Q-metro experimental. Modificaciones experimentales de Q-meter del circuito divisor de RF
factor de calidad- una propiedad de un sistema oscilatorio que determina la banda de resonancia y muestra cuántas veces las reservas de energía en el sistema son mayores que las pérdidas de energía en un período de oscilación.
El factor de calidad es inversamente proporcional a la tasa de amortiguamiento de las oscilaciones naturales en el sistema. Es decir, cuanto mayor sea el factor de calidad del sistema oscilatorio, menor será la pérdida de energía para cada período y más lenta será la caída de las oscilaciones.
La fórmula general para el factor de calidad de cualquier sistema oscilatorio:
- frecuencia de oscilación resonante
- energía almacenada en el sistema oscilatorio
·- Potencia disipada.
Por ejemplo, en un circuito resonante eléctrico, la energía se disipa debido a la resistencia finita del circuito; en un cristal de cuarzo, la amortiguación de oscilaciones se debe a la fricción interna en el cristal; en resonadores electromagnéticos volumétricos, se pierde en las paredes del resonador, en su material y en los elementos de acoplamiento;
Para circuito oscilante en circuitos RLC:
donde , y son la resistencia, inductancia y capacitancia del circuito resonante, respectivamente.
6) Suma de oscilaciones armónicas de la misma dirección y la misma frecuencia. latidos
Sean dos oscilaciones armónicas de la misma dirección y la misma frecuencia
(4.1)
La ecuación de la oscilación resultante tendrá la forma
Verificamos esto sumando las ecuaciones del sistema (4.1)
Aplicando el teorema de la suma del coseno y haciendo transformaciones algebraicas:
Uno puede encontrar tales cantidades A y φ0 que satisfacen las ecuaciones
(4.3)
Considerando (4.3) como dos ecuaciones con dos incógnitas A y φ0, elevando al cuadrado y sumando, y luego dividiendo la segunda entre la primera, encontramos:
Sustituyendo (4.3) en (4.2), obtenemos:
O finalmente, usando el teorema de la suma del coseno, tenemos:
El cuerpo, al participar en dos oscilaciones armónicas de la misma dirección y la misma frecuencia, también realiza una oscilación armónica en la misma dirección y con la misma frecuencia que las oscilaciones sumadas. La amplitud de la oscilación resultante depende de la diferencia de fase (φ2-φ1) de las oscilaciones suavizadas.
Dependiendo de la diferencia de fase (φ2-φ1):
1) (φ2-φ1) = ±2mπ (m=0, 1, 2, ...), entonces A= A1+A2, es decir, la amplitud de la oscilación resultante A es igual a la suma de las amplitudes de las sumadas oscilaciones;
2) (φ2-φ1) = ±(2m+1)π (m=0, 1, 2, ...), entonces A= |A1-A2|, es decir, la amplitud de la oscilación resultante es igual a la diferencia en las amplitudes de las oscilaciones añadidas
derrotar
Los cambios periódicos en la amplitud de las oscilaciones que ocurren cuando se suman dos oscilaciones armónicas con frecuencias cercanas se denominan latidos.
Sean dos oscilaciones que difieran poco en frecuencia. Entonces, las amplitudes de las oscilaciones sumadas son iguales a A, y las frecuencias son iguales a ω y ω + Δω, y Δω es mucho menor que ω. Elijamos el punto de referencia para que las fases iniciales de ambas oscilaciones sean iguales a cero.
Cualquier receptor de radio se basa en el principio de reproducción selectiva de una señal modulada por una determinada frecuencia portadora que, a su vez, está determinada por la resonancia del circuito oscilatorio, que es el elemento principal del circuito receptor. La calidad de la señal recibida depende de qué tan correctamente se elija esta frecuencia.
La selectividad o selectividad del receptor está determinada por cuánto se atenuarán las señales que interfieren con la recepción estable y se amplificarán las útiles. El factor de calidad del circuito es un valor que demuestra objetivamente en términos numéricos el éxito de la solución de este problema.
La frecuencia de resonancia del circuito está determinada por la fórmula de Thompson:
f=1/(2π√LC), donde
L es el valor de la inductancia;
Para comprender cómo ocurren las oscilaciones en un circuito, debe comprender cómo funciona.
Tanto las cargas capacitivas como las inductivas evitan la aparición de corriente eléctrica, pero lo hacen en antifase. Por lo tanto, crean las condiciones para que ocurra un proceso oscilatorio, muy parecido a lo que sucede en un columpio, cuando dos pasajeros los empujan en diferentes direcciones alternativamente. Teóricamente, al cambiar el valor de la capacitancia de un capacitor o bobina, es posible asegurar que la frecuencia resonante del circuito coincida con la frecuencia portadora de la estación de radio transmisora. Cuanto más difieran, menor será la calidad de la señal. En la práctica, el receptor se sintoniza cambiando
Toda la pregunta es qué tan nítido será el pico en el gráfico de la respuesta de frecuencia del dispositivo receptor. Así es como puede comprender visualmente cómo se amplificará la señal útil, cuánta interferencia se suprimirá. El factor de calidad del circuito es el parámetro que determina la selectividad de recepción.
Está determinado por la fórmula:
Q=2πFW/P, donde
F es la frecuencia de resonancia del circuito;
W - energía en el circuito oscilatorio;
P - disipación de potencia.
