In dit artikel vertellen we je wat een oscillerend circuit is. Serieel en parallel oscillerend circuit.

Oscillerend circuit - een apparaat of elektrisch circuit dat de noodzakelijke radio-elektronische elementen bevat om elektromagnetische trillingen te creëren. Verdeeld in twee typen, afhankelijk van de verbinding van elementen: consistent En parallel.

De belangrijkste radio-elementbasis van het oscillerende circuit: Condensator, voeding en inductor.

Een serie-oscillerend circuit is het eenvoudigste resonante (oscillerende) circuit. Het serie-oscillerende circuit bestaat uit een inductor en een condensator die in serie zijn geschakeld. Wanneer een dergelijk circuit wordt blootgesteld aan wisselspanning (harmonische) zal er een wisselstroom door de spoel en de condensator vloeien, waarvan de waarde wordt berekend volgens de wet van Ohm:ik = U / XΣ, Waar X Σ— de som van de reactanties van een spoel en een condensator die in serie zijn geschakeld (de sommodule wordt gebruikt).

Laten we, om uw geheugen op te frissen, onthouden hoe de reactantie van een condensator en een inductor afhangt van de frequentie van de aangelegde wisselspanning. Voor een inductor ziet deze afhankelijkheid er als volgt uit:

De formule laat zien dat naarmate de frequentie toeneemt, de reactantie van de inductor toeneemt. Voor een condensator ziet de afhankelijkheid van de reactantie van de frequentie er als volgt uit:

In tegenstelling tot inductie gebeurt bij een condensator alles andersom: naarmate de frequentie toeneemt, neemt de reactantie af. De volgende afbeelding toont grafisch de afhankelijkheid van de spoelreactanties XL en condensator X C van cyclische (circulaire) frequentie ω , evenals een grafiek van frequentieafhankelijkheid ω hun algebraïsche som X Σ. De grafiek toont in wezen de frequentieafhankelijkheid van de totale reactantie van een serie-oscillerend circuit.

De grafiek laat dat zien bij een bepaalde frequentie ω=ω р, waarbij de reactanties van de spoel en de condensator even groot zijn (gelijk in waarde, maar tegengesteld in teken), wordt de totale weerstand van het circuit nul. Bij deze frequentie wordt een maximale stroom waargenomen in het circuit, die alleen wordt beperkt door ohmse verliezen in de inductor (d.w.z. de actieve weerstand van de spoelwikkeldraad) en de interne weerstand van de stroombron (generator). De frequentie waarop het beschouwde fenomeen, in de natuurkunde resonantie genoemd, wordt waargenomen, wordt de resonantiefrequentie of de eigenfrequentie van het circuit genoemd. Uit de grafiek blijkt ook duidelijk dat bij frequenties onder de resonantiefrequentie de reactantie van het serieoscillatorcircuit capacitief van aard is, en bij hogere frequenties inductief. Wat de resonantiefrequentie zelf betreft, deze kan worden berekend met behulp van de formule van Thomson, die we kunnen afleiden uit de formules voor de reactanties van de inductor en de condensator, waarbij hun reactanties aan elkaar gelijk worden gesteld:

De figuur rechts toont het equivalente circuit van een serieresonantiecircuit, rekening houdend met ohmse verliezen R, aangesloten op een ideale harmonische spanningsgenerator met amplitude U. De totale weerstand (impedantie) van een dergelijk circuit wordt bepaald door: Z = √(R 2 +X Σ 2), Waar X Σ = ω L-1/ωC. Bij de resonantiefrequentie, wanneer de spoelreactantiewaarden zijn XL L = ωL en condensator X C = 1/ωС gelijk in modulus, waarde X Σ gaat naar nul (dus de circuitweerstand is puur actief), en de stroom in het circuit wordt bepaald door de verhouding van de generatorspanningsamplitude tot de weerstand van ohmse verliezen: ik=U/R. Tegelijkertijd daalt dezelfde spanning op de spoel en op de condensator, waarin reactieve elektrische energie wordt opgeslagen U L = U C = IX L = IX C.

Bij elke andere frequentie dan de resonante frequentie zijn de spanningen op de spoel en de condensator niet hetzelfde - ze worden bepaald door de amplitude van de stroom in het circuit en de waarden van de reactantiemodules XL En X C Daarom wordt resonantie in een serieoscillatorcircuit gewoonlijk spanningsresonantie genoemd. De resonantiefrequentie van het circuit is de frequentie waarbij de weerstand van het circuit puur actief (resistief) van aard is. De resonantievoorwaarde is de gelijkheid van de reactantiewaarden van de inductor en de condensator.

Een van de belangrijkste parameters van een oscillerend circuit (behalve natuurlijk de resonantiefrequentie) is de karakteristieke (of golf) impedantie ervan. ρ en circuitkwaliteitsfactor Q. Karakteristieke (golf)impedantie van de schakeling ρ is de waarde van de reactantie van de capaciteit en inductantie van het circuit bij de resonantiefrequentie: ρ = XL L = X C bij ω =ω р. De karakteristieke impedantie kan als volgt worden berekend: ρ = √(L/C). Karakteristieke impedantie ρ is een kwantitatieve maatstaf voor de energie die is opgeslagen door de reactieve elementen van het circuit - de spoel (magnetische veldenergie) WL = (LI 2)/2 en een condensator (elektrische veldenergie) W C =(CU 2)/2. De verhouding tussen de energie die wordt opgeslagen door de reactieve elementen van het circuit en de energie van ohmse (weerstands)verliezen gedurende een bepaalde periode wordt gewoonlijk de kwaliteitsfactor genoemd. Q contour, wat letterlijk ‘kwaliteit’ betekent in het Engels.

Kwaliteitsfactor van het oscillerende circuit- een karakteristiek die de amplitude en breedte van de frequentierespons van de resonantie bepaalt en laat zien hoe vaak de energiereserves in het circuit groter zijn dan de energieverliezen tijdens één oscillatieperiode. De kwaliteitsfactor houdt rekening met de aanwezigheid van actieve belastingsweerstand R.

Voor een serieel oscillerend circuit in RLC-circuits, waarbij alle drie de elementen in serie zijn geschakeld, wordt de kwaliteitsfactor berekend:

Waar R, L En C

Het omgekeerde van de kwaliteitsfactor d = 1/Q circuitverzwakking genoemd. Om de kwaliteitsfactor te bepalen, wordt meestal de formule gebruikt Q = ρ/R, Waar R-weerstand van ohmse verliezen van het circuit, karakteriserend de kracht van resistieve (actieve verliezen) van het circuit P = ik 2 R. De kwaliteitsfactor van echte oscillerende circuits gemaakt op discrete inductoren en condensatoren varieert van enkele eenheden tot honderden of meer. De kwaliteitsfactor van verschillende oscillerende systemen gebouwd op het principe van piëzo-elektrische en andere effecten (bijvoorbeeld kwartsresonatoren) kan enkele duizenden of meer bereiken.

