Mättekniska tips

SM7EQL

Kortvågs- och UKV-tekniker
KYH föreslog en tråd om mättekniska tips och jag tar mig friheten att börja en sådan. Fler kan sedan fylla på med sina trix.

---
Med HP 8753D som är en Nätverksanalysator kan man mäta nästan allt. Instrumentet kan även användas för att mäta induktansen i en spole, dessutom vid valfri frekvens. I mitt fall behövde jag två spolar på 13.2629 uH och en spole på 189.433 nH. Om vi rundar av och tar bort alla onödiga siffror efter decimalkommat så blir det alltså 13 uH resp 189 nH.

Innan instrumentet kan användas för att mäta bör man kalibrera. I mätningar som dessa använder jag s k kalibreringsstickor. (Se bild i slutet av inlägget) Tre korta bitar av SemiRigid 50 ohm koax. De reprensenterar öppen, kortsluten och terminerad 50 ohm. Genom en enkel och snabb kalibreringsprocedur flyttar man ut mätgränssnittet där man skall löda fast den komponent som skall mätas. Med andra ord så kalibrerar man bort koaxkabeln mellan instrumentet och mätobjektet. Metoden är användbar upp till många GHz och ger på låga frekvenser ohyggligt exakta resultat. Samma princip kan tillämpas på de billigare VNA:erna som finns att köpa för dryga 3.5 tusenlappar.

Själva mätobjektet - experimentspolen på bilden nedan - är temporärt fastlödd på en bit flexibel 50 ohm koax av samma elektriska längd som kalibreringsstickorna.

Det är nu dags att linda de riktiga spolar. Efter många års praktisk erfarenhet har man numera på känn ungefär hur många varv som behövs. Jag för också labbdagbok där viktigare mätvärden och resultat noteras.

Längst upp till höger i bilden på Smithdiagrammet står 13.201 uH och det är den induktans som spolen fick efter att ha lindat av några varv från beräknat värde. Sak samma gjorde jag med 189 nH spolen.

När de tre spolarna var klara så byggdes filtret upp på en bit glasfiberlaminat. Jag bygger för det mesta luftbyggen på detta sätt. Det går snabbt. HF-prestandan blir alltid bra eller t o m bättre än samma konstruktion på ett snyggt CAD:at mönsterkort eftersom parasitkapacitanser och förluster kan hållas låga i luftbyggen med korta tilledningstrådar.

Utan att finlira och byta värden kopplades filtret in för kontrollmätning i nätverksanalysatorn och så här blev det färdiga resultatet. (Se bild nedan) Det stämmer väl överens med den simulerade kurvan i Elsie.

Alla har naturligtvis inte tillgång nätverksanalysator och liknande laboratorieinstrument men häng inte läpp för det. Det går att komma nästan lika nära med en enkel Grid-Dip meter (Fet-Dip meter) och den välkända formeln som används för att beräkna resonansfrekvensen i en parallellresonanskrets. Skaffa några "referenskondensatorer" i lämpliga standardvärden från 47 pF till 10 nF (för kortvåg). De bör ha goda HF-egenskaper och snäva toleranser. Kontrollmät på en noggrann kapacitansbrygga. Linda en spole, anslut en lämplig kondensator, dippa kretsen, läs av skalan på dip-metern.

Observera att enklare mätinstrument kan visa ganska mycket fel i frekvens men eftersom dip-metern i själva verket är en oscillator så kan den ju höras i radiomottagaren och frekvensen därmed fastställas med flera decimaler. Koppla en kort kabelstump som antenn till mottagaren och leta upp var dip-metern "sänder" samtidigt som dip-metern dippar. Mer exakt kan det inte bli.

Sätt in avläst frekvens och det kända kondensatorvärdet i den matematiska formeln som väl alla experimenterande radioamatörer känner till. Beräkna induktansen. Klart.

/Bengt
 

Attachments

  • f1.jpg
    f1.jpg
    48,4 KB · Views: 179
  • f2.jpg
    f2.jpg
    95,2 KB · Views: 180
  • f3.jpg
    f3.jpg
    90,8 KB · Views: 192
  • f4.jpg
    f4.jpg
    46,1 KB · Views: 179
  • f5.jpg
    f5.jpg
    97,6 KB · Views: 198
Tack för tipsen!
En fråga kring kalibreringen: jag förstår att man får bort bidragen från kablaget fram till DUT, men skulle du kunna utveckla vilken typ av fel man får om DUT inte placeras exakt i referensplanet?
 
Det som händer är att beloppet av reaktansen och därmed värdet blir fel, eftersom VNA:n räknar ut denna genom att utnyttja fasvinkeln på impedansen som "syns" i dess mätport.

Om inte den elektriska längden på mätkabeln kompenseras bort kommer beloppet av reaktansen och därmed det framräknade värdet på komponenten att variera, mer ju högre mätfrekvensen är, eftersom vinkelfelet som en given längd ledning tillför uttryckt i elektriska grader ökar med ökande frekvens.