El factor de calidad del circuito cuando el condensador y la inductancia están conectados en paralelo se determina mediante la siguiente fórmula:
Con los valores de la inductancia y capacitancia del capacitor, todo queda claro, y en cuanto a R, recuerda que, además de la bobina, también tiene un componente activo. Por lo tanto, el diagrama del circuito a menudo se representa, incluidos tres elementos: capacitancia C, inductancia L y R.
El factor de calidad del circuito es un valor inversamente proporcional a la tasa de amortiguamiento de las oscilaciones en el mismo. Cuanto más grande es, más lenta se produce la relajación del sistema.
En la práctica, el factor más importante que afecta el factor de calidad del circuito es la calidad de la bobina, dependiendo de su núcleo, del número de vueltas, del grado de aislamiento del cable y de su resistencia, así como de las pérdidas. durante el paso de corrientes de alta frecuencia. Por ello, para ajustar la frecuencia de recepción se suelen utilizar condensadores variables, que son dos conjuntos de placas que entran y salen una de la otra a medida que giran. Tal sistema es típico para casi todos los receptores de radio no digitales.
Sin embargo, los receptores con sintonización digital también tienen sus propios circuitos oscilatorios, solo que su frecuencia de resonancia cambia de manera diferente.
Q-metro experimental
Lloyd mayordomo, VK5BR
El artículo describe el factor de calidad Q, un método para medir el factor de calidad, la inductancia, la capacitancia utilizando un medidor Q y el desarrollo de un medidor Q experimental.
Introducción
Durante muchos años, el medidor de Q (Q-meter) ha sido el instrumento elegido en los laboratorios de investigación de circuitos de RF. En los laboratorios modernos, el medidor de Q está siendo reemplazado, en la mayoría de los casos, por medidores de impedancia más exóticos (y más caros), y hoy en día ya no es posible encontrar un fabricante que todavía produzca medidores de Q. Para un radioaficionado, un medidor de Q es un equipo muy importante que se necesita, y el autor da algunos de sus pensamientos sobre cómo se puede hacer un medidor de Q simple para su laboratorio. Para aquellos que no estén familiarizados con este dispositivo, se incluyen algunos conceptos introductorios sobre Q y su medición.
¿Qué es el factor de calidad (Q) y cómo se mide?
El factor Q o factor de calidad de un inductor generalmente se expresa como la relación entre su reactancia en serie y su resistencia activa. También podemos expresar el factor de calidad de un capacitor como la relación entre su reactancia en serie y su resistencia, aunque los capacitores generalmente se caracterizan por un factor D o disipación, que es el recíproco de Q.
Un circuito sintonizado en resonancia se caracteriza por un factor de calidad (que se denota) Q. En este caso, Q es igual a la relación entre la reactancia de naturaleza inductiva o capacitiva y la resistencia en serie total de pérdidas en el circuito resonante. Cuanto mayor sea la resistencia a la pérdida y menor el factor de calidad Q, mayor será la pérdida de potencia en cada ciclo de generación en el circuito resonante y, por tanto, mayor será la potencia necesaria para que se produzca la generación.
De otra manera, el factor de calidad Q se puede derivar de la siguiente manera:
Q = fo/Δf, donde fo es la frecuencia de resonancia, Δf es la banda de nivel - 3 dB
(Ver nota)
A veces usamos la expresión: “calidad cargada”, por ejemplo, en el caso de circuitos transmisores, y en este caso la resistencia activa para calcular el valor del factor de calidad (Q) es el valor de la resistencia serie del circuito resonante descargado más la resistencia de pérdida activa adicional, reflejada, en su propio retorno al circuito desde su carga asociada.
Hay otras formas de expresar Q. El factor de calidad se puede expresar como la relación de la resistencia activa paralela (bucle) equivalente a la reactancia de naturaleza inductiva o capacitiva. La resistencia de pérdida en serie se puede convertir en resistencia paralela equivalente utilizando la siguiente fórmula:
R (derivación) = R (serie). (Q² + 1)
Finalmente, el Q o factor de calidad del circuito resonante es igual al factor de aumento de voltaje y Q también se puede expresar como la relación entre el voltaje desarrollado en los elementos reactivos y el voltaje aplicado en serie con el circuito para obtener el voltaje efectivo. Para medir el factor de calidad, los medidores Q utilizan precisamente este principio.
El circuito básico del medidor Q se muestra en la Fig. 1. Los terminales de salida se usan para conectar las inductancias probadas (Lx), que en el diagrama del circuito están sintonizadas a la frecuencia resonante usando el KPI (C). También se proporcionan abrazaderas para la conexión adicional de contenedores (Cx) si es necesario. El circuito resonante se excita desde una fuente de señal sintonizable, que desarrolla un voltaje a través de una resistencia conectada en serie con el circuito. La resistencia debe tener una resistencia pequeña en comparación con la resistencia de pérdida de los componentes medidos, de modo que pueda despreciarse. El valor de resistencia requerido es una pequeña fracción de un ohmio. Se realizan mediciones para establecer el valor del voltaje de CA de entrada a través de la resistencia conectada en serie y el valor del voltaje de CA de salida en los terminales de la configuración de KPI. Para las medidas de salida, se debe utilizar un circuito de alta impedancia de entrada para no cargar el circuito resonante con el circuito de medida.
Arroz. 1. Diagrama de bloques de un Q-metro.