Het is gebruikelijk om de frequentie-eigenschappen van verschillende circuits in de technologie te evalueren met behulp van amplitude-frequentiekarakteristieken (AFC), terwijl de circuits zelf worden beschouwd als netwerken met vier aansluitingen. De onderstaande figuren tonen twee eenvoudige netwerken met twee poorten die een serie-oscillerend circuit bevatten en de frequentierespons van deze circuits, die worden weergegeven (weergegeven door ononderbroken lijnen). De verticale as van de frequentieresponsgrafieken toont de waarde van de spanningsoverdrachtscoëfficiënt K van het circuit, en toont de verhouding tussen de uitgangsspanning van het circuit en de ingang.

Voor passieve circuits (d.w.z. circuits die geen versterkende elementen en energiebronnen bevatten), de waarde NAAR nooit groter dan één. De wisselstroomweerstand van de in de figuur weergegeven schakeling zal minimaal zijn bij een blootstellingsfrequentie gelijk aan de resonantiefrequentie van de schakeling. In dit geval ligt de transmissiecoëfficiënt van het circuit dicht bij de eenheid (bepaald door ohmse verliezen in het circuit). Bij frequenties die heel anders zijn dan de resonante, is de weerstand van het circuit tegen wisselstroom vrij hoog, en daarom zal de transmissiecoëfficiënt van het circuit tot bijna nul dalen.

Wanneer er resonantie in dit circuit aanwezig is, wordt de ingangssignaalbron feitelijk kortgesloten door een kleine circuitweerstand, waardoor de transmissiecoëfficiënt van een dergelijk circuit bij de resonantiefrequentie tot bijna nul daalt (opnieuw vanwege de aanwezigheid van eindig verlies weerstand). Integendeel, bij ingangsfrequenties die aanzienlijk ver verwijderd zijn van de resonante frequentie, blijkt de transmissiecoëfficiënt van het circuit dicht bij de eenheid te liggen. De eigenschap van een oscillerend circuit om de transmissiecoëfficiënt aanzienlijk te veranderen bij frequenties dichtbij de resonante wordt in de praktijk veel gebruikt wanneer het nodig is een signaal met een specifieke frequentie te isoleren van veel onnodige signalen die zich op andere frequenties bevinden. Zo wordt in elke radio-ontvanger de afstemming op de frequentie van het gewenste radiostation verzekerd met behulp van oscillerende circuits. De eigenschap van een oscillerend circuit om er één uit vele frequenties te selecteren, wordt gewoonlijk selectiviteit of selectiviteit genoemd. In dit geval wordt de intensiteit van de verandering in de transmissiecoëfficiënt van het circuit wanneer de invloedsfrequentie wordt ontstemd ten opzichte van resonantie gewoonlijk beoordeeld met behulp van een parameter die de doorlaatband wordt genoemd. De doorlaatband wordt beschouwd als het frequentiebereik waarbinnen de afname (of toename, afhankelijk van het type circuit) van de transmissiecoëfficiënt ten opzichte van de waarde ervan bij de resonantiefrequentie niet groter is dan 0,7 (3 dB).

De stippellijnen in de grafieken tonen de frequentierespons van exact dezelfde circuits, waarvan de oscillerende circuits dezelfde resonantiefrequenties hebben als voor het hierboven besproken geval, maar een lagere kwaliteitsfactor hebben (de inductor is bijvoorbeeld gewikkeld met een draad dat een hoge weerstand tegen gelijkstroom heeft). Zoals uit de figuren blijkt, vergroot dit de bandbreedte van het circuit en verslechteren de selectieve eigenschappen ervan. Op basis hiervan moet men bij het berekenen en ontwerpen van oscillerende circuits ernaar streven hun kwaliteitsfactor te vergroten. In sommige gevallen moet de kwaliteitsfactor van het circuit echter worden onderschat (bijvoorbeeld door een kleine weerstand in serie met de inductor op te nemen), waardoor vervorming van breedbandsignalen wordt vermeden. Hoewel het in de praktijk nodig is om een ​​voldoende breedbandig signaal te isoleren, worden selectieve circuits in de regel niet gebouwd op enkele oscillerende circuits, maar op complexere gekoppelde (multi-circuit) oscillerende systemen, incl. filters met meerdere secties.

Parallel oscillerend circuit

In verschillende radiotechnische apparaten worden naast seriële oscillerende circuits vaak parallelle oscillerende circuits gebruikt (zelfs vaker dan seriële). De figuur toont een schematisch diagram van een parallel oscillerend circuit. Hier zijn twee reactieve elementen met verschillende reactiviteitspatronen parallel verbonden. Zoals bekend is, kun je, wanneer elementen parallel zijn aangesloten, hun weerstanden niet optellen; je kunt alleen hun geleidbaarheid optellen. De figuur toont grafische afhankelijkheid van de reactieve geleidbaarheid van de inductor BL = 1/ωL, condensator BC = -ωC, evenals de totale geleidbaarheid In Σ Deze twee elementen zijn de reactieve geleidbaarheid van een parallel oscillerend circuit. Op dezelfde manier is er, net als bij een serie-oscillerend circuit, een bepaalde frequentie, resonant genoemd, waarbij de reactantie (en dus de geleidbaarheid) van de spoel en de condensator hetzelfde zijn. Bij deze frequentie wordt de totale geleidbaarheid van het parallelle oscillatiecircuit zonder verlies nul. Dit betekent dat bij deze frequentie het oscillerende circuit een oneindig grote weerstand tegen wisselstroom heeft.

Als we de afhankelijkheid van de circuitreactantie van de frequentie uitzetten XΣ = 1/BΣ, deze curve, weergegeven in de volgende afbeelding, op het punt ω = ω р zal een discontinuïteit van de tweede soort hebben. De weerstand van een echt parallel oscillerend circuit (d.w.z. met verliezen) is natuurlijk niet gelijk aan oneindig - hij is lager, hoe groter de ohmse weerstand van verliezen in het circuit, dat wil zeggen, hij neemt af in directe verhouding tot de afname van de kwaliteitsfactor van het circuit. Over het algemeen zijn de fysieke betekenis van de concepten kwaliteitsfactor, karakteristieke impedantie en resonantiefrequentie van een oscillatiecircuit, evenals hun berekeningsformules, geldig voor zowel serie- als parallelle oscillatiecircuits.

Voor een parallel oscillerend circuit waarin inductantie, capaciteit en weerstand parallel zijn geschakeld, wordt de kwaliteitsfactor berekend:

Waar R, L En C- respectievelijk weerstand, inductie en capaciteit van het resonantiecircuit.

Beschouw een circuit dat bestaat uit een harmonische oscillatiegenerator en een parallel oscillerend circuit. In het geval dat de oscillatiefrequentie van de generator samenvalt met de resonantiefrequentie van het circuit, hebben de inductieve en capacitieve takken ervan een gelijke weerstand tegen wisselstroom, waardoor de stromen in de takken van het circuit hetzelfde zullen zijn. In dit geval zeggen ze dat er een stroomresonantie in het circuit is. Net als bij een serie-oscillerend circuit heffen de reactantie van de spoel en de condensator elkaar op, en wordt de weerstand van het circuit tegen de stroom die er doorheen vloeit puur actief (resistief). De waarde van deze weerstand, in de technologie vaak equivalent genoemd, wordt bepaald door het product van de kwaliteitsfactor van de schakeling en zijn karakteristieke weerstand. R eq = Q ρ. Bij andere frequenties dan resonantie neemt de weerstand van het circuit af en wordt reactief bij lagere frequenties - inductief (aangezien de reactantie van de inductantie afneemt naarmate de frequentie afneemt), en bij hogere frequenties - integendeel capacitief (aangezien de reactantie van de capaciteit neemt af met toenemende frequentie).

