Ajutor pentru o punte de impedante

Circuite electronice, echipamente home made, aparatura de masura si control, scheme...
Avatar utilizator
YO4BKM
Mesaje: 836
Membru din: Dum Iun 20, 2010 8:40 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde YO4BKM » Joi Oct 01, 2020 9:19 am

@YO3HJV, diodele sunt cu germaniu, EFD 106 (din zestrea bunicului HI!), masurate pe un tester de semiconductori au tensiunea de prag de 0.18 V. Tensiunea de 5-5,5V este masurata pe oricare din bobinele secundare. Masa comuna a puntii este separata de a generatorului de semnal dar am incercat si o punere impreuna, acelasi comportament: cu impedanta necunoscuta decuplata, deci numai cu un ochi de circuit "activ" si alimentat la 5 V tensiune de RF, instrumentul nu indica nimic daca CV este in circuit (sau orice condensator, chiar de zeci ori sute de nF) si loveste capul de scala daca scurtcircuitez CV. Cand asez un condensator de 100 nF peste CV instrumentul se missa foarte putin si pentru scurt timp (mai putin de 1 secunda ca si cum s-ar incarca acel condensator) apoi revine la zero.
Nu conteaza puritatea spectrala a semnalului de RF care alimenteaza puntea. In schema originala a lui Luc Pistorius F6BQU afltata la http://lpistor.chez-alice.fr/antan.htm se foloseste un generator de semnal dreptunghiular cu LTC1799 (in gama 5kHz-33MHz).
YO3FHM am facut si eu modelul fizic, din care am aflat formulele cu care se determina Rx si Xx.

Mai adaug un detaliu. Am suntat capacitatile din circuit (CV si C) si am pus ca impedanta necunoscuta o rezistenta de 150 Ohm, un fel de punte Wheastone numai pentru rezistente dar alimentata in RF. Instrumentul indica un curent aproape de capatul scalei la dezechilibrul maxim (RV pe 0 ori maxim) si, actionand din RV, acul coboara spre minim dar destul de putin (cam cu 20%) iar minimul nu este "ascutit", exista o plaja de cca +/- 15-20 Ohm ale RV in jurul valorii de 150 Ohm pe care acul ramane nemiscat.

Mi s-a mai intamplat acelasi fenomen cu ani in urma cad am incercat o alta schema pentru masurat RLC intr-un mod mai direct folosind o punte clasica la care doua laturi adiacente aveau pe ele rezistente pure si egale, mai cuprindea un rezistor variabil, un condensator variabil si un variometru, comutabile pentru a masura direct Xl sau XC fara calculele schemei din discutie. Am avut aceleasi rezultate, nicio indicatie la instrument si insensibilitate la masurarea rezistentelor. De data aceea nu am mai avut transformatorul trifilar (ferita nu mai afecta cu nimic), era o punte clasica cu patru noduri, alimentata direct cu RF in doua noduri opuse iar instrumentul era pus intre celelalte doua noduri opuse.
Antena te ridică, antena te coboară, antena îți dă viață, antena te omoară.
73!

Avatar utilizator
yo3fhm
Mesaje: 507
Membru din: Mie Ian 19, 2011 7:36 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde yo3fhm » Vin Oct 02, 2020 1:43 am

Buna dimineata,

Dupa cum spunea si colegul din YO8, e greu de depanat fara un osciloscop, ca sa vedeti ce se petrece in realitate. Nu zic ca n-o veti scoate la capat, dar probabil ca va fi mai laborios.

Dupa ce am citit articolul pe care l-am citat in postarea mea anterioara, interesul meu pentru instrumentele de tip punte a scazut considerabil. Voi cita mai jos o parte din textul articolului, ramanand la latitudinea oricarui coleg interesat sa parcurga restul. Un bun exemplu este capitolul "Calibrare", care poate fi gasit la finalul articolului, si care explica multe.

