Q-metru - cum se face

[Vizitator]

[franzm]

Ca. 49mA mi-a dat mie (simulat cu creionul pe hârtie). Dar m-am folosit de dreptul de a mânca litere (si cifre).

[Mircea]

Ideea nu era sa se "ghiceasca" ce curent trece pe acolo - l-am construit, deci stiu ce trece pe acolo, ci sa ne intelegem ca putem mari curentul prin tranzistorul actual. Nu e nevoie de altele in paralel. 

[VAX]

Tranzistorul 2N2219 nu este cea mai potrivita alegere pentru aplicatia asta, pentru ca are Ft cam mic (300 MHz la Ic=100mA).

 

 

Umblati la portofel si luati unul veritabil de UHF. Si cel de dinaintea lui trebuie schimbat cu altul cu Ft mare (un BFR...).

[yo3fhm]

Un material care s-ar putea sa fie util :

Q Factor Measurements on L-C Circuits

(Jacques Audet, VE2AZX 7525 Madrid St, Brossard, QC)

[VAX]

@Thunderer2018

Ati avansat cu lucrarea, la ce concluzii (+rezultate) ati ajuns ? Incercati si varianta experimentata de mine, cea cu rezonanta paralel. Cu acelasi circuit (simplu, usor de facut) incercati si metoda cu amortizarea oscilatiilor. Comparati datele si spuneti-ne daca sunt diferente mari intre ele.

[yo3fhm]

Buna seara, 

Referitor la montajul postat de dl. VAX, pentru masurarea Q-ului prin metoda benzii la 3dB, am avut curiozitatea de a-l simula in LTSpice.

Concluzia e ca ar trebui sa functioneze conform asteptarilor. 

Am realizat 3 teste, la 12KHz, 5MHz si 30MHz, pentru bobine cu un Q impus de 50 .

Rezultatele masurate in LTSpice au aratat Q-uri de 45.97, 45.89 si respectiv 44.81. Asta se reflecta intr-o precizie intre 8 si 10%, ceea ce este (cel putin teoretic) mai mult decat acceptabil pentru orice montaj realizat in regim de amator. 

Reamintesc ca datele de mai sus sunt obtinute prin simulare si ca din acest motiv, in realitate vor exista anumite diferente care vor depinde de componentele folosite si modul de utilizare a montajului. Ramane ca cine va reproduce montajul sa ne ofere mai multe rezultate si sa vedem astfel care vor fi diferentele.

 

Si acum, detaliile simularilor. 

Am folosit indicatiile dlui VAX in schema - respectiv rezistor de 3K3 la masa conectat in sursa FET-ului, iar R1 l-am reglat astfel incat tensiunea in punctul C2 (colectoarele tranzistoarelor Q1, Q2) sa fie la jumatate din valoarea tensiunii de alimentare. Pe schema simulata apar si punctele statice, in conditia in care sursa de semnal de la intrare nu injecteaza semnal (amplitudine nula). Valorile punctelor statice depind de modelele tranzistoarelor folosite. In montajul practic vor fi putin diferite.

 

Mai intai, am vrut sa vad ce impedanta prezinta montajul dlui VAX la punctul de test al circuitului oscilant. 

Astfel, sursa de semnal de la intrare este setata pe amplitudine nula, iar generatorul conectat la nodul "test" injecteaza o tensiune cu amplitudine de 1V.

Sweep-ul e facut pe intervalul 1KHz - 30MHz :

 

 

Iata mai jos graficul modulului impedantei in nodul "test" :

 

 

Astfel, se vede ca valoarea maxima este la 12KHz, unde |Z|= 410Kohmi. 

La 5MHz, |Z|= aprox. 15Kohmi, iar la 30MHz, |Z|= aprox. 2.6Kohmi .

 

Mai departe, am testat masurarea Q-ului la 12KHz.

In acest sens, am calculat valorile unui circuit oscilant pentru aceasta frecventa de rezonanta, alegand arbitrar L=10mH. A rezultat C=17.59nF .