Laten we eens kijken hoe de transmissiecoëfficiënten van quadripoolnetwerken afhankelijk zijn van de frequentie wanneer ze geen seriële oscillerende circuits bevatten, maar parallelle circuits.

Het netwerk met vier aansluitingen, weergegeven in de figuur, met de resonantiefrequentie van het circuit vertegenwoordigt een enorme stroomweerstand, dus wanneer ω=ω р de transmissiecoëfficiënt zal bijna nul zijn (rekening houdend met ohmse verliezen). Bij andere frequenties dan de resonante frequentie zal de circuitweerstand afnemen en zal de transmissiecoëfficiënt van het vierterminalnetwerk toenemen.

Voor het netwerk met vier aansluitingen dat in de bovenstaande afbeelding wordt weergegeven, zal de situatie het tegenovergestelde zijn: bij de resonantiefrequentie zal het circuit een zeer hoge weerstand hebben en zal bijna de gehele ingangsspanning naar de uitgangsklemmen gaan (dat wil zeggen, de transmissie De coëfficiënt zal maximaal zijn en dicht bij de eenheid liggen). Als de frequentie van de ingangsactie aanzienlijk verschilt van de resonantiefrequentie van het circuit, zal de signaalbron die is aangesloten op de ingangsklemmen van de quadripool praktisch kortgesloten zijn en zal de transmissiecoëfficiënt bijna nul zijn.

Elke radio-ontvanger is gebaseerd op het principe van selectieve reproductie van een signaal dat is gemoduleerd door een specifieke draaggolffrequentie, die op zijn beurt wordt bepaald door de resonantie van het oscillerende circuit, dat het hoofdelement van het ontvangercircuit is. De kwaliteit van het ontvangen signaal hangt af van hoe correct deze frequentie is gekozen.

De selectiviteit of selectiviteit van de ontvanger wordt bepaald door de mate waarin signalen die een stabiele ontvangst verstoren, worden verzwakt en bruikbare signalen worden versterkt. De kwaliteitsfactor van het circuit is een waarde die objectief in numerieke termen het succes van het oplossen van dit probleem aantoont.

De resonantiefrequentie van het circuit wordt bepaald door de Thompson-formule:

f=1/(2π√LC), waarin

L - inductiewaarde;

Om te begrijpen hoe oscillaties in een circuit optreden, moet je begrijpen hoe het werkt.

Zowel capacitieve als inductieve belastingen voorkomen het genereren van elektrische stroom, maar doen dit in tegenfase. Ze creëren dus de omstandigheden voor het optreden van een oscillerend proces, op vrijwel dezelfde manier als wat er gebeurt tijdens een schommel, wanneer twee renners ze afwisselend in verschillende richtingen duwen. Theoretisch is het, door de capaciteitswaarde van een condensator of spoel te veranderen, mogelijk ervoor te zorgen dat de resonantiefrequentie van het circuit samenvalt met de draaggolffrequentie van het zendende radiostation. Hoe meer ze verschillen, hoe minder kwaliteit het signaal zal zijn. In de praktijk wordt de ontvanger afgestemd door te wisselen

De hele vraag is hoe scherp de piek zal zijn in de frequentieresponsgrafiek van het ontvangende apparaat. Zo kunt u visueel begrijpen hoe het nuttige signaal wordt versterkt en hoeveel interferentie wordt onderdrukt. De kwaliteitsfactor van het circuit is de parameter die de selectiviteit van de ontvangst bepaalt.

Het wordt bepaald door de formule:

Q=2πFW/P, waarbij

F - resonantiefrequentie van het circuit;

W - energie in het oscillerende circuit;

P - vermogensdissipatie.

De kwaliteitsfactor van het circuit wanneer een condensator en inductantie parallel zijn aangesloten, wordt bepaald door de volgende formule:

Alles is duidelijk met de waarden van de inductantie en capaciteit van de condensator, maar wat R betreft, het herinnert ons eraan dat deze naast de spoel ook een actieve component heeft. Daarom wordt het schakelschema vaak weergegeven met drie elementen: capaciteit C, inductie L en R.

De kwaliteitsfactor van een circuit is een waarde die omgekeerd evenredig is met de snelheid waarmee de trillingen daarin worden verzwakt. Hoe groter het is, hoe langzamer de ontspanning van het systeem plaatsvindt.

In de praktijk is de kwaliteit van de spoel de belangrijkste factor die de kwaliteitsfactor van het circuit beïnvloedt, die afhangt van de kern, het aantal windingen, de mate van isolatie van de draad en de weerstand ervan, evenals de verliezen tijdens de spoel. doorgang van hoogfrequente stromen. Om de ontvangstfrequentie aan te passen, worden daarom meestal variabele condensatoren gebruikt. Dit zijn twee sets platen die tijdens het roteren in en uit elkaar bewegen. Dit systeem is typisch voor bijna alle niet-digitale radio-ontvangers.

Ontvangers met digitale afstemming hebben echter ook hun eigen oscillerende circuits, alleen verandert hun resonantiefrequentie anders.

Kwaliteitsfactor van het oscillerende systeem

de verhouding tussen de energie die is opgeslagen in een oscillerend systeem en de energie die door het systeem verloren gaat tijdens één oscillatieperiode. De kwaliteitsfactor karakteriseert de kwaliteit van het oscillerende systeem (zie Oscillerende systemen), omdat Hoe groter de D.c.s., hoe minder energieverlies in het systeem per oscillatie. D.k.s. Q gerelateerd aan de logaritmische verzwakkingsafname δ; bij kleine verzwakkingssnelheden Q≈ π/δ. In een oscillerend circuit met inductie L, capaciteit C en ohmse weerstand R D.k.s.

waarbij ω de natuurlijke frequentie van het circuit is. In een mechanisch systeem met massa M , stijfheid k en wrijvingscoëfficiënt D.k.s.

Kwaliteitsfactor is een kwantitatief kenmerk van de resonante eigenschappen van een oscillerend systeem, dat aangeeft hoe vaak de amplitude van geforceerde oscillaties in stabiele toestand (zie Geforceerde oscillaties) bij Resonantie de amplitude overschrijdt van geforceerde oscillaties ver van resonantie, dat wil zeggen in het gebied van dergelijke trillingen. lage frequenties waarbij de amplitude van geforceerde oscillaties als onafhankelijk van de frequentie kan worden beschouwd. De methode voor het meten van D. c.s. De waarde van de kwaliteitsfactor karakteriseert ook de selectiviteit van het oscillerende systeem; Hoe hoger de kwaliteitsfactor, hoe smaller de frequentieband van de externe kracht, wat intense oscillaties van het systeem kan veroorzaken. Experimenteel D. c.s. meestal gevonden als de verhouding van de natuurlijke frequentie tot de systeembandbreedte, d.w.z. Q= ω/Δω. Numerieke waarden van D.c.s.: voor een radiofrequentie-oscillerende schakeling 30-100; voor stemvork 10000; voor een piëzokwartsplaat 100000; voor een holteresonator microgolfoscillaties 100-100.000.

