Измеряем r, а заодно L и Q при помощи… NWT или nanoNVA

Очень интересный и простой метод измерения основных параметров катушки индуктивности (полное сопротивление потерь, добротности и индуктивности) подробно описан в одноименной статье  Б.Г.Степанова «Измеряем r, а заодно L и Q» (ж. Радио, 2010, №8 с.61). Измерение проводится при включении испытуемой катушки и дополнительного конденсатора  по схеме последовательного контура.

Схема стенда

Из приборов требуются  генератор стандартных сигналов с низкоомным выходом и ВЧ милливольтметр, способный достаточно измерять малые уровни (единицы и десятки мВ) ВЧ напряжений во всём КВ диапазоне частот. Всё это уже есть в популярном измерителе АЧХ NWT (подходит и nanoNVA), поэтому всё намного упрощается

Фото стенда US5MSQ

– измеряемый контур включается в разрыв простой  кабельной перемычки (см.фото), соединяющей выход генератора и вход детектора NWT (nanoNVA). А сам процесс становится нагляднее, т.к. результат измерений выводится на экран. Надо лишь немного переработать формулу расчета полного сопротивления потерь, приведённую в  статье

поскольку разница уровней напряжений у нас представлена на графике АЧХ в дБ.

Для большей оперативности измерений и упрощения всех вычислений я составил небольшую  программу NWT_Q-metr_US5MSQ_www, окно которой представлено на рисунке.

 

В отмеченные жёлтым цветом ячейки вносятся исходные данные:

— сопротивление источника сигнала Rи. Поскольку выходное сопротивление генератора Rвых и входное сопротивление Rвх  детектора (милливольтметра) включены параллельно, то эквивалентное сопротивление источника сигнала для испытуемого контура считается по формуле параллельно включенных сопротивлений Rи= Rвх* Rвых/( Rвх+ Rвых). В нашем случае Rвх=Rвых=50 Ом, отсюда находим Rи=25 Ом, которое и вносим в ячейку. Важно: некоторые модели NWT при нулевом ослаблении могут иметь выходное сопротивление, отличающееся от 50 Ом (например, у моего сигнал снимается непосредственно с ФНЧ), поэтому для повышения точности измерений нужно включить внутренний аттенюатор -10дБ, который обеспечит максимально близкое к 50 Омам значение выходного сопротивления.

— Соотношение амплитуд (в дБ) берём из графика измерений разницу уровней между исходным уровнем сигнала (в нашем случае это -10дБ при включённом внутреннем аттенюаторе – 10дБ) и на частоте резонанса – на графике это показано как минимум сигнала на такой-то частоте

— Частота резонанса Fc, МГц берём из графика измерений

— Ёмкость контурного конденсатора  C1, пФ.  От точности внесённого значения напрямую зависит точность расчета сопротивления добротности и индуктивности катушки, поэтому желательно её измерить поточнее, благо сейчас это можно сделать сделать как на специализированных LC-метрах, так и на современных мультиметрах, и даже при помощи популярного транзистор-тестера. Величину емкости выбираем в зависимости от требуемой частоты резонанса, на которой хотим измерить параметры. Выбирая разные значения емкости, можно «прогнать» катушку по всему диапазону. Контурные конденсаторы нужно применять высококачественные с добротностью не менее 700 (величина обратная тангенсу потерь, обычно приводимую в справочниках и даташитах), дабы добротность контура определялась только потерями в катушке. Подойдут импортные керамические групп по ТКЕ NP0 (C0G) или советские керамические КТ, КД  из групп по ТКЕ не хуже М750, слюдяные КСО группы Г, Кз1-11 и т.п.

— Емкость стенда, пФ — это эмпирическое значение для моего стенда, найденное мной после приступа перфекционизма (HI) в результате экспериментов с известными катушками. Не сильно влияет на результаты вычислений и при емкости контура более 100 пФ можно не заморачиваться.

после этого в ячейках, отмеченных зелёным цветом, получим искомые значения сопротивление потерь r, добротности и индуктивности катушки – вуаля!

сам процесс измерения состоит из нескольких этапов:

1.Подключаем контур к стенду и делаем первичное сканирование диапазона, дабы грубо определить частоту резонанса. Если примерное значение резонанса известно, то этот пункт можно пропустить. Временно отключаем контур.

2.Выставляем частоты сканирования с небольшим запасом по обе стороны от ожидаемой частоты резонанса, для лучшей точности определения частоты число точек сканирования выбираем побольше от 2000 до 9000 и включаем калибровку уровней (контур пока отключён!)

3.Подключаем контур, включаем внутренний аттенюатор -10 дБ и запускаем сканирование. С полученного графика АЧХ снимаем показания, вносим их в таблицу и получаем результат.

Потери_СБ12а_3,83 мкГн_130 пФ

Важно: при малых (менее 1 Ома) значениях сопротивления потерь, т.е. при измерении высокодобротных катушек, большую погрешность могут вносить переходные сопротивления разъёмов и реактивности соединительных проводов, поэтому для повышения точности рекомендуется подключать испытуемый контур к стенду при помощи пайки с минимальной длиной выводов.

Для проверки точности измерений рассматриваемым способом я провёл аналогичные измерения добротности при помощи моего щупа-приставки к NWT для тестирования контуров   на одних и тех же катушках и конденсаторах, только в данном случае включённых по параллельной схеме контура. Для анализа результаты измерений сведены в одну таблицу.

Таблица сравнительных измерений добротности US5MSQ

Как видим, полученные значения очень близки, отличия не более нескольких процентов, так что погрешность небольшая и можно смело применять этот метод измерения в радиолюбительской практике.

Архив программы, графические результаты измерений можно скачать на форуме   там же можно и обсудить статью.

 

С.Беленецкий  US5MSQ                                                           май 2022                            г.Киев

Tags: , , , ,

Подписаться
Уведомить о
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
()
x