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für Tesla Trafo Einfacher HF Generator Hochfrequenzgenerator Messgenerator zum Selbstbau Abgleich primär sekundär

HF-Generator 80...800 kHz


Daß beim Tesla der Primär- und der Sekundärkreis aufeinander abgestimmt sein müssen, weiß jeder, der sich ernsthaft damit befaßt. Nun ist aber Berechnen die eine Seite, die andere ist die Praxis. Da spart Messen doch mitunter Zeit.
 
Ein HF-Generator und eine Abstimmungsanzeige muß also her. Aber ein teures Gerät kaufen mit diversen Funktionen, die man kaum braucht? Warum nicht selbst etwas Ausreichendes bauen? So schwer ist das nicht!
 

Und vor Allem - es werden außer dem Drehko keine Spezialbauelemente benötigt. Die S-Fet sind BF245, alles Ähnliche sollte gehen. Die Endstufe sind 2N3904/3906, denn auch bei Uni-Transistoren liegt ja mittlerweile alles weit über 100 MHz. Das Meßinstrument (150mV) ist z.B. aus einem alten russischen Tonbandgerät, damit ist seine Lebensdauer für die nächsten 100 Jahre gesichert. Die Meßbuchsen sind Cinch, da das Gerät ja nicht so häufig gebraucht wird, wenn der Tesla erstmal funktioniert.
 
Das Gerät wurde für den Frequenzbereich beim Tesla-Bau ausgelegt. Es gibt zwei Bereiche mit 80...310 kHz und 210...820 kHz. Die Amplitudenstabilität ist ca. 1,5% von 80...820 kHz. Ausgang ist 3 Vss an 50 Ohm.
Wer sich ohnehin einen recht großen Tesla baut, kann freilich auf den zweiten Berech verzichten und legt den Frequenzbereich auf ca 60...250 kHz.
 
Zur Schaltung:
 
Der Oszillator ist die bekannte, stabile S-Fet-Variante. Er sollte zusammen mit der ersten Pufferstufe und der Regelstufe (mit BSS100 o.ä.) direkt am Drehko montiert sein. Zwischen eigentlichem Oszillator und der Puffer- und Regelstufe empfiehlt sich etwas Abschirmung. Von Anfang an sollte eine kleine Leiterplatte verwendet und nicht erst mit "fliegender" Verdrahtung getestet werden. Zu beachten ist, daß um das herausgedrehte Plattenpaket mindesten 15mm Luft sein sollte, sonst gibt es Linearitätsfehler bei der Skala.
Damit die Endstufe möglichst verzerrungsfrei arbeiten kann, wird die Schaltung mit 18 V betrieben. Für den Oszillatorteil wäre das zuviel, deshalb wird dort mit ZD und R1 auf ca. 9 V reduziert.
Generell sollte der Oszillator nur mit aktiver Amplituden-Regelung eingemessen werden, da sich sonst das Frequenzverhältnis von 1:4 nicht erreichen läßt. Das wird aber benötigt, um eine große Skalenüberlappung zu haben. Aus dem gleichen Grund wird am oberen Spulenende hochohmig ausgekoppelt, was man ja sonst nicht macht.
Achtung: Am Gate des Regeltransistors keinen weiteren Kondensator einfügen, sonst gibt es wegen der dann zweifachen Phasenverschiebung Regelschwingungen !
 
Für die Spulen wurden sog. RM-Kerne verwendet. Bei einer Luftspule mit Ferritkern-Abstimmung ergibt sich ja mit jeder Veränderung der Kernposition auch gleichzeitig eine Änderung des Koppelfaktors. Bei einem Schalenkern ist das nicht der Fall. Um trotzdem einen großen Abstimmbereich zu haben (was mehrfaches Ändern der Windungszahl vermeidet), wurden die Kernhälften etwas bearbeitet (Abb.2 - Ansicht A). Es wurden Kerne ohne Luftspalt verwendet. Durch Verwendung einer Federscheibe und nur mäßigem Anzug der Schraube + Stopmutter kann man die Kernhälften gut gegeneinander verdrehen. Man erhält so eine in weiten Grenzen abstimmbare Spule. Die Windungszahl für den oberen Frequenzbereich liegt bei 20 Wdg mit der Anzapfung bei 3 Wdg. Das hängt natürlich vom vorhandenen AL-Wert ab. Beim unteren Frequenzbereich ist die Windungszahl ca. zu verdreifachen.
Wenn nach fertiger Einstellung innen und außen mit einigen Tropfen Epoxy versiegelt wird, ist die Stabilität für den vorliegenden Zweck ausreichend.
 
