www.Hobby-Electronics.info

  • Vergroot lettergrootte
  • Standaard lettergrootte
  • Verklein lettergrootte

Skin Effect

Elk stuk draad heeft niet alleen een bepaalde weerstand, maar ook een bepaalde zelfinductie. Daarom kunnen we er ook inductors (spoelen) van maken. Door de inductiespanning in de draad, lopen de meeste elektronen aan de buitenkant van de draad. Dit verschijnsel noemen we skin effect. De 'stroomdichtheid' verloopt volgens de formule J(x)=J(0)·e-x/δ. Hierin is x de afstand tot de buitenkant van de draad en δ de skindiepte. Deze is afhankelijk van de frequentie:

δ = √(2ρ/(2πfμ)) = √(ρ/(πfμ))

Hierin is μ de permeabiliteit van de geleider. μ=μ0·μr. μ0 = 4π10-7. μr is de relatieve permeabiliteit en is voor de meeste metalen (waaronder koper en zilver) gelijk aan 1. Bij een frequentie van 30MHz is de skindiepte van een koperen geleider dus 12.2μm. Uit de formule voor J(x) blijkt dat 99% van de stroom door een huidje (skin) van 5δ loopt. Bij 30MHz is dat huidje dus ongeveer 61μm dik.

Het feit dat de stroom maar door een huidje van 61μm dik loopt, zorgt er natuurlijk ook voor dat de weerstand van die draad hoger is. We hanteren hierbij een aantal vuistregels:

RAC/RDC = 1 als d < 3δ en RAC/RDC = d/4δ + 0.25 als d > 3δ

Laten we weer even naar Voorbeeld 2 kijken, maar dan bij een frequentie van 30MHz. d is hier 0.4mm en dus groter dan 3δ. RAC is dus ongeveer RDC(d/4δ + 0.25) = 0.00352 · (0.4/0.0488 + 0.25) = 0.030Ω.

Stel dat deze spoel gebruikt wordt in een toepassing war een zo hoog mogelijke kwaliteitsfactor bereikt moet worden. In hoofdstuk 13 hebben we geleerd dat de kwaliteitsfactor Q gelijk is aan XL/rL. Stel dat de XL bij de toegepaste frequentie 5Ω is. Q is dan 5/0.030 = 168. Bij gebruik van zilverdraad wordt RDC 0.00316Ω. De skindiepte δ is dan 11.6μm. RAC is dan dus ongeveer 0.00316 · (0.4/0.0463 + 0.25) = 0.028Ω. Q wordt dan 5/0.028 = 178. Zilverdraad geeft dus een hogere kwaliteitsfactor. Vanwege het skineffect hoeft spoeldraad ook niet volledig van zilver te zijn, maar volstaat een dun zilverlaagje aan de buitenkant.

U bent bezoeker nummer: