Virpesių sistemos kokybės faktorius

svyravimo sistemoje sukauptos energijos santykis su energija, kurią sistema praranda per vieną svyravimo periodą. Kokybės veiksnys apibūdina virpesių sistemos kokybę (Žr. Virpesių sistemos), nes Kuo didesnis DC, tuo mažiau energijos nuostolių sistemoje per virpesį. D.k.s. K susijęs su logaritminiu slopinimo mažėjimu δ; esant nedideliam slopinimo greičiui K≈ π/δ. Virpesių grandinėje su induktyvumu L, talpa C ir ominis atsparumas R D.k.s.

kur ω yra grandinės natūralusis dažnis. Mechaninėje sistemoje su mase m , standumas k ir trinties koeficientas D.k.s.

b K Kokybės koeficientas yra kiekybinė virpesių sistemos rezonansinių savybių charakteristika, nurodanti, kiek kartų pastovių priverstinių virpesių amplitudė (žr. Priverstinius virpesius) esant rezonansui viršija priverstinių virpesių amplitudę, esančią toli nuo rezonanso, t. y. tokioje srityje. žemi dažniai, kai priverstinių virpesių amplitudė gali būti laikoma nepriklausoma nuo dažnio. D. c.s matavimo metodas pagrįstas šia savybe. Kokybės faktoriaus reikšmė taip pat apibūdina virpesių sistemos selektyvumą; Kuo didesnis kokybės koeficientas, tuo siauresnė išorinės jėgos dažnių juosta, kuri gali sukelti intensyvius sistemos svyravimus. Eksperimentiškai D. c.s. dažniausiai randamas kaip natūralaus dažnio ir sistemos pralaidumo santykis, t.y.

= ω/Δω. Skaitinės nuolatinės srovės reikšmės: radijo dažnio virpesių grandinei 30-100; kamertonui 10000; už pjezokvarco plokštę 100 000; ertminiam rezonatoriui mikrobangų virpesiai 100-100000. Lit.:

Strelkov S.P., Įvadas į virpesių teoriją, 2 leidimas, M., 1964; Gorelik G.S., Virpesiai ir bangos, 2 leidimas, M., 1959 m.

V. N. Paryginas.. 1969-1978 .

Didžioji sovietinė enciklopedija. - M.: Tarybinė enciklopedija

Pažiūrėkite, kas yra „svyruojančios sistemos Q faktorius“ kituose žodynuose:

Didysis enciklopedinis žodynas Sistemos rezonansinių savybių charakteristika, parodanti, kiek kartų priverstinių virpesių amplitudė rezonanso metu viršija amplitudę, kai jos nėra. Kuo aukštesnis virpesių sistemos kokybės koeficientas, tuo mažesnis energijos nuostolis joje per laikotarpį....

Sistemos rezonansinių savybių charakteristika, parodanti, kiek kartų priverstinių virpesių amplitudė rezonanso metu viršija amplitudę, kai jos nėra. Kuo didesnis D.c.s., tuo mažiau energijos prarandama per laikotarpį. Virpesių kokybės koeficientas.... Gamtos mokslas. Enciklopedinis žodynas

Dydis, apibūdinantis tiesinių virpesių rezonansines savybes. sistemos; skaitine prasme yra lygus rezonansinio dažnio с ir rezonanso kreivės pločio Dw santykiui amplitudės, mažėjančios 2 kartus, lygyje: Q=w/Dw. Taip pat įprasta išreikšti D. osciliaciją. sistemos...... Fizinė enciklopedija

Šiuolaikinė enciklopedija

Kokybės faktorius- osciliacinė sistema, sistemos rezonansinių savybių charakteristika, rodanti, kiek kartų priverstinių virpesių amplitudė rezonanso metu viršija jų amplitudę toli nuo rezonanso. Kuo aukštesnis sistemos kokybės faktorius, tuo mažesnis energijos nuostolis joje... Iliustruotas enciklopedinis žodynas

Kokybės faktorius – tai virpesių sistemos charakteristika, kuri nustato rezonanso juostą ir parodo, kiek kartų energijos atsargos sistemoje yra didesnės už energijos nuostolius per vieną svyravimo periodą. Kokybės koeficientas yra atvirkščiai proporcingas greičiui... ... Vikipedija – Įgimtas virpesių sistemos kokybės faktorius. [L.M. Nevdiajevas. Telekomunikacijų technologijos. Anglų-rusų aiškinamojo žodyno žinynas. Redagavo Yu.M. Gornostajeva. Maskva, 2002] Telekomunikacijų temos, pagrindinės sąvokos LT iškrautas Q ... Techninis vertėjo vadovas

Bet kuriai rezonansinei grandinei, įskaitant serijinę, paprastai būdingas kokybės koeficientas Q ir būdinga varža.

Prisiminkime, kad šiuo atveju keisdami maitinimo šaltinio dažnį apsvarstysime grandinės kokybės koeficiento nustatymą.

Esant rezonansui
.

Grandinės kokybės koeficientas nustato įtampos kartotinį indukcinio arba talpinio varžos elemento gnybtuose esant rezonansui virš visos grandinės įtampos U = U R.

Elektros ir radijo inžinerijos įrenginiuose kokybės faktoriai gali būti bet kokios eilės – iki dešimčių tūkstančių. Esant aukštos kokybės faktoriams (50–500) U L 0 >> U R , U R = U VX = U, ty įtampa per induktyvumą (arba per talpą) yra daug kartų didesnė už taikomą įtampą.

Išsiaiškinkime kokybės koeficiento įtaką rezonanso kreivėms nuoseklioje jungtyje

R, L, S. Srovė grandinėje yra

Santykinė srovės vertė:
, t.y.
.

Išvedant šią formulę buvo atsižvelgta į tai
.

Kartais įvedama santykinio dažnio sąvoka
.

Tada ankstesnė formulė bus parašyta taip

Nubraižykime rezonanso kreives santykiniais (srovės) vienetais (7.8 pav.) trims kokybės faktoriams. Žvelgdami į tris rezonanso kreives matome, kad kuo didesnis kokybės koeficientas, tuo rezonanso kreivė yra ryškesnė. Grandinės dažnių juostos plotis nustatomas pagal dažnių skirtumą, kuris gaunamas, kai rezonansinė kreivė kerta horizontalią liniją lygiu .

Iš pav. 7.8 matyti, kad kuo žemesnis kokybės faktorius, tuo platesnis pralaidumas. Radijo imtuvuose virpesių grandinės turi aukštus kokybės koeficientus (500–1000), todėl šios grandinės turi gana siaurą pralaidumą, o tai palengvina atrankinį tik vienos stoties radijo priėmimą.

7.6. Kokybės koeficiento nustatymas pagal rezonanso kreivę

Praktiškai realių grandinių rezonansinio dažnio charakteristikas galima gauti pakeitus generatoriaus dažnį tam tikrose ribose ir paimant lygiagrečiai su rezistoriumi prijungto voltmetro rodmenis (žr. 7.9 pav. A). Sukonstruojama eksperimentinė rezonanso kreivė ir pagal šią kreivę nustatomas dažnių juostos plotis. Iš eksperimentiniu būdu paimtos rezonanso kreivės išveskime atitinkamą formulę kokybės koeficientui apskaičiuoti.

Iš pav. 7.9 b taip:

.

Šioje lygybėje vardikliai yra lygūs, taigi

Iš čia
.

Parašykime du kartus: kada Ir tokius posakius
;
.

Pridėję paskutinius posakius gauname

arba

Iš čia

Labai svarbu: kokybės koeficientas yra atvirkščiai proporcingas
.

Serijinei grandinei R, L, C keičiant buvo nubrėžta rezonansinės srovės kreivė

konteineriai SU(7.10 pav.).

Naudodamiesi šia kreive, nustatome grandinės kokybės koeficientą. Srovės išraiška

Atlikime paskutinės formulės transformacijų seriją

;

.

Lygiu nubrėžkime horizontalią liniją
.

Atkreipkite dėmesį į talpos reikšmes C 1 ir SU 2 .

konteineriai SU 1 ir SU 2. Užsirašykime

Raskite talpų sumą ir skirtumą

Užrašykime santykį
.

Prisiminkime, kad grandinės kokybės koeficientą lemia indukcinės (arba talpinės) reaktyvinės varžos įtampos perteklius, esant rezonansui virš visos grandinės įtampos (arba įtampos per aktyviąją varžą), t.y.

Taigi,

Be šio rezultato, atrodo, kad įmanoma gauti induktoriaus parametrų vertes ( L Ir R)

.

Kur
;
.

Kur
.

Talpos dydis SU 0, kai atsiranda rezonansas, bus nustatytas taip:

;
;
;
.

Kur
.

Įtampos rezonansą galima stebėti grandinėje, parodytoje fig. 7.11.

Tokios grandinės įėjimo varža

Esant rezonansui, įėjimo varžos reaktyvioji dedamoji turi būti lygi nuliui, t.y.

Geros kokybės- svyruojančios sistemos savybė, kuri lemia rezonanso juostą ir parodo, kiek kartų energijos atsargos sistemoje yra didesnės už energijos nuostolius per vieną svyravimo periodą.

Kokybės koeficientas yra atvirkščiai proporcingas natūralių sistemos virpesių nykimo greičiui. Tai yra, kuo aukštesnis virpesių sistemos kokybės koeficientas, tuo mažesni energijos nuostoliai kiekvienam periodui ir tuo lėčiau svyravimai mažėja.

Bendra bet kurios virpesių sistemos kokybės koeficiento formulė:

· - svyravimų rezonansinis dažnis

· - virpesių sistemoje sukaupta energija

· - galios išsklaidymas.

Pavyzdžiui, elektros rezonansinėje grandinėje energija išsisklaido dėl grandinės baigtinės varžos kvarciniame kristale svyravimų slopinimas vyksta dėl vidinės trinties tūriniuose elektromagnetiniuose rezonatoriuose, energija prarandama rezonatoriaus sienelėse; , jo medžiagoje ir komunikacijos elementuose - ant veidrodžių;

Virpesinei grandinei RLC grandinėse:

kur ir yra atitinkamai rezonansinės grandinės varža, induktyvumas ir talpa.

6) Tos pačios krypties ir to paties dažnio harmoninių virpesių pridėjimas. Beats

Tegul būna du tos pačios krypties ir vienodo dažnio harmoniniai svyravimai

(4.1)

Gauto svyravimo lygtis turės formą

Patikrinkite tai pridėdami sistemos (4.1) lygtis

Taikant kosinuso sumos teoremą ir atliekant algebrines transformacijas:

Galima rasti tokias A ir φ0 reikšmes, kad būtų įvykdytos lygtys

(4.3)

Laikydami (4.3) kaip dvi lygtis su dviem nežinomaisiais A ir φ0, rasime jas padalydami kvadratu ir sudėję, o antrąją padalydami iš pirmojo:

Pakeitę (4.3) į (4.2), gauname:

Arba galiausiai, naudodamiesi kosinuso sumos teorema, turime:

Kūnas, dalyvaujantis dviejuose tos pačios krypties ir to paties dažnio harmoniniuose virpesiuose, taip pat atlieka harmoninį svyravimą ta pačia kryptimi ir tokiu pat dažniu kaip ir pridėtiniai virpesiai. Gaunamo virpesio amplitudė priklauso nuo išlygintų svyravimų fazių skirtumo (φ2-φ1).

Priklausomai nuo fazių skirtumo (φ2-φ1):

1) (φ2-φ1) = ±2mπ (m=0, 1, 2, ...), tada A= A1+A2, t.y. gauto virpesio A amplitudė yra lygi pridėtinės amplitudės sumai svyravimai;

2) (φ2-φ1) = ±(2m+1)π (m=0, 1, 2, ...), tada A= |A1-A2|, t.y. gauto virpesio amplitudė lygi skirtumui pridėtinių virpesių amplitudėse

Runout

Periodiniai virpesių amplitudės pokyčiai, atsirandantys sudėjus du panašaus dažnio harmoninius virpesius, vadinami dūžiais.

Tegul du svyravimai mažai skiriasi dažniu. Tada pridėtinių virpesių amplitudės lygios A, o dažniai lygūs ω ir ω+Δω, o Δω daug mažesnis už ω. Pradinį tašką pasirenkame taip, kad abiejų svyravimų pradinės fazės būtų lygios nuliui.

Eksperimentinis Q-metras

Lloydas Butleris, VK5BR
Straipsnyje aprašomas kokybės koeficientas Q, kokybės koeficiento, induktyvumo, talpos matavimo naudojant Q matuoklį metodika bei eksperimentinio Q matuoklio sukūrimas.

Įvadas

Jau daugelį metų Q-metras (kokybės faktoriaus matuoklis) išliko būtinas instrumentas laboratorijose, kurios atlieka radijo dažnių grandinių tyrimą. Šiuolaikinėse laboratorijose Q-metras dažniausiai pakeičiamas egzotiškesniais (ir brangesniais) impedansų matavimo prietaisais, o šiandien jau nebeįmanoma rasti gamintojo, kuris vis dar gamina Q matuoklius. Radijo mėgėjui Q-metras yra labai svarbi būtino matavimo įrangos komplekto dalis, o autorius pateikia keletą savo minčių, kaip pasigaminti paprastą Q-metrą savo laboratorijai. Tiems, kurie nėra susipažinę su šiuo įrenginiu, įtrauktos kai kurios įvadinės sampratos apie kokybės koeficientą Q ir jo matavimą.

Kas yra kokybės faktorius (Q) ir kaip jis matuojamas?

Induktoriaus Q koeficientas arba kokybės koeficientas paprastai išreiškiamas kaip jo serijos reaktyvumo ir aktyviosios reaktyvumo santykis. Kondensatoriaus kokybės koeficientą taip pat galime išreikšti jo serijinės varžos ir aktyviosios varžos santykiu, nors kondensatoriai paprastai apibūdinami D koeficientu arba sklaidos koeficientu, kuris yra Q atvirkštinis dydis.

Sureguliuota rezonanso grandinė apibūdinama kokybės koeficiento (kuris yra žymimas) reikšme Q. Šiuo atveju Q yra lygus indukcinės arba talpinės reaktyvinės varžos ir bendros nuoseklios rezonansinės grandinės nuostolių varžos santykiui. Kuo didesnis atsparumas nuostoliams ir mažesnis kokybės koeficientas Q, tuo didesnis galios nuostolis kiekviename generavimo cikle rezonansinėje grandinėje, taigi, tuo didesnė galia reikalinga generacijai.

Kitas būdas gauti kokybės koeficientą Q yra toks:

Q = fo/Δf, kur fo yra rezonansinis dažnis, Δf lygio juostos plotis yra 3 dB
(Žr. pastabą)

Kartais vartojame posakį: „apkrautas kokybės koeficientas“, pavyzdžiui, siųstuvo grandinių atveju, o šiuo atveju aktyvioji varža kokybės koeficiento (Q) reikšmei apskaičiuoti yra nuoseklios aktyviosios varžos reikšmė. neapkrautos rezonansinės grandinės plius papildoma aktyviojo nuostolio varža, kuri atsispindi jos posūkyje atgal į grandinę nuo su ja susijusios apkrovos.

Yra ir kitų Q išraiškos būdų. Kokybės koeficientas gali būti išreikštas lygiagrečios (kilpos) aktyviosios varžos ir indukcinės arba talpinės reaktyvumo santykiu. Serijos nuostolių varža gali būti konvertuojama į lygiagrečią varžą, naudojant šią formulę:

R(šuntas) = ​​R(serija). (Q² + 1)

Galiausiai, Q arba rezonansinės grandinės kokybės koeficientas yra lygus įtampos padidinimo koeficientui, o Q taip pat gali būti išreikštas kaip reaktyviuosiuose elementuose sukurtos įtampos ir įtampos, nuosekliai su grandine, tiekiamos efektyviajai įtampai, santykis. Kokybės koeficientui matuoti Q-metrai naudoja būtent šį principą.

Pagrindinė Q-metro grandinė parodyta Fig. 1. Išėjimo gnybtai naudojami bandomiesiems induktyvumams (Lx) sujungti, kurie jungimo schemoje sureguliuojami pagal rezonansinį dažnį naudojant KPI (C). Taip pat prireikus yra numatyti spaustukai papildomam konteinerių prijungimui (Cx). Rezonansinė grandinė sužadinama derinamu signalo šaltiniu, kuris sukuria įtampą per rezistorių, sujungtą nuosekliai su grandine. Rezistorius turi turėti mažą varžą, palyginti su išmatuotų komponentų atsparumu nuostoliams, kad į jį būtų galima nepaisyti. Reikalinga varžos vertė yra nedidelė omo dalis. Matavimai atliekami siekiant nustatyti įėjimo kintamosios srovės įtampos dydį per nuosekliai sujungtą rezistorių ir išėjimo kintamosios srovės įtampos dydį derinimo valdymo bloko gnybtuose. Norint išmatuoti išėjimą, būtina naudoti grandinę su didele įėjimo varža, kad nebūtų apkrauta rezonansinė grandinė su matavimo grandine.

Ryžiai. 1. Q matuoklio blokinė schema.
Esant rezonansui Lx ir Cx, Q = V2/V1
*V2 matuoklis sukalibruotas taip, kad būtų galima nuskaityti kondensatoriaus C įtampą.

Kokybės koeficientas matuojamas sureguliuojant signalo generatorių ir (arba) nustatant įrenginio derinimo valdiklį į grandinės rezonanso padėtį, atitinkančią maksimalią išėjimo įtampą. Kokybės koeficientas Q apskaičiuojamas kaip rezonansinės grandinės išėjimo įtampos ir jai taikomos įtampos santykis. Praktikoje signalo šaltinio (signalo generatoriaus) lygis sureguliuojamas pagal skaitiklio skalėje esantį kalibravimo tašką, kuris matuoja taikomą įtampą, o Q tiesiogiai nuskaitomas iš kalibruotos skaitiklio skalės, matuojančios skaitiklio išėjimo įtampą. grandinė.

Kai kurie Q matuoklio naudojimo būdai

Q-metras gali būti naudojamas daugeliui tikslų. Kaip rodo jo pavadinimas, jis gali būti naudojamas kokybės koeficientui Q matuoti ir dažniausiai naudojamas matuojant induktorių kokybės koeficientą. Kadangi vidinis kondensatorius yra oro dielektrikas, jo atsparumas nuostoliams yra nereikšmingas, palyginti su induktorių, todėl kokybės koeficientas matuojamas iš jų.

Q vertė gali būti matuojama plačiame diapazone skirtingų tipų ritėms ir skirtinguose dažnių diapazonuose. Miniatiūrinės pramoninės ritės, tokios kaip Siemens B78108 arba Lenox-Fugal Nanored tipai, pagamintos ant ferito šerdies ir veikiančios iki 1 MHz dažniu, turi tipišką kokybės koeficientą Q nuo 50 iki 100. Berėmių ritinių, apvyniotų žingsniais, pvz. Siųstuvo išvesties kilpų, veikiančių didesniais nei 10 MHz dažniais, numatoma Q reikšmė yra 200...500 diapazone. Kai kurių ritinių kokybės koeficientas yra gana žemas ir kai kuriais dažniais siekia 5...10 tokios ritės dažniausiai nenaudojamos selektyvinėse sistemose ar siaurajuosčiuose filtruose. Q-metras čia bus neįkainojama pagalba.

(Vienu metu į mane kreipėsi trumpųjų bangų operatorius, kurio naujai pastatytame siųstuve-imtuve nebuvo sureguliuotas juostos pralaidumo filtras. Jo ritių kokybės koeficientas pasirodė toks žemas, kad nebuvo įmanoma pagauti jokių rezonansų. atidžiau patyrus paaiškėjo, kad PF ritės buvo apvyniotos viela ne PELSHO, o t.y., Constantan Ričių kokybinis koeficientas taip pat stipriai priklauso nuo laido aktyviosios varžos, tuo aukštesnė kokybė ritės faktorius, jei visi kiti dalykai būtų vienodi, jei po ranka turėtum Q-metrą, nereikėtų ilgai sukti galvos ir analizuoti priežastį - UA9LAQ).

