Q-METRU NUMERIC

În radiotehnică este foarte utilă măsurarea factorului de calitate al bobinelor, care se definește:

unde: L este inductanța, r – rezistența de pierderi serie, iar w0 – pulsația corespunzătoare frecvenței la care se face măsurătoare.

Principiul teoretic care stă la baza unui Q-metru numeric este arătat în continuare. Prin descărcarea unui condensator presupus ideal (fără pierderi) pe o bobină reală (cu o anumită rezistență), se obține o sinusoidă amortizată (figura 1) cu expresia matematică:

în care: U0 este tensiunea inițială pe condensator;

Raportul amplitudinilor la două momente de timp t1 și t2 distanțate la un număr întreg n de perioade T0 este:

din care reiese că:

deci numărul de perioade este egal cu Q-ul circuitului dacă logaritmul raportului amplitudinilor este pi.

Principiul de bază al Q-metrului numeric constă în numărarea perioadelor descărcării sinusoidale amortizate cuprinse între două praguri de tensiune al căror raport este e^pi.

Prezența semnalului peste valorile de prag se pune în evidență cu două triggere Schmidt realizate cu circuite uA711 (figura 2).

Încărcarea condensatorului se face de la un oscilator autoblocat la o tensiune de aprox. 200 mV (valoare suficient de mică pentru a nu se intra în neliniaritățile miezului magnetic al bobinei) într-un interval de 50-80 ns.

Tensiunea obținută prin descărcarea oscilantă (figura 1) este amplificată cu 10 și aplicată detectoarelor de prag care dau la ieșire semnal dreptunghiular, și se atacă numărătorul.

Detectorul de prag superior menține numărătorul în starea zero atâta timp cât amplitudinea depășește valoarea pragului.

Când amplitudinea este între praguri se obține semnal numai de la detectorul de prag inferior (figura 1c), numărul de impulsuri fiind egal cu Q-ul circuitului. Sub valoarea de prag inferior niciunul dintre detectoare nu mai dă semnal. Această secvență reprezintă o măsurătoare, repetiția măsurării se face la următorul tact apărut de la generator (figura 2).

Oscilatorul autoblocat funcționează declanșat fiind realizat cu un tranzistor BC107A și un transformator de ferită cu diametrul de 7 mm.

Diodele de comutație 1N3063 asigură formarea impulsului și încărcarea condensatoarelor. Dioda serie cu condensatorul trebuie sortată pentru o rezistență inversă cât mai mare (minim 2 MOhm la 1V) ca să nu afecteze măsurătoarea.

Comutatorul trebuie să fie de calitate, tipic pentru radiofrecvență, iar condensatoarele trebuie să fie cu mică sau stiroflex (cele ceramice au pierderi mari și afectează măsurătorile de Q mare). Acesta este motivul pentru care în Q-metre condensatoarele sunt cu aer. Placa cu borne de pe panou trebuie să fie tot din calit. Se recomandă conexiuni scurte și ecrane pentru a nu culege semnale parazite.

Impedanța mare de intrare a amplificatorului se realizează cu un tranzistor de tip BFW 11. Schimbarea lui necesită ajustarea rezistenței de emitor a tranzistorului următor (BC 107A) pentru ca în colector să avem o tensiune de 7 V.

Rezistențele de 6,8 K conectate la -5,6 V asigură timpi buni de comutație comparatoarelor care au limitarea în frecvență la aprox. 10 MHz. O mențiune specială trebuie făcută cu privire la tensiunea parazită de 50 Hz care ar putea apărea adunându-se cu semnalul de înaltă frecvență. Din formula (2) se observă că pentru (n = 1) și Q = 300 raportul amplitudinilor succesive este exp(pi / 300) = 1,05, deci amplitudinea scade cu 5% după o perioadă. Acest procent reprezintă 2,5 mV la pragul inferior (de aproximativ 50 mV).

Este evident că orice tensiune parazită (50 Hz) cu amplitudinea apropiată de 2,5 mV care se adună cu semnalul util va duce la apariția unui impuls în plus (sau la dispariția unui impuls dacă se scade). Cum fazele sunt întâmplătoare (apare adunare și scădere) ultima cifră afișată va fi instabilă.

Din valorile alese pentru condensatoare rezultă frecvențele de 11,3 MHz – 1 uH – 200 pF și 1,13 kHz – 1 H – 2 nF.

Din prezentarea principiului de funcționare rezultă că timpul necesar unei măsuri este proporțional cu perioada semnalului și cu Q-ul. Valoarea maximă se obține la 1 kHz și Q = 300:
tmax = Q * T = 300 * 1 ms = 300 ms

Aceste elemente sunt suficiente pentru explicarea părții digitale. Numărătorul propriu-zis este format din trei decade CDB 490 cu ieșirile A, B, C, D conectate la partea de afișaj.