גורם איכות של מערכת התנודות

היחס בין האנרגיה האצורה במערכת תנודה לאנרגיה שאבדה המערכת במהלך תקופת תנודה אחת. גורם האיכות מאפיין את איכות המערכת המתנודדת (ראה מערכות מתנודות), מכיוון ככל שה-D.c.s גדול יותר, כך קטן אובדן האנרגיה במערכת לכל תנודה. ד.ק.ס. שקשור להפחתת הנחתה לוגריתמית δ; בשיעורי הנחתה קטנים ש≈ π/δ. במעגל מתנודד עם השראות ל, קיבולת גוהתנגדות אומהית רד.ק.ס.

כאשר ω הוא התדר הטבעי של המעגל. במערכת מכנית עם מסהמ , קשיחותק ומקדם חיכוךד.ק.ס.

ב שגורם איכות הוא מאפיין כמותי של תכונות התהודה של מערכת תנודות, המציין כמה פעמים המשרעת של תנודות מאולצות במצב יציב (ראה תנודות מאולצות) ב-Resonance עולה על המשרעת של תנודות מאולצות הרחוקות מתהודה, כלומר באזור כזה. תדרים נמוכים שבהם המשרעת של תנודות מאולצות יכולה להיחשב בלתי תלויה בתדר. שיטת מדידת D. c.s. מבוססת על תכונה זו. ערכו של גורם האיכות מאפיין גם את הסלקטיביות של המערכת המתנודדת; ככל שגורם האיכות גבוה יותר, כך פס התדרים של הכוח החיצוני צר יותר, שעלול לגרום לתנודות אינטנסיביות של המערכת. באופן ניסיוני D. c.s. נמצא בדרך כלל כיחס בין התדר הטבעי לרוחב הפס של המערכת, כלומר.

= ω/Δω. ערכים מספריים של D.c.s.: עבור מעגל תנודות בתדר רדיו 30-100; עבור מזלג כוונון 10000; עבור צלחת piezoquartz 100000; עבור תהודה חלל תנודות מיקרוגל 100-100000.מוּאָר.:

Strelkov S.P., Introduction to theory of Oscillations, 2nd ed., M., 1964; Gorelik G.S., תנודות וגלים, מהדורה ב', מ', 1959.

ו.נ. פאריגין.. 1969-1978 .

האנציקלופדיה הסובייטית הגדולה. - מ.: האנציקלופדיה הסובייטית

ראה מה זה "גורם Q של מערכת תנודה" במילונים אחרים:

מילון אנציקלופדיות גדול מאפיין של תכונות התהודה של מערכת, המראה כמה פעמים המשרעת של תנודות מאולצות במהלך תהודה עולה על המשרעת בהיעדרה. ככל שגורם האיכות של המערכת המתנדנדת גבוה יותר, כך ירד איבוד האנרגיה בה לאורך התקופה... ...

מאפיין של תכונות התהודה של מערכת, המראה כמה פעמים המשרעת של תנודות מאולצות במהלך תהודה עולה על המשרעת בהיעדרה. ככל שה-D.c.s גבוה יותר, כך פחות אובדן אנרגיה בו לאורך התקופה. גורם האיכות של התנודות... ... מדעי הטבע. מילון אנציקלופדי

כמות המאפיינת את תכונות התהודה של תנודות ליניאריות. מערכות; שווה מספרית ליחס בין תדר התהודה с לרוחב עקומת התהודה Dw ברמת המשרעת הפוחתת בגורם של 2: Q=w/Dw. נהוג גם לבטא את ד' תנודה. מערכות... ... אנציקלופדיה פיזית

אנציקלופדיה מודרנית

גורם איכות- מערכת תנודות, מאפיין של תכונות התהודה של המערכת, המראה כמה פעמים המשרעת של תנודות כפויות בתהודה עולה על המשרעת שלהן רחוקה מהתהודה. ככל שגורם האיכות של המערכת גבוה יותר כך אובדן האנרגיה בה קטן יותר... מילון אנציקלופדי מאויר

גורם איכות הוא מאפיין של מערכת תנודה הקובעת את רצועת התהודה ומראה כמה פעמים עתודות האנרגיה במערכת גדולות מהפסדי האנרגיה במהלך תקופת תנודה אחת. גורם האיכות עומד ביחס הפוך למהירות... ... ויקיפדיה - גורם האיכות המובנה של המערכת המתנודדת. [ל.מ. Nevdyaev. טכנולוגיות טלקומוניקציה. ספר עיון במילון הסבר אנגלי-רוסי. נערך על ידי יו.מ. גורנוסטאיבה. מוסקבה, 2002] נושאי טלקומוניקציה, מושגים בסיסיים EN לא טעון ש ... מדריך למתרגם טכני

כל מעגל תהודה, כולל סדרה 1, מאופיין בדרך כלל בגורם איכות Q ובעכבה אופיינית.

הבה נזכיר כי במקרה זה נשקול קביעת גורם האיכות של המעגל בעת שינוי תדר מקור הכוח.

בזמן תהודה
.