O astfel de punte reprezinta o unealta imprecisa si care, la vremea sa, a constituit o solutie ieftina pentru radioamatorul care n-avea acces la instrumente de laborator. Evident ca in lipsa acestora, era mai buna decat nimic altceva. Dar in ziua de azi, avem la dispozitie o multime de solutii mai bune si din ce in ce mai ieftine. Cred ca bataia de cap cu un astfel de instrument reprezinta cel mult un castig pe plan didactic, pentru ca intr-adevar, daca vrei sa-i intelegi functionarea si s-o mai si depanezi, e nevoie de ceva calcule cu numere complexe si de nitel studiu.
Daca merita sau nu, asta ramane sa hotarasca fiecare .

Si de asemenea, nu vreau sa incerc aici o comparatie intre ANTAN si alte analizoare de antene sau instrumente vectoriale. As risca o polemica inutila 8-)

Si acum, fragmentele mai sus promise din articolul " Improvements to the RX noise bridge" aparut in numarul din februarie 1977 al revistei "Hamradio Magazine" ( autori: Robert A. Hubbs - W6BXI ; A. Frank Dotting - W6NKU )

Nota: scuze daca poate ici-colo mai sunt unele greseli, am OCR-it textul si nu l-am revizuit ptr corectii.

"Actual use of the device on antenna measurements and adjustment of a transmatch were not, however, nearly as fruitful. Adjustment of a transmatch to obtain a measured 50-ohm resistive impedance with a 21-MHz antenna system did not coincide with the adjustments to achieve minimum swr meter readings. Similarly, we found that the familiar Heath dummy load did not appear to be close to the 50-ohm design value at the higher frequencies. Somewhat perplexed at this point, we fell back to consider the next step.
K2BT mentioned evidence of calibration shifts when using the device at higher frequencies and this seemed to be related to our experience. We also began to suspect that our knowledge of the impedance of carbon resistors which we had been using to evaluate performance of the bridge was not satisfactory.
[...]
These data were mostly concentrated at the higher frequencies (21 and 28 MHz) where problems, if encountered, were expected to be most pronounced. Table 1 indicates some interesting consistencies as well as some interesting anomalies. The noise bridge nearly always indicated a more inductive (smaller) Cp than the RX meter.
Here the error was not only capacitive but also extremely large. There was also a tendency for the noise bridge to indicate a higher than correct value for Rp, particularly for higher values of load resistance.
[...]
We find it very interesting that our noise bridge also indicated roughly this value of shunt inductance for these resistors. Note, however, that the readings are incorrect!
In general, our findings indicate that composition resistors above 50 ohms exhibit relatively small values of shunt reactance. In fact, these are handy devices for use in calibrating the noise bridge as we shall explain later.

We were basically dissatisfied with the performance of this latest noise bridge. We think it is fair to say that our unit was probably as good as those made by either YA1GJM or K2BT. Indeed, as pointed out above, there appear to be significant correlations in the way our unit performed with the descriptions provided by these authors. Therefore, it seemed probable to us that some systematic errors were inherent to all these units. This prompted us to vigorously attack the problem of accuracy improvement.

Improving accuracy

We could easily fill this entire issue of ham radio if we tried to relate, in any detail, all the avenues pursued in trying to improve noise bridge accuracy. A total of six different units were built with variations in each which we thought would be helpful. Many of our initial recipes for improving accuracy turned out to be blind alleys; others showed promise but did not provide the desired improvement. In the end we found four distinct design changes which definitely improve the performance of the instrument.

All of our improvements relate to the fundamental problem of achieving balance in the bridge section. Consider fig. 2 which shows the previously recommended trifilar-wound transformer, T1. Clearly the desire is to balance both sides of the secondary circuit. Indeed, if the parallel combination of the unknown impedance and the fixed capacitor, Cf, is equal to the parallel combination of Rp and Cp, the secondary should be balanced. However, this will be true only so long as there are no additional coupling paths which affect secondary circuit balance. Unfortunately, the toroidal transformer couples energy between the primary and the secondary circuits both inductively and
capacitively. Thus, if the primary circuit is unbalanced as it is in the trifilar configuration, then you can expect this capacitive coupling to slightly unbalance the secondary circuit as well.

To understand this point, imagine small fixed capacitors from the primary circuit to the secondary circuit. Since the dot ends of each winding are physically near each other, then you expect the reference side of the secondary circuit to be most tightly coupled to the ungrounded side of the primary, whereas the unknown side would be more tightly coupled to the grounded part of the primary, circuit. It is not difficult to imagine rather significant unbalancing effects from this unbalanced capacitive coupling - particularly so at the higher frequencies.

