Высокочастотный амперметр для коротковолновиков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

У коротковолновиков при настройке или испытаниях аппаратуры нередко возникает необходимость измерять ток высокой частоты. Стандартных приборов для подобных измерений обычно у радиолюбителя нет. Вот высокочастотное напряжение измерить легко (диод, конденсатор, индикатор). В приборах проблем с измерением напряжения не возникает. Там есть корпус, относительно которого меряют все напряжения. И провода, идущие от точек измерения до ВЧ-вольтметра, обычно столь коротки (в значениях длины волны измеряемого напряжения λ), что почти не влияют на проверяемое устройство.

А вот в антенной технике сложнее. Во-первых, в антеннах часто вообще не бывает "земли" (например, симметричные антенны). Во-вторых, даже если "земля" и есть (скажем, GPили диполь с Y-согласованием), измерительные провода получаются недопустимо длинными. Представьте себе, как будет выглядеть попытка измерить напряжение в середине GP: ведь от этой точки до основания штыря придется тянуть провод! Они фактически становятся частью антенны, изменяют ее работу и распределение напряжения настолько, что точность и ценность таких измерений очень низки.

Для изучения и измерения того, что происходит в антенных проводниках, нужен ВЧ-амперметр. Он, в отличие от вольтметра, подключается в одной точке, а значит, не имеет длинных измерительных проводов, искажающих измерение.

Основой ВЧ-амперметра является датчик тока. Это специальный ВЧ-транс-форматор на ферритовом кольцевом магнитопроводе. Первичной обмоткой этого трансформатора является провод, в котором мы измеряем ток. Вторичная обмотка состоит из нескольких десятков витков, нагруженных на низкоомный резистор.

Показанный на рис. 1 токовый трансформатор работает так. Ток в измеряемом проводе через магнитопровод наводит ток во вторичной обмотке, который будет меньше тока в первичной цепи в отношение числа витков обмоток. Например, при отношении числа витков обмоток 20 (как в нашем приборе) он будет меньше в 20 раз. Этот ток, протекая через нагрузочный резистор, создаст на нем падение ВЧ-напряжения. Последнее уже можно измерить любым ВЧ-вольтметром (тут есть две точки для измерения - выводы вторичной обмотки): от детекторного диода до анализатора спектра или приемника.

Рис. 1. Схема токового трансформатора

Если сопротивление нагрузочного резистора R выбрать, например, 50 Ом, при токе I_вх в первичной обмотке трансформатора напряжение U_вых (на его вторичной обмотке будет U_выx=( I_вх/20)*50=2,5I_вx. Сопротивление 50 Ом в качестве нагрузки выбрано неслучайно, а для того, чтобы имелась возможность в качестве измерителя ВЧ-напряжения использовать приемник или анализатор спектра (измерение очень маленьких ВЧ-токов).

Отношение N числа витков обмоток, т. е. число витков вторичной обмотки (первичная всегда имеет один виток), выбрано из компромиссных соображений. С одной стороны, чем меньше витков во вторичной обмотке, тем широкополоснее будет трансформатор. А с другой стороны, чем больше N, тем меньше вносимое в измеряемый провод сопротивление и меньше влияния нашего трансформатора на измеряемый провод. Вносимое сопротивление равно R/N², т. е. в нашем случае 50/20²=0,125 Ом. Таким образом, активное входное сопротивление нашего ВЧ-амперметра - 0,125 Ом, что допустимо для большинства измерений.

Нам требуется измерительный прибор, а не "показометр". Для этого надо, чтобы магнитопровод мог работать в заданной полосе (т. е. феррит не должен быть слишком низкочастотным) и не насыщаться при значительных токах в измеряемом проводе (т. е. размеры магнитопровода должны быть достаточно большими).

Кроме того, магнитопровод должен быть распадающимся на две половинки, а его каркас - защелкивающимся. Без этого пользоваться прибором будет почти невозможно: вы же не будете всякий раз продевать начало измеряемого провода сквозь магнитопровод и двигать последний до точки измерения.

И последнее (по упоминанию, но не по значению) требование к магнитопро-воду токового трансформатора: отверстие должно быть большим, чтобы иметь возможность измерять ток в оплетках толстых кабелей.

Исходя из вышеизложенного, был выбран магнитопровод 28A3851-0A2 размерами 30x30x33 мм и с отверстием диаметром 13 мм. Это помехоподавляющий защелкивающийся магнитопровод из феррита с начальной магнитной проницаемостью около 300 на частоте 25 МГц. Скорее всего, подойдут и многие другие, аналогичные по назначению магнитопроводы.

Наматываем на магнитопроводе 20 витков тонкого монтажного провода (рис. 2) и защищаем вторичную обмотку термоусаживаемой трубкой (рис. 3).

Рис. 2. Магнитопровод с тонким монтажным проводом

Рис. 3. Магнитопровод с термоусаживаемой трубкой

Прикрепляем его к небольшой (20...30 см) диэлектрической штанге с коаксиальным приборным разъемом на нижнем конце. От разъема до вторичной обмотки в штанге проводим тонкий коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом.

Теперь можно проверить качество изготовленного токового трансформатора. Для этого проведем измерения по схеме, показанной на рис. 4.