Q-metro derinimo kondensatorius (C) turi graduotą skalę pikofaradais (pF), todėl kartu su kalibruotu signalo generatoriumi, iš kurio matavimo įtampa tiekiama į Q-metrą, induktyvumo vertė ( Lx) galima nustatyti. Virpesių grandinė tiesiog sureguliuojama į rezonansą signalo generatoriaus dažniu arba keičiant pastarojo dažnį arba (arba) naudojant KPI Q-metre (arba išorinėje grandinėje) esant maksimaliai įtampai, kuri registruojama prietaiso matuokliu, norimas induktyvumas (Lx) apskaičiuojamas pagal žinomą formulę:

Lx = 1/4π²f²C

Jei imsime L, µH, C, pF ir f, MHz, tada formulė bus tokia:

25330/f²C

Kitas Q-metro panaudojimas būtų matuoti mažų (pagal talpą) kondensatorių talpos vertes. Jei matuojamo kondensatoriaus talpa yra mažesnė už didžiausią vidinio KPI talpą, ją išmatuoti labai paprasta. Pirma, prijungtas kondensatorius rezonuoja su pasirinktu induktyvumu tam tikru dažniu, kuris nustatomas derinant įtampą iš signalo generatoriaus, kai prietaiso derinimo KPI yra nustatytas iki minimalios jo talpos žymos kalibruotoje skalėje. Tada bandomas kondensatorius išjungiamas, tuo pačiu dažniu iš signalo generatoriaus derinimo KPI vėl nustatomas į rezonansinę padėtį (didinant jo talpą). Talpos skirtumas tarp dviejų reikšmių KPI skalėje bus lygus kondensatoriaus, prijungto norint nustatyti talpą, talpai (t. y. talpa matuojama pakeitimo metodu rezonansinėje grandinėje - UA9LAQ). Didelės talpos vertės gali būti išmatuotos keičiant signalo generatoriaus dažnį, kad būtų pasiektas rezonansas, ir naudojant atitinkamą rezonanso formulę.

Ne tik „nesvarbios“ induktoriaus pasirinkimas lemia žemą grandinės kokybės koeficientą, bet ir kai kurių tipų kondensatoriai (ir pavyzdžiai), naudojami grandinėse, turi didelį atsparumą nuostoliams, o tai taip pat lemia grandinės kokybės koeficiento sumažėjimą. grandinė. Maži keraminiai kondensatoriai dažnai naudojami rezonansinėse grandinėse, tačiau daugelis jų turi didelę atsparumą nuostoliams, kurie to paties tipo viduje labai skiriasi. Jei reikia, kad kokybiškoje rezonansinėje grandinėje būtų naudojami keraminiai kondensatoriai, juos protinga parinkti pagal mažiausią atsparumą nuostoliams, o Q matuoklis čia gali suteikti neįkainojamą paslaugą. Norėdami tai padaryti, turite paimti aukštos kokybės ritę (kurios Q ne mažesnis kaip 200) ir prijungti ją prie įrenginio, rezonansuoti su KPI (C), esančiu Q matuoklyje, ir tada su atskiru kondensatoriai paimti testavimui, sujungti lygiagrečiai. Didelis grandinės kokybės koeficiento praradimas jungiant kondensatorius greitai nustatys netinkamus naudoti atvejus.

Paskirstyta ritės talpa

Tiesioginis aukščiau paminėtų induktorių kokybės koeficiento matavimas pagrįstas grandine, susidedančia iš dviejų komponentų: induktyvumo ir talpos. Ritės taip pat turi paskirstytą (interturn) talpą (C d), o jei ši talpa yra reikšminga derinimo (vienkartinės) talpos dalis, tai gausime mažesnę grandinės kokybės koeficiento reikšmę nei tikėtasi. Didelė paskirstytos talpos vertė yra įprastas reiškinys, kai turime vertę su kelių apsisukimų ritėmis, suvynioti į posūkį ir daugiasluoksnes rites.

Faktinė kokybės koeficiento vertė gali būti apskaičiuojama pagal Qe, kaip matyti iš toliau pateiktų dalykų:

Q = Q e (1 + C d / C)
čia C d = paskirstyta talpa
C = nustatymo talpa

Q vertės paklaida sumažėja, kai rezonuoja su didele derinimo kondensatoriaus verte, arba paskirstytoji talpa gali būti išmatuota ir pakeista aukščiau pateikta formule. Du paskirstytos talpos matavimo metodai aprašyti Boonton Q Meter Handbook. Paprasčiausias iš jų laikomas gana tiksliu paskirstytoms talpoms, viršijančioms 10 pF, ir apibūdinamas taip:

1. Įrenginio derinimo kondensatoriumi (C) nustatykite C1 reikšmę (tarkime, 50 pF), kartu su atskaitos induktyvumu suformuotą virpesių grandinę įveskite į rezonansą, reguliuodami signalo generatoriaus dažnį.

2. Nustatykite signalo generatoriaus dažnį iki pusės rezonanso dažnio ir vėl sureguliuokite grandinę iki rezonanso sukdami rotorių C, kad gautumėte naują talpos C2 reikšmę.

