Spulen

Kacher-Rechner: Brovin-Kacher, MOSFET-Kacher, Slayer Exciter

Ein Kacher ist ein selbstschwingender Ein-Transistor-Oszillator mit Luftspule: Die Sekundärspule bestimmt die Frequenz, ihr Fußpunkt steuert den Transistor. Das Tool rechnet die Spulen, die Arbeitsfrequenz und die Kopplung und zeigt in Tabellen, was andere Drähte, Rohre und Windungszahlen bewirken.

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Abkürzungen und Zeichen auf dieser Seite (12)
Kacher
Name von V. I. Brovin für seinen selbstschwingenden Ein-Transistor-Oszillator mit Luftspule; der Fuß der Sekundärspule steuert den Transistor.
NPN
Bauart eines bipolaren Transistors; schaltet, wenn Strom in die Basis fließt.
MOSFET
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor: Feldeffekttransistor, wird über die Spannung am Gate geschaltet.
Slayer Exciter
Sehr einfache Kacher-Variante mit Kleinsignaltransistor, Widerstand und LED, meist an 9 V.
L1, L2
L1 = Primärspule (wenige Windungen), L2 = Sekundärspule (viele Windungen).
R1, R2, C1
Widerstände für den Arbeitspunkt des Transistors; C1 puffert die Versorgung.
LED
Leuchtdiode; beim Slayer Exciter schützt sie die Basis gegen Sperrspannung und zeigt den Betrieb an.
HF
Hochfrequenz: Wechselströme und Felder ab etwa einigen 10 kHz; hier meist 50 kHz bis einige MHz.
k
Kopplungsfaktor zwischen zwei Spulen, 0 bis 1: welcher Anteil des Magnetfelds beide Spulen durchsetzt.
λ/4
Viertel der Wellenlänge λ = c ÷ f (c = Lichtgeschwindigkeit). Eine Sekundärspule schwingt ähnlich wie ein Viertelwellen-Strahler.
X(Lp)
Blindwiderstand der Primärspule bei der Arbeitsfrequenz: X = 2π f Lp, in Ohm.
Z-Diode
Diode, die oberhalb einer festen Spannung leitet; begrenzt die Gate-Spannung des MOSFET.
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1. Variante

Drei verbreitete Ein-Transistor-Schaltungen. Alle schwingen von selbst auf der Resonanz der Sekundärspule.

Der Kacher nach V. I. Brovin: ein bipolarer Leistungstransistor, die Primärspule am Kollektor, der Fußpunkt der Sekundärspule an der Basis. Der Transistor arbeitet in einem besonderen Schwingbetrieb (russisch „Kacher“), die Frequenz liegt meist um 1 MHz.

In der Szene bewährte Bauteile

Bipolare Leistungstransistoren wie KT805 oder KT902 (vom Erfinder empfohlen), auch KT815, KT819, KT838; Kühlkörper; Versorgung meist 12–30 V aus einem Netzteil.

+ einfach, wenige Bauteile, Frequenz stellt sich selbst ein

− Transistor wird heiß, Arbeitspunkt muss eingestellt werden

+U0C1L1KT805 / KT902R1R2L2offen / Topload
Brovin-Kacher (Prinzip): Primärspule L1 am Kollektor, Fuß der Sekundärspule L2 an der Basis, R1/R2 stellen den Arbeitspunkt ein, C1 puffert die Versorgung.
Faustregeln aus Bauberichten
  • Sekundärspule: etwa 800–1500 Windungen Lackdraht 0,1–0,2 mm auf einem Kunststoffrohr mit 20–50 mm Durchmesser.
  • Schlankheit (Länge : Durchmesser) etwa 4 : 1 bis 5 : 1.
  • Primärspule: wenige Windungen (etwa 2–6) aus dickem Draht (ab 1,5 mm) um den unteren Teil der Sekundärspule, als Zylinder oder Konus.
  • Der Fußpunkt der Sekundärspule geht an die Basis bzw. das Gate, das obere Ende bleibt frei oder bekommt ein kleines Topload.
  • Schwingt nichts, die Anschlüsse der Primärspule tauschen: Nur eine Richtung funktioniert.

2. Spulen, Frequenz und Kopplung

Sekundär- und Primärspule eingeben. Die Zeichnung ist maßstäblich, die Animation zeigt die Spannungsverteilung.