Рис. 4. Схема для измерений

Оценим ожидаемый коэффициент передачи. Ток через R1 равен U_вх/R1. Подставляя это вместо I_вх в предыдущую формулу, получим U_вых=U_вх/20.

То есть коэффициент передачи такой цепи будет 1/20 или -26 дБ. Это при идеальной работе трансформатора. Сравним это расчетное значение с практикой. Результаты измерений в полосе 0,3...30 МГц показаны на рис. 5.

Рис. 5. Результаты измерений в полосе 0,3...30 МГц

Видно, что отличие коэффициента передачи от расчетного составляет менее 0,9 дБ, т. е. трансформатор получился весьма точным измерительным датчиком. И нельзя поручиться за то, что завал АЧХ на ВЧ-краю связан со свойствами феррита, а не с реальным падением тока через трансформатор. Дело в том, что провод, проходящий через трансформатор, имеет ненулевую индуктивность, которая повышает импеданс нагрузки, отчего немного растет результирующий КСВ (достигая 1,1 на частоте 30 МГц) и падает ток нагрузки. И очень похоже на то, что падение графика на АЧХ просто показывает правду: ток в нагрузке на ВЧ падает.

В любом случае видно, что точность измерения весьма высока (погрешность менее 1 дБ) в полосе частот от 0,3 до 30 МГц.

Описанный выше трансформатор тока используется в двух вариантах.

Во-первых, для автономной работы (например, на крыше для измерений тока в антеннах и изучения его распределения или для поиска по каким кабелям радиостанции растекается синфазный ток от передатчика) к трансформатору подключается диодный детектор с входным сопротивлением 50 Ом с переключателем пределов измерений и стрелочным прибором. Например, такой, как показан на рис. 6.

Рис. 6. Схема подключения

Резисторы R3-R6 подбираются исходя из чувствительности стрелочного прибора по следующей методике. При положении переключателя SA1 "10 А" на вход прибора подаем от источника питания постоянное напряжение 25 В и, подбирая резистор R6, устанавливаем полное отклонение шкалы. Делать это надо быстро, резисторы R1 и R2 сильно греются. На пределе "3 А" то же самое делаем при напряжении 7,5 В подбором резистора R5, на пределе "1 А" - при напряжении 2,5 В подбираем резистор R4, на пределе "0,3 А" - при напряжении 0,75 В подбираем резистор R3.

Получается удобный автономный ВЧ-амперметр, с помощью которого можно исследовать почти любые антенны. Почти потому, что сопротивление любого амперметра должно быть во много раз меньше сопротивления измеряемой цепи. Поэтому применять этот ВЧ-амперметр в тех местах, где сопротивление меньше нескольких ом (КЗ шлейфы, магнитные рамки, укороченные антенны), не то чтобы нельзя, но неразумно. Включение амперметра в такие места вызовет заметное изменение тока, и истинное его значение вы не узнаете.

Для измерения малых токов (например, паразитных синфазных токов помех в различных шнурах и кабелях) к трансформатору подключают 50-омный вход приемника или анализатора спектра.

Например, на рис. 7 показано, какие сигналы присутствуют в сетевом шнуре удлинителя, к которому подключены компьютер, монитор и цифровой осциллограф (тоже, в принципе, компьютер). Изучается полоса любительского диапазона 160 метров от 1,8 до 2 МГц.

Рис. 7. График, иллюстрирующий присутствие сигналов в сетевом шнуре удлинителя, к которому подключены компьютер, монитор и цифровой осциллограф

Такую нерадостную картину дают всего три импульсных блока питания. Причем это еще хорошие блоки питания, отвечающие нормам на паразитное излучение. Это, однако, не исключает того факта, что приему DX они вполне могут мешать. Описанный ВЧ-датчик тока поможет найти наиболее проблемные, в смысле излучения помех, кабели и приборы.

Автор: И.Гончаренко

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Южная Корея запускает сеть 5G 09.09.2018 Три основных мобильных оператора Южной Кореи официально подтвердили, что начало коммерческого использования сетей 5G в стране начнется 1 декабря этого года. Таким образом, именно Южная Корея станет первой страной в мире, в которой введут в эксплуатацию сети 5G. Представители SKT, KT и LG U+ заявили, что изначально сети 5G будут покрывать Сеул и близлежащие территории. На первом этапе внедрения скорость передачи данных по сетям пятого поколения должна достигать 1 Гбит/с. Согласно оценке специалистов Digitimes Research, первые устройства с поддержкой 5G появятся на рынке в 2019 году. Однако массовые поставки 5G-устройств начнутся лишь в 2021 году.

Другие интересные новости:

▪ Texas Instruments выпустила библиотеку для MSP430 и CC1100/CC2500

▪ Беспроводной телевизор LG OLED M

▪ Монитор с естественной подсветкой

▪ Метод безоперационного лечения неврологических заболеваний

▪ Новый трехфазный анализатор качества электроэнергии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телефония. Подборка статей

▪ статья Как беззаконная комета в кругу расчисленном светил. Крылатое выражение

▪ статья Кто изобрел перо? Подробный ответ

▪ статья Тимьян ползучий. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Солнечные часы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Схема, распиновка (распайка) кабеля Ericsson 218,318,337,388. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025