Fig. 3 schematically shows the recommended transformer configuration.
The toroid is wound in a quadrifilar configuration. The additional winding serves to balance the primary to secondary circuit capacitive coupling. Note that one end of this primary circuit is left floating. To achieve the most perfect balance, it should be tied back to ground through an impedance equal to the driving impedance of the amplifier stage. However, from a practical standpoint, our results indicate no measurable improvement in trying to simulate this amplifier impedance with various terminations. Hence, we recommend leaving the other end floating as shown in fig. 3.

Note also that a grounded electrostatic shield is installed between the amplifier and the toroid. This serves the same purpose as above, reducing stray capacitive coupling to the secondary circuit. These are two of the four improvements we made, and in retrospect it is clear that the quadrifilar winding is the more important improvement.
Ground loops can easily exist in rf circuits. Unfortunately, they are difficult to diagnose and their effects on circuit performance are sometimes difficult to predict.
We had observed strange behavior in several of our early noise bridge models which we now ascribe to this phenomenon. "


Cu stima,
Cezar YO3FHM
73! si toate cele bune,
Cezar Vener - YO3FHM
Imagine
Canal #YouTube
Status retea RoLink

yo3hjv
Mesaje: 714
Membru din: Lun Iun 21, 2010 10:12 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde yo3hjv » Vin Oct 02, 2020 7:32 pm

Schema idealizeaza. In testul facut de mine mai inainte, nu am desfasurat bine firele torsadate. Rezultatul a fost o puternica dezechilibrare a tensiunilor. Era doar o rasucire! Abia cand am detorsadat firele totalmente la iesirea din tor am putut obtine simetria urmarita.
Cezar, ai punctat foarte bine cu privire la rolul acestui aparat.
Pagina mea: http://yo3hjv.blogspot.com/
Societatea Romana a Radioamatorilor

yo3hjv
Mesaje: 714
Membru din: Lun Iun 21, 2010 10:12 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde yo3hjv » Vin Oct 02, 2020 7:41 pm

YO4BKM scrie:Nu conteaza puritatea spectrala a semnalului de RF care alimenteaza puntea. .

Am fost prea succint. Fara un instrument adecvat de vizualizare a semnalelor, nu pot elimina ipoteza unei rezonante a circuitului, datorata reactantelor parazite, in urma careia sa apara fenomenele ciudate descrise. Avem tensiuni mari de RF (5V). Chiar si aceasta informatie imi ridica sprancenele.
Ce tip de miez utilizati? Ferita? Pulbere de fier?
Pagina mea: http://yo3hjv.blogspot.com/
Societatea Romana a Radioamatorilor

va3fgr
Mesaje: 16
Membru din: Joi Ian 05, 2012 6:44 am
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde va3fgr » Sâm Oct 03, 2020 3:17 am

Va salut,

Discutiile pe tema puntii RF m-au inspirat sa sap un pic mai departe, ca sa vad cum functioneaza si care sunt limitarile. Am inceput prin a verifica ecuatia postata in imaginea cu schema si cred ca este corecta. Dar ecuatia reactantei Xx este generala si nu particularizeaza relatiile de calcul in cazul celor doua posibilitati: reactanta de tip capacitiv sau inductiv. Postez aici schema initiala pentru comoditate
Imagine

Daca se analizeaza cele doua cazuri in care reactanta poate fi de tip capacitiv sau inductiv, rezulta ecuatiile si conditiile de aplicare de mai jos:
ecuatii_punte_RF.png
ecuatii_punte_RF.png (5.69 KiB) Vizualizat de 914 ori

Se observa urmatoarele:
1) In zona Cv de la minim pana la Cv = C se pot masura numai reactante de tip capacitiv.
2) In zona de la Cv = C pana la Cv maxim se pot masura numai reactante de tip inductiv
3) Masurarea capacitatilor este independenta de frecventa
4) Masurarea inductantelor are o dependenta de frecventa destul de pronuntata. Consecinta este ca excitarea puntii cu zgomot permite doar masurarea impedantelor de tip capacitiv. Daca impedanta necunoscuta este de tip inductiv, este de asteptat ca nulul (echilibrarea puntii) sa nu se poata atinge. In acest sens, nici utilizarea unui smenal dreptunghiular nu este potrivita in cazul masurii impedantelor de tip inductiv.