73/

Karl-Arne
SM0AOM
 
Man kan få ganska många sorters fel. Beroende på hur långa mätkablarna är så kan en induktiv DUT ge ett resultat i pF vilket ju inte känns realistiskt. Dessa problem uppträder på högre frekvenser där mätkabelns längd är lång i förhållande till våglängden. På låga frekvenser där mätkabeln bara är bråkdelar av våglängden kommer kabelns induktans att adderas till den uppmätta induktansen. Vidare kan man aldrig kan veta hur fel ett okalibrerat instrument visar, d v s var referensplanet egentligen är placerat och hur nära resistiv den är. Kalibrering är A och O.

Som exempel så mätte jag upp en toroidspole som med min c:a 2 m långa Succuflex mätkabel visade 964 nH med instrumentet helt okalibrerat. Med mätstickorna och korrekt kalibrerat så mättes 258 nH. Allt uppmätt vid 500 kHz.

Dessa mätningar sker i S11 Reflected PWR och är ett bekvämt sätt att tillverka spolar till ett filter.

Tillvägagångssättet är att först simulera sitt filter i t ex Elsie. Där får man fram exakta värden för L och C. I de fall C hamnar lite udda som t ex 460 pF har man flera val. Antingen låter man simuleringsprogrammet använda standardvärden (470 pF) eller så mäter man upp en hel batch kondensatorer tills man hittar någon som ligger i utkanten av toleransområdet alternativt parallellkopplar tills man får det teoretiskt beräknade värdet exakt på "1 pF" när.

Faktum är att de filter som man sedan bygger ihop t ex på en bit kopparlaminat trillar in exakt på designfrekvensen och det är oftast inte nödvändigt att pilla på komponentvärdena.

Vore intressant att höra hur VNA:erna beter sig här och hur noga det går att mäta upp induktanser och kapacitanser högre upp i frekvens. Någon som har provat?

/Bengt
 
Låt säga att man ska bygga en resonanskrest med en kondensator och en spole för en given frekvens. Hur ska man välja värden på L och C? Vad är det för egenskaper som förändras när man tar ett större värde av den ena och mindre av det andra och tvärtom?

/ Johan
 
AOM och EQL: tack, jag misstänkte att det var så, men det känns bra att få det bekräftat.
 
Låt säga att man ska bygga en resonanskrest med en kondensator och en spole för en given frekvens. Hur ska man välja värden på L och C? Vad är det för egenskaper som förändras när man tar ett större värde av den ena och mindre av det andra och tvärtom?

/ Johan

Man talar om en konstant som kallas för "LC-förhållande". Om det används en stor kapacitans och en liten induktans för en given resonansfrekvens, (f [MHz]= roten (25330/LC), , är LC-förhållandet litet ,och en parallellresonanskrets får en lägre resonansimpedans för ett givet Q-värde på kretsen, och man kan då belasta kretsen med en lägre parallellimpedans.

Omvänt så blir resonansimpedansen högre när man använder mer L och mindre C.
Det här har man nytta av när kretsar som används som kopplingselement i t.ex. avstämda förstärkare dimensioneras.

När lastimpedansen över parallellkretsen är konstant = R så får man belastat Q = R/X, där X = reaktansen hos L eller C vid resonansfrekvensen.
Det går alltså att välja L och C så att kretsen får ett givet Q-värde.

Mest känt bland amatörer är nog när man dimensionerar ingångskondensatorn i ett pi-filter för ett givet belastat Q-värde genom att först räkna ut rörets
belastningsresistans Rl = Ua/(1,8*Ia), och sedan dela detta med önskat Q som brukar antas till 12, för att få fram reaktansen på kondensatorn som Xc = Rl/Q.

Det går att se att ifall man använder en låg belastningsresistans och vill ha högt Q går det åt en stor kondensator, eftersom C = 1/(2*pi*f*Xc).

73/

Karl-Arne
SM0AOM
 
Ett nomogram är alltid bra att ha på väggen i labbhörnan, med hjälp av ett utgångsvärde och en linjal så hamnar du i rätt härad :)

F-L-C_nomograph.jpg
 
Tack det var bra information.
Just nu känns det som det finns hur mycket som helst inom detta område att lära sig att man inte riktigt vet var man ska börja.
 
Nomogrammet har den stora fördelen att det går att få en översikt över "vartåt det lutar" när man gör förändningar i komponentvärden.

Dessutom kan man få en bra utgångspunkt för valet av LC-förhållande i vanliga kretsar genom att välja värdena så att linjen i nomogrammet blir så nära vågrät som möjligt.

När det gäller de italienska VNA:erna så är den ursprungliga MiniVNA inte speciellt bra för att
mäta reaktiva komponenter. Dels finns inget definierat referensplan, mätningen av fasvinkel är inte entydig och dels påverkas resulatet av strökapacitanser och induktanser på högre frekvenser.

