Простий універсальний вимірник АЧХ

Простий універсальний вимірювач АЧХ

Пристрій був розроблений як приставка до осцилографа і призначений для вимірювання смуги пропускання фільтрів і виборчих підсилювачів різних типів в діапазоні від 0 до 10 МГц (або іншому, при виборі потрібної частоти зрізу внутрішнього ФНЧ), з девіацією, що перемикається частоти від 5 КГц до 1 МГц ( масштаб зображення на екрані осцилографа).

Блок-схема пристрою наведена на Рис.1, загальний вигляд (без корпусу) на Рис.2, а на Рис.3 як конкретний приклад представлений результат перевірки ЕМФ зі смугою пропускання 3,1 КГц, з виведенням даних на цифровий осцилограф Tektronix THS710A при встановленні масштабу девіації частоти пристрою 1 КГц/поділ. (Тобто 10 КГц на весь екран осцилографа) і швидкості розгортки 100 мс / справ.

Вимірювач складається з наступних вузлів:

Резистивний блок завдання лінійно змінної напруги для вибору необхідної девіації (DEV) частоти на виході помножувача, що перемикається в межах 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 КГц в секунду (вибір повільної розгортки на 0 в 0. високою точністю, як видно на рис.3, знімати характеристики фільтрів та інших пристроїв, включаючи АЧХ підсилювачів НЧ).
Опорний генератор на 20 МГц із перебудовою частоти варикапом BB149.
Помножувач частоти 3 для отримання робочої частоти 60 МГц + DEV.
Змішувач, навантажений на ФНЧ з необхідною частотою зрізу в межах до 60 МГц (в даному пристрої було обрано частоту зрізу 10 МГц). На другий вхід змішувача подається сигнал порядку 100 мв від зовнішнього генератора ВЧ з частотою 60 МГц плюс значення середньої частоти досліджуваного фільтра (тобто в прикладі на Рис.3 частота зовнішнього генератора вибирається рівною 60.500 МГц).
Блок лінійного посилення та детектування сигналу.

Як бачимо з цього прикладу, при мінімумі активних елементів вдалося створити дуже простий вимірювач АЧХ з непоганими параметрами. Зрозуміло, з таким самим успіхом можна виконати подібний пристрій повністю на транзисторах і мікросхемах (до речі, рекомендую в цьому випадку використовувати кільцевий діодний змішувач, він добре узгоджується з ФНЧ за низького опору останнього). Або купити щось готове з Китаю, з виведенням картинки на екран ноутбука. Але це буде зовсім інша історія.

Як видно зі схеми, зняття АЧХ пристрою, що перевіряється, засноване на запису одноразової події перемиканням тумблера "1" (відзначений на схемі) з положення R [eset] в положення TEST. При цьому на вході цифрового осцилографа з'являється (через ємність 1000 пф, см за схемою) короткий негативний імпульс, що запускає розгортку приладу. Одночасно з цим починається лінійний заряд (нагадаємо, що цикл вимірювання дорівнює 1 секунді) ємності, що часзадає (танталовий конденсатор, 15 мкф) через резистор 2.2 М (підбирати!) від стабілізованої напруги +35 вольт. При вибраних номіналах деталей і використаних SMD варикапах ВВ149 потрібна девіація частоти генератора на 20 МГц (пентод Л1) досягається при наростанні напруги на конденсаторі на величину близько 1 ст. Це забезпечує високу лінійність наростаючої напруги і, відповідно, зміни частоти генератора у вибраній робочій точці варикапів. Для створення потрібного зміщення та можливості плавної перебудови генератора в межах близько 30 КГц (тобто близько 100 КГц на виході помножувача 60 МГц на лампі Л2) використано керування струмом через діоди (див. схему). Це також дуже важливо для отримання високої лінійностісхеми, оскільки при цьому потенціал нижнього за схемою електрода конденсатора, що задає час, буде надійно зафіксований в процесі заряду за рахунок малого диференціального опору ланцюжка з трьох діодів у схемі.

Перемикач на 8 положень (типу МПВ-1-1-1; SMD резистори дільника дуже зручно монтувати прямо на зазначеному перемикачі) з набором резисторів (підібрані з точністю 1%) служить для завдання необхідної девіації частоти від 5 КГц в секунду до 1 МГц секунду із кроком 1:2:5. Стабілітрон КС175Ц обмежує максимальну напругу на конденсаторі, що задає час при його заряді (робоча напруга використаного конденсатора менше 35 вольт).

