Verfeinerung des Instruments zur Messung komplexer Widerstände. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Es sind Messgeräte mit komplexem Widerstand (Impedanz) bekannt, die auf einem Spannungsteiler und drei Voltmetern basieren. Sie werden insbesondere von Funkamateuren zur Messung der elektrischen Parameter von Antennen eingesetzt [1]. Ein vereinfachtes Diagramm eines solchen Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Der untersuchte komplexe Widerstand (RH, CH) und der bekannte (beispielhafte) reaktive kapazitive C0 oder aktive Widerstand R0 werden in Reihe mit der Wechselspannungsquelle verbunden.

Fig. 1

Zusammenhang zwischen experimentellen Daten – Messwerten der Spannungen U1, U2, U3, Konstanten fBX, Ro. С0 und die gewünschten Parameter RH, Сн beschreiben die Gleichungen [2]:

Bei bekannten Werten des Referenzwiderstands R0 oder der Kapazität C0 sowie der Frequenz des Eingangssignals fBX wird der Fehler bei der Messung des komplexen Widerstands durch den Fehler bei der Messung der Spannungen U1-U3 bestimmt. Um die Genauigkeit zu verbessern, ist es notwendig, die Konstanz der Spannung U1 und der Signalfrequenz zu überwachen, und der Widerstand des Referenzelements (R0, Co) sollte nicht wesentlich vom erwarteten Lastwiderstand abweichen. Wenn die Lastimpedanz nicht im Voraus bekannt ist, wird ein beispielhafter Widerstand R0 mit einem Widerstandswert von 50 ... 100 Ohm installiert und Messungen durchgeführt. Wenn sich die Spannungen U2 und U3 in der entsprechenden Richtung um mehr als das Zweifache unterscheiden, ändern Sie den Widerstandswert des Widerstands R0 und wiederholen Sie die Messungen. Bestimmen Sie gemäß den Formeln (3b) und (5) unter Verwendung von (1) und (2) den Realteil des Widerstands – RH. Durch Ersetzen des Widerstands R0 durch einen Kondensator C0 mit einer Kapazität bei der Messfrequenz, die ungefähr dem Widerstandswert des Widerstands R0 entspricht, werden Messungen durchgeführt und auf ähnliche Weise aus (Za) und (4) die Blindkomponente des unbekannten Widerstands Xn bestimmt. Hat das Ergebnis ein Pluszeichen, ist der Blindanteil kapazitiv, ist er negativ, ist er induktiv. Nach Formel (6) oder (7) wird die Kapazität bzw. Induktivität der Last ermittelt.

Fig. 2

Die Spannungen Ut und U3 können gegenüber der gemeinsamen Leitung mit einem Standard-Wechselspannungsmessgerät mit großem Eingangswiderstand gemessen werden, die Spannung U2 ist auf diese Weise jedoch nicht messbar. Um ein Messgerät im Hochfrequenzbereich zu implementieren, greifen sie daher auf die Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung mithilfe eines Halbleiterdiodengleichrichters zurück. Die gleichgerichtete Spannung wird mit einem DC-Voltmeter gemessen. Um die Messungen zu vereinheitlichen, werden die Spannungen U1 und U3 auf die gleiche Weise gemessen.

Eine der Fehlerquellen ist die Asymmetrie der Spannung des Generators, der Quelle des Hochfrequenzsignals. Diese Eigenschaft muss berücksichtigt werden, daher muss bei Zählern mit Gleichrichter die Amplitude derselben Halbwelle der Wechselspannung gemessen werden. Darüber hinaus führen Diodengleichrichter aufgrund der nichtlinearen Übertragungskennlinie bei einer Spannung von weniger als 1 V zu einem zusätzlichen Fehler, der durch die Verwendung von Kalibrierkurven [3] oder Korrekturtabellen reduziert werden kann.

Das Schema des vorgeschlagenen Zählers ist in Abb. dargestellt. 2. Der Widerstand R1 sorgt dafür, dass das Gerät mit dem Ausgang des Signalgenerators übereinstimmt. Der Gleichrichter an der Diode VD1 kann je nach Stellung der Kontakte der Schalter SA1 und SA2 an verschiedene Punkte des Gerätes angeschlossen werden. In der im Diagramm angegebenen Stellung der Schalter wird die Spannung U1 gemessen. In der unteren Position des beweglichen Kontakts des Schalters SA1 (SA2 oben) - U3 und in der unteren Position SA2 (SA1 oben) - U2. Der Gleichrichterausgang über den Tiefpassfilter R2R3C2 ist mit einem Gleichspannungsvoltmeter verbunden, das als Digitalmultimeter verwendet werden kann.

Alle Teile sind in einem Kunststoffgehäuse mit den Maßen 30x80x120 mm montiert. Auf einer der Seiten befindet sich die Eingangs-HF-Buchse durch wiederholtes Drücken und Buchsen zum Verbinden beispielhafter Elemente (RT-1-124, RT-213-03) - auf der Oberseite. Alle diese Elemente sollten so nah wie möglich beieinander platziert werden. An den Anschlüssen der Schalter sind die Diode VD224 und der Kondensator C01 angebracht. Die Steckdosen XS2, XS213 können beliebig sein, sie werden an der freien Gehäusewand angebracht und sind mit einem Kondensator C03 ausgestattet. Die Widerstände R224 und R01 sind zwischen den Schalterklemmen und den Buchsen XS1, XS1 eingelötet.

Kalibrieren Sie das Messgerät wie folgt. Der Eingang (Buchse XW1) wird mit einer Wechselspannung des Generators (meist 1 V) versorgt, an die Kontakte XT1 und XT2 sind Widerstände angeschlossen

C2-10 an 51 Ohm und an die Buchsen XS1, XS2 - ein Gleichstromvoltmeter. Durch Auswahl des Widerstands R3 werden die Voltmeterwerte auf 1 V eingestellt. Anschließend werden die Korrekturfaktoren bestimmt, die die Genauigkeit der Messungen verbessern. Dazu werden am Eingang eine konstante Spannung von 1 V, Widerstände mit einem Widerstandswert von 1... =) und XT2 (U10=) angelegt. Indem sie am Eingang eine Wechselspannung von 100 V mit einer Frequenz von 2 MHz anlegen, messen sie die Spannungen U50vch und U1B2 und ermitteln die Korrekturfaktoren für diese Frequenz P2 = U3= - U1Vch und P1,6 = U2= -U3B4 Ebenso die Korrekturfaktoren werden bei anderen Frequenzen bis 2 MHz ermittelt.

Durch den Anschluss von Widerständen mit anderen Widerständen an die Kontakte XT1 und XT2 werden die Messungen wiederholt und Korrekturfaktoren für andere Spannungswerte U2 und U3 bei unterschiedlichen Frequenzen ermittelt. Die erhaltenen Ergebnisse werden in einer Tabelle zusammengefasst, die bei Messungen der Lastimpedanz verwendet wird.

Literatur

1. Barsky A. Ein Gerät zur Messung der Impedanz von Antennen. – Radio, 2001, Nr. 12, S. 59,60.
2. Korobeinikov V. Analyse eines Instruments zur Impedanzmessung. - Radio, 2003, S. 65,70.
3. Stepanov B. HF-Kopf zum Multimeter. - Radio, 2006, Nr. 10, p. 58.

Autor: V.Korobeinikov

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