Lett.: Strelkov S.P., Inleiding tot de theorie van oscillaties, 2e ed., M., 1964; Gorelik GS, Oscillaties en golven, 2e ed., M., 1959.

V.N. Parygin.

Grote Sovjet-encyclopedie. - M.: Sovjet-encyclopedie. 1969-1978 .

Zie wat “Q-factor van een oscillerend systeem” is in andere woordenboeken:

Groot encyclopedisch woordenboek

Een kenmerk van de resonantie-eigenschappen van een systeem, dat laat zien hoe vaak de amplitude van geforceerde oscillaties tijdens resonantie groter is dan de amplitude bij afwezigheid ervan. Hoe hoger de kwaliteitsfactor van het oscillerende systeem, hoe minder energieverlies er in de loop van de periode... ... Encyclopedisch woordenboek

Een kenmerk van de resonantie-eigenschappen van een systeem, dat laat zien hoe vaak de amplitude van geforceerde oscillaties tijdens resonantie groter is dan de amplitude bij afwezigheid ervan. Hoe hoger de D.c.s., hoe minder energieverlies daarin gedurende de periode. De kwaliteitsfactor van de trillingen... ... Natuurwetenschappen. Encyclopedisch woordenboek

Een grootheid die de resonante eigenschappen van lineaire oscillaties karakteriseert. systemen; is numeriek gelijk aan de verhouding van de resonantiefrequentie с tot de breedte van de resonantiecurve Dw op het niveau van de amplitude die met een factor 2 afneemt: Q=w/Dw. Het is ook gebruikelijk om D.-oscillatie uit te drukken. systemen... ... Fysieke encyclopedie

Moderne encyclopedie

Kwaliteitsfactor- een oscillerend systeem, een kenmerk van de resonantie-eigenschappen van het systeem, dat laat zien hoe vaak de amplitude van geforceerde oscillaties bij resonantie hun amplitude ver van resonantie overschrijdt. Hoe hoger de kwaliteitsfactor van het systeem, hoe minder energieverlies erin... Geïllustreerd encyclopedisch woordenboek

Kwaliteitsfactor is een kenmerk van een oscillerend systeem dat de resonantieband bepaalt en laat zien hoe vaak de energiereserves in het systeem groter zijn dan de energieverliezen tijdens één oscillatieperiode. De kwaliteitsfactor is omgekeerd evenredig met de snelheid... ... Wikipedia - Inherente kwaliteitsfactor van het oscillerende systeem. [L.M. Nevdyaev. Telecommunicatietechnologieën. Engels-Russisch verklarend woordenboek naslagwerk. Bewerkt door Yu.M. Gornostaeva. Moskou, 2002] Telecommunicatieonderwerpen, basisconcepten NL unloaded Q ... Handleiding voor technische vertalers

Toenemende Q-lus
A. Partin, Jekaterinenburg

De belangrijkste indicator voor de efficiëntie van het oscillatiecircuit is de kwaliteitsfactor (Q). De fysieke betekenis van kwaliteitsfactor is de verhouding tussen de energie die in het circuit is opgeslagen en de gedissipeerde energie. De kwaliteitsfactor hangt af van energieverliezen in het circuit, die worden veroorzaakt door het verwarmen van de draden, verliezen in de condensator en inductor, evenals de straling van elektromagnetische golven in de omgeving. Hoe ideaal het oscillerende circuit ook is gemaakt, het moet actieve weerstand hebben.
De actieve weerstand van de spoel neemt toe met toenemende frequentie en kan tientallen keren toenemen. Dit wordt veroorzaakt doordat hoogfrequente wisselstroom dichter bij het oppervlak van de geleider wordt gedwongen (skin-effect). Dat is de reden waarom, om de kwaliteitsfactor van de spoelen te vergroten, ze zijn gewikkeld met meeraderige geïsoleerde draad van het LESHO-type. De kwaliteitsfactor van de lusspoel QL wordt bepaald door:

Waar
- circuitfrequentie;
L - spoelinductie;
RL - verliesweerstand.
De kwaliteitsfactor van de condensator Qc wordt berekend met de formule

Waar
C is de capaciteit van de condensator;
RC - verliesweerstand.

De kwaliteitsfactor van het circuit Q is hoger, hoe hoger de kwaliteitsfactor van zijn elementen en wordt bepaald door de uitdrukking:

; .

Waar
ρ - karakteristieke (golf)weerstand van het circuit;
r=rC +rL - totale circuitweerstand.

We mogen de basisformule die de resonantiefrequentie fp van het oscillatiecircuit bepaalt niet vergeten:

Wanneer u daarom één circuitparameter, bijvoorbeeld L, probeert te wijzigen, zodat de frequentie niet "wegzweeft", moet het product LC constant blijven. Dezelfde resonantiefrequentie kan worden verkregen met verschillende waarden van inductantie en capaciteit, net zoals hetzelfde gebied van een rechthoek kan worden verkregen met verschillende verhoudingen van de zijden. Om een ​​hoge kwaliteitsfactor van het circuit te verkrijgen, vereist de keuze van de waarden van L en C bepaalde voorwaarden. Bij het ontwerpen van oscillerende circuits met een hoge kwaliteitsfactor moet de voorkeur worden gegeven aan spoelen met een hogere inductie. Hoge inductie betekent een groot aantal windingen, en voor een hoge kwaliteitsfactor moet de draad zo dik mogelijk worden genomen, wat niet altijd mogelijk is.

Het gebruik van ferromagnetische kernen maakt het mogelijk de afmetingen van de spoelen te verkleinen en hun kwaliteitsfactor te vergroten. Bovendien is het met behulp van afstemkernen eenvoudig om de inductie van de spoelen aan te passen. Bij ferromagnetische kernen lijkt er echter sprake te zijn van een afhankelijkheid van de inductantie en dienovereenkomstig van de kwaliteitsfactor van de spoelen van de hoeveelheid stroom die vloeit. Deze afhankelijkheid is vooral sterk in gesloten magnetische circuits (toroïden). Naarmate de stroom toeneemt, gaan de magnetische eigenschappen van de kern verloren.

Op Afb.1 toont een transistorresonante versterker met een frequentie van 503 kHz, en in tafel 1 L, C en de overeenkomstige versterkingswaarde worden gegeven.
Op Afb.2 toont een notch-filter op dezelfde frequentie (503 kHz), in tafel 2- beoordelingen van LC-componenten en verzwakkingscoëfficiënt van het KOS-filter.