גורם האיכות של המעגל קובע את כפול המתח במסופים של אלמנט ההתנגדות האינדוקטיבי או הקיבולי בתהודה מעל המתח של המעגל כולו U = Uר.

בהתקנות הנדסת חשמל ורדיו, גורמי האיכות יכולים להיות בכל סדר, עד עשרות אלפים. בגורמי איכות גבוהים (50-500) U L 0 >> Uר ,Uר = U VX = U, כלומר, המתח על פני השראות (או על פני הקיבול) גדול פי כמה מהמתח המופעל.

בואו לגלות את השפעת גורם האיכות על עקומות התהודה בחיבור סדרתי

R, L, S.הזרם במעגל הוא

ערך נוכחי יחסי:
, כלומר
.

בגזירת נוסחה זו נלקח בחשבון ש
.

לפעמים מושג התדירות היחסית מוצג
.

ואז הנוסחה הקודמת תיכתב כך

הבה נשרטט עקומות תהודה ביחידות יחסיות (נוכחיות) (איור 7.8) עבור שלושה גורמי איכות. בהסתכלות על שלוש עקומות התהודה, אנו רואים שככל שגורם האיכות גבוה יותר, כך עקומת התהודה חדה יותר. רוחב הפס של המעגל נקבע על ידי ההבדל בתדרים המתקבלים כאשר עקומת התהודה חותכת את הקו האופקי ברמה .

מתוך איור. 7.8 ניתן לראות שככל שגורם האיכות נמוך יותר, כך רוחב הפס רחב יותר. במקלטי רדיו, למעגלים המתנודדים יש גורמי איכות גבוהים (500-1000), כך שלמעגלים אלה יש רוחבי פס צרים למדי, מה שמקל על קליטת רדיו סלקטיבית של תחנה אחת בלבד.

7.6. קביעת גורם האיכות מעקומת התהודה

בפועל, ניתן לקבל את מאפייני תדר התהודה של מעגלים אמיתיים על ידי שינוי תדר הגנרטור בגבולות מסוימים וביצוע קריאות של מד מתח המחובר במקביל לנגד (ראה איור 7.9 א). נבנית עקומת תהודה ניסיונית ורוחב הפס נקבע מעקומה זו. הבה נגזור את הנוסחה המתאימה לחישוב גורם האיכות מעקומת תהודה שנלקחה בניסוי.

מתוך איור. 7.9 בכדלקמן:

.

במשוואה זו המכנים שווים, אז

מכאן
.

בוא נכתוב את זה פעמיים: מתי ו ביטויים כאלה
;
.

לאחר הוספת הביטויים האחרונים נקבל

אוֹ

מכאן

חשוב מאוד: גורם האיכות הוא פרופורציונלי הפוך
.

למעגל סדרתי ר, ל, געקומת זרם תהודה נרשמה בעת השינוי

מיכלים עִם(איור 7.10).

באמצעות עקומה זו, אנו קובעים את גורם האיכות של המעגל. ביטוי עבור הנוכחי

בואו נבצע סדרה של טרנספורמציות של הנוסחה האחרונה

;

.

בואו נצייר קו אופקי ברמה
.

שימו לב לערכי הקיבול ג 1 ו עִם 2 .

מיכלים עִם 1 ו עִם 2. בוא נכתוב את זה

מצא את הסכום וההפרש של קיבולים

נרשום את הקשר
.

נזכיר כי גורם האיכות של המעגל נקבע על ידי עודף המתח על פני התגובה האינדוקטיבית (או הקיבולית) בתהודה על המתח של המעגל כולו (או המתח על פני ההתנגדות הפעילה), כלומר.

כָּך,

בנוסף לתוצאה זו, נראה שניתן להשיג את ערכי הפרמטרים של המשרן ( לו ר)

.

אֵיפֹה
;
.

אֵיפֹה
.

גודל קיבולת עִם 0 שבו מתרחשת תהודה ייקבע באופן הבא:

;
;
;
.

אֵיפֹה
.

ניתן לראות תהודה של מתח במעגל המוצג באיור. 7.11.

עכבת הכניסה של מעגל כזה

בעת תהודה, הרכיב התגובתי של התנגדות הכניסה חייב להיות שווה לאפס, כלומר.

איכות טובה- תכונה של מערכת תנודה הקובעת את רצועת התהודה ומראה כמה פעמים עתודות האנרגיה במערכת גדולות מהפסדי האנרגיה במהלך תקופת תנודה אחת.

גורם האיכות עומד ביחס הפוך לקצב ההתפרקות של תנודות טבעיות במערכת. כלומר, ככל שגורם האיכות של המערכת המתנודדת גבוה יותר, כך אובדן האנרגיה לכל תקופה קטן יותר והתנודות מתפוררות לאט יותר.

הנוסחה הכללית לגורם האיכות של כל מערכת תנודה:

· - תדירות תהודה של תנודות

· - אנרגיה הנאגרת במערכת התנודה

· - פיזור כוח.

לְדוּגמָה,במעגל תהודה חשמלי, אנרגיה מתפזרת עקב ההתנגדות הסופית של המעגל בגביש קוורץ, שיכוך התנודות נובע מחיכוך פנימי בגביש, אנרגיה אבודה בדפנות התהודה; , בחומר שלו ובאלמנטים תקשורתיים במהודים אופטיים - על מראות.

