Der Schwingkreis - Mein Hobby ist der Amateurfunk

Der reale Schwingkreis

Ein Parallelschwingkreis besteht aus einer Induktivität (vereinfacht Spule) und aus einer Kapazität (vereinfacht Kondensator), die parallel verbunden sind und 2 Anschlüsse (A und B) haben. Bei einer idealen Induktivität fließt der Wechselstrom um 90 Grad nacheilend zur angelegten Wechselspannung. Das kennzeichnet eine ideale Induktivität. Die reale Induktivität ist meist eine aus Kupferdraht gewickelte Spule. Dieser Draht hat einen ohmschen Widerstand, der die Eigenschaft der Induktivität verschlechtert. Zudem tritt bei zunehmender Frequenz der Skinneffekt auf. Wechselstrom fließt nicht mehr gleichmäßig verteilt durch den gesamten Querschnitt der Kupferdrahtes. Nur noch die Oberfläche wird vom Wechselstrom durchflossen. Wie groß die Eindringtiefe des Stroms in den Leiter ist, hängt von der Frequenz ab. Je höher die Frequenz umso schmaler ist der leitende Bereich an der Kupferoberfläche. Der leitende Querschnitt verringert sich und der Verlustwiderstand steigt. Die Stromverschiebung ist nicht mehr 90 Grad. Die Induktivität ist verlustbehaftet. Der Verlustwiderstand ist in der Abbildung als Serienwiderstand  (Rs) zur Induktivität dargestellt. Bei einer idealen Kapazität (vereinfacht Kondensator) fließt der Wechselstrom um 90 Grad vorauseilend zur angelegten Wechselspannung. Ein Kondensator besteht aus 2 gegenüberliefende leitfähigen Flächen, die durch ein Dielektrikum voneinander isoliert sind. Jedes Dielektrikum ist nur bedingt ein absoluter Isolator. Zusätzlich entstehen dielektrische Verluste, die sogenannte dielektrische Absorption. Alle Verluste sind in der Abbildung als Parallelwiderstand (Rp) zur Kapazität dargestellt.  Damit ist die Stromverschiebung nicht mehr 90 Grad. Auch die Kapazität ist verlustbehaftet.

Für die allgemeine Betrachtung ist es sinnvoll die Verlustwiderstände der Induktivität und der Kapazität zu einem Gesamtverlustwiderstand ( R ) zusammenzufassen. Dieser Verlustwiderstand R sollte möglichst groß sein, damit durch ihn nur ein kleiner Verluststrom IR fließt. Aus dem Verhältnis von Verluststrom IR zum Strom durch die Blindwiderstände IL oder Ic ergibt sich die Güte ( Q ) eines Schwingkreises. Diese sollte natürlich möglichst hoch sein. Die erreichbaren Werte sind stark von der Resonanzfrequenz, der Ausführung, den verwendeten Materialien und vom Verhältnis Kapazität zu Induktivität ( C / L ) abhängig.

Als Schwingkreiskondensatoren eignen sich keramische oder Styroflex Kondensatoren. Deren Dielektrikum hat einen geringen Verlustfaktor. Für besondere Anwendungen werden Kondensatoren mit einen Dielektrikum aus Vakuum oder Luft verwendet.
Bei der Spulen (Induktivität) ist der verwendete Spulendraht von besonderer Bedeutung. Im Kurzwellenbereich ( KW bis ca. 30 MHz) werden meist  Hochfrequenzlitzen verwendet. Um die Induktivität zu erhöhen, werden zusätzlich  Eisenkerne (weichmagnetische  Ferrite) eingesetzt.
Im VHF Frequenbereich ( 30 MHZ - 300 MHz) kommen meist versilberte Kupferdrähte zum Einsatz. Die versilberte Kupferoberfläche verringert den störenden Skineffekt.
Im UHF Frequenzbereich ( 300 MHz - 3 GHz) werden die Schwingkreise als Lecherleitung ausgeführt. Bei höheren Frequenzen sind dann die Topfkreise die bessere Wahl. Das sind geschirmte koaxiale Schwingkreise mit sehr hoher Güte.

Die Frequenzstabilität ist eine wesenliche Eigenschaft eines Oszillators. Dabei hat die Temperatur einen großen Einfluss. Es ist darauf zu achten, dass die Werte der Spulen und Kondensatoren temperaturstabil sind.