Mitt "hemmalabb" har inte kunnat budgetera för en HP8753D, utan har fått nöja sig med HP8505A samt ett någorlunda kalibrerat "ögonmått".

De värden som jag mäter upp med denna stämmer överens inom kanske 5% med de som kommer fram genom att mäta med komponentbryggor, klassikern GR916A,
vektorimpedansmetrar samt Q-metrar av olika slag.

Q-metern har fördelen att man mäter upp alla intressanta värden hos komponenten samtidigt på arbetsfrekvensen till priset av att operatören tvingas tänka lite mer...

73/

Karl-Arne
SM0AOM
 
Last edited:
Q-metern har fördelen att man mäter upp alla intressanta värden hos komponenten samtidigt på arbetsfrekvensen till priset av att operatören tvingas tänka lite mer...

Kanske inte det mest lättanvända instrumentet jag har haft men jag hade en Boonton 260 (minns jag rätt nummer?) Q-meter en stor herrejössesmaskin med sluttande front och två stora visarinstrument, ångrar lite att jag gjorde mig av med den men de tog sån plats...idag hittar man inte Q-metrar ens på loppisarna annars hade jag köpt en direkt!
 
Tack det var bra information.
Just nu känns det som det finns hur mycket som helst inom detta område att lära sig att man inte riktigt vet var man ska börja.

vill man spendera bort några timmar så går det att göra det i "part 2, chapter 10, 11) här hittar man lite referenser och vad dom betyder för egenskaperna på en "helt vanligt induktans" :)
radiotron handbook
 
Jag uppskattar de goda intentionerna men... ligger inte nivån lite väl högt för dagens SA- och gamla T-(PR-) amatörer?
Mattematik är idag en "bristvara" i allmänhet så vi kanske skulle börja med bra egentillverkade instrument som man kan använda för lite enklare mätningar?

Man kanske inte har råd att köpa ett dyrt instrument för 3000-6000:- för att mäta enstaka antenner.

Exempelvis en "RX Noise Bridge" som kan användas för att kolla antennsystemets resonans och resistans med hjälp av den egna mottagaren som indikator.
Det var det första mätinstrument jag byggde på 60-70 talet och användes ofta vid antennbygge.

Många av mina gamla SA-elever skulle uppskatta detta.

73
 
Last edited:
Jag uppskattar de goda intentionerna men... ligger inte nivån lite väl högt för dagens SA- och gamla T-(PR-) amatörer?
Mattematik är idag en "bristvara" i allmänhet så vi kanske skulle börja med bra egentillverkade instrument som man kan använda för lite enklare mätningar?

Man kanske inte har råd att köpa ett dyrt instrument för 3000-6000:- för att mäta enstaka antenner.

Exempelvis en "RX Noise Bridge" som kan användas för att kolla antennsystemets resonans och resistans med hjälp av den egna mottagaren som indikator.
Det var det första mätinstrument jag byggde på 60-70 talet och användes ofta vid antennbygge.

Många av mina gamla SA-elever skulle uppskatta detta.

73

Det låter som en grej jag skulle vilja bygga har du någon bra ritning?
 
Den där op förstärkaren verkar lite gammal, kanske finns någon ersättare.
Tror jag har någon ca3140 liggandes den kanske skulle fungera?

Nehej den är nog för slö.
 
Last edited:
Noise

Jag uppskattar de goda intentionerna men... ligger inte nivån lite väl högt för dagens SA- och gamla T-(PR-) amatörer?
Mattematik är idag en "bristvara" i allmänhet så vi kanske skulle börja med bra egentillverkade instrument som man kan använda för lite enklare mätningar?

Man kanske inte har råd att köpa ett dyrt instrument för 3000-6000:- för att mäta enstaka antenner.

Exempelvis en "RX Noise Bridge" som kan användas för att kolla antennsystemets resonans och resistans med hjälp av den egna mottagaren som indikator.
Det var det första mätinstrument jag byggde på 60-70 talet och användes ofta vid antennbygge.

Många av mina gamla SA-elever skulle uppskatta detta.

73

Har en enklare artikelserie "på g" till ESR:S resonans rörande hur brus kan vara till nytta när vi mäter. Del 1 i nästa nummer. Tänkte ta brusbruggan i del 2 och riktkopplare i del 3.
I enkelt "format".

Men kanske vi tar det här?

Angående nivå så gör det väl inget om den ibland ligger högt. Både och blir bra. Tycker jag.
 
Last edited:
Den där op förstärkaren verkar lite gammal, kanske finns någon ersättare.
Tror jag har någon ca3140 liggandes den kanske skulle fungera?

Nehej den är nog för slö.

MC1350 funkar som ersättare om jag minns rätt, dock är det inte samma pinout.
 
Back
Top