עבור מעגל תנודה במעגלי RLC:

היכן , והם ההתנגדות, השראות והקיבול של מעגל התהודה, בהתאמה.

6) הוספת רעידות הרמוניות מאותו כיוון ואותו תדר. מכות

שיהיו שתי תנודות הרמוניות מאותו כיוון ואותו תדר

(4.1)

המשוואה עבור התנודה המתקבלת תהיה בצורה

הבה נוודא זאת על ידי הוספת משוואות המערכת (4.1)

יישום משפט סכום הקוסינוס וביצוע טרנספורמציות אלגבריות:

אפשר למצוא ערכים של A ו-φ0 כך שהמשוואות יתקיימו

(4.3)

בהתחשב ב(4.3) כשתי משוואות עם שני לא ידועים A ו-φ0, אנו מוצאים על ידי ריבוע וחיבורם, ולאחר מכן מחלקים את השנייה בראשון:

החלפה של (4.3) ב-(4.2), נקבל:

או לבסוף, באמצעות משפט סכום הקוסינוס, יש לנו:

גוף, המשתתף בשתי תנודות הרמוניות מאותו כיוון ואותו תדר, מבצע גם תנודה הרמונית באותו כיוון ובאותו תדר כמו התנודות שנוספו. המשרעת של התנודה המתקבלת תלויה בהפרש הפאזות (φ2-φ1) של התנודות המוחלקות.

תלוי בהפרש הפאזות (φ2-φ1):

1) (φ2-φ1) = ±2mπ (m=0, 1, 2, …), ואז A= A1+A2, כלומר המשרעת של התנודה המתקבלת A שווה לסכום האמפליטודות של התנודות שנוספו;

2) (φ2-φ1) = ±(2m+1)π (m=0, 1, 2, ...), ואז A= |A1-A2|, כלומר המשרעת של התנודה המתקבלת שווה להפרש באמפליטודות של התנודות שנוספו

אאוט

שינויים תקופתיים במשרעת הרעידות המתרחשים כאשר מתווספות שתי תנודות הרמוניות עם תדרים דומים נקראים פעימות.

תן לשתי התנודות שונות מעט בתדירות. אז האמפליטודות של התנודות שנוספו שוות ל-A, והתדרים שווים ל-ω ו-ω+Δω, ו-Δω קטן בהרבה מ-ω. אנו בוחרים את נקודת ההתחלה כך שהשלבים ההתחלתיים של שתי התנודות יהיו שווים לאפס.

מד Q ניסיוני

לויד באטלר, VK5BR
המאמר מתאר את גורם האיכות Q, המתודולוגיה למדידת גורם איכות, השראות, קיבול באמצעות מד Q ופיתוח מד Q ניסיוני.

מָבוֹא

במשך שנים רבות, ה-Q-meter (מד גורם איכות) נותר מכשיר הכרחי במעבדות העוסקות בחקר מעגלי תדר רדיו. במעבדות המודרניות מחליפים את ה-Q-meter, ברוב המקרים, במכשירים אקזוטיים יותר (ויקרים יותר) למדידת עכבות וכיום כבר לא ניתן למצוא יצרן שעדיין מייצר מדי Q-מטרים. עבור חובב רדיו, מד Q הוא חלק חשוב מאוד ממערך ציוד המדידה הדרוש, והמחבר מתאר כמה ממחשבותיו כיצד תוכל ליצור מד Q פשוט עבור המעבדה שלך. למי שלא מכיר מכשיר זה, כלולים כמה מושגי היכרות לגבי גורם האיכות Q והמדידה שלו.

מהו גורם איכות (Q) וכיצד הוא נמדד?

גורם ה-Q או גורם האיכות של משרן מבוטא בדרך כלל כיחס בין התגובה הסדרתית שלו לתגובתו הפעילה. אנחנו יכולים גם לבטא את גורם האיכות של קבל במונחים של היחס בין התגובה הסדרתית שלו לתגובתו הפעילה, אם כי קבלים מאופיינים בדרך כלל בגורם D או בגורם פיזור, שהוא ההדדיות של Q.

המעגל המכוון בתהודה מאופיין בערך של גורם האיכות (אשר מיועד) Q. במקרה זה, Q שווה ליחס בין התגובה האינדוקטיבית או הקיבולית לסך ההתנגדות הסדרתית של הפסדים במעגל התהודה. ככל שההתנגדות לאובדן גדולה יותר וככל שגורם האיכות Q נמוך יותר, כך גדל אובדן ההספק בכל מחזור יצור במעגל התהודה, ומכאן, ההספק הנדרש להתרחשות ייצור גדול יותר.

דרך נוספת לגזור את גורם האיכות Q היא כדלקמן:

Q = fo/Δf, כאשר fo הוא תדר התהודה, רוחב הפס של רמת Δf הוא 3 dB
(ראה הערה)

לפעמים אנו משתמשים בביטוי: "גורם איכות טעון", למשל, במקרה של מעגלי משדר, ובמקרה זה, ההתנגדות הפעילה לחישוב ערך גורם האיכות (Q) היא הערך של ההתנגדות הפעילה בסדרה של מעגל התהודה הפרוק בתוספת התנגדות ההפסד האקטיבית הנוספת המשתקפת בתורה חזרה למעגל מהעומס הקשור אליו.