Ik geef een aantal praktische tips, waardoor het vrij eenvoudig wordt om het oscillerende circuit op een bepaalde frequentie af te stemmen. Hiervoor is een standaard signaalgenerator (GSS-6, G4-18a, G4-42, etc.) en een eventuele laagfrequente oscilloscoop nodig.
Methode 1. We verbinden de spoel en een vooraf gekalibreerde variabele condensator in een serieschakeling (Fig. 3a). Deze schakeling wordt aangesloten op de 1 V-aansluiting van de generator (GSS). Alle verzwakkers staan ​​op de maximale stand. Schakel vóór de meting de generator in, stel de gewenste frequentie in en sluit de generatoruitgang (1 V) kort naar de behuizing. Als de verzwakkers op maximaal staan, wordt de interne voltmeternaald op bijna nulverdeling gezet.
We sluiten het aangepaste circuit aan. De pijl is ingesteld op een bepaalde schaalverdeling, omdat de serieschakeling op een andere frequentie dan de resonante een vrij hoge weerstand heeft. Door aan de knop van de referentiecondensator te draaien, registreren we het moment waarop de naald van de voltmeter naar links afwijkt (de circuitweerstand neemt af bij de resonantiefrequentie). Hoe scherper de afwijking van de pijl, hoe hoger de kwaliteitsfactor van de schakeling. We tellen de waarde van de capaciteit van de condensator. Als de capaciteitswaarde klein is en er geen afwijking van de pijl is, moet u een bepaald aantal draadwindingen van de spoel wikkelen.
Methode 2. We assembleren het circuit volgens figuur 3b. Een signaal wordt van weerstand R1 naar een oscilloscoop gevoerd. Draaien van de hendel
condensator, we registreren het moment van het minimale signaal op de oscilloscoop.

Experimentele Q-meter

Lloyd Butler, VK5BR
Het artikel beschrijft de kwaliteitsfactor Q, de methodologie voor het meten van kwaliteitsfactor, inductantie, capaciteit met behulp van een Q-meter en de ontwikkeling van een experimentele Q-meter.

Invoering

Jarenlang is de Q-meter (kwaliteitsfactormeter) een noodzakelijk instrument gebleven in laboratoria die betrokken zijn bij de studie van radiofrequentiecircuits. In moderne laboratoria wordt de Q-meter in de meeste gevallen vervangen door meer exotische (en duurdere) instrumenten voor het meten van impedanties, en tegenwoordig is het niet langer mogelijk om een ​​fabrikant te vinden die nog steeds Q-meters produceert. Voor een radioamateur is een Q-meter een zeer belangrijk onderdeel van de benodigde meetapparatuur, en de auteur schetst een aantal van zijn gedachten over hoe je een eenvoudige Q-meter voor je laboratorium kunt maken. Voor degenen die niet bekend zijn met dit apparaat, zijn enkele inleidende concepten over de kwaliteitsfactor Q en de meting ervan opgenomen.

Wat is kwaliteitsfactor (Q) en hoe wordt deze gemeten?

De Q-factor of kwaliteitsfactor van een inductor wordt gewoonlijk uitgedrukt als de verhouding van zijn seriereactantie tot zijn actieve reactantie. We kunnen de kwaliteitsfactor van een condensator ook uitdrukken in termen van de verhouding tussen de seriereactantie en de actieve reactantie, hoewel condensatoren meestal worden gekenmerkt door een D-factor of dissipatiefactor, die het omgekeerde is van Q.

De afgestemde kring bij resonantie wordt gekenmerkt door de waarde van de kwaliteitsfactor (die wordt aangeduid met) Q. In dit geval is Q gelijk aan de verhouding van de inductieve of capacitieve reactantie tot de totale serieweerstand van verliezen in de resonantiekring. Hoe groter de verliesweerstand en hoe lager de kwaliteitsfactor Q, hoe groter het vermogensverlies bij elke opwekkingscyclus in het resonantiecircuit en dus hoe groter het vermogen dat nodig is om opwekking te laten plaatsvinden.

Een andere manier om de kwaliteitsfactor Q af te leiden is als volgt:

Q = fo/Δf, waarbij fo de resonantiefrequentie is, de bandbreedte van het Δf-niveau is 3 dB
(Zie opmerking)

Soms gebruiken we de uitdrukking: "belaste kwaliteitsfactor", bijvoorbeeld in het geval van zendercircuits, en in dit geval is de actieve weerstand voor het berekenen van de waarde van de kwaliteitsfactor (Q) de waarde van de actieve weerstand van de serie van het onbelaste resonantiecircuit plus de extra actieve verliesweerstand die op zijn beurt terug in het circuit wordt gereflecteerd door de daarmee samenhangende belasting.

Er zijn andere manieren om Q uit te drukken. De kwaliteitsfactor kan worden uitgedrukt als de verhouding van equivalente parallelle (lus) actieve weerstand tot inductieve of capacitieve reactantie. Serieverliesweerstand kan worden omgezet in gelijkwaardige parallelle weerstand met behulp van de volgende formule:

R(shunt) = R(reeks). (Q² + 1)

Ten slotte is Q of de kwaliteitsfactor van een resonantiecircuit gelijk aan de spanningsvergrotingsfactor en kan Q ook worden uitgedrukt als de verhouding van de spanning die over de reactieve elementen wordt ontwikkeld tot de spanning die in serie met het circuit wordt aangelegd om de effectieve spanning te produceren. Om de kwaliteitsfactor te meten, gebruiken Q-meters precies dit principe.

Het basiscircuit van een Q-meter wordt getoond in Fig. 1. De uitgangsklemmen worden gebruikt om de te testen inductanties (Lx) aan te sluiten, die in het schakelschema met behulp van de KPI (C) zijn aangepast aan de resonantiefrequentie. Indien nodig zijn er ook klemmen voorzien voor extra aansluiting van containers (Cx). Het resonantiecircuit wordt bekrachtigd door een afstembare signaalbron, die een spanning ontwikkelt over een weerstand die in serie is verbonden met het circuit. De weerstand moet een kleine weerstand hebben in vergelijking met de verliesweerstand van de gemeten componenten, zodat deze kan worden verwaarloosd. De vereiste weerstandswaarde is een kleine fractie van een ohm. Er worden metingen uitgevoerd om de grootte van de ingangswisselspanning over een in serie geschakelde weerstand en de grootte van de uitgangswisselspanning aan de klemmen van de afstemregeleenheid vast te stellen. Om de output te meten, is het noodzakelijk om een ​​circuit met een hoge ingangsimpedantie te gebruiken om het resonantiecircuit niet te belasten met het meetcircuit.

Rijst. 1. Blokschema van de Q-meter.
Bij resonantie Lx en Cx is Q = V2/V1
*Meter V2 is gekalibreerd om de spanning over condensator C af te lezen.

De kwaliteitsfactor wordt gemeten door de signaalgenerator af te stemmen en/of de afstemregelaar van het apparaat in te stellen op de circuitresonantiepositie die overeenkomt met de maximale uitgangsspanning. De kwaliteitsfactor Q wordt berekend als de verhouding tussen de uitgangsspanning op het resonantiecircuit en de daarop aangelegde spanning. In de praktijk wordt het niveau van de signaalbron (signaalgenerator) aangepast aan het kalibratiepunt op de schaal van de meter die de aangelegde spanning meet, en wordt Q direct afgelezen van de gekalibreerde schaal van de meter die de uitgangsspanning van de meter meet. circuit.

Enkele toepassingen van de Q-meter

De Q-meter kan voor vele doeleinden worden gebruikt. Zoals de naam al doet vermoeden, kan het worden gebruikt om de kwaliteitsfactor Q te meten en wordt het vaak gebruikt bij het meten van de kwaliteitsfactor van inductoren. Omdat de interne condensator een luchtdiëlektricum is, is de verliesweerstand ervan verwaarloosbaar in vergelijking met die van inductoren en daarom wordt de kwaliteitsfactor daaruit gemeten.