En resonancia Lx y Cx, Q = V2/V1
*El medidor V2 está calibrado para leer el voltaje a través del capacitor C.
El factor Q se mide sintonizando el generador de señal y/o configurando el KPI de sintonización del dispositivo en la posición de resonancia de bucle correspondiente al voltaje de salida máximo. El factor de calidad Q se calcula como la relación entre el voltaje de salida en el circuito resonante y el voltaje que se le aplica. En la práctica, el nivel de la fuente de señal (generador de señal) se ajusta al punto de calibración en la escala del medidor que mide el voltaje aplicado, y Q se lee directamente de la escala calibrada del dispositivo que mide el voltaje de salida del circuito.
Algunas aplicaciones del Q-metro
El medidor Q se puede utilizar para muchos propósitos. Como sugiere su nombre, se puede usar para medir el factor de calidad Q y se usa comúnmente para medir el factor de calidad de los inductores. Dado que el condensador interno tiene un dieléctrico de aire, su resistencia de pérdida es insignificante en comparación con la de los inductores y, por lo tanto, el factor de calidad se mide a partir de ellos.
El valor Q se puede medir en gran medida para diferentes tipos de bobinas y en diferentes rangos de frecuencia. Las bobinas en miniatura fabricadas industrialmente, como la Siemens B78108 o los tipos Lenox-Fugal Nanored, fabricadas con núcleos de ferrita y que funcionan a frecuencias de hasta 1 MHz, tienen un factor de calidad típico Q en la región de 50 a 100. Salida del transmisor y funcionamiento a frecuencias por encima de 10 MHz tienen un valor Q esperado en la región de 200…500. Para algunas bobinas, el factor de calidad es bastante bajo y asciende a 5 ... 10 en algunas frecuencias; tales bobinas generalmente no se utilizan en sistemas selectivos o filtros de banda estrecha. El medidor Q será de gran ayuda aquí.
(En un momento, se me acercó una onda corta, cuyo transceptor recién construido no tenía un filtro de paso de banda sintonizado. El factor de calidad de sus bobinas resultó ser tan bajo que era imposible captar resonancias. Tras un examen más detenido , resultó que las bobinas PF se enrollaron con alambre no PELSHO, sino PELSKO, es decir, ¡constantán! El factor de calidad de las bobinas depende en gran medida de la resistencia activa del cable, cuanto más pequeño es, mayor es el factor de calidad del bobina, en igualdad de condiciones. Si entonces tuviera a mano un medidor Q, no tendría que devanarse los sesos durante mucho tiempo y analizar la causa: UA9LAQ).
El condensador de sintonización (C) del Q-meter tiene una escala graduada en picofaradios (pF), por lo que junto con un generador de señal calibrado, desde el cual se aplica el voltaje de medición al Q-meter, el valor de la inductancia (Lx) también se puede determinar. El circuito oscilatorio simplemente se sintoniza en resonancia a la frecuencia del generador de señal o cambiando la frecuencia de este último o/y usando el KPI en el medidor Q (o externo en el circuito) de acuerdo con el voltaje máximo que se registra en el medidor del instrumento, la inductancia deseada (Lx) se calcula a partir de la fórmula conocida:
Lx = 1/4π²f²C
Si tomamos L, μH, C, pF y f, MHz, entonces la fórmula se convertirá en:
25330/f²C
Otro uso del medidor Q sería medir los valores de capacitancia de capacitores pequeños (en términos de capacitancia). Siempre que la capacitancia del capacitor medido sea menor que la capacitancia máxima del KPI interno, es muy fácil de medir. En primer lugar, el condensador conectado resuena con la inductancia seleccionada a una frecuencia determinada, que se determina al configurar el voltaje del generador de señal, con el KPI de la configuración del dispositivo establecido en la marca mínima de su capacitancia en una escala calibrada. Luego, el capacitor bajo prueba se apaga, a la misma frecuencia del generador de señal, el KPI de la configuración se establece nuevamente en la posición de resonancia (aumentando su capacitancia). La diferencia de capacitancia entre los dos valores en la escala KPI será igual a la capacitancia del capacitor conectado para determinar la capacitancia (es decir, la capacitancia se mide por el método de sustitución en el circuito resonante - UA9LAQ). Los valores de capacitancia grandes se pueden medir cambiando la frecuencia del generador de señal para lograr la resonancia y usando la fórmula adecuada para la resonancia.
La elección de un inductor "insignificante" no solo conduce a un factor de calidad bajo del circuito, sino que algunos tipos de capacitores (y instancias) utilizados en los circuitos tienen una resistencia de pérdida alta, lo que también conduce a una disminución en el factor de calidad del circuito. circuito. Los capacitores cerámicos pequeños a menudo se usan en circuitos resonantes, pero muchos tienen resistencias de alta pérdida que varían ampliamente dentro del mismo tipo. Si es necesario que se utilicen condensadores cerámicos en un circuito resonante de alto Q, es prudente seleccionarlos para la resistencia de pérdida más baja y un medidor de Q puede ser de gran utilidad aquí. Para hacer esto, debe tomar una bobina de alta calidad (con Q al menos 200) y conectarla al dispositivo, ponerla en resonancia con el KPI (C) incluido en el Q-meter y luego, con capacitores separados tomado para la prueba, conectado en paralelo. Una gran pérdida en el factor de calidad del circuito, al conectar condensadores, identificará rápidamente instancias no aptas para su uso.