Nach der Pufferstufe wird noch einmal entkoppelt für einen Frequenz-Zähler, der ja zum Abgleich und evtl. späterer Kontrolle benötigt wird. Falls die 1 Vss für den vorh. Zähler nicht ausreichen, kann diese Stufe auch nach der Endstufe angeschlossen werden.
 
Die Endstufe verstärkt das Signal auf 3 Vss. Bis zu 5 Vss sind möglich durch Verkleinern des Emitterwiderstandes. Mit R2 wird die Symmetrie und mit R3 der notwendige Ruhestrom und damit die Verzerrungsfreiheit eingestellt.
C1 (ca. 82pF) dient zur Kompensation am oberen Bereichsende. Damit kann die Amplitudenlinearität der Endstufe eingestellt werden. Die Regelung des Oszillators sollte NICHT mittels Spannungsteiler "über alles" vorgenommen werden!
Auch die Endstufe sollte gleich als kleine Leiterplatte ausgeführt werden. Unnötige Drahtlängen bei einem Testaufbau verfälschen das Ergebnis. Die Montage sollte nicht allzunahe am Oszillator stattfinden. Dann sind aufwendige Abschirmungen nicht nötig.
Die einzelnen Schaltungsteile sollten jeweils ausreichend mit Abblockkondensatoren bestückt sein.
 
Die 3 Vss der Endstufe reichen bei guter Abstimmung von Primär- und Sekundärkreis aus, um an der Topload eine Glimmlampe zu zünden. Da das Anhalten der Glimmlampe jedoch stark in die Abstimmung eingeht, ist das kein vorteilhaftes "Meßverfahren". Auch sonst ist zu beachten, daß die "Umgebung", sofern sie Leitfähig ist, großen Einfluß auf die Abstimmung des Tesla hat. Standortveränderungen bringen also meist auch notwendige Korrekturen der Abstimmung mit sich. Daher kann es vorteilhaft sein, an der Primärspule eine stufenlose Abgriffmöglichkeit zu haben.
 
Der Meßverstärker wurde direkt bei Umschalter und Meßinstrument angeordnet. Zum Schutz des Instruments (150mV) dient eine Schottky-Diode. Da diese schon ab 170mV öffnet, ist ein passender Begrenzungseinsatz gegeben. Der ist notwendig, weil je nach (Fehl)Abstimmung auch schon mal 3 V am Poti anliegen können. Andererseits ist so jedoch ausreichende Empfindlichkeit gesichert, die ja mit dem Potentiometer jederzeit herabgeregelt werden kann.
Mittels der drei Widerstände kann nach Dip oder nach Peak gemessen werden.
 
Mit einem mechanisch guten Aufbau und etwas Sorgfalt bei der elektrischen Ausführung sind trotz des geringen Aufwandes die Ergebnisse für die Tesla-Praxis völlig ausreichend. Für Radio-Bastler wird die Stabilität so freilich nicht genügen. HF-Freaks können freilich hier und da sicher noch etwas verbessern (z.B. eine CCS anstatt 4,7k). Mittlerweile sind auch geeignete OPV preiswert zu erhalten. Die Transitfrequenz, mit der gern geblendet wird, kann man hierbei vergessen. Wichtig ist die Großsignalbandbreite, evtl. auch die 3dB-Frequenz. Die Auswahl der Bauelemente ist halt eine persönliche Frage von Aufwand und Nutzen.
 
Alle Abgleicharbeiten wurden mit dem PeakTech 2010 durchgeführt. Damit hat man einen sehr preiswerten RLCTF-Messer zur Hand.
Die Spiral-Scala bei meinem Gerät habe ich nur aus Spaß so gestaltet, wie es das Drehko- Getriebe hergab. In der Praxis ist das jedoch genauso aufwendig wie ein einfacher Seiltrieb mit Linearscala !
 
Ich habe natürlich auch mit dem XR2206 experimentiert. Trotz vollmundiger Behauptungen wie "Sinus von 1Hz bis 1MHz" ist das Ergebnis jedoch unbefriedigend. Sobald man über 100kHz geht, steigt der Aufwand stark an, um den Sinus frei von Schaltspitzen etc. zu machen. Auch die Temperaturstabilität und die Bauteilegüte spielt dann schon eine große Rolle. Oder man verwendet diverse Tricks, um bessere Ergebnisse zu erhalten. Um dann irgendwann festzustellen, daß die Schaltung aufwandmäßig aus dem Ruder läuft.
Fazit: Für NF ok, aber dann...
 
...lieber doch mit Spule und Kondensator.



 
(C) McFire 04.09.2009