ישנן דרכים אחרות לבטא Q. ניתן לבטא את גורם האיכות כיחס בין התנגדות אקטיבית מקבילה (לולאה) שווה לתגובה אינדוקטיבית או קיבולית. ניתן להמיר התנגדות לאובדן סדרה להתנגדות מקבילה מקבילה באמצעות הנוסחה הבאה:

R(shunt) = R(סדרה). (Q² + 1)

לבסוף, Q או גורם האיכות של מעגל תהודה שווה למקדם ההגדלה של המתח וניתן לבטא Q גם כיחס בין המתח שפותח על פני האלמנטים התגובתיים למתח המופעל בסדרה עם המעגל כדי לייצר את המתח האפקטיבי. כדי למדוד את גורם האיכות, Q-meters משתמשים בדיוק בעקרון זה.

המעגל הבסיסי של Q-meter מוצג באיור. 1. מסופי המוצא משמשים לחיבור השראות הנבדקות (Lx), אשר בתרשים המעגלים מותאמים לתדר התהודה באמצעות KPI (C). מהדקים מסופקים גם לחיבור נוסף של מיכלים (Cx), במידת הצורך. מעגל התהודה מתרגש על ידי מקור אות שניתן לכוונן, אשר מפתח מתח על פני נגד המחובר בסדרה עם המעגל. הנגד חייב להיות בעל התנגדות קטנה בהשוואה להתנגדות ההפסד של הרכיבים הנמדדים, כך שניתן להזניח אותו. ערך ההתנגדות הנדרש הוא חלק קטן מאוהם. מדידות נעשות כדי לקבוע את גודל מתח ה-AC המבוא על פני נגד המחובר בסדרה ואת גודל מתח ה-AC המוצא במסופים של יחידת בקרת הכוונון. כדי למדוד את הפלט, יש צורך להשתמש במעגל בעל עכבת כניסה גבוהה כדי לא להעמיס את מעגל התהודה במעגל המדידה.

אוֹרֶז. 1. דיאגרמת בלוקים של מד ה-Q.
בתהודה Lx ו-Cx, Q = V2/V1
*מד V2 מכויל לקרוא את המתח על פני הקבל C.

גורם האיכות נמדד על ידי כוונון מחולל האותות ו/או הגדרת בקרת כוונון המכשיר למצב תהודה של המעגל המתאים למתח המוצא המרבי. גורם האיכות Q מחושב כיחס בין מתח המוצא במעגל התהודה למתח המופעל עליו. בפועל, רמת מקור האות (מחולל האותות) מותאמת לנקודת הכיול בסולם של המונה המודד את המתח המופעל, ו-Q נקרא ישירות מהסקאלה המכויל של המונה שמודד את מתח המוצא של המונה. מַעְגָל.

כמה שימושים ב-Q-meter

ניתן להשתמש ב-Q-meter למטרות רבות. כפי ששמו מרמז, ניתן להשתמש בו למדידת גורם האיכות Q והוא נפוץ במדידת גורם האיכות של משרנים. מכיוון שהקבל הפנימי הוא דיאלקטרי אוויר, התנגדות האובדן שלו זניחה בהשוואה לזו של משרנים ולכן מדד האיכות נמדד מהם.

ניתן למדוד את ערך ה-Q על פני טווח רחב עבור סוגים שונים של סלילים ובטווחי תדרים שונים. סלילים תעשייתיים מיניאטוריים, כגון סימנס B78108 או Lenox-Fugal Nanored, עשויים עם ליבות פריט ופועלים בתדרים של עד 1 מגה-הרץ, הם בעלי גורם איכות טיפוסי Q באזור של 50 עד 100. סלילים חסרי מסגרת מפותלים עם צלילים, כגון כיוון שללולאות ביציאת המשדר ופועלות בתדרים מעל 10 מגה-הרץ יש ערך Q צפוי בטווח של 200...500. עבור סלילים מסויימים, מקדם האיכות נמוך למדי ומסתכם ב-5...10 בתדרים מסוימים בדרך כלל לא משתמשים בסלילים כאלה במערכות סלקטיביות או במסננים צרים. מד ה-Q יהיה לעזר רב ערך כאן.

(בזמן מסוים, פנה אליי מפעיל גל קצר שלמקלט החדש שנבנה שלו לא היה מסנן פס-פס מותאם. מקדם האיכות של הסלילים שלו התברר כל כך נמוך עד שאי אפשר היה לתפוס תהודה כלשהי. לאחר בחינה מדוקדקת יותר, התברר שסלילי ה-PF היו מלופפים עם חוט, אלא PELSHO, כלומר, גורם האיכות של הסלילים תלוי מאוד בהתנגדות הפעילה של החוט ככל שהוא נמוך יותר, כך האיכות גבוהה יותר גורם הסליל, כשכל שאר הדברים שווים, אם היה לך מד-Q בהישג יד, לא היית צריך להתעסק במוח שלך במשך זמן רב ולנתח את הסיבה - UA9LAQ).

קבל הכוונון (C) של ה-Q-meter הוא בעל סולם מדורג ב-picofarads (pF), כך שבשילוב עם מחולל אותות מכויל, שממנו מסופק מתח המדידה ל-Q-meter, ערך השראות ( Lx) ניתן לקבוע. המעגל המתנודד פשוט מכוון לתהודה בתדר של מחולל האותות או על ידי שינוי התדר של האחרון או/ושימוש ב-KPI ב-Q-meter (או חיצוני במעגל) במתח המרבי, שנרשם על מד המכשיר, השראות הרצויה (Lx) מחושב מהנוסחה הידועה:

Lx = 1/4π²f²C

אם ניקח L, µH, C, pF ו-f, MHz, אז הנוסחה הופכת:

25330/f²C

שימוש נוסף ב-Q-meter יהיה למדוד את ערכי הקיבול של קבלים קטנים (מבחינת קיבולת). בתנאי שהקיבול של הקבל הנמדד קטן מהקיבול המקסימלי של ה-KPI הפנימי, קל מאוד למדוד. ראשית, הקבל המחובר מהדהד עם השראות שנבחרה בתדר מסוים, הנקבע בעת כוונון המתח ממחולל האותות, כאשר ה-KPI לכוונון המכשיר מוגדר לסימן המינימלי של הקיבול שלו בסולם מכויל. לאחר מכן, הקבל הנבדק כבוי, באותו תדר ממחולל האותות, ה-KPI הכוונון מוגדר שוב למצב התהודה (על ידי הגדלת הקיבול שלו). ההבדל בקיבול בין שני ערכים בסולם KPI יהיה שווה לקיבול של הקבל המחובר לקביעת הקיבול (כלומר, הקיבול נמדד בשיטת ההחלפה במעגל תהודה - UA9LAQ). ניתן למדוד ערכי קיבולים גדולים על ידי שינוי התדר של מחולל האותות להשגת תהודה ושימוש בנוסחת התהודה המתאימה.

לא רק שהבחירה במשרן "לא חשוב" מובילה לגורם איכות נמוך של המעגל, לסוגים מסוימים של קבלים (ודגימות) המשמשים במעגלים יש התנגדות לאובדן גבוהה, מה שמוביל גם לירידה בגורם האיכות של המעגל. מַעְגָל. קבלים קרמיים קטנים משמשים לעתים קרובות במעגלי תהודה, אך לרבים מהם יש התנגדויות לאובדן גבוהות המשתנות מאוד בתוך אותו סוג. אם יש צורך להשתמש בקבלים קרמיים במעגל תהודה איכותי, כדאי לבחור אותם לפי התנגדות ההפסד הנמוכה ביותר, ו-Q-meter יכול לספק כאן שירות שלא יסולא בפז. כדי לעשות זאת, אתה צריך לקחת סליל איכותי (עם Q של לפחות 200) ולחבר אותו למכשיר, להביא אותו לתהודה עם ה-KPI (C) הכלול ב-Q-meter, ולאחר מכן עם נפרד קבלים שנלקחו לבדיקה, מחוברים במקביל. אובדן גדול של גורם האיכות של המעגל בעת חיבור קבלים יזהה במהירות מקרים שאינם מתאימים לשימוש.

קיבולת סליל מבוזרת

המדידה הישירה של גורם האיכות של משרנים שהוזכרו לעיל מבוססת על מעגל המורכב משני מרכיבים: השראות וקיבול. לסלילים יש גם קיבול מבוזר (אינטרטורן) (C d), ואם קיבול זה הוא חלק משמעותי מקיבול הכוונון (גוש), אז נקבל ערך נמוך יותר של מקדם איכות המעגל מהצפוי. ערך גדול של קיבול מבוזר הוא תופעה שכיחה כאשר יש לנו ערך עם סלילים מרובי-סיבובים, סלילים מפותלים ורב-שכבתיים.

ניתן לחשב את הערך האמיתי של גורם האיכות מתוך Qe, כפי שניתן לראות מהבאים:

Q = Q e (1 + C d/C)
כאשר C d = קיבולת מבוזרת
C = הגדרת קיבול

השגיאה בערך Q פוחתת כאשר מהדהד עם ערך גדול של קבל הכוונון, או שניתן למדוד את הקיבול המבוזר ולהחליף את הנוסחה לעיל. שתי שיטות למדידת קיבול מבוזר מתוארות במדריך Boonton Q Meter. הפשוט ביותר שבהם נחשב למדויק למדי עבור קיבולים מבוזרים העולים על 10 pF ומתואר כדלקמן:

1. באמצעות קבל הכוונון של המכשיר (C), הגדר את הערך של C1 (נניח, 50 pF), הכנס את מעגל התנודה שנוצר יחד עם השראות הייחוס לתהודה על ידי התאמת התדר של מחולל האותות.

2. הגדר את התדר של מחולל האותות למחצית מתדר התהודה ושוב כוונן את המעגל לתהודה על ידי סיבוב הרוטור C כדי לקבל ערך חדש עבור הקיבול C2.

