Щуп-приставка к NWT для тестирования контуров


Желание повысить точность измерения добротности контуров по сравнению с предложенной мной ранее простейшей схемой — это с одной стороны, а с другой —  максимально использовать преимущество и удобство  «холодной» настройки ВЧ/ПЧ трактов приемников,  привели меня к мысли сделать приставку к NWT – тестер контуров в виде компактного щупа (или, если угодно, пробника), способного с достаточно высокой точностью измерять резонансную частоту, добротность и АЧХ контуров, причём как отдельно взятых, так и установленных непосредственно в конструкциях – ламповых, на кремниевых транзисторах и ИМС( разумеется, что в этом случае надо следить, чтобы напряжение сигнала на контуре не превышало уровня -20 дБ – дабы не открывались кремниевые p-n переходы). Внешний вид щупа показан на фото.Внешний вид щупа - тестера контуров US5MSQ

Принципиальная схема щупа-тестера контуров приведена на рис.1.принципиальная схема щупа - приставка к NWT US5MSQ

Принцип действия, особенности конструкции и способы применения  достаточно подробно изложены в статье Б.Степанов. Простой индикатор резонанса. По сравнению с описанным там прибором, предлагаемый Вашему вниманию вариант тестера имеет лучшие характеристики. Применение более чуствительного детектора NWT позволило существенно (в 4 раза) уменьшить емкость конденсаторов связи, что в купе с более низким  выходным сопротивлением генератора NWT  снизило в 36 раз степень влияния измерительных цепей на добротность контура. Благодаря этому погрешность измерения добротности контура вплоть до максимальной возможных на практике величин (до 400-500) во всём диапазоне ( от сотен кГц до 30 МГц) не превышает 5-10%!!! Входная емкость щупа также уменьшилась, но не намного – составляет 4.9 — 5,0 пФ. Хотя по  теории она не должна превышать 2 пФ, но на практике при таких величинах заметно сказывается  паразитная емкость монтажа. Первые свои опыты я проводил на стенде со свободно висящий над стендом на расстоянии примерно 4-5 см контуром и то даже в таком виде собственная емкость составила примерно 3,3 пф. Измерять, конечно можно было и так, но уровень помех был довольно высок, особенно на НЧ части диапазона (см. графики АЧХ).Измерения добротности контура US5MSQ

Измерения добротности контура US5MSQ

Установка пробника в экранированный корпус практически полностью убрало помехи (см. графики АЧХ со щупом)Измерения добротности контура US5MSQ

Измерения добротности контура US5MSQ

и улучшило развязку ( теперь при замкнутых входных контактах развязка на частоте 20 МГц порядка — 62дБ)  , но входная емкость возросла до 4,9-5,0 пФ. Поэтому для повышения точности измерения реальной резонансной частоты контуров (что важно, например при проверке/настройке сопряжения контуров) надо вводить поправку по формуле, приведённой в конце статьи Степанова, только вместо  числа 3,5 надо поставить число 2,5, т.е.

                                       f=fр(1+2,5/С),

где fр – измеренное значение резонансной частоты контура, С – ёмкость конденсатора контура в пикофарадах.

Конструкция щупа хорошо видна на фото. Для максимальной развязки, дабы исключить прямое, в обход испытуемого контура, проникновение сигнала на вход детектора, что приведёт к дополнительной погрешности измерения, использован двусторонне фольгированный стеклотестолит, монтаж ведётся на «пятачках» по методу Жутяева, Конструкция щупа_1 US5MSQ

Конструкция щупа_2 US5MSQ

обе стороны  общего провода-экрана соединены между собой («прошиты» перемычками) в 4-5 местах, равномерно по площади платы. Точки подключения конденсаторов связи разнесены — вход высокоомного пробника находится вверху — напротив него на противоположной стороне сплошной экран (земля), а точка подпайки нагрузочного резистора выхода NWT находится внизу и напротив неё на противоположной стороне сплошной экран (земля). И между самими конденсаторами связи практически на всю их длину установлен экранчик из жести (он обклеен чёрной изолентой, поэтому на фото не очень хорошо виден), припаянный к общему экрану платки — сразу сделать платку подлиннее не догадался. Но это уже учтено в конструкции Владимира US7ILY.

Рассмотрим принципиальную схему щупа — тестера контуров, приведённую на рис.1  подробнее.

