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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Acessório NWT para testar circuitos LC. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Os medidores de características de amplitude-frequência NWT são amplamente utilizados entre rádios amadores. O desejo de aumentar a precisão da medição do fator de qualidade dos circuitos com sua ajuda (em comparação com as soluções de circuitos mais simples) me levou à ideia de fazer um anexo ao NWT na forma de uma sonda compacta. Além disso, é possível medir com precisão suficientemente alta a frequência de ressonância, o fator de qualidade e a resposta em frequência dos circuitos - tanto separadamente quanto instalados diretamente nas estruturas. Claro que, neste caso, é necessário garantir que a tensão do sinal no circuito em estudo não ultrapasse o nível de -20 dB no gráfico de resposta em frequência, para que as junções pn do silício não se abram. A aparência da sonda é mostrada na Fig. 1, e seu diagrama está na Fig. 2. Um amplificador buffer de alta impedância com resistência de entrada de 1 MOhm e capacitância de entrada de aproximadamente 2 pF é montado usando os transistores VT1, VT3. O uso de tal sonda e os recursos de design são descritos com detalhes suficientes no artigo de B. Stepanov “Um indicador de ressonância simples”, publicado na coleção “Radio Yearbook 1985”. Comparada ao dispositivo ali descrito, a versão proposta da sonda possui melhores características. A utilização de um detector NWT mais sensível permitiu reduzir significativamente (quase quatro vezes) a capacitância dos capacitores de acoplamento, o que reduziu significativamente a influência dos circuitos de medição no fator de qualidade do circuito em estudo. Graças a isso, o erro na medição do fator de qualidade do circuito (até 400...500) não ultrapassa 5...10% em frequências de centenas de quilohertz a 30 MHz. A sonda é conectada ao circuito LC em estudo, por exemplo, por meio de pinças jacaré (ver Fig. 1).
A capacitância de entrada de tal sonda pode ser de cerca de 2 pF, mas na prática, em tais valores, a capacitância parasita da instalação já a afeta visivelmente. A alta impedância de entrada da ponta de prova do testador exigia sua blindagem. Na Fig. 3 mostra que sem tela externa, em certos níveis baixos, aparece ruído na resposta de frequência. A instalação da sonda na caixa de blindagem remove quase completamente a interferência e melhora o desacoplamento de entrada-saída, mas ao mesmo tempo a capacitância de entrada aumenta para 4,9...5 pF. Com os contatos de entrada da sonda fechados, o isolamento será de pelo menos 62 dB na frequência de 20 MHz.
Para aumentar a precisão da medição da frequência de ressonância real dos circuitos f (isto é importante, por exemplo, ao verificar ou ajustar o emparelhamento dos circuitos), é necessário introduzir uma correção de acordo com a fórmula dada no artigo de B. Stepanov , apenas em vez do número 3,5, substitua o número 2,5 nele. Para esta sonda é assim: f = fр(1+2,5/C), onde fp - valor medido da frequência ressonante do circuito; C é a capacitância do capacitor do circuito em picofarads. Uma foto do desenho da sonda é mostrada na Fig. 4. Para excluir a penetração direta do sinal, contornando o circuito em teste, na entrada do detector, é utilizada fibra de vidro revestida com folha dupla-face e a instalação é realizada em “pontos” em ambos os lados da placa.