3. חשב את הקיבולת המפוזרת באמצעות הנוסחה: C d = (C2 -4C1) /3

ביטוי נוסף לקיבול מבוזר במשרן הוא שערך השראות (מחושב מהגדרות קבל הכוונון ומחולל האותות) גבוה ממה שהוא בפועל. ושוב, ניתן להפחית את ערך השגיאה על ידי שימוש בערך גדול יותר של קבל הכוונון C ו/או הוספת הקיבול המחושב בנפרד Cd ל-C בחישוב.

דגימה נסיונית

ממעגל קטן וניסויים אנו עוברים למעגל המעשי של מד ה-Q, המוצג באיור. 2. מקור האות לא ניתן כאן, שכן מעבדה של נסיין בתחום הרדיו אינה מתקבלת על הדעת ללא מכשירים כמו מחולל אותות, GSS, והם יכולים לשמש עם Q-meter כקובץ מצורף. הוספת מקור אות בתוך המארז (כפי שיקרה עם Q-meter המיוצר באופן תעשייתי) תוביל לסיבוך של תכנון המעגל ומידות המכשיר, שאינה רצויה, במיוחד בשלב הראשוני של פעילות התכנון.

אוֹרֶז. 2. דיאגרמת Q-meter.
השראות שנבדקו Lx והקיבולים Cx מחוברים לפינים 1-4.
R13 (0.2 אוהם) מורכב מחמישה נגדים של 1 אוהם המחוברים במקביל. כדי לכייל, הגדר את רמת האות GSS לאמצע סולם M1.

בפיתוח המעגל, הבעיה הגדולה ביותר הייתה: כיצד למדוד את המתח של מקור האות בהתנגדות של שברים קטנים של אוהם. המחשבה הראשונה שלי הייתה להשתמש בשנאי הורדה טורואידי רב-חוטי המחובר למקור עכבה גבוהה. (בשנאי כזה, מקדם הצימוד גבוה ושראות הדליפה נמוכה). אבל במקרה זה, השראות הדליפה המשתקפת בסדרה עם הפיתול המשני מתבררת כגדולה, והיה צריך לנטוש את הרעיון.

רעיון נוסף היה לנצל את עכבת המקור הנמוכה של עוקב מתח גבוה כדי להחדיר ישירות את האות למעגל המדידה. למטרות אלה, נעשה שימוש במעגל משחזר, אשר מוגדר כ-V2-V3 באיור. 2. סוג זה של מעגל בעל רוחב פס רחב עם עכבת מקור נמוכה מאוד והוא שימש בעבר כמאגר להעברת אותות וידאו לקו שידור עם עכבה נמוכה. כדי להשיג התנגדות מקור נמוכה, המשחזר מוגדר למצב עם זרם אספן משמעותי של 100 mA. לפיכך, טרנזיסטורים V2 ו-V3 במקרים TO5 מתחממים למדי. המעגל עובד היטב בתדרים נמוכים, אך בתדרים גבוהים (10...30 מגה-הרץ) התנגדות המקור מתחילה לעלות, מה שמשפיע על ערכי ה-Q, שהופכים נמוכים מהצפוי.

בתרשים איור. 2, נעשה שימוש במפל עוקב מתח, אך המפל משמש להשגת מתח על פני הנגד R13, שהתנגדותו היא רק חלקיק מאוהם, כפי שהוזכר קודם לכן. ערך ההתנגדות הוא אכן 0.2 אוהם. כמובן שהחזרה לא יכול לפעול ישירות על עומס בעל התנגדות כה נמוכה, המחובר דרך נגדים R11 ו-R12 (שסכום ההתנגדות שלהם הוא 25 אוהם), כך שמתח המוצא קטן פי 125 מזה המוזרק לתהודה. מַעְגָל.

השלב הקדם-טרמינלי של מגבר ההספק מונע על ידי עוקב הפולט (V1). יש לו עכבת כניסה גבוהה, ומכאן, התנגדות העומס המופעלת על מקור האות החיצוני נקבעת בעיקר על ידי נגדים Rl ו-R3 המחוברים במקביל (כ-2300 אוהם).

השראות הנבדקת (Lx) מחוברת לטרמינלים 1 ו-2, והקיבול החיצוני (Cx), במידת הצורך, מחובר לטרמינלים 3 ו-4. הכוונון מתבצע על ידי KPI Ca, קבל חתך קונבנציונלי ממקלט שידור , כאשר הקטעים מחוברים במקביל לקבלת קיבול מרבי כולל של כ-800 pF.

הקלט בעל העכבה הגבוהה למד המתח מסופק על ידי מפל טרנזיסטור אפקט שדה V4, המחובר על ידי עוקב מקור, גלאי שיא (C6, D1, R17, C8, R20) ומגבר תפעולי N1-A מבטיחים את פעולת מכשיר עם זרם סטיית מחט מרבי של 100 מיקרומטר. מגבר ההפעלה השני של NI-B בחבילת uA747 מספק את שינוי המתח עבור N1-A.