Capacidad de bobina distribuida
La medida directa del factor de calidad de los inductores mencionados anteriormente se basa en un circuito que consta de dos componentes: inductancia y capacitancia. Las bobinas también tienen una capacitancia distribuida (entre vueltas) (C d), y si esta capacitancia es una parte importante de la sintonización (concentrada), entonces obtendremos un factor de calidad del circuito más bajo de lo esperado. Un gran valor de capacitancia distribuida es una ocurrencia común cuando tratamos con bobinas multivueltas, vuelta a vuelta y multicapa.
El factor de calidad real se puede calcular a partir de Q e , de la siguiente manera:
Q = Q e (1 + C d / C)
donde C d = capacidad distribuida
C = capacidad de fraguado
El error en el valor de Q se reduce cuando resuena con un valor grande del capacitor de sintonización, o la capacitancia distribuida se puede medir y sustituir en la fórmula anterior. En el "Manual del Boonton Q Meter Handbook" se describen dos métodos para medir la capacitancia distribuida. El más simple de estos se considera bastante preciso para capacitancias distribuidas superiores a 10 pF y se describe a continuación:
1. Con el condensador de sintonización del dispositivo (C), establezca el valor de C1 (digamos 50 pF), ponga en resonancia el circuito oscilatorio formado junto con la inductancia de referencia ajustando la frecuencia del generador de señal.
2. Establezca la frecuencia del oscilador de señal a la mitad de la frecuencia de resonancia y sintonice el circuito de nuevo a resonancia girando el rotor C para obtener un nuevo valor de capacitancia C2.
3. Calcular la capacidad distribuida utilizando la fórmula: do \u003d (c2 -4c1) / 3
Otra manifestación de la capacitancia distribuida en un inductor es que la inductancia (calculada a partir de la configuración del capacitor de sintonización y el generador de señales) es más alta de lo que realmente es. Y, nuevamente, el valor del error se puede reducir usando un valor mayor del capacitor de sintonización C y/o agregando a C la capacitancia C d calculada por separado en el cálculo.
instancia experimental
A partir de un pequeño esquema y experimentos, pasemos a un circuito práctico de Q-metros que se muestra en la Fig. 2. La fuente de la señal no se proporciona aquí, ya que el laboratorio de un experimentador en el campo de la radio es impensable sin dispositivos como un generador de señal, GSS, y se pueden usar con un Q-meter como accesorio. Agregar una fuente de señal dentro del paquete (como sería el caso de un medidor Q fabricado comercialmente) generará una complicación del circuito y las dimensiones del dispositivo, lo cual no es deseable, especialmente en la etapa inicial de la actividad de diseño.
Arroz. 2. Diagrama de un Q-metro.
Las inductancias Lx y las capacidades Cx probadas se conectan a los terminales 1-4.
R13 (0,2 ohmios) consta de cinco resistencias de 1 ohmio conectadas en paralelo. Para la calibración, establezca el nivel de la señal GSS en la mitad de la escala M1.
Al diseñar el circuito, el mayor problema fue cómo medir el voltaje de la fuente de la señal a través de una resistencia en pequeñas fracciones de un ohmio. Mi primer pensamiento fue usar un transformador reductor toroidal de cables múltiples conectado a una fuente de alta impedancia. (En tal transformador, el coeficiente de acoplamiento es alto y la inductancia de fuga es baja). Pero, en este caso, la inductancia de fuga reflejada en serie con el devanado secundario resulta ser, no obstante, grande y hubo que abandonar la idea.
Otra idea fue utilizar la baja resistencia de una potente fuente seguidora de voltaje para inyectar directamente la señal en el circuito de medición. Para estos fines, se utilizó un circuito repetidor, que se designa como V2-V3 en la Fig. 2. Este tipo de circuito tiene un ancho de banda amplio con una fuente de impedancia muy baja y anteriormente se usaba como un búfer para transmitir señales de video a una línea de transmisión de baja impedancia. Para lograr una fuente de resistencia baja, el seguidor se configura con una corriente de colector alta de 100 mA. Por lo tanto, los transistores V2 y V3 en los casos TO5 se calientan bastante. El circuito funciona bien a bajas frecuencias, pero a altas frecuencias (10...30 MHz) la impedancia de la fuente comienza a aumentar, lo que afecta los valores de Q, que se vuelven más bajos de lo esperado.
En el esquema de la Fig. 2, se usa una etapa seguidora de voltaje, pero la etapa se usa para obtener un voltaje a través de la resistencia R13, cuya resistencia es solo una fracción de ohm, como ya se mencionó anteriormente. El valor de la resistencia es de hecho 0,2 ohmios. Por supuesto, el seguidor no puede conducir directamente una carga de tan baja resistencia, que está conectada a través de las resistencias R11 y R12 (la suma de la resistencia es de 25 ohmios), por lo que el voltaje de salida es 125 veces menor que el inyectado en el circuito resonante. .
La etapa final del amplificador de potencia es impulsada por un seguidor de emisor (V1). Tiene una alta impedancia de entrada y, por lo tanto, la resistencia de carga aplicada a la fuente de señal externa está determinada principalmente por las resistencias Rl y R3 conectadas en paralelo (aproximadamente 2300 ohmios).