De Q-waarde kan over een breed bereik worden gemeten voor verschillende soorten spoelen en in verschillende frequentiebereiken. Miniatuur industriële spoelen, zoals de typen Siemens B78108 of Lenox-Fugal Nanored, gemaakt met ferrietkernen en werkend bij frequenties tot 1 MHz, hebben een typische kwaliteitsfactor Q in het gebied van 50 tot 100. Frameloze spoelen gewikkeld met toonhoogtes, zoals omdat lussen op de zenderuitgang en die werken op frequenties boven 10 MHz een verwachte Q-waarde hebben in het bereik van 200...500. Voor sommige spoelen is de kwaliteitsfactor vrij laag en bedraagt ​​bij sommige frequenties 5...10; dergelijke spoelen worden meestal niet gebruikt in selectieve systemen of smalbandfilters. De Q-meter zal hierbij van onschatbare waarde zijn.

(Op een gegeven moment werd ik benaderd door een kortegolfoperator wiens nieuw gebouwde zendontvanger geen aangepast banddoorlaatfilter had. De kwaliteitsfactor van de spoelen bleek zo laag dat het onmogelijk was om resonanties op te vangen. bij nader onderzoek bleek dat de PF-spoelen niet met PELSHO, maar met PELSHO waren gewikkeld, d.w.z. de kwaliteitsfactor van de spoelen hangt ook sterk af van de actieve weerstand van de draad, hoe hoger de kwaliteit factor van de spoel, als alle andere dingen gelijk blijven, zou je, als je een Q-meter bij de hand had, je hersens niet lang hoeven te analyseren - UA9LAQ).

De afstemcondensator (C) van de Q-meter heeft een schaalverdeling in picofarads (pF), zodat in combinatie met een gekalibreerde signaalgenerator, van waaruit de meetspanning aan de Q-meter wordt geleverd, de waarde van de inductantie ( Lx) kan worden bepaald. Het oscillerende circuit wordt eenvoudigweg afgestemd op resonantie op de frequentie van de signaalgenerator of door de frequentie van laatstgenoemde te veranderen en/en met behulp van een KPI in de Q-meter (of extern in het circuit) op de maximale spanning, die wordt geregistreerd op de instrumentmeter, de gewenste inductantie (Lx) wordt vervolgens berekend met de bekende formule:

Lx = 1/4π²f²C

Als we L, µH, C, pF en f, MHz nemen, wordt de formule:

25330/f²C

Een ander gebruik van een Q-meter zou zijn om de capaciteitswaarden van kleine (capaciteitsgewijze) condensatoren te meten. Op voorwaarde dat de capaciteit van de gemeten condensator kleiner is dan de maximale capaciteit van de interne KPI, is deze zeer eenvoudig te meten. Ten eerste resoneert de aangesloten condensator met de geselecteerde inductantie op een bepaalde frequentie, die wordt bepaald bij het afstemmen van de spanning van de signaalgenerator, waarbij de KPI voor het afstemmen van het apparaat is ingesteld op de minimale markering van zijn capaciteit op een gekalibreerde schaal. Vervolgens wordt de te testen condensator uitgeschakeld, op dezelfde frequentie van de signaalgenerator wordt de afstem-KPI opnieuw ingesteld op de resonantiepositie (door de capaciteit ervan te vergroten). Het verschil in capaciteit tussen twee waarden op de KPI-schaal zal gelijk zijn aan de capaciteit van de condensator die is aangesloten om de capaciteit te bepalen (d.w.z. de capaciteit wordt gemeten door de substitutiemethode in een resonantiecircuit - UA9LAQ). Grote capaciteitswaarden kunnen worden gemeten door de frequentie van de signaalgenerator te variëren om resonantie te bereiken en de juiste resonantieformule te gebruiken.

Niet alleen leidt de keuze voor een “onbelangrijke” inductor tot een lage kwaliteitsfactor van het circuit, sommige typen condensatoren (en exemplaren) die in circuits worden gebruikt, hebben een hoge verliesweerstand, wat ook leidt tot een afname van de kwaliteitsfactor van de schakeling. circuit. Kleine keramische condensatoren worden vaak gebruikt in resonantiecircuits, maar veel daarvan hebben hoge verliesweerstanden die binnen hetzelfde type sterk variëren. Als het nodig is dat keramische condensatoren worden gebruikt in een resonantiecircuit van hoge kwaliteit, is het verstandig om ze te selecteren op basis van de laagste verliesweerstand, en een Q-meter kan hier van onschatbare waarde zijn. Om dit te doen, moet u een spoel van hoge kwaliteit nemen (met een Q van minimaal 200) en deze op het apparaat aansluiten, deze in resonantie brengen met de KPI (C) die in de Q-meter is opgenomen, en vervolgens met afzonderlijke condensatoren genomen voor testen, parallel geschakeld. Een groot verlies aan kwaliteitsfactor van het circuit bij het aansluiten van condensatoren zal snel gevallen identificeren die ongeschikt zijn voor gebruik.

Verdeelde spoelcapaciteit

De directe meting van de kwaliteitsfactor van bovengenoemde inductoren is gebaseerd op een circuit dat uit twee componenten bestaat: inductantie en capaciteit. De spoelen hebben ook een verdeelde (interturn) capaciteit (C d), en als deze capaciteit een aanzienlijk deel van de afstemcapaciteit (gecomprimeerde) capaciteit is, krijgen we een lagere waarde van de circuitkwaliteitsfactor dan verwacht. Een grote waarde van de gedistribueerde capaciteit komt vaak voor als we een waarde hebben met multi-turn-spoelen, gewikkeld-tot-draai-spoelen en meerlaagse spoelen.

De werkelijke waarde van de kwaliteitsfactor kan worden berekend uit Qe, zoals blijkt uit het volgende:

Q = Q e (1 + C d /C)
waarbij C d = gedistribueerde capaciteit
C = instelcapaciteit

De fout in de Q-waarde neemt af bij resonantie met een grote waarde van de afstemcondensator, of de verdeelde capaciteit kan worden gemeten en vervangen door de bovenstaande formule. Twee methoden voor het meten van gedistribueerde capaciteit worden beschreven in het Boonton Q Meter Handbook. De eenvoudigste ervan wordt als vrij nauwkeurig beschouwd voor verdeelde capaciteiten groter dan 10 pF en wordt als volgt beschreven:

1. Stel met behulp van de afstemcondensator van het apparaat (C) de waarde van C1 in (bijvoorbeeld 50 pF), introduceer het oscillerende circuit dat samen met de referentie-inductantie is gevormd in resonantie door de frequentie van de signaalgenerator aan te passen.

2. Stel de frequentie van de signaalgenerator in op de helft van de resonantiefrequentie en stem het circuit opnieuw af op resonantie door rotor C te draaien om een ​​nieuwe waarde voor capaciteit C2 te verkrijgen.

3. Bereken de verdeelde capaciteit met behulp van de formule: Cd = (C2-4C1) /3

Een andere manifestatie van gedistribueerde capaciteit in een inductor is dat de inductantiewaarde (berekend op basis van de instellingen van de afstemcondensator en signaalgenerator) hoger is dan deze in werkelijkheid is. En wederom kan de foutwaarde worden verminderd door een grotere waarde van de afstemcondensator C te gebruiken en/of de afzonderlijk berekende capaciteit Cd bij C op te tellen in de berekening.

