PDA

Просмотр полной версии : Выходной импеданс тремя вольтметрами



Relayer
27.05.2008, 06:14
Приветствую!

Метод трех вольтметров хорошо описан для определения входного импеданса. Существует ли аналогичная "вычислительная" методика для определения выходного импеданса?

Relayer
27.05.2008, 21:46
и что - никаких соображений ни у кого нет?

27.05.2008, 21:56
метод векторной алгебры(ну там на бумажке рисуются вектора)
кто мешает в полярных координатах посчитать

Relayer
27.05.2008, 22:17
ну вот и ткните меня носом - как посчитать. пол дня считаю - не получается. гугление ничего не дало.

vadim_d
27.05.2008, 23:31
Метод трех вольтметров хорошо описан для определения входного импеданса. Существует ли аналогичная "вычислительная" методика для определения выходного импеданса?
Андрей, а можно ссылку на описание исходного метода? А как перевернуть его для выходного импеданса - будем подумать...

Relayer
28.05.2008, 00:09
см. атач

R5OE
28.05.2008, 07:46
Андрей, подскажите пожалуйста, откуда эта статья? Или, если можно, дайте окончание (стр.70)

73! Виталий

DMJ
28.05.2008, 08:21
Статья из журнала "Радио", 2003, № 5.
На картинке она вся (то, что напечатано на с. 70, добавлено двумя колонками снизу).

А вообще-то нехорошо не указывать первоисточник.

Выходной импеданс методом трех вольтметров не измеришь. Просто потому, что второй "конец" этого импеданса, к которому необходимо подключиться, физически недоступен. Есть правда способ - выключить генератор, импеданс которого необходимо измерить (точнее, не выключить, а сделать его напряжение нулевым, сняв, например, раскачку, но оставив в рабочем состоянии). После этого измерить входное сопротивление его выхода с помощью внешнего генератора. Если система линейна, оно будет равно выходному.

sr-71
28.05.2008, 10:26
Что есть выходной импеданс...
Это та нагрузка, при которой каскад будет отдавать максимальную мощность.
...
Какую нагрузку дашь, на такую и будет работать каскад. Ему деваться то некуда.
Определить оптимальную нагрузку, при которой каскад будет отдавать максимальную
мощность можно одним вольтметром.
По выходу каскада надо подобрать по максимуму показаний вольтметра
требуемую нагрузку Rн +/- jХ.
Нагрузка может быть в виде параллельного соединения R'н || +/- jХ'.
Потом можно пересчитать в последовательном представлении.
В правильных каскадах:
jХ будет иметь малую величину.
jХ' будет иметь большую величину.
...
В правильных каскадах определение нагрузки можно свести к подбору
активного сопротивления.
На одной частоте это одно. Если каскад широкополосный и есть зависимость
нагрузки от частоты измерения, то берут среднюю нагрузку.
...
В каскадах в режиме "А" (малый сигнал) измерение выхода можно проводить
при нагруженном согласованном входе. Так и принимает заказчик изделия.
КСВ входа/выхода, измеряют широкополосной панорамой в диапазоне.
Вход измеряют - выход нагружен на согласованную нагрузку.
Выход измеряют - вход нагружен на согласованную нагрузку.

PS.
Параллельно основной нагрузке висит паразитная нагрузка - обвязка каскада
и внутреннее сопротивление (Ri) активного элемента. Если Ri неизвестно,
его можно определить по наклону выходных ВАХ в рабочей точке.
Чем больше наклон тем меньше Ri.
...
Пример из справочника:
Выходная проводимость КП350А не более 250мкСм....Это Ri = 1000000/250 =4ком.
Вот это сопротивление будет тоже висеть параллельно полезной нагрузке.
И еще паразитная емкость.
Если каскад резонансный, то Хc компенсируется.

DMJ
28.05.2008, 11:06
Что есть выходной импеданс...
Это та нагрузка, при которой каскад будет отдавать максимальную мощность.


