uzemnenú na PE. Tiež sa dá krásne vidieť ovplyvňovanie sekundárnej cievky rukou v okolí cievky atď. Podržaním kurzora na fotkách sa ukáže popis, stredná dole fotka, je meranie na SSTC s vodičom na toroide a na poslednej fotke je VTTC bez vodiča na toroide. Všimnite si ten diametrálny rozdiel v nameranom napätí na visiacej sonde a rozkmite napätia. Dole v závere merania bude k tomu aj nejaká tabuľka a pokec.

foto foto foto
foto foto foto

Záver merania

       Takže si to nejako zhrňme. Zatiaľ sa mi najviac osvedčili tieto dva popísané metódy vyššie pre meranie f0, čo sa mi aj najbližšie zhodovalo s výpočtom v JavaTC, ktorý je tiež veľmi presný. Avšak, treba vedieť čo tam presne zadať, aby to aj vypľulo tie správne hodnoty. Inak menší tip pre kontrolu výpočtu v JavaTC s realitou. Odmeraný DC odpor sekundárnej cievky a indukčnosti musia presne sedieť s výpočtom v JavaTC. Pre príklad v mojom prípade u cievky od VTTC mi JavaTC vypľul indukčnosť 14,984mH a DC odpor cievky 52,4R. Ja som nameral 14,68mH a odpor 52R.

  • V prípade merania s LED, nutnosť použitia červených 2mA LED
  • Generátor musí byť uzemnený na PE (ak už nie je vnútorne)
  • Merať aj s primárnou cievkou, ktorá MUSÍ byť uzemnená na PE
  • Sonda osciloskopu zhruba 40cm od sekundárnej cievky/toroidu
  • Dať pozor na ovplyvňovanie f0 okolím a pripojeným čítačom/osciloskopom
  • Meranie približného f0 za chodu TC s vodičom ako „výboj“

Vyžarovanie sekundárnych cievok

       Pre príklad dávam aj výsledok merania dvoch sekundárnych cievok, ktoré sú na fotke hore. Prvý od SSTC a druhý od VTTC. Generátor FY3200S, obdĺžnik 10V a vzdialenosť sondy od cievky 37cm. Meranie s toroidom aj bez. Uamp je napätie namerané sondou vo vzduchu vedľa cievky. Všimnite si ten veľký rozdiel vyžarovania cievky do okolia (!). Podmienky merania boli rovnaké, len sa zamenili sekundárne cievky. Súvisí to s návrhom cievky a jej kvalitou Q, ale o tom snáď niekedy inokedy.

  Sekundár od SSTC Sekundár od VTTC
Bez toroidu f0=546kHz Uamp=0,115V f0=510,3kHz Uamp=2,63V
S toroidom f0=360kHz Uamp=0,165V f0=389,8kHz Uamp=3,71V


Rozdiel v použití primárnej cievky k meraniu

       Ďalej tu máme ďalšiu tabuľku pre príklad spomínanej primárnej cievky. Meranie s uzemnenou primárnou cievkou, neuzemnenou a bez primárnej cievky. Pekne vidieť, aký to má vplyv na rezonančnú frekvenciu f0 sekundárnej cievky. A tiež vidieť, že malú primárnu cievku možno aj zanedbať, ale veľkú už určite nie a je nutnosť merať aj s ňou. Tiež je tam doplnená f0 s JavaTC pre porovnanie pri VTTC, u SSTC túto hodnotu nemám. Je to veľmi stará sekundárna cievka a vôbec ani netuším akým vodičom bola vinutá.

  Sekundár od SSTC Sekundár od VTTC
Uzemnená prim. cievka 360kHz 477,7kHz
Neuzemnená prim. cievka 362kHz 504,7kHz
Bez primárnej cievky 362kHz 512,3kHz
Výpočet JavaTC N/A 466kHz


Porovnanie nameraných hodnôt oboma metódami s JavaTC

       Nakoniec posledná tabuľka ako príklad. Porovnanie merania oboma metódami na sekundárnej cievke od VTTC ku ktorej mám aj hodnotu výpočtu s JavaTC. To meranie s LED, niekedy to fakt chce aj tmavú miestnosť, lebo nie vždy svietia LEDky dostatočne jasno, aby to bolo hneď jasne, kde je ten správny bod. Tak aj tu môže vzniknúť odchýlka merania.

  Klasické meranie bez "výboja" Meranie aj s vodičom ako "výboj"
JavaTC 466kHz N/A
1. meranie s LED 476kHz 424kHz
2. meranie s ociloskopom 477,7kHz 424,4kHz


Linky na kalkulátor JavaTC

JavaTC - Hlavný kalkulátor pre TC
Calculate Turns - Výpočet závitov sekundárnej cievky
Coil Inductance Calculator - Výpočet indukčnosti cievky

© copyright 2010 - 2017   |   Jakub Tejiščák   -   tesla.kubo(at)gmail.com