Experimenteel exemplaar

Van een klein circuit en experimenten gaan we verder met het praktische circuit van de Q-meter, getoond in Fig. 2. De bron van het signaal wordt hier niet gegeven, aangezien het laboratorium van een experimentator op het gebied van radio ondenkbaar is zonder apparaten als een signaalgenerator, GSS, en deze kunnen worden gebruikt met een Q-meter als hulpstuk. Het toevoegen van een signaalbron in de behuizing (zoals het geval zou zijn bij een industrieel vervaardigde Q-meter) zal leiden tot een complicatie van het circuitontwerp en de afmetingen van het apparaat, wat ongewenst is, vooral in de beginfase van de ontwerpactiviteit.

Rijst. 2. Q-meterdiagram.
De geteste inductanties Lx en capaciteiten Cx zijn aangesloten op pinnen 1-4.
R13 (0,2 Ohm) bestaat uit vijf parallel geschakelde weerstanden van 1 Ohm. Om te kalibreren stelt u het GSS-signaalniveau in op het midden van de M1-schaal.

Bij de ontwikkeling van het circuit was het grootste probleem: hoe de spanning van de signaalbron te meten bij een weerstand van kleine fracties van een ohm. Mijn eerste gedachte was om een ​​meerdraads ringkerntransformator te gebruiken, aangesloten op een bron met hoge impedantie. (In een dergelijke transformator is de koppelcoëfficiënt hoog en de lekinductie laag.) Maar in dit geval blijkt de lekinductantie die in serie met de secundaire wikkeling wordt gereflecteerd groot te zijn en moest het idee worden opgegeven.

Een ander idee was om te profiteren van de lage bronimpedantie van een spanningsvolger met hoog vermogen om het signaal rechtstreeks in het meetcircuit te injecteren. Voor deze doeleinden werd een repeatercircuit gebruikt, dat in Fig. 2. Dit type circuit heeft een grote bandbreedte met een zeer lage bronimpedantie en is eerder gebruikt als buffer voor het verzenden van videosignalen naar een transmissielijn met lage impedantie. Om een ​​lage bronweerstand te bereiken, wordt de repeater ingesteld op een modus met een aanzienlijke collectorstroom - 100 mA. Daarom worden de transistoren V2 en V3 in TO5-gevallen behoorlijk heet. De schakeling werkt goed bij lage frequenties, maar bij hoge frequenties (10...30 MHz) begint de bronweerstand toe te nemen, wat invloed heeft op de Q-waarden, die lager worden dan verwacht.

In het diagram Afb. 2 wordt een spanningsvolgercascade gebruikt, maar de cascade wordt gebruikt om spanning over weerstand R13 te verkrijgen, waarvan de weerstand slechts een fractie van een Ohm bedraagt, zoals eerder vermeld. De weerstandswaarde bedraagt ​​inderdaad 0,2 ohm. Natuurlijk kan de repeater niet rechtstreeks werken op zo'n belasting met lage weerstand, die is verbonden via weerstanden R11 en R12 (waarvan de som weerstand 25 Ohm is), zodat de uitgangsspanning 125 keer minder is dan die geïnjecteerd in de resonante circuit.

De pre-eindtrap van de eindversterker wordt aangedreven door de emittervolger (V1). Het heeft een hoge ingangsimpedantie en daarom wordt de belastingsweerstand die wordt toegepast op de externe signaalbron hoofdzakelijk bepaald door de parallel geschakelde weerstanden Rl en R3 (ongeveer 2300 Ohm).

De te testen inductie (Lx) is aangesloten op de klemmen 1 en 2, en de externe capaciteit (Cx) is, indien nodig, aangesloten op de klemmen 3 en 4. De afstemming wordt uitgevoerd door KPE Ca, een conventionele sectionele condensator van een omroepontvanger , waarbij de secties parallel zijn geschakeld om een ​​totale maximale capaciteit van ongeveer 800 pF te verkrijgen.

De hoogohmige ingang naar de voltmeter wordt geleverd door een cascade op veldeffecttransistor V4, verbonden door een bronvolger, een piekdetector (C6, D1, R17, C8, R20) en een operationele versterker N1-A zorgen voor de werking van het apparaat met een maximale naaldafbuigstroom van 100 μA. De tweede NI-B op-amp in het uA747-pakket zorgt voor de spanningsverschuiving voor N1-A.

De schakelaar (S1) heeft drie standen. De eerste positie, aangeduid met CAL, wordt gebruikt om het signaalniveau in te stellen, dat wordt ingesteld door de afwijking van de pijl van het M1-apparaat naar de middelste positie. (Aan ingang V1 moet het signaalniveau ongeveer 1 Vpp zijn). Als het signaalniveau correct is ingesteld, geeft schakelaarpositie 2 een directe uitlezing van Q van 0 tot 100 op de instrumentschaal, en schakelaarpositie 3 geeft een directe uitlezing van Q van 0 tot 500. Voor lage Q-waarden is het kalibratieniveau in schakelaarpositie 1 is ingesteld op de volledige schaal van het instrument, dus in positie 2 van de schakelaar kunt u de kwaliteitsfactor Q meten in het bereik van 0...50.

De aan het AC-voltmetercircuit toegevoerde signaalniveaus zijn geproportioneerd zodat ze boven het niet-lineaire gedeelte van de diodekarakteristieken liggen, maar binnen de door de voedingsspanning veroorzaakte signaalspanningsschommeling. In positie 1 van de schakelaar (CAL) - "Kalibratie" is de spanningsversterking van N1-A 2, in positie 2 - 5, in positie 3 - 1.

De voedingsspanning is gekozen op 12 V, maar de exacte waarde ervan is niet kritisch. De voedingsstroom is vrij hoog (circa 100 mA) vanwege het hoge verbruik van de repeater op V2-V3.

Functie

Als we de Q-waarden vergelijken met die verkregen op andere apparaten, zien we dat de Q-meter behoorlijk nauwkeurig is en redelijk geschikt voor amateurradiometingen. Bij hele grote Q-waarden (circa 400), waarbij Ca op minimum staat, ligt de Q-waarde iets lager. Dit gebeurt als gevolg van verliezen in weerstand R14 die in serie is geschakeld met de ingangscapaciteit V4. (Het verkregen resultaat kan worden vergroot door R14 uit te sluiten, maar zonder dit is V4 gevoelig voor instabiliteit wanneer Ca rechtstreeks op de ingang is aangesloten.) Voor een grotere waarde van Ca wordt de ingangscapaciteit V4 gemaskeerd, aangezien de fout in dit geval een kleiner percentage is en minder opvallend.

De nauwkeurigheid van het meten van inductantie en capaciteit wordt bepaald door de nauwkeurigheid van de signaalbron en de nauwkeurigheid van de condensatorschaalkalibratie van het apparaat. Voor degenen die geïnteresseerd zijn in het maken van het apparaat: de schaal kan worden gekalibreerd door directe capaciteitsmeting met behulp van een capaciteitsbrug of een andere Q-meter. Een andere methode is het gebruik van een signaalbronkalibratie in combinatie met een gekalibreerde inductor. Voor verschillende posities van de KPI-rotor wordt de frequentie van de signaalbron zo ingesteld dat resonantie in het circuit wordt verkregen met een gekalibreerde inductor, waarna de capaciteit wordt berekend met behulp van de formule. Door de inductantiewaarde van de referentiespoel en de frequentie van de signaalgenerator als precisiewaarden te nemen, verkrijgen we dus waarschijnlijk de beste methode, aangezien hierbij rekening wordt gehouden met zowel de extra capaciteit van de draden als de actieve ingangscapaciteit V4.