Sekundärspule
mm
mm
mm
mm
mm
mm
Primärspule und Versorgung
mm
mm
mm
°
mm
V
U max0HF-Erde
Maßstäblich. Animation: Spannung auf der Sekundärspule als Viertelwelle (unten 0, oben maximal).
Arbeitsfrequenz (Resonanz der Sekundärspule)961 kHz
Windungen1066 (66,6 / cm)
Schlankheit (Länge : Durchmesser)4 : 1
Induktivität (Lundin)10,2 mH
Eigenkapazität (Medhurst)2,69 pF
Drahtlänge134 m (1,72 × λ/4)
Widerstand DC / bei Resonanz148 Ω / 148 Ω
Induktivität Primär (Wheeler)0,878 µH · Ø 6,3 cm · 58 cm Leiter
Kopplungsfaktor k0,188
Blindwiderstand der Primärspule bei f5,3 Ω

3. Modifikationen im Vergleich

Was passiert, wenn du Draht, Rohr oder Primärwindungen änderst? Klick auf einen Wert übernimmt ihn.

Drahtdicke bei Rohr 40 mm und Wicklung 160 mm
ØWindungenLfDrahtR
199935,7 mH513 kHz252 m975 Ω
160022,9 mH641 kHz202 m500 Ω
133315,9 mH769 kHz168 m289 Ω
106610,2 mH961 kHz134 m148 Ω
8887,08 mH1,15 MHz112 m85,7 Ω
8005,75 mH1,28 MHz101 m62,6 Ω
6403,69 mH1,6 MHz80,9 m32,1 Ω
5332,56 mH1,91 MHz67,5 m18,6 Ω
Rohrdurchmesser bei Wicklung 160 mm und Draht 0.15 mm
ØSchlankheit (Länge : Durchmesser)LfDraht
82,7 mH2,07 MHz67,5 m
6,44,15 mH1,63 MHz84,2 m
56,66 mH1,24 MHz108 m
410,2 mH961 kHz134 m
3,215,5 mH739 kHz168 m
2,5423,8 mH559 kHz211 m
2,1332,8 mH450 kHz252 m
Primärwindungen bei Ø 60 mm und Draht 1.5 mm
PrimärwindungenLpkX(Lp)
0,119 µH0,1490,721 Ω
0,429 µH0,1682,59 Ω
0,878 µH0,1885,3 Ω
1,43 µH0,2068,63 Ω
2,06 µH0,22512,4 Ω
2,75 µH0,24316,6 Ω
4,28 µH0,27625,8 Ω
Was die Änderungen bewirken
  • Dünnerer Draht: mehr Windungen auf gleicher Länge, höhere Induktivität, niedrigere Frequenz, aber mehr Widerstand und Wärme.
  • Größerer Rohrdurchmesser: mehr Induktivität und Eigenkapazität, deutlich niedrigere Frequenz, längerer Draht.
  • Längere Wicklung: mehr Windungen, niedrigere Frequenz, höhere Spannung am oberen Ende, aber schlankere Spule mit loserer Kopplung.
  • Mehr Primärwindungen: mehr Induktivität und meist festere Kopplung; der Strom durch den Transistor sinkt, die Anregung wird schwächer.
  • Topload (kleine Kugel oder Ring oben): mehr Kapazität, niedrigere Frequenz, ruhigere Entladung.

Formel

Gleiche Spulenformeln wie im Tesla-Rechner: L nach Lundin, Eigenkapazität nach Medhurst, f = 1 ÷ (2π √(L (C_eigen + C_Topload))). Windungen = Wicklungslänge ÷ (Drahtdurchmesser + Abstand), Drahtlänge = N π D. Primär nach Wheeler (Helix, Spirale, Konus), Kopplung k = M ÷ √(Lp Ls). Blindwiderstand der Primärspule X = 2π f Lp.

Beispiel

Rohr 40 mm, 16 cm Wicklung mit 0,15-mm-Lackdraht: 1066 Windungen, 134 m Draht, 10 mH, etwa 0,96 MHz. Primärspule 3 Windungen 1,5 mm auf 60 mm Innendurchmesser um den Fuß: 0,9 µH, k ≈ 0,19.

Hinweise

  • Die Frequenz eines Kachers stellt sich von selbst auf die Resonanz der Sekundärspule ein; der Rechner gibt den Startwert. Hand, Tisch und Topload senken sie.
  • Die Angaben zu Bauteilen und Faustregeln stammen aus Bauberichten (cxem.net, elquanta.ru, pikabu, Instructables, Foren) und widersprechen sich teils; es sind Startwerte, kein geprüftes Rezept.
  • Kommt keine Schwingung zustande: Anschlüsse der Primärspule tauschen. Der Fußpunkt der Sekundärspule muss mit Basis bzw. Gate verbunden sein.
  • Der Transistor braucht einen Kühlkörper; der Kacher wird schnell heiß. Mit Netzspannung betriebene Varianten sind lebensgefährlich und nur etwas für Erfahrene mit Trenntrafo.
  • HF-Felder stören Funk und Elektronik. Abstand zu Herzschrittmachern, Handys und Messgeräten halten; nicht an Personen oder Tieren ausprobieren.