La inductancia a probar (Lx) se conecta a los terminales 1 y 2, y una capacitancia externa (Cx) si es necesario se conecta a los terminales 3 y 4. La sintonización se realiza mediante KPI Ca, un capacitor seccional convencional de un receptor de transmisión, con las secciones conectadas en paralelo para obtener la capacitancia total máxima alrededor de 800 pF.
La entrada de alta impedancia al voltímetro la proporciona una etapa en un transistor de efecto de campo V4, activado por un seguidor de fuente, un detector de picos (C6, D1, R17, C8, R20) y un amplificador operacional N1-A aseguran el funcionamiento del dispositivo con una corriente máxima de desviación de la aguja de 100 μA. Un segundo amplificador operacional NI-B en el paquete uA747 proporciona compensación de voltaje para el N1-A.
El interruptor (S1) tiene tres posiciones. La primera posición, denominada CAL, se utiliza para establecer el nivel de la señal, que se establece mediante la desviación de la flecha del instrumento M1 a la posición media. (En la entrada V1, el nivel de señal debe ser de aproximadamente 1 Vpp). Si el nivel de la señal se establece correctamente, la posición 2 del interruptor proporciona una lectura directa de Q de 0 a 100 en la escala del instrumento, y la posición 3 del interruptor proporciona una lectura directa de Q de 0 a 500. Para valores bajos de Q, el nivel de calibración en La posición 1 del interruptor se establece en la escala completa del instrumento, de modo que en la posición 2 del interruptor, puede medir el factor de calidad Q en el rango de 0 ... 50.
Los niveles de las señales aplicadas al circuito del voltímetro de CA son proporcionales para estar por encima de la porción no lineal de las características del diodo, pero dentro de la oscilación del voltaje de la señal debido al voltaje de suministro. En la posición 1 del interruptor (CAL) - "Calibración", la ganancia de voltaje de N1-A es 2, en la posición 2 - 5, en la posición 3 - 1.
El voltaje de suministro se elige para que sea de 12 V, pero su valor exacto no es crítico. La corriente consumida por la fuente de alimentación es bastante grande (alrededor de 100 mA) debido al alto consumo del repetidor en V2-V3.
Trabajo
Comparando los valores de Q con los valores obtenidos en otros instrumentos, encontramos que el medidor de Q es bastante preciso y muy adecuado para las mediciones de radioaficionados. Para valores Q muy altos (aproximadamente 400), con Ca ajustado al mínimo, el factor Q es ligeramente inferior. Esto se debe a pérdidas en la resistencia R14 conectada en serie con la capacitancia de entrada V4. (El resultado obtenido se puede aumentar con la exclusión de R14, pero, sin él, V4 es propenso a la inestabilidad cuando Ca se conecta directamente a su entrada). Para un valor mayor de Ca, la capacitancia de entrada V4 se enmascara, ya que el error, en este caso, es un porcentaje menor y se nota menos.
La precisión de la medición de la inductancia y la capacitancia está determinada por la precisión de la fuente de la señal y la precisión de la graduación de la escala del capacitor del instrumento. Para aquellos interesados en la fabricación de instrumentos, la calibración de la escala se puede realizar mediante la medición directa de la capacitancia utilizando un puente capacitivo u otro medidor Q. Otro método es utilizar la calibración de la fuente de señal junto con un inductor calibrado. Para varias posiciones del rotor KPI, la frecuencia de la fuente de señal se establece para obtener resonancia en el circuito con un inductor calibrado, luego la capacitancia se calcula mediante la fórmula. Tomando la inductancia de la bobina de referencia y la frecuencia del generador de señal como valores de precisión, probablemente obtengamos la mejor manera, ya que esto tiene en cuenta tanto la capacitancia adicional de los cables como la capacitancia de entrada activa V4.
El dispositivo funcionó perfectamente en el rango de frecuencia de 100 kHz ... 40 MHz. Un intento de usar el dispositivo en frecuencias superiores a 40 MHz condujo a resultados falsos, pero la operación del dispositivo en la banda VHF probablemente se puede llevar a cabo aplicando las tablas de calibración de instalación, detalles y posiblemente corrección adecuadas.
Notas de montaje
Los transistores V2-V3 (tipo 2N2218) tienen una frecuencia operativa máxima de 250 MHz y una disipación de potencia de 680 mW a 50 grados centígrados. Pueden ser sustituidos por otros transistores de idénticas características. De la misma manera, los transistores: V1 (2N3563) y V4 (FET (PT) - 2N3819) pueden ser reemplazados por otros transistores de pequeña señal que tengan una alta frecuencia de corte.
Resultados
Este artículo proporciona ideas sobre cómo construir un medidor Q simple y cómo ponerlo en funcionamiento. Otras aplicaciones de este versátil instrumento se pueden encontrar en páginas de manual como las preparadas por Boonton Radio Corporation.
Literatura:
1. Manual de Mediciones de Radio Frecuencia para el Q Meter. Corporación Boonton Radio.
Solicitud. Preamplificador de fuente
El medidor de Q experimental que se muestra arriba requiere un nivel de entrada del oscilador de aproximadamente 1 Vpp. No todos los generadores de señal proporcionan tal nivel en su salida; para trabajar con dichos generadores, se debe encender un preamplificador en la entrada de señal del dispositivo.
Arroz. 3. Preamplificador Q-meter (100 kHz…40 MHz).
