Приставка к NWT для тестирования LC-контуров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Измерители амплитудно-частотных характеристик NWT получили широкое распространение у радиолюбителей. Желание повысить точность измерения добротности контуров с его помощью (по сравнению с простейшими схемными решениями) привели меня к мысли сделать приставку к NWT в виде компактного щупа. Причем такую, чтобы можно было с достаточно высокой точностью измерять резонансную частоту, добротность и АЧХ контуров - как отдельно взятых, так и установленных непосредственно в конструкциях. Разумеется, что в этом случае надо следить, чтобы напряжение сигнала на исследуемом контуре не превышало уровня -20 дБ на графике АЧХ, чтобы не открывались кремниевые p-n переходы.

Внешний вид щупа показан на рис. 1, а его схема - на рис. 2. На транзисторах VT1, VT2 собран высокоомный буферный усилитель с входным сопротивлением 1 МОм и входной емкостью примерно 3 пФ. Применение подобного щупа и особенности конструкции достаточно подробно изложены в статье Б. Степанова "Простой индикатор резонанса", опубликованной в сборнике "Радиоежегодник 1985". По сравнению с описанным там прибором предлагаемый вариант щупа имеет лучшие характеристики. Применение более чувствительного детектора NWT позволило существенно (почти в четыре раза) уменьшить емкость конденсаторов связи, что существенно снизило влияние измерительных цепей на добротность исследуемого контура. Благодаря этому погрешность измерения добротности контура (вплоть до 400...500) не превышает 5...10% на частотах от сотен килогерц до 30 МГц. К исследуемому LC-контуру щуп подключают, например, с помощью зажимов "крокодил" (см. рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид щупа

Рис. 2. Схема щупа

Входная емкость такого щупа может быть около 2 пФ, но на практике при таких ее значениях уже заметно сказывается паразитная емкость монтажа. Высокое входное сопротивление щупа-тестера обусловило необходимость его экранировки. На рис. 3 видно, что без внешнего экрана при определенных небольших уровнях на АЧХ появляются помехи. Установка щупа в экранирующий корпус практически полностью убирает помехи и улучшает развязку "вход - выход", но при этом входная емкость возрастает до 4,9...5 пФ. При замкнутых входных контактах щупа развязка будет не менее 62 дБ на частоте 20 МГц.

Рис. 3. График АЧХ

Для повышения точности измерения реальной резонансной частоты контуров f (это важно, например, при проверке или настройке сопряжения контуров) надо вводить поправку по формуле, приведенной в статье Б. Степанова, только вместо числа 3,5 в нее подставить число 2,5. Для этого щупа она выглядит так:

f=f_р(1+2,5/С),

где f_p - измеренное значение резонансной частоты контура; С - емкость конденсатора контура в пикофарадах.

Фото конструкции щупа приведено на рис. 4. Чтобы исключить прямое, в обход испытуемого контура, проникновение сигнала на вход детектора, использован двухсторонне фольгированный стеклотекстолит, а монтаж ведется на "пятачках" на двух сторонах платы.

Рис. 4. Конструкция щупа

Обе стороны общего провода-экрана соединены между собой перемычками в четырех - пяти местах (равномерно по всей площади платы). Точки подключения конденсаторов связи разнесены - вход высокоомного пробника находится с одной стороны, а на противоположной стороне платы - сплошной экран ("земля"). Точка подпайки нагрузочного резистора выхода NWT R1 находится с другой стороны платы, а напротив нее на противоположной стороне - сплошной экран ("земля"). Между конденсаторами связи практически на всю их длину установлен экран из тонкой жести. Он припаян к плате и обклеен черной изолентой. При повторении конструкции вместо этого дополнительного экрана рекомендую просто сделать плату подлиннее на 10...15 мм.

Большой ток выходного каскада высокоомного буферного усилителя щупа (примерно 30 мА) обеспечивает амплитуду выходного сигнала напряжением вплоть до 1,4 В на низкоомной нагрузке (50 Ом). Это позволяет реализовать по максимуму динамический диапазон детектора NWT. Налаживание усилителя сводится к установке на коллекторе транзистора VT2 постоянного напряжения +4...5 В. Этого добиваются подбором резистора R3. Ток, потребляемый щупом от источника питания, - около 40 мА.