Reactanta inductiva ptr L=10mH la f=12KHz este de 754 ohmi. Impunand un Q=50, rezulta Rs=15 ohmi, valoare pe care am introdus-o in modelul bobinei din montajul simulat :

 

 

Ruland simularea, am centrat frecventa de rezonanta pe grafic si am masurat banda la 3dB :

 

 

Astfel :

 

f1=12.13519K ; f0=12K ; f2=11.87417K
BW = 261Hz (banda masurata)

Rezulta Q=f0/BW = 12000/261 = 45.97 

 

Urmatoarea masuratoare a fost la 5MHz. De ce aceasta frecventa  ?

Pentru ca am calculat frecventa de rezonanta a circuitului LC postat chiar de dl. VAX. Pentru L=10uH si C=100pF, rezulta f0= 5.032923 MHz .

Reactanta inductiva la 5MHz ptr L=10uH este de 314ohmi, de unde reiese ca ptr un Q=50, Rs=6.28 ohmi (valoare pe care am setat-o in cazul bobinei din circuitul oscilant).

 

 

Mai jos, iata graficul masurarii benzii la 3dB ptr circuitul oscilant de 5MHz:

 

 

Astfel:

f1=4.9271875MHz ; f0=4.9824492MHz ; f2=5.0357478MHz
BW=108.56026KHz (masurata)

Rezulta Q=f0/BW = 45.89

 

Si in final, iata montajul functionand la 30MHz. 

Am ales f0=30MHz pentru a merge spre capatul superior al benzii de unde scurte.

In aceasta situatie, am ales din nou, in mod arbitrar, o valoare L=1uH pentru inductanta bobinei si am calculat valoarea condensatorului aferent, rezultand C=28.14pF .

La 30MHz, reactanta bobinei de 1uH este de 189ohmi. Ptr. un Q=50, rezulta Rs=3.78 ohmi, valoare pe care am introdus-o de asemenea in modelul bobinei ptr simularea curenta.

 

 

Rezultatul masuratorilor la 30MHz a fost putin diferit. 

Frecventa de rezonanta s-a deplasat in jos, pentru ca la iesirea montajului era de asteptat sa exista o anumita capacitate parazita. 

Am estimat-o mai jos, sa vedem deocamdata graficul masurarii benzii la 3dB:

 

 

Astfel:

f1=29.275971MHz  ; f0=28.950386MHz  ; f2=28.63003MHz  
BW=645.94033KHz (masurata)

Rezulta Q=f0/BW = 44.81

 

Diferenta intre f0=28.950386 MHz (masurata in simulare) si cea de 30MHz (calculata teoretic) ptr circuitul LC format din L=1uH+C=28.14pF, poate fi data de o capacitate reala de 30.22pF, ceea ce inseamna o capacitate parazita la punctul de test de 30.22-28.14pF = 2pF ; valoare mica, de altfel, dar suficienta pentru a modifica rezultatul masuratorii cu pana la 10%.

 

Una peste alta, montajul pare sa-si faca treaba in intervalul 1-30MHz, ceea ce pentru un radioamator ar trebui sa fie mai mult decat suficient. 

Sunt foarte curios ce rezultate va obtine colegul V10, care vad ca a reprodus montajul si se straduie sa-l puna la treaba !

De asemenea, ar merita realizata o comparatie intre rezultatele obtinute prin montajul dlui VAX si un Q-metru industrial, sau o alta metoda practica de masurare a Q-ului.

 

Dle. VAX, felicitari pentru realizare si pentru ajutorul pe care i l-ati oferit colegului V10 !

 

Cu stima,
Cezar 

 

(Later edit):

Acum am realizat ca in simulari, am efectuat masuratoarea la 3dB chiar pe capatul "cald" al circuitului LC (nodul "test"). 

In practica, n-ar fi fost o idee buna, ptr ca s-ar fi incarcat circuitul oscilant, tocmai de aceea exista montajul in sine si iesirea de masurare realizata prin FET.