Het apparaat werkte perfect in het frequentiebereik 100 kHz...40 MHz. Een poging om het apparaat te gebruiken op frequenties boven 40 MHz leidde tot valse resultaten, maar bediening van het apparaat in het VHF-bereik kan waarschijnlijk worden bereikt met behulp van de juiste installatie, onderdelen en mogelijk correctiekalibratietabellen.

Montagenotities

Transistors V2-V3 (type 2N2218) hebben een maximale werkfrequentie van 250 MHz en een vermogensdissipatie van 680 mW bij 50 graden Celsius. Ze kunnen worden vervangen door andere transistors met identieke kenmerken. Op dezelfde manier kunnen transistors: V1 (2N3563) en V4 (FET (PT) - 2N3819) worden vervangen door andere kleinsignaaltransistors met een hoge afsnijfrequentie.

Resultaten

Dit artikel geeft ideeën over hoe u een eenvoudige Q-meter kunt bouwen en hoe u deze in gebruik kunt nemen. Andere toepassingen van dit veelzijdige apparaat zijn te vinden in naslagwerken zoals die van Boonton Radio Corporation.

Literatuur:

1. Handleiding voor radiofrequentiemetingen voor de Q-meter. Boonton Radio Corporation.

Sollicitatie. Bronvoorversterker

De experimentele Q-meter, waarvan het diagram hierboven wordt weergegeven, vereist een ingangssignaalniveau van de generator van ongeveer 1 Vpp. Niet alle signaalgeneratoren leveren dit niveau aan hun uitgang; met dergelijke generatoren moet een voorversterker worden ingeschakeld aan de signaalingang van het apparaat.

Rijst. 3. Q-meter voorversterker (100 kHz...40 MHz).

De breedbandversterker getoond in Fig. 3 levert een versterking van ongeveer 10 over het werkbereik van de Q-meter van 100 kHz...40 MHz. Geïnstalleerd aan de ingang van de Q-meter, verhoogt het de gevoeligheid van de ingang tot ongeveer 0,1 Vpp, waardoor de vloot van aangesloten signaalbronnen en generatoren wordt uitgebreid. Het apparaat heeft geen gain-regelaars, aangezien generatoren daar doorgaans wel over beschikken: instelbare verzwakkers om het uitgangssignaalniveau in te stellen.

Voor degenen die de Q-meter herhalen: een voorversterker zal een nuttige aanvulling zijn bij het werken met signaalgeneratoren die een laag uitgangsspanningsniveau hebben.

Wijzigingen in RF-verdelercircuit

Het originele deelcircuit wordt getoond in Fig. 1 bestaat uit R11, R12 en R13. Deze deler deelt de RF-spanning door 125, zodat de spanning over weerstand R13 (0,2 Ohm) 1/125 bedraagt ​​van de spanning afkomstig van de eindversterker. Dit alles werkt prima bij lage frequenties, maar naarmate de frequentie toeneemt, neemt de verschuivingsfactor (bias) af (frequentie-afhankelijkheid van de spanningsdeler in combinatie met de verbindingsdraden - UA9LAQ), wat een overschatting geeft van de metingen van de kwaliteitsfactor Q , ten opzichte van de werkelijke.

De verklaring hiervoor is als volgt: het circuit van pin 1, via R13 naar pin 3, is een korte geleider met een eindige hoeveelheid inductantie. Als we aannemen dat de lengte van de geleider 5 cm is, dan zal de inductie ongeveer 0,02...0,03 μH zijn, afhankelijk van de diameter van de geleider. Als deze inductantie klein is, zal de reactantie bij frequenties van 6...8 MHz ongeveer 1 Ohm zijn. Het is duidelijk dat een dergelijke hoge reactantie, in serie geschakeld met de weerstand R13 van 0,2 ohm, het aandeel van de spanning op pennen 1 en 3 vergroot met toenemende frequentie.

Om dit effect te nivelleren, werd een wijziging van het circuit uitgevoerd, weergegeven in Fig. 4. Het idee is om rond R13 een tegenveld te creëren waar een stroom doorheen vloeit, terwijl de bestaande inductantie wordt vernietigd (compensatie van inductantie, zoals compensatie van de weerstand van verbindingsdraden met akoestische systemen in een ultrasone sirene, een speciaal geval - UA9LAQ). Om een ​​veld van voldoende grootte te verkrijgen, worden drie in serie geschakelde geleiders die de ingangsstroom voeren, aangesloten op vijf parallel geschakelde weerstanden, waardoor R13 wordt gevormd met een weerstand van 0,2 ohm.

Een andere toevoeging is de 43 ohm weerstand R25. De draden die om R13 zijn gewikkeld vormen een spoel, en weerstand R43 wordt toegevoegd om de Q (kwaliteitsfactor) van deze spoel te verlagen en instabiliteit in de versterkercircuits te voorkomen die optreedt als weerstand R25 niet wordt toegevoegd.

Er werd geverifieerd dat in de Q-meter de offsetverhouding vrijwel onveranderd bleef tot 40 MHz, met kleine fluctuaties in het frequentiegebied van 20...30 MHz. De wijziging verhoogt de nauwkeurigheid van directe Q-meting aanzienlijk.

Rijst. 4. Wijzigingen aan het RF-deelcircuit

Bij mij werkt de Q-meter nog steeds, maar om de nauwkeurigheid van de frequentie-instelling te vergroten, sluit ik een frequentiemeter aan op de signaalgenerator (GSS). Het circuit wordt in resonantie gebracht en het M1-apparaat wordt ingesteld op de laatste schaalmarkering (volledige schaal) door de spanning afkomstig van de GSS aan te passen. De frequenties worden ingesteld en vervolgens, volgens de meetwaarden van het M1-apparaat op een niveau van 0,7 vanaf het maximum aan de ene of de andere kant van de resonante, worden hun waarden afgelezen van de schaal van de frequentiemeter en geregistreerd. De verhouding van de centrale frequentie (resonant) tot het verschil tussen de twee zijfrequenties (opgenomen op een niveau van 0,7) wordt berekend als Q.

(Er komen brieven naar mij waarin wordt gevraagd om een ​​universele formule voor het berekenen van de inductantie van spoelen, aangezien ontwerpbeschrijvingen steeds vaker geen wikkelingsgegevens geven, maar de inductantie van deze circuitelementen. Ik antwoord dat er geen universele formule bestaat, aangezien de inductantie van een De spoel hangt van veel factoren af ​​en op dit moment zou ik willen voorstellen om het hierboven beschreven apparaat te gebruiken voor voorlopige aanpassing van spoelen gemaakt van de materialen die je hebt, met luscondensatoren voor de frequenties die je nodig hebt - UA9LAQ).

(Uit het Australische tijdschrift “Amateur Radio”, november 1988)

Gratis vertaling uit het Engels met toestemming van de auteur: Victor Besedin (UA9LAQ) [e-mailadres beveiligd]
Tyumen april 2005