El amplificador de banda ancha que se muestra en la Fig. 3 proporciona una ganancia de aproximadamente 10 sobre el rango operativo del medidor Q de 100 kHz a 40 MHz. Instalado en la entrada del Q-meter, aumenta la sensibilidad de su entrada a aproximadamente 0,1 Vpp, lo que amplía la flota de fuentes de señal conectadas, generadores. No hay controles de ganancia en el dispositivo, ya que los generadores suelen tenerlos: atenuadores ajustables para configurar el nivel de la señal de salida.
Para aquellos que repetirán el Q-meter: un preamplificador es una adición útil cuando se trabaja con generadores de señal que tienen un nivel de voltaje de salida bajo.
Modificaciones del circuito divisor de RF
El circuito divisor original de la Fig. 1 consta de R11, R12 y R13. Este divisor divide el voltaje de RF por 125 para que el voltaje a través de la resistencia R13 (0,2 ohmios) sea 1/125 del voltaje proveniente del amplificador de potencia. Todo esto funciona muy bien a bajas frecuencias, pero a medida que aumenta la frecuencia, el factor de desplazamiento (compensación) disminuye (dependencia de la frecuencia del divisor de voltaje junto con los cables de conexión - UA9LAQ), lo que da una sobreestimación del valor Q, en relación con el los verdaderos.
La explicación de esto es la siguiente: el circuito desde el pin 1 a través de R13 al pin 3 es un conductor corto que tiene una cantidad finita de inductancia. Si tomamos la longitud del conductor igual a 5 cm, entonces su inductancia será de aproximadamente 0,02 ... 0,03 μH, dependiendo del diámetro del conductor. Si esta inductancia tiene un valor pequeño, entonces su reactancia a frecuencias de 6 ... 8 MHz será de aproximadamente 1 ohmio. Está bastante claro que una reactancia tan alta, conectada en serie con la resistencia R13 de 0,2 ohmios, aumenta la proporción de voltaje en los pines 1 y 3 al aumentar la frecuencia.
Para neutralizar este efecto, se realizó una modificación del circuito, que se muestra en la Fig. 4. La idea es crear un campo opuesto alrededor de R13 por la corriente que fluye a través de él, mientras se destruye la inductancia existente (compensación de inductancia, como compensación por la resistencia de los cables de conexión con altavoces en UZCH, un caso especial - UA9LAQ). Para obtener un campo de suficiente magnitud, tres conductores conectados en serie, que transportan la corriente de entrada, se unen a cinco resistencias conectadas en paralelo, formando R13 con una resistencia de 0,2 ohmios.
Otra adición es la resistencia R25 de 43 ohmios. Los cables envueltos alrededor de R13 forman una bobina, y se agrega la resistencia R43 para reducir la Q de esa bobina y evitar la inestabilidad en los circuitos del amplificador que se produciría si no se agregara la resistencia R25.
Se comprobó que en el Q-meter la relación de polarización se mantuvo prácticamente sin cambios hasta los 40 MHz, con ligeras fluctuaciones en el rango de frecuencias de 20…30 MHz. La modificación aumenta significativamente la precisión de la medición directa de Q.
Arroz. 4. Modificaciones del circuito divisor de RF
P: el medidor todavía funciona para mí, pero para mejorar la precisión de la configuración de la frecuencia, conecto un medidor de frecuencia al generador de señal (GSS). El circuito entra en resonancia y el dispositivo M1 se ajusta a la última marca de la escala (escala completa) ajustando el voltaje proveniente del GSS. Las frecuencias se establecen, luego, de acuerdo con las indicaciones del dispositivo M1 en el nivel de 0.7 del máximo en uno y otro lado del resonante, sus valores se leen en la escala del frecuencímetro y se registran. La relación entre la frecuencia central (resonante) y la diferencia entre las dos frecuencias laterales (registradas a un nivel de 0,7) se calcula como Q.
(Me llegan cartas pidiéndome que emita una fórmula universal para calcular la inductancia de las bobinas, ya que, cada vez más, en las descripciones de diseños, no se dan datos de devanados, sino la inductancia de estos elementos del circuito. Respondo que hay no es una fórmula universal, ya que la inductancia de la bobina depende de muchos factores y, aprovechando el momento, me gustaría sugerir el uso del dispositivo descrito anteriormente para el ajuste preliminar de bobinas hechas de sus materiales con condensadores de bucle a las frecuencias que necesita - UA9LAQ).