3. Apskaičiuokite paskirstytą talpą pagal formulę: Cd = (C2-4C1) /3

Kitas induktoriaus paskirstytos talpos pasireiškimas yra tas, kad induktyvumo vertė (skaičiuojama pagal derinimo kondensatoriaus ir signalo generatoriaus nustatymus) yra didesnė nei yra iš tikrųjų. Ir vėlgi, klaidos reikšmę galima sumažinti naudojant didesnę derinimo kondensatoriaus C vertę ir (arba) skaičiuojant pridedant atskirai apskaičiuotą talpą C d prie C.

Eksperimentinis egzempliorius

Iš nedidelės grandinės ir eksperimentų pereiname prie praktinės Q-metro grandinės, parodytos Fig. 2. Signalo šaltinis čia nenurodytas, nes eksperimentuotojo laboratorija radijo srityje neįsivaizduojama be tokių įrenginių kaip signalų generatorius, GSS, ir juos galima naudoti su Q-metru kaip priedu. Signalo šaltinio pridėjimas korpuso viduje (kaip būtų pramoniniu būdu pagaminto Q matuoklio atveju) sukels grandinės konstrukcijos ir įrenginio matmenų komplikacijų, o tai nepageidautina, ypač pradiniame projektavimo etape.

Ryžiai. 2. Q-metro diagrama.
Išbandyti induktyvumai Lx ir talpos Cx yra prijungti prie 1-4 kaiščių.
R13 (0,2 Ohm) susideda iš penkių lygiagrečiai sujungtų 1 Ohm rezistorių. Norėdami kalibruoti, nustatykite GSS signalo lygį iki M1 skalės vidurio.

Kuriant grandinę, didžiausia problema buvo: kaip išmatuoti signalo šaltinio įtampą esant mažoms omo dalims. Mano pirmoji mintis buvo naudoti kelių laidų toroidinį žeminamąjį transformatorių, prijungtą prie didelės varžos šaltinio. (Tokiame transformatoriuje sujungimo koeficientas yra didelis, o nuotėkio induktyvumas yra mažas.) Tačiau šiuo atveju nuotėkio induktyvumas, atsispindintis nuosekliai su antrine apvija, yra didelis, todėl idėjos teko atsisakyti.

Kita idėja buvo pasinaudoti maža didelės galios įtampos sekiklio šaltinio varža, kad signalas būtų tiesiogiai įpurškiamas į matavimo grandinę. Šiems tikslams buvo naudojama kartotuvo grandinė, kuri Fig. 2. Šio tipo grandinės turi platų dažnių juostos plotį su labai maža šaltinio varža ir anksčiau buvo naudojamos kaip buferis vaizdo signalams perduoti į mažos varžos perdavimo liniją. Norint pasiekti mažą šaltinio atsparumą, kartotuvas nustatomas į režimą su reikšminga kolektoriaus srove - 100 mA. Taigi tranzistoriai V2 ir V3 TO5 atvejais gana įkaista. Grandinė gerai veikia esant žemiems dažniams, tačiau esant aukštiems dažniams (10...30 MHz) pradeda didėti šaltinio varža, o tai turi įtakos Q reikšmėms, kurios tampa mažesnės nei tikėtasi.

Diagramoje Fig. 2, naudojama įtampos sekimo kaskada, tačiau kaskada naudojama įtampai gauti per rezistorių R13, kurio varža yra tik omo dalis, kaip minėta anksčiau. Atsparumo vertė iš tikrųjų yra 0,2 omo. Žinoma, kartotuvas negali veikti tiesiogiai esant tokiai mažos varžos apkrovai, kuri jungiama per rezistorius R11 ir R12 (kurių varžų suma yra 25 omai), kad išėjimo įtampa būtų 125 kartus mažesnė nei įpurškiama į rezonansą. grandinė.

Galios stiprintuvo išankstinę gnybtą varo emiterio sekiklis (V1). Jis turi didelę įėjimo varžą, todėl išorinio signalo šaltinio apkrovos varžą daugiausia lemia lygiagrečiai sujungti rezistoriai Rl ir R3 (apie 2300 omų).

Bandomasis induktyvumas (Lx) yra prijungtas prie 1 ir 2 gnybtų, o išorinė talpa (Cx), jei reikia, prijungiama prie 3 ir 4 gnybtų. Derinimas atliekamas KPE Ca, įprastiniu sekcijiniu kondensatoriumi iš transliacijos imtuvo. , o sekcijos sujungtos lygiagrečiai, kad bendra maksimali talpa būtų apie 800 pF.

Didelės varžos įėjimą į voltmetrą užtikrina lauko tranzistoriaus V4 kaskada, prijungta šaltinio sekikliu, smailės detektorius (C6, D1, R17, C8, R20) ir operacinis stiprintuvas N1-A, užtikrinantis prietaisas, kurio didžiausia adatos nukreipimo srovė yra 100 μA. Antrasis NI-B operatyvinis stiprintuvas uA747 pakete suteikia N1-A įtampos poslinkį.

