ИЗМЕРВАТЕЛЕН ГЕНЕРАТОР – ПРИСТАВКА ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА РЕЗОНАНС
След като се сдобих с LCF-метър, реших да му разширя възможностите, като направя един много необходим в практиката уред с който да се измерват бързо резонанса на последователни и паралелни трептящи кръгове, особено необходим на ФРИИ ЕНЕРГЕТИЦИТЕ. Естествено това става, като измервания LC-кръг бъде включен в някакъв генератор и после честотата му бъде измерена с честотомера.
Направих около 20 класически схеми на генератори с цел да покрият следните изисквания:
- Широк честотен обхват, напр. от 1 Hz до 50 MHz.
- Стабилна работа, без самовъзбуждане, умножение или деление честотата на кръга.
- Вярно измерване, входно-изходните капацитети да не влияят на кръга променейки реалната резонансна честота.
- Работа с кръгове с никък качествен фактор, т.е. голям капацитет и малка индуктивност.
- Измерване честотата на кварцови резонатори
Генератора трябваше да покрива всички тези критерии, освен това да не е сложен. Уви нито една схема не отговаряше и на 50 % от тези изисквания за евентуален лабораторен уред. Всички генератори искаха отделна настройка на режима на стъпалото в определена лента, абсолютно разминаване от реалната резонансна честота на кръга с повече от 40% и т.н.
Изхождайки от основната блок схема на един генератор, която всъщност представлява един усилвател с положителна обратна връзка (ПОВ), реших сам да сглобя адекватна схема, като ползвам НЕ логически елементи за усилватели. Защо НЕ - защото само с НЕ може да се формира ООВ, а с два последователни НЕ се формира И елемент, на който пък се формира ПОВ.
Логическия елемент представлява постояннотоков усилвател, на който ако му се промени работната точка и се развърже по променлив ток става перфектен променливотоков усилвател с Кu = 75-100 за един елемент /проверено лично на практика от мен/, а вързани няколко последователно всеки би могъл да пресметне за какво огромно усилване става въпрос, което ще държи нестабилен усилвателя, ще го направи подходящ за генераторен режим и ще позволи честотнозависимата ОВ да бъде с нисък качествен фактор, всъщност това което се търси. Остава да се направи разграничението между последователен трептящ кръг и паралелен, т.е. да се въведе така ОВ, че в единия случай да измерваме последователни кръгове или кварцове, а в другия паралелни.
Нищо по-лесно от това, при условие, че вече се разполага с възможност, както на голямо усилване по напрежение, така и с възможност за формиране на ООВ и ПОВ.
Предлагам схемата долу. Тя работи по следният начин:
Естествено с един генератор не е възможно да се измерва и паралелен и последователен кръг, затова са два отделни, но в един корпус на ИС.
Първо стъпалото, НЕ елемента се вкарва в клас А и се въвежда ООВ, като се шунтира входа и изхода с резистор, който в зависимост от типа ИС е с различна стойност. Аз съм ползвал К155ЛН1, която работи до 50 MHz и опитно съм настроил ООВ с резистор от 200 до 470 ома.
Генератора за последователен резонанс с ЛЕ1, ЛЕ2 и ЛЕ3 е изграден от три усилвателни стъпала, като първите две изграждат самия генератор а третото е просто усилвател на изхода му. Съставен от два ЛЕ-усилвателя, вързани последователно, на които е въведена ПОВ – резонансния измерван кръг, т.е. ще имаме генерация само при резонанс, за останалите честоти, както знаем, съпротивлението на кръга е голямо а ПОВ по слаба.
Генератора за паралелен резонанс е изграден от ЛЕ4, ЛЕ5 и ЛЕ6, като първия усилвател е с ООВ или това всъщност е измервания трептящ кръг, втория усилвател е вързан последователно, на който работната точка за клас А вече се определя от изхода на първия, като между двата е въведена ПОВ с R5 и С4. Кондензатора прави по-дълбока ПОВ за високи честоти, имайки предвид, че коефициента на усилване по ток на транзисторите в ЛЕ спада с повишаване на честотата, т.е. служи за честотна компенсация, линейна ПОВ. При резонанс съпротивлението на кръга е голямо и първия усилвател усилва достатъчно за да генерира вързан с второто стъпало с ПОВ, и то само на резонансната честота. Ето го и най-важното, при нисък качествен фактор резонансното съпротивление на кръга е малко, от порядъка на няколко стотин Ома /например/, а на тоя усилвател му трябват около 200-300 ома за да усилва добре, т.е. проблема с качествения фактор е решен. Проблема с широката честотна лента също, тази ТТЛ схема работи до 50 MHz, ако се ползва друг тип, например 74НС04 или 74НСТ04, честотния обхват ще хвръкне значително нагоре, но аз нарочно съм избрал изхвърлените вече на боклука К155ЛН1, защото работят с ниско съпротивление при ООВ. Ако схемата се реализира с друг тип ИС, ще трябва да се настроят режимите – опитно, тук с изчисления не става.
Относно верността на показанието, грешката, то е около 5 %. Все пак, макар и малко усилвателите оказват влияние на трептящия кръг, ако не е кварц и се получава леко разминаване от реалното показание, което съм измервал със синтезатор и осцилоскоп, всъщност най-точно измерване.
Накратко:
Генераторът е приставка към честотомер за измерване на трептящи кръгове и кварцове с честотна лента до 50 MHz и нисък качествен фактор на кръговете (горната част на схемата, оградена в зелено).
На схемата съм добавил и входния усилвател към честотомера (долната част на схемата) и начина на свързване с едно ЦК-ключе, на което капацитета между пластините е толкова голям, че не се налага превключване на положението при измерване.
След поставяне на LC трептящ кръг в цокъла, веднага му се показва резонансната честота. След отделянето от цокъла реално се прекъсва ОВ и в изхода няма генерации, които да пречат на честотомера.
Вградил съм приставката на хвърчащ монтаж в LCF-метър, като ИС е на цокъл с възможност за подбор от между 2-3 бр., все пак имат разлика, за по-стабилна работа.
Прикачвам някои снимки на измерване резонансната честота на Кварц от 20 MHz /реална/, и два паралелни трептящи кръга, съответно ВЧ и НЧ.
С генератора лесно може да се измери резонансната честота на бифилярка!!!
Успех на практиците.