Iata o simulare in care se arata puntea de masura si impedanta capacitiva, apoi inductiva. In cazul capacitiv, echilibrul este independent de frecventa. In cazul inductiv, nulul se produce la o singura frecventa.
simulare_punte_RF.png


In final va supun atentiei o estimare a gamei de valori ale condensatoarelor/bobinelor pe baza valorilor din schema propusa initial si folosind o frecventa de test de 5MHz aleasa arbitrar. Valoarea Cv de test s-a aflat intre Cv_min = 10pF si Cv_max = 450pF. Graficele au fost realizate in Excel pe baza ecuatiilor de mai sus.
grafice_punte_RF.png
grafice_punte_RF.png (8.83 KiB) Vizualizat de 914 ori


Cei interesati pot folosi ecuatiile postate pentru a analiza si alte domenii posibile de masura ale puntii, in special in cazul reactantelor de tip inductiv.
Valorile componentelor din simularea Spice au fost calculate tot pe baza ecuatiilor prezentate, avand ca scop atingerea echilibrului puntii (nulul tensiunii masurate)

Cu stima,
Gabi
==========
Ex. YO3FGR

Avatar utilizator
YO4BKM
Mesaje: 836
Membru din: Dum Iun 20, 2010 8:40 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde YO4BKM » Sâm Oct 03, 2020 10:07 am

@YO3HJW, scapi din vedere niste detalii care trec peste orice disecare a problemei.
In primul rand un circuir R-L nu poate sa aibe rezonanta (vei vedea mai jos la ce serveste aceasta remarca) iar capactittile parazite care apar ar face ca frecventa de rezoannta sa fie cu mult peste cea la care fac masurarea.
In al doilea rand am aratat ca cu Zx indepartat (deci o latura a puntii este intrerupta) ramane activ doar un singur ochi de circuit iar instrumentul nu indica curent (desi ochiul este alimentat) cand in el raman bobina secundara, Rv si Cv sau orice condensator oricat de mare ar fi el pus in locul lui Cv. Suntand Cv instrumentul indica.
In al treilea rand suntand Cv si condensatorul cu valoare fixa legat in serie cu impedanta necunoscuta si punand in locul lui Zx o rezsitenta de 150 Ohm (in plaja de reglare a Rv) puntea devine o punte pentru rezistente dar alimentata in curent alternativ. In mod normal cand Rv=150 Ohm (sau foarte aproape) instrumentul ar trebui sa indice un minim foarte accentuat, ca la puntile Whweastone cu care am lucrat de multe ori, dar acest lucru nu se intampla, valoarea curentului scade destul de putin iar minimul se mentine pe o plaja larga de valori Rv, nu este "ascutit", nici macar "tocit". Acest lucru mi s-a mai intamplat si la o altfel de punde facuta cu cativa ani in urma, fara transformator trifilar ci alimentata direct, am descris si acest lucru.
Ce am aratat eu este 100% practic. Despre modele si modelare voi arata mai tarziu cam ce se intampla si cu ele, nu ca nu ar fi bune, am facut si stiu sa fac si eu asa ceva, dar sunt mult mai restrictive decat un experiment practic. Iar miezul provine din filtrele dr RF de la un TS 130 S, este compatibil cu frecvente de MHz.
Antena te ridică, antena te coboară, antena îți dă viață, antena te omoară.
73!