Неправда Ваша, дяденька... Это в идеале, когда нет никаких других ограничивающих факторов: максимального тока, который может отдать лампа, пробивного напряжения конденсаторов и т. п. Подавляющее большинство реальных генераторов работать на нагрузку, равную их выходному сопротивлению, просто не способны. Да это и не нужно, и, к тому же, энергетически невыгодно - половина вырабатываемой мощности будет рассеиваться на внутреннем сопротивлении.
Ламповые передатчики по характеристикам близки к источникам тока (выходное сопротивление много больше сопротивления нагрузки), транзисторные - к источникам напряжения (выходное сопротивление много меньше сопротивления нагрузки). С выходным сопротивлением, равным типовому сопротивлению нагрузки делают в основном измерительные генераторы, да еще передатчики цифровых каналов связи, где неискаженная передача широкополосных сигналов важнее энергетики.

sr-71
28.05.2008, 11:36
Дык это по умолчанию.
Только не надо схемки для теоретического анализа понимать напрямую.
Выходное сопротивление только в теории нарисовано - для анализа.
И не путайте паразитное параллельное сопротивление Ri, которое я привел
в примере, с выходным сопротивление каскада.
...
Для конкретики рассмотрим лампу. Например пентод. Режим "В".
Возбуждение постоянное. Максимальную мощность (Р~) 1-й гармоники лампа
отдает в критическом режиме.
...
Между лампой и нагрузкой есть П-контур. Rэкв.кр. представленное к лампе, при
режиме когда она отдает максимальную мощность(Р~), будет при критической связи.
В этот момент у тока анода будет небольшой спад.
При этом на выходе каскада не будет максимальной мощности (Рвых).
...
Чуть увеличиваем связь... При этом Rэкв уменьшается, каскаду деваться некуда
и он переходит в слегка недонапряженный режим. Так как связь увеличили, в контур
внеслось большее сопротивление => Qн уменьшилось => КПД П-контура возрос.
Рвых = Р~ * КПД. Так вот при оптимальной связи Рвых будет больше, чем при
критической связи. Но при этом лампа не будет отдавать максимальную мощность.
...
Теперь объясните где у лампы выходное сопротивление и где оно конкретно
выделяет мощность которая рассеивается на нем.

Relayer
28.05.2008, 12:54
господа, лампы это хорошо, но мы отклонились. речь идет не о тупом применении этого метода к измерению выходного импеданса - понятно что он не работает. речь идет о поиске некоторого вычислительного метода, который позволяет сняв напряжения на некотором наборе нагрузок с известным импедансом математически вычислить комплексное выходное сопротивление устройства.

Relayer
29.05.2008, 03:38
интересно, а вот таким макаром можно мерять? :) т.е. вход на землю, а выход измеряем как простой двухполюсник
взято здесь: http://sci.tech-archive.net/Archive/sci.electronics.basi cs/2007-08/msg00467.html


On Wed, 15 Aug 2007 20:41:46 -0700, Martin Sigwald
<msigwald@xxxxxxxxx> wrote:


I need to physically measure the output impedance of an operational
amplifier (LM741), working as an inverter and with a capacitor as
load. Any ideas on how to do this? Impedance analyzer is out of the
question.
Thanx in advance.


Phil has given a short description of the method but it won't hurt to
expand it a little.

The output impedance can be measured by connecting the input to ground
with a 1K resistor across pins 2 and 3, and then injecting a sine-wave
(eg. 1KHz) into the output through a resistor R (eg.1K). Measure with
an oscilloscope the sine-wave voltage Vo between the output and ground
(will be quite small). The arrangement makes a voltage divider out of
R and Zout, so Vo/Vgen = Zout/(R + Zout), and since Zout is quite
small Zout ~ R(Vo/Vgen).

vadim_d
29.05.2008, 09:25
интересно, а вот таким макаром можно мерять? :) т.е. вход на землю, а выход измеряем как простой двухполюсник
Конечно можно - метод не отличается от измерения простого двухполюсника. Вообще, модуль выходного импеданса можно определить по двум замерам выхода (скажем, с нагрузкой и без, или с двумя разными нагрузками), а вот его составляющие требуют неких мозговых усилий :D Думаю дальше

Relayer
29.05.2008, 09:50
vadim_d
ну если так можно, тогда можно и комплексный импеданс рассчитать. теми же тремя вольтметрами. единственное что непонятно будет ли этот расчет верен и для режима большого сигнала. ну и с автогенераторами тоже неопределенность. срывать колебания? а если нет возможности (т.е. исследуем "черный ящик")?