(De la revista australiana "Amateur Radio" noviembre de 1988)
Traducción libre del inglés con permiso del autor: Viktor Besedin (UA9LAQ) [correo electrónico protegido]
Tiumén Abril de 2005
Factor de calidad del sistema oscilatorio. la relación entre la energía almacenada en un sistema oscilatorio y la energía perdida por el sistema en un período de oscilación. El factor de calidad caracteriza la calidad de un sistema oscilatorio (Ver Sistemas oscilatorios), ya que. cuanto mayor sea el DCF, menor será la pérdida de energía en el sistema en una oscilación. D. a. con. q relacionado con el decremento de amortiguamiento logarítmico δ; con pequeños decrementos de amortiguamiento q≈ π/δ. En un circuito oscilatorio con inductancia L, capacidad C y resistencia óhmica R D. a. con. donde ω es la frecuencia natural del circuito. En un sistema mecánico con masa metro, rigidez k y coeficiente de fricción b D. a. con. El factor de calidad es una característica cuantitativa de las propiedades resonantes de un sistema oscilatorio, que indica cuántas veces la amplitud de las oscilaciones forzadas en estado estacionario (Ver Oscilaciones forzadas) en Resonancia e excede la amplitud de las oscilaciones forzadas lejos de la resonancia, es decir, en el región de frecuencias tan bajas, donde la amplitud de las oscilaciones forzadas puede considerarse independiente de la frecuencia. El método de medición D. se basa en esta propiedad a. El valor del factor de calidad también caracteriza la selectividad del sistema oscilatorio; cuanto mayor sea el factor de calidad, más estrecha será la banda de frecuencia de la fuerza externa, lo que puede provocar intensas oscilaciones del sistema. Experimentalmente D. a. generalmente se encuentra como la relación entre la frecuencia de las oscilaciones naturales y el ancho de banda del sistema, es decir q= ω/Δω. Valores numéricos de D. a. con.: para un contorno oscilatorio de radiofrecuencia 30-100; para diapasón 10000; para una placa de cuarzo piezoeléctrico 100000; para un resonador de cavidad de oscilaciones de microondas 100-100000. Iluminado.: Strelkov S. P., Introducción a la teoría de las oscilaciones, 2ª ed., M., 1964; Gorelik G.S., Oscilaciones y ondas, 2ª ed., M., 1959. V. N. Parygin.
Gran enciclopedia soviética. - M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978 .
Vea cuál es el "Factor de calidad de un sistema oscilatorio" en otros diccionarios:
Gran diccionario enciclopédico
Una característica de las propiedades resonantes de un sistema, que muestra cuántas veces la amplitud de las oscilaciones forzadas durante la resonancia excede la amplitud en su ausencia. Cuanto mayor sea el factor de calidad del sistema oscilatorio, menor será la pérdida de energía durante el período. ... ... diccionario enciclopédico
Una característica de las propiedades resonantes de un sistema, que muestra cuántas veces la amplitud de las oscilaciones forzadas durante la resonancia excede la amplitud en su ausencia. Cuanto mayor sea el D. a. con., menor será la pérdida de energía en él para el período. El factor de calidad oscila. ... ... Ciencias Naturales. diccionario enciclopédico
El valor que caracteriza las propiedades resonantes de una oscilación lineal. sistemas; es numéricamente igual a la relación de la frecuencia resonante w con el ancho de la curva resonante Dw al nivel de amplitud decreciente por un factor de ?2: Q=w/Dw. También es costumbre expresar D. fluctúa. sistemas… … Enciclopedia Física
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factor de calidad- sistema oscilatorio, una característica de las propiedades resonantes del sistema, que muestra cuántas veces la amplitud de las oscilaciones forzadas en resonancia excede su amplitud lejos de la resonancia. Cuanto mayor sea el factor de calidad del sistema, menor será la pérdida de energía en el mismo... Diccionario Enciclopédico Ilustrado
El factor de calidad es una característica de un sistema oscilatorio que determina la banda de resonancia y muestra cuántas veces las reservas de energía en el sistema son mayores que la pérdida de energía en un período de oscilación. El factor de calidad es inversamente proporcional a la velocidad... ...Wikipedia - Factor de calidad propio del sistema oscilatorio. [L.M. Nevdyaev. Tecnologías de telecomunicaciones. Libro de referencia del diccionario explicativo inglés ruso. Editado por Yu.M. Gornostaev. Moscú, 2002] Temas de telecomunicaciones, conceptos básicos EN descargado Q ... Manual del traductor técnico
Cuando trabajamos con ecualizadores, la mayoría de las veces usamos solo dos parámetros: frecuencia, que define la frecuencia central del filtro y Ganar, que especifica la ganancia en la frecuencia central del filtro. A esta lista, puede agregar otra opción del tipo de filtros de ecualizador, pero en casi todos los ecualizadores de software modernos, esta elección es automática y depende de la ubicación inicial del nodo en el rango de frecuencia. Si hace clic en la región de 20-30 Hz, lo más probable es que se cree un filtro de paso alto; si crea un nodo en la región de 60-70 Hz, lo más probable es que se cree un estante de baja frecuencia; si crea un nodo por encima de 100 Hz, se creará una campana, y así sucesivamente. Por supuesto, para cada ecualizador, los valores de frecuencia para determinar el tipo de filtros serán diferentes, pero la tendencia del mercado es la siguiente: un ecualizador moderno debe determinar los tipos de curvas de filtro del ecualizador automáticamente. Por lo tanto, solo nos quedan dos parámetros (Freq, Gain), con los que realizamos manipulaciones. Falta algo en esta lista, ¿no?
Junto con los parámetros de la frecuencia central y la ganancia del filtro, hay otro parámetro extremadamente importante: el factor de calidad de los filtros ( q), que define el ancho del ancho de banda aumentado o atenuado y se define como la relación entre la frecuencia central y el ancho de esta banda, que se encuentra dentro de los 3 dB de la ganancia en la frecuencia central. En pocas palabras, cuanto mayor sea el factor Q, menor será el ancho de banda y cuanto menor sea el factor Q, mayor será el ancho de banda. Todo esto, en primer lugar, se refiere a los filtros en forma de campana. Para los filtros shelving y low-cut, el factor Q determina qué tan bruscamente bajan los filtros en la frecuencia central. Por lo tanto, aparece una herramienta en sus manos que puede formar paisajes de frecuencia, desde colinas suaves hasta acantilados escarpados.
¿Cómo utilizar el factor de calidad (Q) en la práctica?