Jungiklis (S1) turi tris padėtis. Pirmoji padėtis, pažymėta CAL, naudojama signalo lygiui nustatyti, kuris nustatomas M1 įrenginio rodyklės nukrypimu į vidurinę padėtį. (V1 įėjime signalo lygis turėtų būti apie 1 Vpp). Jei signalo lygis nustatytas teisingai, 2 jungiklio padėtis prietaiso skalėje tiesiogiai rodo Q nuo 0 iki 100, o 3 jungiklio padėtis tiesiogiai rodo Q nuo 0 iki 500. Esant mažoms Q vertėms, kalibravimo lygis 1 jungiklio padėtis nustatyta į visą prietaiso skalę, todėl 2 jungiklio padėtyje galite išmatuoti kokybės koeficientą Q intervale 0...50.

Signalo lygiai, taikomi kintamosios srovės voltmetro grandinei, yra proporcingi, kad būtų didesni už netiesinę diodo charakteristikų dalį, bet neviršytų signalo įtampos svyravimo, kurį sukelia maitinimo įtampa. 1 jungiklio (CAL) padėtyje - „Kalibravimas“ N1-A įtampos padidėjimas yra 2, 2 - 5, 3 - 1.

Maitinimo įtampa pasirenkama 12 V, tačiau tiksli jos vertė nėra kritinė. Maitinimo srovė yra gana didelė (apie 100 mA) dėl didelio V2-V3 kartotuvo suvartojimo.

Darbas

Palyginus Q vertes su gautomis kituose įrenginiuose, matome, kad Q matuoklis yra gana tikslus ir gana tinkamas radijo mėgėjų matavimams. Esant labai didelėms Q vertėms (apie 400), kai Ca nustatytas iki minimumo, Q reikšmė yra šiek tiek mažesnė. Taip atsitinka dėl nuostolių rezistoriuje R14, sujungtame nuosekliai su įėjimo talpa V4. (Gautas rezultatas gali būti padidintas neįtraukiant R14, tačiau be jo V4 yra linkęs į nestabilumą, kai Ca yra tiesiogiai prijungtas prie jo įvesties.) Didesnei Ca vertei įvesties talpa V4 yra užmaskuota, nes šiuo atveju klaida yra mažesnė ir mažiau pastebima.

Induktyvumo ir talpos matavimo tikslumą lemia signalo šaltinio tikslumas ir įrenginio kondensatoriaus skalės kalibravimo tikslumas. Besidomintiems prietaiso gamyba, svarstykles galima sukalibruoti tiesioginiu talpos matavimu, naudojant talpos tiltelį ar kitą Q matuoklį. Kitas būdas yra naudoti signalo šaltinio kalibravimą kartu su kalibruotu induktoriumi. Skirtingose ​​KPI rotoriaus padėtyse signalo šaltinio dažnis nustatomas taip, kad būtų gautas rezonansas grandinėje su kalibruotu induktoriumi, tada talpa apskaičiuojama pagal formulę. Paėmę etaloninės ritės induktyvumo vertę ir signalo generatoriaus dažnį kaip tikslumo reikšmes, gauname bene geriausią būdą, nes taip atsižvelgiama ir į papildomą laidų talpą, ir į aktyviąją įėjimo talpą V4.

Prietaisas puikiai veikė 100 kHz...40 MHz dažnių diapazone. Bandymas naudoti prietaisą dažniais, viršijančiais 40 MHz, davė klaidingų rezultatų, tačiau prietaiso veikimas VHF diapazone tikriausiai gali būti pasiektas naudojant atitinkamas montavimo, dalių ir galbūt korekcijos kalibravimo lenteles.

Surinkimo pastabos

Tranzistorių V2-V3 (tipas 2N2218) maksimalus veikimo dažnis yra 250 MHz, o galios išsklaidymas 680 mW esant 50 laipsnių Celsijaus. Juos galima pakeisti kitais identiškų charakteristikų tranzistoriais. Tuo pačiu būdu tranzistoriai: V1 (2N3563) ir V4 (FET (PT) - 2N3819) gali būti pakeisti kitais mažo signalo tranzistoriais, turinčiais aukštą ribinį dažnį.

Rezultatai

Šiame straipsnyje pateikiamos idėjos, kaip sukurti paprastą Q matuoklį ir kaip jį naudoti. Kitus šio universalaus prietaiso pritaikymus galima rasti žinynuose, pavyzdžiui, parengtose Boonton Radio Corporation.

Literatūra:

1. Q matuoklio radijo dažnių matavimų vadovas. Boonton radijo korporacija.

Taikymas. Šaltinio pirminis stiprintuvas

Eksperimentiniam Q matuokliui, kurio diagrama parodyta aukščiau, generatoriaus įvesties signalo lygis yra apie 1 Vpp. Ne visi signalų generatoriai užtikrina tokį lygį, kad galėtų dirbti su tokiais generatoriais, įrenginio signalo įvestyje turi būti įjungtas stiprintuvas.

Ryžiai. 3. Q-metro pirminis stiprintuvas (100 kHz...40 MHz).