In simulare, sonda de masura e ideala si nu exista probleme de acest fel. 

Avand in vedere configuratia montajului, cel mai probabil este ca daca as fi masurat pe nodul "out", as fi obtinut aceleasi rezultate.

Scuze ptr neconformitate !

Editat Aprilie 4, 2019 de yo3fhm

[VAX]

Asta a fost montajul de nivel didactic. Merge si la service, pentru se cupleaza prin condensator cu circuit testat si nu modifica polarizarile.

Pentru precizie mai mare la masurarea Q-ului utilizati montajul cu un singur tranzistor, tranzistorul cu baza la masa (sursa de cc RF) sa fie selectat cu beta mic si Rce cat mai mare, respectiv sonda prin care se ia semnalul sa fie cu bootstrapare dubla (in sursa si in drena JFET-ului). Tranzistoarele bipolare din sonda sa fie cu Ft mare (BFR - Ft>5GHz).

Pentru cresterea preciziei se poate cupla sursa de cc RF la bobina circuitului testat printr-o spira aflata in vecinatatea ei. Astfel scade influenta rezistentei de la iesirea tranzistorului asupra circuitului LC (scade amortizarea).

Pana la 70-100MHz sondele cu bootstrapare dubla merg bine, mai sus incep sa se comporte ciudat din cauza defazajelor introduse de capacitatile interne ale JFET-ului, dar si pentru ca scade amplificarea in curent a tranzistoarelor bipolare.

[VAX]

La 04.04.2019 la 23:49, yo3fhm a spus:

Mai intai, am vrut sa vad ce impedanta prezinta montajul dlui VAX la punctul de test al circuitului oscilant. 

Astfel, sursa de semnal de la intrare este setata pe amplitudine nula, iar generatorul conectat la nodul "test" injecteaza o tensiune cu amplitudine de 1V.

Sweep-ul e facut pe intervalul 1KHz - 30MHz :

 

 

Iata mai jos graficul modulului impedantei in nodul "test" :

 

Astfel, se vede ca valoarea maxima este la 12KHz, unde |Z|= 410Kohmi. 

La 5MHz, |Z|= aprox. 15Kohmi, iar la 30MHz, |Z|= aprox. 2.6Kohmi .

 

Ati determinat modulul impedantei la iesire, nu partea reala (rezistenta), care conteaza pentru amortizarea circuitului LC testat. Cele doua capacitati colector-baza ale tranzistoarelor Q1 si Q2 (sunt in paralel, cu un terminal - baza - la masa, si impreuna au 2-5pF - functie de tipul tranzistoarelor) au reactanta mica la frecventa de 30MHz, dar in montaj nu amortizeaza, doar micsoreaza frecventa de rezonanta. Si JFET-ul are ceva capacitate (2-5pF) la intrare.

Dar Q-ul v-a dat corect la frecventa mare. Cu tranzistoare selectate, cu cuplaj slab intre iesirea convertorului U/I si circuitul LC, realizat inductiv (cu o bobina auxiliara), respectiv cu dubla bootstrapare la tranzistorul JFET, sau cu divizor capacitiv la intrare (in poarta) se pot masura circuite cu Q-ul de ordinul miilor.

[VAX]

Intrucat proiectul nu a fost finalizat, celor interesati de constructia unui Q-metru le recomand sa citeasca (sa studieze schemele, ca este scrisa in limba rusa) cartea asta. Este din anul 1970 si Q-metrul prezentat (la nivel de amatori) este cu tranzistoare cu Ge si fara FET la citirea tensiunii pe condensatorul din circuitul rezonant. Circuitul de poate moderniza usor. Se pun tranzistoare cu Ft mult mai mare, se pune si JFET. 

Uitati-va la proiectul prezentat in carte.

[VAX]

Constat ca @Thunderer a renuntat sa finalizeze proiectul si sa ne prezinte lucrarea realizata. Altii nu s-au apucat sa construiasca un Q-metru ?