Amperímetro de alta frequência para ondas curtas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Para ondas curtas, ao configurar ou testar equipamentos, geralmente é necessário medir a corrente de alta frequência. Um rádio amador geralmente não possui instrumentos padrão para tais medições. É fácil medir a tensão de alta frequência (diodo, capacitor, indicador). Não há problemas com a medição de tensão nos dispositivos. Existe uma carcaça contra a qual todas as tensões são medidas. E os fios dos pontos de medição para o voltímetro de RF são geralmente tão curtos (em termos de comprimento de onda da tensão medida λ) que dificilmente afetam o dispositivo em teste.

Mas na tecnologia de antena é mais difícil. Primeiro, as antenas geralmente não têm "terra" (por exemplo, antenas simétricas). Em segundo lugar, mesmo que haja um aterramento (digamos, um dipolo GP ou Y correspondente), os cabos de teste são inaceitavelmente longos. Imagine como seria tentar medir a tensão no meio do GP: afinal, deste ponto até a base do pino você terá que puxar um fio! Na verdade, eles se tornam parte da antena, alterando tanto sua operação e distribuição de tensão que a precisão e o valor de tais medições são muito baixos.

Para estudar e medir o que está acontecendo nos condutores da antena, você precisa de um amperímetro de RF. Ele, ao contrário de um voltímetro, é conectado em um ponto, o que significa que não possui fios de medição longos que distorcem a medição.

A base do amperímetro de RF é o sensor de corrente. Este é um transformador especial de alta frequência em um circuito magnético de anel de ferrite. O enrolamento primário deste transformador é o fio no qual medimos a corrente. O enrolamento secundário consiste em várias dezenas de voltas carregadas em um resistor de baixa resistência.

Mostrado na fig. 1 transformador de corrente funciona assim. A corrente no fio medido através do circuito magnético induz uma corrente no enrolamento secundário, que será menor que a corrente no circuito primário em relação ao número de voltas dos enrolamentos. Por exemplo, com uma proporção do número de voltas de enrolamentos de 20 (como em nosso dispositivo), será 20 vezes menor. Esta corrente, fluindo através do resistor de carga, criará uma queda de tensão de RF através dele. Este último já pode ser medido com qualquer voltímetro de RF (existem dois pontos para medição - as saídas do enrolamento secundário): do diodo detector ao analisador de espectro ou receptor.

Arroz. 1. Circuito do transformador de corrente

Se a resistência do resistor de carga R for escolhida, por exemplo, 50 Ohm, a uma corrente I_vh no enrolamento primário da tensão do transformador U_O (em seu enrolamento secundário haverá U_vyx=(eu_vh/20)*50=2,5I_вx. A resistência de 50 Ohm não foi escolhida por acaso como carga, mas para poder usar um receptor ou um analisador de espectro como um medidor de tensão de RF (medição de correntes de RF muito pequenas).

A relação N do número de voltas dos enrolamentos, ou seja, o número de voltas do enrolamento secundário (o primário sempre tem uma volta), é escolhido a partir de considerações de compromisso. Por um lado, quanto menos voltas no enrolamento secundário, mais largo será o transformador. Por outro lado, quanto maior N, menor a resistência introduzida no fio medido e menor a influência do nosso transformador no fio medido. A resistência de inserção é igual a R/N², ou seja, no nosso caso 50/20²\u0,125d 0,125 Ohm. Assim, a resistência de entrada ativa do nosso amperímetro de RF é de XNUMX ohms, o que é aceitável para a maioria das medições.

Precisamos de um dispositivo de medição, não de um "medidor de exibição". Para fazer isso, é necessário que o circuito magnético possa trabalhar em uma determinada banda (ou seja, a ferrita não deve ser muito baixa frequência) e não saturar com correntes significativas no fio medido (ou seja, as dimensões do circuito magnético devem ser grande o suficiente).

Além disso, o circuito magnético deve ser dividido em duas metades e sua estrutura deve ser encaixada. Sem isso, será quase impossível usar o dispositivo: você nem sempre passará o início do fio medido pelo circuito magnético e moverá este até o ponto de medição.

E o último (por menção, mas não por importância) requisito para o circuito magnético de um transformador de corrente: o furo deve ser grande para poder medir a corrente nas tranças de cabos grossos.

Com base no exposto, foi escolhido o núcleo magnético 28A3851-0A2 com dimensões de 30x30x33 mm e um furo com diâmetro de 13 mm. Este é um circuito magnético de encaixe supressor de interferência feito de ferrite com uma permeabilidade magnética inicial de cerca de 300 a uma frequência de 25 MHz. Muito provavelmente, muitos outros núcleos magnéticos semelhantes em propósito servirão.

Enrolamos 20 voltas de um fio de montagem fino no circuito magnético (Fig. 2) e protegemos o enrolamento secundário com um tubo termorretrátil (Fig. 3).