Ambos os lados do fio blindado comum são conectados entre si por jumpers em quatro a cinco lugares (uniformemente em toda a área da placa). Os pontos de conexão dos capacitores de acoplamento são espaçados - a entrada da ponta de prova de alta impedância fica de um lado e no lado oposto da placa há uma blindagem sólida (“terra”). O ponto de solda do resistor de carga da saída NWT R1 está localizado no outro lado da placa, e do lado oposto há uma blindagem sólida (“terra”). Uma fina tela de chapa metálica é instalada entre os capacitores de acoplamento em quase todo o seu comprimento. Ele é soldado à placa e coberto com fita isolante preta. Ao repetir o design, em vez desta tela adicional, recomendo simplesmente deixar a placa 10...15 mm mais longa. O estágio de saída de alta corrente do amplificador buffer de alta impedância da ponta de prova (aproximadamente 30 mA) fornece uma amplitude de sinal de saída de até 1,4 V em uma carga de baixa impedância (50 ohms). Isto permite que a faixa dinâmica máxima do detector NWT seja alcançada. A configuração do amplificador se resume à instalação de uma tensão constante de +2...4 V no coletor do transistor VT5. Isso é conseguido selecionando o resistor R3. A corrente consumida pela sonda da fonte de alimentação é de cerca de 40 mA. A carga real no circuito é criada por um gerador NWT com resistência de saída de 50 Ohm e um resistor de carga R1 com resistência de 51 Ohm conectado em paralelo a ele (no final - cerca de 25 Ohm). Eles são conectados ao circuito em teste através de um capacitor de acoplamento C1 com capacidade de 1 pF. O grau de influência deste circuito no fator de qualidade do circuito pode ser avaliado usando as fórmulas fornecidas no artigo de B. Stepanov. Quem quiser pode consultar, por exemplo, o livro “Fundamentals of Circuit Theory” de V. Popov (Moscou: Escola Superior, 1985), mas as fórmulas ali fornecidas são um tanto difíceis de analisar e compreender o significado físico do que está acontecendo. Será mais fácil entender a essência do que está acontecendo se usarmos o conceito de resistência à perda. Resistência total à perda de loop Rп pode ser determinado pela fórmula Rп=XL/Qн, onde XL - resistência indutiva de sua bobina; Qн - sua boa qualidade. Resistência à perda do circuito carregado Rп igual à soma das resistências das próprias perdas do circuito descarregado Rк e perdas introduzidas pela carga Rн. Este último para o nosso caso de ligar a resistência da fonte de sinal de baixa resistência Rist através do divisor de corrente capacitivo é igual a Rн = Rist (COMSt./(A PARTIR DEк+Сvh))2. Se a capacidade de contorno Cк significativamente maior que a capacitância de entrada Cvh, esta fórmula simplifica para Rн = Rist (COMSt./A PARTIR DEк)2, A resistência introduzida no circuito diminui proporcionalmente ao quadrado da razão entre as capacitâncias do acoplamento e dos capacitores do circuito.
Consideremos um exemplo real de medição dos parâmetros de um circuito oscilatório, que consiste em um indutor de alta qualidade enrolado em um anel T50-6 da Amidon e um capacitor com capacidade de 38 pF. 1. Capacidade total do circuito Сm = Cк+Сvh\u43d XNUMX pF. 2. Usando o gráfico de resposta de frequência (Fig. 5), determinamos a frequência de ressonância f=18,189 MHz e o fator de qualidade Qн=237,76 (embora fracamente, mas ainda um circuito carregado). 3. Vá para a guia “Cálculos de Engenharia de Rádio” do programa NWT, insira a capacitância do circuito e sua frequência de ressonância nas células da tabela e encontre a indutância da bobina L = 1,78 μH. Sua reatância indutiva XL= = 203,5 Ohms. Assim, a resistência à perda do circuito carregado, calculada pela fórmula Rп = XL/Qн será 0,86 Ohm. A resistência à perda introduzida pela carga, a fonte do sinal, é encontrada usando a fórmula Rн = Rist (COMSt./(A PARTIR DEк+Сvh))2. Substituindo nele os valores conhecidos dos parâmetros dos elementos, obtemos o valor Rн=0,0135Ohm. A partir daqui encontramos a resistência à perda do próprio circuito descarregado Rк=0,847 Ohm e o fator de qualidade do circuito sem carga Qк= 240. O valor medido diretamente do fator de qualidade, sem esses recálculos esclarecedores, é igual a 237,76. Como podemos ver, o erro de medição devido à influência de uma fonte de sinal de baixa resistência em nosso dispositivo é insignificante e será menor quanto maior for a capacitância do circuito ou quanto maior for sua impedância característica. Autor: Sergey Belenetsky (US5MSQ)
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