При закінченні циклу вимірювання тумблер "1" (типу П1Т3, із золотими контактами) переводиться в положення R[eset], розряджаючи конденсатор і приводячи прилад у вихідний стан нового циклу.

Схема блоку живлення є тривіальною і тут не наводиться. Як говорилося раніше, прилад живиться від Li-Ion акумулятора напругою 3.6 в, 1.5 Ач, від якого виходять необхідні напруги 1.2 в, 100 мА для ниток напруження стрижневих ламп (через SMD стабілізатор IRU1010CY), мінус 0,7 в для підключений між мінусом акумулятора і "землею"), +3 для живлення схеми зміщення для варикапів і коригувального підсилювача (напруга акумулятора за вирахуванням падіння напруги на зазначеному вище діоді), а також +55 в, 5 мА через найпростіший перетворювач напруги на SMD транзисторах КТ3130 із трансформатором на феритовому кільці К10х6х2 (робоча частота близько 50 КГц).

На закінчення наведемо результат зняття АЧХ наскрізного тракту 9-лампового РПУ з подвійним перетворенням частоти (1-а ПЧ 500 КГц, 2-а ПЧ 215 КГц з плавним регулюванням смуги пропускання). Вихід вимірювача АЧХ підключений довходу РПУ через "повітряний" дільник для отримання сигналу на вході РПУ на рівні близько 10 мікровольт (при цьому амплітуда вихідного сигналу ПЧ на розніманні РПУ становить близько 1 в), на вхід детектора вимірювача знімається сигнал другий ПЧ 215 КГц з відповідного сервісного роз'єму приймача ( з анода лампи 1Ж24Б останнього каскаду посилення другої ПЧ перед детектором АМ). При вимірах РПУ було переключено на режим ручного регулювання посилення. Частота налаштування приймача при вимірах дорівнювала 2 МГц, смуга пропускання по другій ПЧ відповідала середньому положенню регулятора між вузькою та широкою смугою. Смуга девіації вимірювача АЧХ була обрана 100 КГц. Як видно на фотографії, виміряна смуга пропускання наскрізного тракту приймача при вибраних установках становить близько 6 КГц за рівнем мінус 3 дБ.

Друга внесена в схему зміна полягала в заміні анодного навантаження лампи 1Ж24Б вузла детектування ланцюжком з послідовно з'єднаних резистора на 5.1 кілоом та стандартного ВЧ дроселя типу ДМ01 індуктивністю 100 мікрогенрі. Крім того, точка з'єднання анода лампи Л4 із зазначеним ланцюжком та ємністю зв'язку з діодами Д2В була "вивішена" в повітря поряд з балоном лампи для зведення до мінімуму паразитних ємностей. Результат перевершив усі очікування: якщо раніше підсилювач на Л4 починав завалювати АЧХ починаючи з частоти 2 МГц (що говорилося раніше), то тепер АЧХ вузла детектування стала лінійною з відхиленням менше 10% практично від нуля і аж до частоти 10 МГц, після чого починається спад (мінус 6 дБ на частоті 12 МГц). Насправді це не дивно, якщо взяти до уваги той факт, що вихідна ємність пентода 1Ж24Б не перевищує 3 пікофарад.

Остання модифікація вимірювача АЧХ полягала у додаваннінайпростішого ланцюжка, що логарифмує (включається передбаченим для цієї мети тумблером), що складається з резистора 1 Мом і кремнієвого діода 1N4148, і підключеної паралельно опору навантаження детектора на діодах Д2В. При напрузі на виході детектора, рівному 2, і вхідному опорі осцилографа рівному 1 Мом, характеристика такого найпростішого ланцюжка дуже точно апроксимує графік логарифмічної функції (виміряна по 5 точках відносна похибка в діапазоні від 0 до мінус 30 дб склала близько 3 , Крім точки мінус 6 дБ, де відхилення склало близько 10%). Рівень 0 дб відповідає напрузі на діоді близько 300 мілівольт, що цілком прийнятно і зручно для відліку на екрані осцилографа при виборі коефіцієнта відхилення 50 мілівольт на поділ (тобто 5 дб на поділ).