Бесконтактный щуп векторного анализатора цепей для проверки LC-контуров и катушек индуктивности
Дата 20.02.2025 0:30:00 | Раздел: Измерения
| В настоящее время радиолюбителям стали доступны различные компактные измерители параметров радиотехнических цепей и элементов, так называемые векторные анализаторы цепей. С их помощью можно определить множество различных параметров и провести налаживание.
При этом такие измерения, как правило, требуют подключения анализатора к контролируемым цепям или элементам, что может быть не всегда удобно или возможно. В некоторых случаях удобнее использовать бесконтактный щуп, который не требует подключения к измеряемому элементу. Принцип работы такого щупа может быть основан на индуктивной связи между анализатором и контролируемым элементом. Поэтому с помощью такого щупа можно проверять и измерять некоторые параметры индуктивных элементов.
Бесконтактный щуп имеет простую схему, которая показана на рис. 1. Он содержит две катушки индуктивности (петли связи по одному витку) L1 и L2, которые через согласующие резисторы R1, R2 подключены с помощью отрезков коаксиального кабеля и разъёмов XW1, XW2 к выходу и входу измерителя АЧХ. Экраны обоих кабелей соединены отрезком провода. При этом не имеет значения, какой из разъёмов щупа подключать к входу или выходу анализатора. Щуп адаптирован для работы совместно с векторным анализатором цепей NanoVNA-F V2 [1], но может быть использован и с другими аналогичными анализаторами, выбор которых большой.
Конструкцию и принцип работы щупа поясняет рис. 2. Его основа — пластмассовый корпус от фломастера. На его открытом конце размещают катушки L1 и L2 из медного провода толщиной 0,6...0,8 мм. Одна из катушек размещена внутри корпуса, другая — снаружи, при этом они расположены ортогонально. Выводы внутренней катушки выведены наружу через отверстия.
К выводам катушек припаяны резисторы, а к ним и другим выводам припаивают коаксиальный кабель, который фиксируют на корпусе сначала с помощью ниток, а затем термоусаживаемой трубкой. Желательно применить тонкий коаксиальный ВЧ-кабель, длина которого может быть произвольной, но предварительно на одном из концов монтируют ВЧ-разъём требуемого типа. После проверки работоспособности и налаживания все элементы фиксируют с помощью термоусаживаемой трубки. Внешний вид щупа показан на рис. 3. С этим щупом работают так. Его подключают к выходу и входу векторного анализатора цепей NanoVNA-F V2 и устанавливают режим измерения коэффициента передачи (S21), это и есть АЧХ. За счёт ортогонального расположения катушек L1 и L2 связь между ними, особенно на частоте менее 50 МГц, мала. Зависимость коэффициента передачи собственно щупа от частоты показана на рис. 4. КСВ (S11 VSVR) в этом диапазоне сильно зависит от частоты (рис. 5), но для работы щупа это не имеет существенного значения.
Если в области между катушками щупа разместить катушку индуктивности или LC-контур (см. рис. 2), он будет взаимодействовать одновременно с обеими катушками щупа. В результате энергия из катушки L1, на которую поступает сигнал от анализатора цепей, поступает в LC-контур, а из него — в катушку L2 щупа. Максимальное взаимодействие будет на резонансной частоте LC-контура или на резонансной частоте катушки индуктивности (или дросселя), получающейся за счёт наличия паразитной ёмкости обмотки катушки. В результате на этой частоте коэффициент передачи увеличится и появится так называемый резонансный пик. Так можно определить частоту настройки LC-контура или частоту паразитного резонанса катушки индуктивности.
Для примера были проведены такие измерения для элементов, показанных на рис. 6. У дросселя 1 (серия ЕС24, измеренная индуктивность — 860 мкГн) частота собственного параллельного резонанса (максимум АЧХ) оказалась вблизи частоты 2,68 МГц (рис. 7). Эту же частоту можно измерить, если включить дроссель напрямую между входом и выходом анализатора цепей. Результат показан на рис. 8, здесь частота параллельного резонанса будет в точке минимума АЧХ (около 2,7 МГц). Это означает, что выше этой частоты реактивное сопротивление дросселя будет ёмкостным, т. е. на этих частотах использовать его как индуктивный элемент бесполезно.
Контролируемая катушка индуктивности (дроссель) должна быть без экрана и иметь незамкнутый магнито-провод. Например, можно измерить частоту паразитного параллельного резонанса дросселя с магнитопрово-дом в виде "гантели" (2 на рис. 6) индуктивностью 11 мкГн. АЧХ этого дросселя, снятая с помощью щупа, показана на рис. 9, а АЧХ при его подключении напрямую — на рис. 10. В обоих случаях частота параллельного резонанса — около 5,35 МГц. По максимуму АЧХ и ширине резонансного пика можно судить о добротности исследуемого дросселя и граничной частоте его применения.
Был аналогично проверен датчик (бирка) антикражный Pencil tag [2] (3 на рис. 6), начинка которого представляет собой LC-контур. Его АЧХ показана на рис. 11, а измеренная резонансная частота — 58,15 кГц. Именно на частоте 58 кГц работают такие датчики.
Поскольку использование этого щупа не требует подключения исследуемого элемента, с его помощью векторным анализатором цепей NanoVNA-F V2 можно быстро проверить исправность LC-контуров на платах различных устройств и измерить частоту их настройки. Следует отметить, что это будет не АЧХ LC-контура как таковая, а его АЧХ совместно с щупом, который вносит в неё искажения. Это надо учитывать.
Для примера были проверены LC-контуры УКВ-блока УКВ-И-1СП (без питающего напряжения), который использовался в различных радиоприёмниках советского производства. На рис. 12 и рис. 13 показаны АЧХ входного LC-контура этого УКВ-блока на нижней и верхней частотах УКВ-диапа-зона соответственно. Видно, что интервал перестройки соответствует советскому УКВ-диапазону OIRT (65,9...74 МГц).
На рис. 14 и рис. 15 показаны АЧХ гетеродинного LC-контура этого УКВ-блока на нижней и верхней частотах настройки соответственно. Это соответствует частоте ПЧ 10,7 МГц. АЧХ контура ПЧ в этом УКВ-блоке показана на рис. 16.
Следует отметить, что проверка LC-контуров проводилась не в штатном режиме УКВ-блока, поскольку отсутствовало напряжение питания. Но и в этом случае можно судить об их исправности.
Налаживание самого щупа сводится к ориентации катушек L1 и L2. Для этого подключают щуп к векторному анализатору цепей и, смещая катушки, добиваются минимально возможного коэффициента передачи в требуемом диапазоне частот. Диаметр щупа может быть любой, их можно изготовить несколько, чтобы удобнее было проверять катушки индуктивности и LC-контуры разных размеров.
Таким образом, с помощью такого щупа и векторного анализатора цепей NanoVNA-F V2 можно быстро проверить исправность
LC-контуров различных узлов без подключения к ним. Для их налаживания, конечно, следует применять другие методики.
Ссылки:
1. NanoVNA-F V2, векторный анализатор радиоцепей.
2. Датчик антикражный акустомагнитная AM Pencil tag (большой феррит).
И. НЕЧАЕВ, г. Москва Радио, №1 2025
|
|