На транзисторах Т1,T2 собран высокоомный буферный усилитель с входным сопротивлением 1М и входной емкостью примерно 3 пФ. Большой ток выходного каскада (примерно 30 мА) обеспечивает нормальную сигнала напряжением вплоть до 1Вэфф (амплитуда 1,4В)  на низкоомную нагрузку (50 ом), что и обеспечивает практически максимальный ДД детектора NWT. К испытуемому контуру этот усилитель подключён через емкость 1 пФ, которая с входной емкостью образует емкостной делитель ¼ или по сопротивлению 1/16, т.о. со стороны буферного усилителя  нагрузка на контур эквивалентна параллельно включённому сопротивлению примерно 16 Мом, что в десятки раз превышает резонансное сопротивление любых реально реализуемых на практике контуров и им можно полностью пренебречь.

Фактически реальную нагрузку контуру создаёт генератор — источник сигнала, имеющий низкое выходное сопротивление ( в нашем случае это параллельно включенные выходное сопротивление генератора NWT 50 ом и его нагрузочное сопротивление R1 51 ом, в итоге имеем примерно 25 ом) и подключенный к испытуемому контура также через конденсатор связи малой емкости Ссв=1пФ.

Оценить степень влияния этой цепи на добротность контура можно по приведённым в статье Б.Степанова формулам (кто хочет копнуть поглубже — смотрим более серьёзную литературу, например Попов В.П. Основы теории цепей. 1985 стр. 122-125 и т.п.), но они несколько сложны для анализа и понимания физического смысла происходящего.

Проще будет понять, если воспользоваться понятием сопротивление потерь. Если помните, суммарное сопротивление потерь контура можно определить по формуле Rп=XL/Qн.

В свою очередь, сопротивление потерь нагруженного контура Rп равно сумме сопротивлений собственных потерь ненагруженного контура Rк и потерь при внесённых нагрузкой Rн.

Т.о. Rп=Rк+Rн, а последнее для нашего случае включения низкоомного источника сигнала через емкостной делитель тока равно Rист*(Ссв/(Ск+Свх))^2. Если контурная емкость Ск существенно больше  входной емкости Свх=5пФ, то эта формула упрощается до всем знакомой Rн=Rист*(Ссв/Ск)^2 – внесённое в контур сопротивление уменьшается пропорционально квадрату соотношения емкостей связи и контурной.

Ну а теперь о том, как всё это нам использовать для повышения точности измерения добротности контура. Рассмотрим на реальном примере измерения тестером контура, состоящего из высокодобротной катушки, намотанной на кольце Амидон Т50-6 и конденсатора 38пф.

  1. Полная емкость контура Сm=Ск+Свх=38+5=43пФ.

2. Сканируем АЧХ (см. приложение), по графику определяем резонансную частоту и добротность  (хоть и слабо, но всё-таки нагруженного контура) Qн=237,76, Fm=18,189 Мгц.

  1. Переходим на закладку «Радиотехнические расчёты» (см. рис.), вбиваем в ячейки таблицы найденные контурную емкость и резонансную частоту и находим индуктивность катушки L=1,78 мкГн и её индуктивное сопротивление XL=203,50 ом. расчёт индуктивного сопротивления
  2. Измеренное сопротивление потерь нагруженного контура Rп=203,5 ом/237,76=0,86 ом,

а привнесённое нагрузкой — источником сигнала сопротивление потерь  Rн=Rист*(Ссв/(Ск+Свх))^2=25 ом*(1пФ/(38пФ+5пФ))^2=0,0135 ом

Отсюда находим сопротивление потерь собственно не нагруженного контура Rк=Rп-Rн=0,86ом-0,0135 ом=0,847ом  и добротность не нагруженного контура Qк=XL/Rк=203,5ом/0,847ом =240

Напомню, что непосредственно измеренное значение добротности, без этих уточняющих пересчетов,  равно 237,76.

Как видим погрешность измерений из-за влияния низкоомного сигнала невелика и будет тем меньше, чем больше емкость контура или выше его волновое (характеристическое) сопротивление.

P.S. Таким же путём (вычитанием из найденного сопротивления собственных потерь контура сопротивления потерь конденсатора) при известных потерях в конденсаторе (в справочниках, как правило, указывают тангенс потерь – величина, обратная добротности, поэтому сопротивление потерь конденсатора = XC*тангенс) можно попробовать оценить и конструктивную добротность  непосредственно катушки.

Обсудить статью и задать вопросы по теме можно на форуме

С.Беленецкий, US5MSQ                            г.Киев,  Украина

Tags: , , , ,

One Response to “Щуп-приставка к NWT для тестирования контуров”

  1. US7ILY Март 2, 2016 at 20:47 Постоянная ссылка

    Сергей Эдуардович, большое спасибо за эту приставку,очень полезная штучка. Успехов Вам во всех ваших начинаниях!

Добавить комментарий

Optimization WordPress Plugins & Solutions by W3 EDGE