Реальную нагрузку контуру создают генератор NWT с выходным сопротивлением 50 Ом и включенный параллельно ему нагрузочный резистор R1 сопротивлением 51 Ом (в итоге - около 25 Ом). Они подключены к испытуемому контуру через конденсатор связи С1 емкостью 1 пФ.

Оценить степень влияния этой цепи на добротность контура можно по приведенным в статье Б. Степанова формулам. Кто хочет, может посмотреть, например, книгу В. Попова "Основы теории цепей" (М.: Высшая школа, 1985), но приведенные там формулы несколько сложны для анализа и понимания физического смысла происходящего.

Проще будет понять суть происходящего, если воспользоваться понятием сопротивление потерь. Суммарное сопротивление потерь контура R_п можно определить по формуле

R_п=X_L/Q_н,

где X_L - индуктивное сопротивление его катушки; Q_н - ее добротность.

Сопротивление потерь нагруженного контура R_п равно сумме сопротивлений собственных потерь ненагруженного контура R_к и потерь, привнесенных нагрузкой R_н. Последнее для нашего случая включения сопротивления низкоомного источника сигнала R_ист через емкостный делитель тока равно

R_н = R_ист (С_св/(С_к+С_вх))².

Если контурная емкость С_к существенно больше входной емкости С_вх, эта формула упрощается до

R_н = R_ист (С_св/С_к)²,

внесенное в контур сопротивление уменьшается пропорционально квадрату отношения емкостей конденсаторов связи и контурного.

Рис. 5. График АЧХ

Рассмотрим реальный пример измерения параметров колебательного контура, который состоит из высокодобротной катушки индуктивности, намотанной на кольце Т50-6 фирмы Амидон, и конденсатора емкостью 38 пФ.

1. Полная емкость контура

С_m = С_к+С_вх=43 пФ.

2. По графику АЧХ (рис. 5) определяем резонансную частоту f=18,189 МГц и добротность Q_н=237,76 (хоть и слабо, но все-таки нагруженного контура).

3. Переходим на закладку "Радиотехнические расчеты" программы NWT, вводим в ячейки таблицы емкость контура и его резонансную частоту и находим индуктивность катушки L=1,78 мкГн. Ее индуктивное сопротивление X_L= = 203,5 Oм.

Таким образом, сопротивление потерь нагруженного контура, рассчитанное по формуле R_п = X_L/Q_н будет 0,86 Ом. Привнесенное нагрузкой, источником сигнала, сопротивление потерь находим по формуле

R_н = R_ист (С_св/(С_к+С_вх))².

Подставив в нее известные значения параметров элементов, получаем значение R_н=0,0135 Ом. Отсюда находим сопротивление потерь собственно ненагруженного контура R_к=0,847 Ом и добротность ненагруженного контура Q_к=240.

Непосредственно измеренное значение добротности, без этих уточняющих пересчетов, равно 237,76. Как видим, погрешность измерений из-за влияния низкоомного источника сигнала в нашем приборе пренебрежимо мала и будет тем меньше, чем больше емкость контура или выше его характеристическое сопротивление.

Автор: Сергей Беленецкий (US5MSQ)

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 Микросхема последовательной флэш-памяти M25P64 30.01.2005 Фирма ST MICROELECTRONICS объявила о выпуске микросхем последовательной флэш-памяти М25Р64 объемом 64 Мбит для хранения кодовой информации. Память отличается высоким быстродействием - до 50 МГц, поэтому ее перезапись занимает немного времени. Ее можно использовать в принтерах, проигрывателях CD- и DVD-дисков. Фирма гарантирует до 100000 циклов записи и стирания.

Другие интересные новости:

▪ Спутник на веревочке

▪ Бинокль с фотокамерой

▪ Внешний накопитель DashDrive Durable HD650 для экстрималов

▪ К 2017 году ожидается бум микрогибридов

▪ Музыкальная терапия храпения

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Узлы радиолюбительской техники. Подборка статей

▪ статья Облегчение нервюры. Советы моделисту

▪ статья Что обозначают буквы ISDN? Подробный ответ

▪ статья Станционный рабочий. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Экономичный многофункциональный частотомер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Предсказание числа. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025