Relayer
29.05.2008, 13:21
нагуглил очень интересную статью в тему так сказать. статейка однако 67го года :) и авторы тоже неслабые - ВВС США :)
TRANSMITTER IMPEDANCE CHARACTERISTICS FOR AIRBORNE SPECTRUM SIGNATURE (http://deepblue.lib.umich.e du/bitstream/2027.42/21295/2/rl2170.0001.001.pdf)
полстатьи посвящено вычислению выходного адмиттанса на основе сопоставления измерений на двух разных нагрузках. надо будет попробовать в моделировщике.

vadim_d
01.06.2008, 22:09
нагуглил очень интересную статью
Андрей, еще до прочтения статьи решил задачу для частного случая "сферического коня в вакууме", то есть первый замер без нагрузки, второй - с чисто активной нагрузкой, а третий - с чисто реактивной. Пример в Маткаде, его распечатка в PDF и сканы вывода формул прилагаются. Для общего случая решать не брался, но должно получаться, хотя более громоздко.

Relayer
01.06.2008, 23:16
vadim_d
бум смотреть. но сразу хочу отметить что "замер без нагрузки" надо будет исключать. т.е. предполагаем что отсутствие нагрузки критично для исследуемого устройства (впрочем как и КЗ выхода).

vadim_d
01.06.2008, 23:22
но сразу хочу отметить что "замер без нагрузки" надо будет исключать. т.е. предполагаем что отсутствие нагрузки критично для исследуемого устройства (впрочем как и КЗ выхода).
Вроде как вариант с двумя чисто активными и одной реактивной (или наоборот) должен быть не намного сложнее, но сегодня думать уже поздно. Впрочем, для практического устройства чисто реактивная нагрузка тоже нежелательна :-(

Relayer
02.06.2008, 02:19
vadim_d
завтра вечера мудренее :)
кстати по поводу аналитических преобразований - в маткаде я не особо силет, точнее вообще не силен. а вот Maxima (http://maxima.sourceforge.n et) иногда пользую. оч удобно для аналитической возни с формулами

sr-71
02.06.2008, 09:09
Имеем черный ящик с неизменным комплексным сопротивлением
при разных нагрузках. Представим в параллельном представлении: Rр || Хр.
Подключаемая измерительная активная нагрузка = Rи.
Имеем измеренное с Rи......... Rобщ || Хр.
Хр при подключении активной нагрузки остается прежнее...
(измерить можно в последовательном представлении и пересчитать в параллельное)

Далее арифметика...
Искомое: Rр = Rи * Rобщ / (Rи - Rобщ )

Пример на числах (для 2-х значений Rи)
Например черный ящик имеет Rр = 200ом и Хр = -j200ом

Rи1 = 50ом.
Rобщ = 200 * 50/ (50 + 200 ) = 40ом.
Проверяем Rр = 40 * 50/ (50 - 40) = 200ом.

Rи2 = 200ом.
Rобщ = 200 * 200/ (200 + 200 ) = 100ом.
Проверяем Rр = 100 * 200/ (200 - 100 ) = 200ом.

Преобразуем найденные значения Rр || Хр в последовательном представлении.
Искомое Zs = 50ом -j50ом.
____________________ ___

vadim_d
03.06.2008, 16:26
кстати по поводу аналитических преобразований - в маткаде я не особо силет, точнее вообще не силен. а вот Maxima (http://maxima.sourceforge.n et) иногда пользую. оч удобно для аналитической возни с формулами
Андрей, спасибо за ссылку, попробую. В Маткаде я делал уже численный пример, вывод весь на бумажках :D Сейчас пришла в голову более простая мысль: первое измерение при номинальной нагрузке, второе при номинале плюс добавка R, а третье - номинал плюс добавка X. Пока в формулы не углублялся :D

Relayer
03.06.2008, 20:32
vadim_d
я попытался с нахрапу так сказать одолеть общий случай - т.е. одна чисто активная и две комплексный. пока отложил в сторону - радикалы там зверские. надо както упрощать-приводить

DL1BA
04.06.2008, 00:33
Привет всем!

