Измеряем r, а заодно L и Q

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: статьи

Опубликовано: 25.03.2017 12:07

Просмотров: 3333

Борис СТЕПАНОВ (RU3AX), г. Москва
При изготовлении связной аппаратуры время от времени неизбежно возникает вопрос измерения двух основных параметров катушек индуктивности — собственно их индуктивности и добротности. Если измерить индуктивность катушки относительно несложно определение ее добротности в радиолюбительских условиях вызывает определенные трудности.

Радиолюбители для этой цели обычно не пользуются малораспространенными специализированными приборами измерителями добротности (Q-метрами) Для решения этой задачи они предпочитают косвенный метод — по измерениям резонансной частоты колебательного контура и полосы его пропускания по уровню 0.707. Отношение этих двух величин и есть добротность колебательного контура.
Этот метод вполне подходит во многих случаях, но уверенно сказать что измеренная этим методом добротность не занижена, нельзя. Причина тому — относительно невысокое входное сопротивление ВЧ вольтметров, которые регистрируют напряжение на контуре. Входное сопротивление широко распространенных ВЧ вольтметров с полупроводниковым диодом на входе в KB диапазоне не превышает обычно 100 кОм, что сравнимо с типичными значениями полного сопротивления колебательного контура при резонансе. Проблема усугубляется, когда необходимо измерить Q высокодобротной катушки.
Между тем есть простой метод, позволяющий снять ограничения, которые накладывает на подобные измерения невысокое входное сопротивление ВЧ вольтметра и, кстати, еще и низкое выходное сопротивление измерительного генератора Этот метод основан на прямом измерении исходного параметра катушки индуктивности который и определяет ее добротность — ее сопротивления потерь. Как известно, оно складывается из нескольких составляющих: сопротивления провода катушки на постоянном токе и потерь на высокой частоте. Они обусловлены излучением ВЧ энергии, скин-эффектом в проводе катушки, потерями в металлическом экране и т п. Полное сопротивление потерь катушки обычно заметно (в несколько раз) больше сопротивления катушки на постоянном токе Высокочастотная составляющая ее полного сопротивления возрастает с частотой.
Для проведения таких измерений необходим источник сигнала с известными выходным сопротивлением и выходным ВЧ напряжением. Например, для распространенного у радиолюбителей генератора стандартных сигналов ГЗ-14А выходное сопротивление на выходе "μV" равно 75 Ом. Указываемое в описании этого ГСС калиброванное напряжение 100 мВ обеспечивается только при подключенном к этому выходу штатном выносном делителе с полным сопротивлением 75 Ом В этих измерениях он не используется, и на выходном разъеме "μV" калиброванное выходное напряжение будет 200 мВ
При этом указатель плавной регулировки выходного напряжения "μV" должен быть в положении, соответствующем максимальному выходному сигналу (находится на риске "К"), и оба переключателя ступенчатой регулировки уровня выходного сигнала должны находиться в положении, также соответствующем максимальному выходному сигналу (соответственно в положениях "100"и"х1000").
В общем случае к измерительному генератору каких-либо особых требований не предъявляется — выходное сопротивление может быть любым другим, например 50 Ом. Важно лишь, чтобы оно было точно известно, поскольку его значение, как и значение выходного напряжения без внешней нагрузки, используется при расчете сопротивления потерь катушки индуктивности.
 
Для измерения потребуется еще и высокочастотный милливольтметр, позволяющий измерять напряжение от единиц до десятков милливольт. Естественно, что его верхний частотный предел измерений будет определять максимальные частоты, на которых по описываемой методике можно измерять добротность катушек индуктивности.
 Для распространенного ВЧ милливольтметра ВЗ-38А это 5 МГц. а для ВЗ-39 — 10 МГц.
Схема измерения проста до невозможности (см. рисунок). Непосредственно к выходу ГСС "μV" (без выносных аттенюаторов!) подключают последовательный колебательный контур, состоящий из вспомогательного конденсатора С1 и исследуемой катушки индуктивности L1. Помимо их, на этом рисунке условно показано сопротивление потерь катушки r.
Перестраивая ГСС, определяют частоту последовательного резонанса
колебательного контура f по минимуму показаний милливольтметра. На этой частоте милливольтметр покажет падение напряжения, обусловленное полным сопротивлением потерь катушки r Его рассчитывают по формуле
r=Rr/(U1/U2-1),
где г — сопротивление потерь, Ом; R — выходное сопротивление генератора, Ом; U1 — выходное напряжение генератора (без внешнего делителя!), мВ; U2 — напряжение на контуре в резонансе, мВ.
Зная емкость конденсатора и значение этого сопротивления, уже можно рассчитать значение Q как отношение емкостного сопротивления конденсатора на рабочей частоте к сопротивлению потерь в контуре по формуле
Q=1.6.105/(fC1r),
где С1 — емкость конденсатора, пф; f — частота, МГц; r — сопротивление. Ом.
По резонансной частоте f и емкости конденсатора С1 легко рассчитать индуктивность катушки по формуле
L=25300/(C1f2),
где L — индуктивность, мкГн; f — частота, МГц; С1 — емкость, пФ.
Определенным недостатком этого метода является необходимость иметь в наличии достаточно чувствительный высокочастотный милливольтметр. Но, во-первых, подобные приборы все же более распространены, чем Q-метры. И во-вторых метод практически исключает влияние измерительных приборов на исследуемый колебательный контур, что дает возможность измерять добротность катушек с высоким значением О. А потребность в этом в радиолюбительской практике встречается не так уж редко.
Если нет необходимости измерять добротность катушки, ее индуктивность можно при использовании ГСС ГЗ-14А определять и без ВЧ вольтметра. Дело в том. что встроенный в этот ГСС индикатор при установке ступенчатого переключателя уровня выходного сигнала в положение, соответствующее максимальному выходному сигналу ("100"), измеряет напряжение непосредственно на выходе ГЗ-14А "0,1 -1V". Этот аттенюатор включен между вольтметром и выходом "0.1-1V", и при других его положениях минимум его показаний будет фиксироваться не так четко. Положение второго ступенчатого переключателя ("х1". "х10" и т. д.) — произвольное. Если теперь к этому выходу, как и в предыдущем варианте, подключить последовательный колебательный контур (см рисунок), при резонансе этого контура прибор ГСС покажет четкий минимум, поскольку выход ГСС будет шунтироваться относительно низким полным сопротивлением потерь катушки. Определив частоту, на которой это происходит, остается только рассчитать индуктивность катушки по приведенной выше формуле.
Радио №8. 2010