Avatar utilizator
YO4BKM
Mesaje: 836
Membru din: Dum Iun 20, 2010 8:40 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde YO4BKM » Sâm Oct 03, 2020 10:26 am

@VA3FGR ecuatiile sunt corecte. Este vorba de o punte de impedante, asa am prezentat subiectul, deci masoara impedante, nu inductante sau capacitati.
Ecuatia impedantei Zx va rezulta, in urma masurarii facute, fie Zx=Rx+jXx daca Zx este de natura inductiva (Cv>C) fie Zx=Rx-jXx daca Zx este de natura capacitiva (Cv<C), dispozitivele de masurat impedante arata componenta reactiva cu semnul + sau -.
Daca vrei sa gasesti mai departe valoarea capacitatii ori a inductantei din compunerea lui Zx este alta problema numai ca, pentru a regla o antena ca sa fie acordata cu emitatorul trebuie sa ai informatia daca trebuie sa o mai scurtezi (Zx=Rx+jRx) sau sa o lungesti (Zx=Rx-jRx) fara sa mai faci alte socoteli si faci asta prin incercari, oricat ai socoti nu gasesti ce si cat trebuie. Chiar daca vei afla cat este Lx sau Cx nu te-ar putea ajuta decat sa actionezi intervenind prin inserierea cu antena a unei reactante conjugate (inseriezi un Cx cu reactanta egala cu Lx masurat in loc sa scurtezi antena sau invers) dar asta nu rezolva decat adatparea la TX nu si eficacitatea antenei care scade cu astfel de artificii.
Si, crede-ma, simulari si modelari am facut cu mana mea destule, dar nu ajuta cu nimic cand se intampla ce am aratat, asta se poate afla doar practic deoarece orice simulare nu face decat sa reproduca situatii practice cunoscute, nu sa descopere necunoscutul.
73 de Tavi YO4BKM!
Antena te ridică, antena te coboară, antena îți dă viață, antena te omoară.
73!

yo3hjv
Mesaje: 714
Membru din: Lun Iun 21, 2010 10:12 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde yo3hjv » Sâm Oct 03, 2020 9:23 pm

Din punct de vedere teoretic explicatiile sunt excelente. Dar, cum am spus, ele idealizeaza situatia. Pana la urma am aflat ce era important pentru mine, anume ca folositi un miez din pulbere de fier. Aveti un miez din mix de ferita? Eu am efectuat PRACTIC montajul dvs dar cu un tor din Mix 43 si a functionat corect.
Pagina mea: http://yo3hjv.blogspot.com/
Societatea Romana a Radioamatorilor

yo3hjv
Mesaje: 714
Membru din: Lun Iun 21, 2010 10:12 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde yo3hjv » Sâm Oct 03, 2020 10:09 pm

Am facut schema completa, de data aceasta si cu un potentiometru multitura. Din pacate, nu am vazut bine si am luat unul de 5 kOhm in loc de 500 Ohm. Totusi, am realizat montajul, inclusiv cu condensatoarele respective, valorile puse de mine fiind 330 pF.
Deja semnalul este prea mic pentru a mai fi evidentiat corect nulul pe instrumentul de masura insa, pe osciloscop se vede echilibrarea puntii. Frecventa la care este facuta filmarea este de circa 7 MHz. Rezultatul este acelasi si la 1 MHz.
Numai ca, tot pe osciloscop se vad si spuriile datorate oscilatorului care scoate semnal dreptunghiular (este un generator de clock).
Deloc de neglijat, tensiunea PeP a spuriilor este de cateva zeci de mV. La semnale de ordinul voltilor, cu siguranta acele spurii pot fi detectate de niste diode cu germaniu. Cum spuneam, chestiunile de ordin practic pot sa scape cand are loc idealizarea.


Click here to learn how to add YouTube Videos to your phpBB forum
Pagina mea: http://yo3hjv.blogspot.com/
Societatea Romana a Radioamatorilor

yo3hjv
Mesaje: 714
Membru din: Lun Iun 21, 2010 10:12 pm
Contact:

Re: Ajutor pentru o punte de impedante

Mesajde yo3hjv » Sâm Oct 03, 2020 10:39 pm

Am testat si cu tor T80-2. Functioneaza la fel, doar plaja de frecvente nu mai este atat de extinsa si liniara.
Pe osciloscop se vede nulul foarte frumos.
20201003_223827.jpg
Pagina mea: http://yo3hjv.blogspot.com/
Societatea Romana a Radioamatorilor


Înapoi la “Constructii electronice”

Cine este conectat

Utilizatori care navighează pe acest forum: Niciun utilizator înregistrat și 4 vizitatori