R0SBD
04.06.2008, 03:12
Василь а если например надо вставить кварцевый фильтр в ПЧ, там уровни сигналов маленькие, никакого КСВ метра на хватит. Т.е. ваш метод хорош, когда большие уровни сигнала, достаточные для измерения КСВ, в других случаях надо то, что обсуждается в этой теме.

Relayer
04.06.2008, 14:53
Василь
способ этот мне известен, но он не применим. суть в том чтобы уйти от согласования и полностью автоматизировать весь процесс измерения. городить автоматический согласователь на пике с кучей релюшек совершенно не хочется. ну и опять же замечание про уровни сигнала вполне справедливое.

DL1BA
04.06.2008, 16:27
КСВ можно и с маленьким сигналом измерить. Ну а для измерения
импедансов есть векторные анализаторы, такие как VNA N2PK.
Соберите и будет вам счастье.

Успехов!

04.06.2008, 17:06
а мостовая схема что не покатит, если кого смущают АЧХ трансформатора так есть и резистивные (в ротхаммеле описаны такие)

Relayer
04.06.2008, 23:57
vadim_d
решил таки :) для варианта двух активных и одной комплексной. щаз перепишу на чистовик, под сканер и выложу

Relayer
05.06.2008, 00:32
вот собственно выкладки. исходные данные:
z1=r1
z2=r2
z3=r3+i*x3
т.е. z1 и z2 чисто активные и z3 - комплексная
ищем zx=R+i*X
маленький ньюанс. в конце можно искать R и X в любой последовательности. то что ищем первое получается в результате решений квадратного уравнения. я ищу вначале R. т.к. мы знаем что у нас R>=0 то один корень можно отбросить, что приводит к единственности решения всей системы. насколько эта эвристика универсальна надо будет еще пораскинуть мозгами на досуге
ЗЫ результаты численной проверки не привожу, но если надо - могу сбросить в формате максимы

Relayer
05.06.2008, 02:25
несмотря на то что полученная методика ориентирована на точное измерение напряжений и последующий расчет импеданса, ее можно применить и несколько по другому. если обратить внимание на формулы то видно что в них не фигурируют абсолютные значения напряжений а используется их отношения при разных нагрузках. примерная схема "ручного" измерителя в атаче. логика работы следующая:
1) S2,S3 отжаты, S1 в нижнем положении. запоминаем показания прибора
2) переводим S1 в верхнее положение
3) нажимаем S2. крутим C3 выставляем те же показания на приборе
4) отжимаем S2 и нажимаем S3. при помощи R4 выставляем те же показания
значения C3 и R4 загоняем в формулу (ее прийдется немного подкорректировать) и получаем расчитанный комплексный выходной импеданс.
в отличие от предложенного здесь ранее метода Г-согласования этот метод проще т.к. не надо одновременно варьировать два элемента (индуктивность+емкос ть).

Relayer
07.06.2008, 00:34
господа, ани коммэнтс, как говорится?
склепал програмку для расчетов по "ручной" схеме. всплыл вопрос оптимального выбора нагрузок для обеспечения измерений импеданса в заданном диапазоне.

vadim_d
07.06.2008, 23:28
господа, ани коммэнтс, как говорится?
склепал програмку для расчетов по "ручной" схеме. всплыл вопрос оптимального выбора нагрузок для обеспечения измерений импеданса в заданном диапазоне.
Андрей, дабы не страдала точность, нагрузки должны достаточно сильно отличаться друг от друга. А чтобы не страдал измеряемый девайс, они должны быть близки к его оптимальной нагрузке. Ну а выкручмваться из этой ситуации Вам :D