למתג (S1) יש שלושה מצבים. המיקום הראשון, המיועד CAL, משמש להגדרת רמת האות, אשר נקבעת על ידי סטיית החץ של התקן M1 למצב האמצעי. (בכניסה V1 רמת האות צריכה להיות בערך 1 Vpp). אם רמת האות מוגדרת כהלכה, מצב מתג 2 מספק קריאה ישירה של Q מ-0 עד 100 בסולם המכשיר, ומצב מתג 3 מספק קריאה ישירה של Q מ-0 עד 500. עבור ערכי Q נמוכים, רמת הכיול ב- מצב מתג 1 מוגדר לקנה המידה המלא של המכשיר, כך שבמצב 2 של המתג ניתן למדוד את גורם האיכות Q בטווח 0...50.

רמות האות המופעלות על מעגל מד מתח AC פרופורציונליות להיות מעל החלק הלא ליניארי של מאפייני הדיודה, אך בתוך תנודת מתח האות הנגרמת על ידי מתח האספקה. בעמדה 1 של המתג (CAL) - "כיול", רווח המתח של N1-A הוא 2, בעמדה 2 - 5, בעמדה 3 - 1.

מתח האספקה ​​נבחר להיות 12V, אך ערכו המדויק אינו קריטי. זרם אספקת הכוח גבוה למדי (כ-100 mA) עקב הצריכה הגבוהה של הרפיטר ב-V2-V3.

מִשׂרָה

בהשוואה בין ערכי ה-Q לאלה שהושגו במכשירים אחרים, אנו מוצאים כי מד ה-Q מדויק למדי ומתאים למדי למדידות רדיו חובבים. עבור ערכי Q גדולים מאוד (כ-400), כאשר Ca מוגדר למינימום, ערך ה-Q מעט נמוך יותר. זה מתרחש עקב הפסדים בנגד R14 המחובר בסדרה עם קיבול הכניסה V4. (ניתן להגדיל את התוצאה המתקבלת על ידי אי הכללה של R14, אך בלעדיו, V4 נוטה לאי יציבות כאשר Ca מחובר ישירות לקלט שלו.) עבור ערך גדול יותר של Ca, קיבול הקלט V4 מוסווה, מכיוון שהשגיאה במקרה זה היא אחוז קטן יותר ופחות בולטת.

הדיוק של מדידת השראות והקיבול נקבע על פי הדיוק של מקור האות והדיוק של כיול סולם הקבלים של המכשיר. למעוניינים לייצר את המכשיר, ניתן לכייל את קנה המידה על ידי מדידת קיבול ישירה באמצעות גשר קיבול או מד Q אחר. שיטה נוספת היא להשתמש בכיול מקור האות בשילוב עם משרן מכויל. עבור מיקומים שונים של רוטור KPI, תדירות מקור האות מוגדרת כך שתשיג תהודה במעגל עם משרן מכויל, ואז הקיבול מחושב באמצעות הנוסחה. אם ניקח את ערך השראות של סליל הייחוס ואת התדר של מחולל האותות כערכי דיוק, אנו משיגים ככל הנראה את השיטה הטובה ביותר, שכן זו לוקחת בחשבון גם את הקיבול הנוסף של החוטים וגם את קיבול הכניסה הפעיל V4.

המכשיר עבד בצורה מושלמת בתחום התדרים 100 קילו-הרץ...40 מגה-הרץ. ניסיון להשתמש במכשיר בתדרים מעל 40 מגה-הרץ הוביל לתוצאות שגויות, אך ככל הנראה ניתן להשיג את פעולת המכשיר בטווח ה-VHF באמצעות התקנה מתאימה, חלקים ואולי טבלאות כיול תיקון.

הערות הרכבה

לטרנזיסטורים V2-V3 (סוג 2N2218) יש תדר פעולה מקסימלי של 250 מגה-הרץ ופיזור הספק של 680 mW ב-50 מעלות צלזיוס. ניתן להחליף אותם בטרנזיסטורים אחרים בעלי מאפיינים זהים. באותו אופן, טרנזיסטורים: V1 (2N3563) ו-V4 (FET (PT) - 2N3819) יכולים להיות מוחלפים בטרנזיסטורים אחרים של אותות קטנים בעלי תדר חיתוך גבוה.

תוצאות

מאמר זה מספק רעיונות כיצד לבנות מד Q פשוט וכיצד להכניס אותו לשימוש. יישומים אחרים של מכשיר רב-תכליתי זה ניתן למצוא בספרי עיון כגון אלה שהוכנו על ידי Boonton Radio Corporation.

סִפְרוּת:

1. מדריך מדידות תדר רדיו עבור מד Q. תאגיד רדיו Boonton.

בַּקָשָׁה. קדם מגבר מקור

מד ה-Q הניסיוני, שהתרשים שלו מוצג לעיל, דורש רמת אות כניסה של גנרטור של בערך 1 Vpp. לא כל מחוללי האותות מספקים את הרמה הזו במוצא שלהם כדי לעבוד עם גנרטורים כאלה, יש להפעיל קדם מגבר בכניסת האות של המכשיר.

אוֹרֶז. 3. מגבר קדם Q-meter (100 קילו-הרץ...40 מגה-הרץ).