Arroz. 2. Núcleo magnético com fio de montagem fino

Arroz. 3. Núcleo magnético com tubo termoencolhível

Nós o conectamos a uma pequena haste dielétrica (20 ... 30 cm) com um conector de instrumento coaxial na extremidade inferior. Do conector ao enrolamento secundário da haste, desenhamos um cabo coaxial fino com impedância característica de 50 ohms.

Agora você pode verificar a qualidade do transformador de corrente fabricado. Para fazer isso, realizaremos medições de acordo com o esquema mostrado na Fig. 4.

Arroz. 4. Esquema de medições

Vamos estimar o coeficiente de transferência esperado. A corrente através de R1 é U_vh/R1. Substituindo isso por I_vh na fórmula anterior, obtemos U_O=U_vh/ 20.

Ou seja, o coeficiente de transferência desse circuito será de 1/20 ou -26 dB. É quando o transformador está funcionando perfeitamente. Vamos comparar esse valor calculado com a prática. Os resultados das medições na banda 0,3...30 MHz são mostrados na fig. 5.

Arroz. 5. Resultados das medições na banda 0,3...30 MHz

Pode-se ver que a diferença entre o coeficiente de transferência e o calculado é inferior a 0,9 dB, ou seja, o transformador acabou sendo um sensor de medição muito preciso. E você não pode garantir o fato de que o bloqueio da resposta de frequência na borda de alta frequência está associado às propriedades da ferrita e não à queda de corrente real através do transformador. O fato é que o fio que passa pelo transformador tem uma indutância diferente de zero, o que aumenta a impedância de carga, o que faz com que a ROE resultante aumente ligeiramente (chegando a 1,1 na frequência de 30 MHz) e a corrente de carga cai. E é muito provável que a queda no gráfico na resposta de frequência simplesmente mostre a verdade: a corrente na carga no RF cai.

De qualquer forma, pode-se observar que a precisão da medição é muito alta (menos de 1 dB de erro) na faixa de frequência de 0,3 a 30 MHz.

O transformador de corrente descrito acima é usado em duas versões.

Em primeiro lugar, para operação autônoma (por exemplo, no telhado para medir a corrente nas antenas e estudar sua distribuição, ou para pesquisar em quais cabos da estação de rádio a corrente em modo comum do transmissor se espalha), um detector de diodo com um impedância de entrada de 50 ohms com uma chave de limites de medição e uma chave conectada ao transformador. Por exemplo, como mostrado na Fig. 6.

Arroz. 6. Diagrama de fiação

Os resistores R3-R6 são selecionados com base na sensibilidade do dispositivo apontador de acordo com o seguinte método. Com a posição do interruptor SA1 "10 A", fornecemos uma tensão constante de 25 V da fonte de alimentação para a entrada do dispositivo e, selecionando o resistor R6, definimos o desvio de fundo de escala. Isso deve ser feito rapidamente, os resistores R1 e R2 esquentam muito. No limite de "3 A" fazemos o mesmo com uma tensão de 7,5 V selecionando o resistor R5, no limite de "1 A" - com uma tensão de 2,5 V selecionamos o resistor R4, no limite de "0,3 A " - a uma tensão de 0,75, 3 V, selecionamos o resistor RXNUMX.

Acontece um conveniente amperímetro de RF autônomo, com o qual você pode examinar quase qualquer antena. Quase porque a resistência de qualquer amperímetro deve ser muitas vezes menor que a resistência do circuito medido. Portanto, usar este amperímetro de RF em locais onde a resistência é inferior a alguns ohms (loops de curto-circuito, quadros magnéticos, antenas encurtadas), não apenas impossível, mas irracional. Incluir um amperímetro nesses locais causará uma mudança perceptível na corrente e você não saberá seu valor verdadeiro.

Para medir correntes baixas (por exemplo, correntes de ruído de modo comum parasitas em vários fios e cabos), conecte a entrada de 50 ohms do receptor ou analisador de espectro ao transformador.

Por exemplo, na fig. 7 mostra quais sinais estão presentes no cabo de alimentação do cabo de extensão ao qual o computador, o monitor e o osciloscópio digital (também, em princípio, um computador) estão conectados. A banda amadora de 160 metros de 1,8 a 2 MHz está sendo estudada.

Arroz. 7. Gráfico ilustrando a presença de sinais no cabo de força de uma extensão na qual estão conectados computador, monitor e osciloscópio digital

Uma imagem tão sombria é fornecida por apenas três fontes de alimentação comutadas. Além disso, ainda são boas fontes de alimentação que atendem aos padrões de radiação parasita. Isso, no entanto, não exclui o fato de que eles podem interferir na recepção DX. O sensor de corrente HF descrito ajudará você a encontrar os mais problemáticos, em termos de interferência, cabos e dispositivos.

Autor: I. Goncharenko

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