Hay algunas cosas importantes a considerar al establecer el factor de calidad:
1. Al amplificar la banda de frecuencia, reducimos el valor del factor de calidad
La tarea principal de la ecualización es, en primer lugar, obtener el equilibrio óptimo de frecuencias dentro de los instrumentos individuales, lo que finalmente contribuye a equilibrar toda la mezcla. En base a esto, cualquier amplificación de frecuencia debe ser suave y precisa. El oído humano es muy sensible a los rangos de frecuencia demasiado altos, por lo que para mantener el equilibrio del sonido al aumentar las frecuencias, es importante utilizar bandas anchas que correspondan a valores de Q bajos.
2. Al debilitar la banda de frecuencias, aumentamos el valor del factor de calidad
Cualquier corte o atenuación de frecuencias conlleva un cambio bastante significativo en el equilibrio interno del instrumento y, en consecuencia, de su sonido. Al atenuar las bandas de frecuencia, se pueden resolver muchos problemas, incluida la supresión de suciedad, ruido, murmullos, murmullos, silbidos y otros sobretonos no deseados, pero al mismo tiempo, si el factor de calidad de los filtros se ajusta incorrectamente, puede puede dañar significativamente el instrumento, haciéndolo sonar apagado, delgado y letárgico. Para evitar estas cosas desagradables, basta con aumentar el factor de calidad de los filtros y atenuar rangos de frecuencia bastante estrechos. Así, eliminarás el exceso, dejando todas las frecuencias útiles. Al usar valores Q extremadamente altos del filtro de campana, puede crear un filtro de muesca que es excelente para suprimir una frecuencia particular o una banda estrecha de frecuencias. Esto es útil cuando desea suprimir resonancias muy fuertes o eliminar el ruido estático como el zumbido de potencia de 50 o 60 Hz, dependiendo de la región en la que se realizó la grabación.
3. No use pendientes de corte altas para filtros de corte bajo
En un momento, soñé con encontrar un ecualizador que tuviera un filtro de corte bajo que pudiera cortar las frecuencias en un ángulo de 90 grados, es decir, una especie de filtro de pared de ladrillo. Pero cuando encontré un filtro de este tipo en IZotope Ozone y lo encendí, me di cuenta de que suena muy poco musical. De hecho, el rechazo de frecuencias por debajo de la frecuencia central del filtro fue impresionante: el filtro cortó todo, pero ¿era eso lo que realmente necesitaba? Quería obtener un corte limpio, ordenado, preciso y agradable al oído, pero al final obtuve una imagen hermosa para los ojos y un cambio de fase terrible para los oídos. Por lo tanto, me di cuenta de que al ajustar el factor de calidad (pendiente) de los filtros de corte bajo, no es el grado de supresión de frecuencia lo que debe tenerse en cuenta, sino el tándem supresión/musicalidad. Los filtros de corte de sonido más musicales con supresión de 6 y 12 dB por octava. Si necesita utilizar filtros con un rechazo de 24 dB por octava o superior, es mejor utilizar filtros de fase lineal que no creen distorsión de fase. Cuando utilice filtros de corte de graves con gran inclinación en pistas individuales, es posible que no haya ningún problema en particular, pero si utiliza dichos filtros en subgrupos, o incluso más en el canal maestro, esté preparado para el hecho de que los instrumentos pueden perder su localización, y la imagen estéreo "flotará".
4. Estudia la documentación de tus ecualizadores
En muchos ecualizadores analógicos clásicos (por ejemplo, API 550) y sus emulaciones, respectivamente, no se utiliza un factor Q constante relativo a la ganancia, sino proporcional, es decir, cuanto menor es la ganancia, menor es el factor Q y viceversa. , cuanto mayor sea la ganancia, mayor será el valor de la bondad. Considere tales características en el comportamiento de los dispositivos individuales para que el proceso de mezcla sea significativo y no un trabajo a ciegas. La dependencia del parámetro Q de la ganancia también se puede encontrar en muchos ecualizadores de software: el tipo 3 y el tipo 4 en Sonnox Oxford EQ funcionan de forma "analógica": la diferencia entre estos modos es que al mismo nivel de ganancia, el ancho de banda en Los valores bajos de ganancia para el tipo 3 serán más estrechos que para el tipo 4, pero en el valor máximo de ganancia, el ancho de banda para el tipo 3 será el mismo que para el tipo 4.
5. El ancho de banda de bajo Q afecta más que la región estrecha alrededor de la frecuencia central del filtro
¿Alguna vez te has preguntado por qué cuando usas un estante de alta frecuencia de 10 kHz, los instrumentos comienzan a sonar muy jugosos y no solo aireados? La cuestión es que cuanto más aumente el estante de alta frecuencia de 10 kHz, más capturará las frecuencias más bajas, amplificando así no solo las frecuencias altas, sino también los medios altos. La amplificación de estas frecuencias más bajas, y no las superiores a partir de los 10 kHz, da este efecto de brillo y jugosidad. Cuanto más planas sean las pendientes de los filtros shelving, más frecuencias se capturarán lejos de la frecuencia central del filtro. Tenga esto en cuenta y siempre pregúntese qué es lo que realmente quiere aumentar o disminuir en la realidad. ¿Quiere manipular todo ese enorme rango de frecuencias dentro del estante, o está realmente interesado en alguna frecuencia específica al lado?