מגבר הפס הרחב המוצג באיור. 3 מספק רווח של כ-10 על פני טווח הפעולה של מד ה-Q של 100 קילו-הרץ...40 מגה-הרץ. מותקן בכניסה של ה-Q-meter, הוא מגביר את רגישות הקלט שלו לכ-0.1 Vpp, מה שמרחיב את צי מקורות האותות והמחוללים המחוברים. למכשיר אין בקרות רווח, מכיוון שלגנרטורים יש אותם בדרך כלל: מנחתים מתכווננים להגדרת רמת אות המוצא.

למי שיחזור על ה-Q-meter: קדם מגבר יהווה תוספת שימושית בעבודה עם מחוללי אותות בעלי רמת מתח מוצא נמוכה.

שינויים במעגל מפריד RF

מעגל המחלק המקורי מוצג באיור. 1 מורכב מ-R11, R12 ו-R13. באמצעות מחלק זה, מתח ה-RF מחולק ב-125, כך שהמתח על פני הנגד R13 (0.2 אוהם) הוא 1/125 מהמתח המגיע מהמגבר. כל זה עובד מצוין בתדרים נמוכים, אך ככל שהתדר עולה, גורם ההיסט (הטיה) יורד (תלות התדר של מחלק המתח בשילוב עם החוטים המחברים - UA9LAQ), מה שנותן הערכת יתר של קריאות גורם האיכות Q , ביחס לאלו בפועל.

ההסבר לכך הוא כדלקמן: המעגל מפין 1, דרך R13 ועד פין 3, הוא מוליך קצר בעל כמות השראות סופית. אם ניקח את אורך המוליך להיות 5 ס"מ, אז השראות שלו תהיה בערך 0.02...0.03 μH, תלוי בקוטר המוליך. אם השראות זו קטנה, הריאקטנטיות שלה בתדרים של 6...8 מגה-הרץ תהיה בערך 1 אוהם. ברור שתגובתיות כה גבוהה, המחוברת בסדרה עם הנגד R13 של 0.2 אוהם, מגדילה את שיעור המתח בפינים 1 ו-3 בתדירות הולכת וגוברת.

כדי ליישר את האפקט הזה, בוצע שינוי של המעגל, המוצג באיור. 4. הרעיון הוא ליצור שדה נגדי סביב R13 עם זרם זורם דרכו, בעוד שההשראות הקיימת נהרסת (פיצוי על השראות, כמו פיצוי על ההתנגדות של חיבור חוטים עם מערכות אקוסטיות בסאונד קולי, מקרה מיוחד - UA9LAQ). כדי להשיג שדה בגודל מספיק, שלושה מוליכים מחוברים בסדרה הנושאים את זרם הכניסה מחוברים לחמישה נגדים המחוברים במקביל, ויוצרים R13 עם התנגדות של 0.2 אוהם.

תוספת נוספת היא הנגד R25 של 43 אוהם. החוטים הנכרכים סביב R13 יוצרים סליל, ומתווסף הנגד R43 כדי להוריד את ה-Q (גורם האיכות) של סליל זה ולמנוע אי יציבות במעגלי המגבר המתרחשת אם הנגד R25 לא מתווסף.

אומת כי ב-Q-meter יחס ההיסט נותר כמעט ללא שינוי עד 40 מגה-הרץ, עם תנודות קלות באזור התדר של 20...30 מגה-הרץ. השינוי מגדיל באופן משמעותי את הדיוק של מדידת Q ישירה.

אוֹרֶז. 4. שינויים במעגל מחלק RF

ה-Q-meter עדיין עובד בשבילי, אבל כדי להגביר את הדיוק של הגדרת התדר, אני מחבר מד תדרים למחולל האותות (GSS). המעגל מובא לתהודה והתקן M1 מוגדר לסימון קנה המידה האחרון (קנה מידה מלא) על ידי התאמת המתח המגיע מה-GSS. התדרים נקבעים, ולאחר מכן, על פי קריאות מכשיר ה-M1 ברמה של 0.7 מהמקסימום בצד זה או אחר של התהודה, הערכים שלהם נקראים מסולם מד התדרים ונרשמים. היחס בין התדר המרכזי (התהודה) להפרש בין שני תדרי הצדדיים (מתועדים ברמה של 0.7) מחושב כ-Q.

(אני מקבל מכתבים המבקשים נוסחה אוניברסלית לחישוב השראות של סלילים, שכן, יותר ויותר, תיאורי עיצוב לא נותנים נתוני פיתול, אלא את השראות של רכיבי מעגל אלה. אני עונה שאין נוסחה אוניברסלית, שכן השראות של סליל תלוי בגורמים רבים וברגע זה, אני רוצה להציע להשתמש במכשיר המתואר לעיל להתאמה מקדימה של סלילים העשויים מהחומרים שברשותך, עם קבלי לולאה עבור התדרים שאתה צריך - UA9LAQ).

(מתוך המגזין האוסטרלי "רדיו חובבים", נובמבר 1988)

תרגום חופשי מאנגלית באישור המחבר: ויקטור בסדין (UA9LAQ) [מוגן באימייל]
טיומן אפריל, 2005