Plačiajuosčio ryšio stiprintuvas, parodytas Fig. 3 suteikia maždaug 10 stiprinimą per Q matuoklio veikimo diapazoną 100 kHz...40 MHz. Sumontuotas Q-metro įėjime, jis padidina jo įvesties jautrumą iki maždaug 0,1 Vpp, o tai išplečia prijungtų signalų šaltinių ir generatorių parką. Įrenginys neturi stiprinimo valdiklių, nes generatoriai dažniausiai juos turi: reguliuojamus slopintuvus, kad būtų galima nustatyti išėjimo signalo lygį.

Tiems, kurie kartos Q-metrą: pirminis stiprintuvas bus naudingas priedas dirbant su signalų generatoriais, kurių išėjimo įtampos lygis yra žemas.

RF skirstytuvo grandinės modifikacijos

Originali skirstytuvo grandinė parodyta fig. 1 susideda iš R11, R12 ir R13. Šis daliklis padalija RF įtampą iš 125, kad įtampa per rezistorių R13 (0,2 Ohm) būtų 1/125 įtampos, gaunamos iš galios stiprintuvo. Visa tai puikiai veikia esant žemiems dažniams, tačiau didėjant dažniui, poslinkio koeficientas (pokrypis) mažėja (įtampos daliklio dažnio priklausomybė kartu su jungiamaisiais laidais - UA9LAQ), o tai suteikia pervertinamą kokybės koeficiento Q reikšmę santykyje. į tikrus.

Tai paaiškinama taip: grandinė nuo 1 kaiščio iki R13 iki 3 kaiščio yra trumpasis laidininkas, turintis ribotą induktyvumą. Jei imsime laidininko ilgį 5 cm, tai jo induktyvumas bus maždaug 0,02...0,03 μH, priklausomai nuo laidininko skersmens. Jei šis induktyvumas yra mažas, tada jo reaktyvumas esant 6...8 MHz dažniams bus maždaug 1 omas. Akivaizdu, kad tokia didelė reaktyvumas, nuosekliai sujungtas su 0,2 omo rezistoriumi R13, padidina įtampos proporciją 1 ir 3 kaiščiuose, didėjant dažniui.

Norint išlyginti šį efektą, buvo atlikta grandinės modifikacija, parodyta Fig. 4. Idėja aplink R13 sukurti priešpriešinį lauką, kuriuo tekėtų srovė, o esamas induktyvumas būtų sunaikintas (induktyvumo kompensavimas, pvz., laidų su garsiakalbių sistemomis sujungimo varžos kompensavimas ultragarsiniame garsiakalbyje, specialus atvejis - UA9LAQ). Norint gauti pakankamo dydžio lauką, trys nuosekliai sujungti laidininkai, turintys įvesties srovę, pritvirtinami prie penkių lygiagrečiai sujungtų rezistorių, sudarydami R13, kurio varža yra 0,2 omo.

Kitas papildymas yra 43 omų rezistorius R25. Aplink R13 apvynioti laidai sudaro ritę, o rezistorius R43 pridedamas siekiant sumažinti šios ritės Q (kokybės koeficientą) ir išvengti stiprintuvo grandinių nestabilumo, kuris atsiranda, jei rezistorius R25 nepridėtas.

Patikrinta, kad Q-metre poslinkio santykis išliko praktiškai nepakitęs iki 40 MHz, su nedideliais svyravimais 20...30 MHz dažnių srityje. Modifikacija žymiai padidina tiesioginio Q matavimo tikslumą.

Ryžiai. 4. RF skirstytuvo grandinės modifikacijos

Q-metras man vis dar veikia, bet kad padidinčiau dažnio nustatymo tikslumą, prie signalo generatoriaus (GSS) prijungiu dažnio matuoklį. Grandinė įvedama į rezonansą ir M1 įrenginys nustatomas iki paskutinės skalės žymos (visos skalės), reguliuojant iš GSS gaunamą įtampą. Nustatomi dažniai, tada pagal M1 įrenginio rodmenis 0,7 lygyje nuo maksimumo vienoje ar kitoje rezonansinio pusėje, jų reikšmės nuskaitomos iš dažnmačio skalės ir užrašomos. Centrinio dažnio (rezonanso) ir dviejų šalutinių dažnių skirtumo santykis (užregistruotas 0,7 lygiu) apskaičiuojamas kaip Q.

(Mane atkeliauja laiškai, kuriuose prašoma universalios formulės ritių induktyvumui apskaičiuoti, nes vis dažniau projektavimo aprašymuose pateikiami ne apvijų duomenys, o šių grandinės elementų induktyvumas. Atsakau, kad universalios formulės nėra, nes induktyvumas ritė priklauso nuo daugelio faktorių ir šiuo momentu siūlyčiau naudoti aukščiau aprašytą prietaisą išankstiniam ritinių, pagamintų iš jūsų turimų medžiagų sureguliavimui, su kilpiniais kondensatoriais reikiamiems dažniams - UA9LAQ).

(Iš Australijos žurnalo „Amateur Radio“, 1988 m. lapkričio mėn.)

Nemokamas vertimas iš anglų kalbos su autoriaus leidimu: Victor Besedin (UA9LAQ) [apsaugotas el. paštas]
Tiumenė, 2005 m. balandžio mėn