Czy BAL-UN może być UN-BAL'EM?
#1
Teoria oczywiście mówi że tak, ale postanowiłem ostatniej nocy sprawdzić praktycznie. Chodzi za mną temat dokładnego pomiaru impedancji w trochę niższym zakresie niż zazwyczaj to robię. Moje "poważne" przyrządy zaczynają się od 10 MHz w górę. A męczy mnie kilka tematów właśnie wokół 5, 10 MHz i niżej. I dodatkowym wymogiem jest duża dynamika wymaganych pomiarów. Analizując temat trafiłem na schemat test-setu analizatora impedancji HP 41951A

   

   

Najbardziej problematycznym elementem jest transformator T1, połączony w układzie UN-BAL, to znaczy zmieniającym sygnał unbalanced z wejścia na sygnał różnicowy (balanced) na wyjściu. Jego odczep służy zrównoważeniu układu bias-tee który chciałbym tutaj pominąć. Jest to układ transformatora prądowego z liniami transmisyjnymi jaki często widzimy w balunach. Problemem jest zakres częstotliwości. W przypadku 4195A i jego test setu to jest od 100 kHz do 500 MHz. Nowsze wersje, następcy tego przyrządu czyli 4396B z test setem impedancji 43961A obejmują zakres 100 kHz do 1,8 GHz. Nie łatwo znaleźć materiał ferrytowy działający w takim zakresie.
Ostatniej nocy zastanawiałem się, czy szło by zastosować stosowany w mostkach pomiarowych także przez amatorów układ transformatora prądowego w postaci przewodu koncentrycznego przewleczonego przez rdzenie ferrytowe. Zastanawiało mnie czy jest on odwracalny (powinien być), czyli czy można go zastosować w układzie analogicznym do 41951A. Spekulacja myślowa podpowiadała mi  że tak, ale postanowiłem na szybko sprawdzić czy to prawda.
Zestawiłem taki układ:

   

   

Wyjście generatora podałem na niesymetryczne wyjście mostka (na płytce OUT), wejście mostka (IN z płytki) zaterminowałem 50 OHm a do gałęzi mostka przeznaczonych dla wzorca i dla DUT podłączyłem wejścia oscyloskopu z wejściami przełączonymi na 50 Ohm. Sprawdziłem na częstotliwościach 100 kHz, 300 kHz, 1 MHz, 300 MHz (maks mojego oscyloskopu). Generator dawał 1,048 V RMS:

   

Ustawiłem oscyloskop na czułość 200 mV na działkę. Podstawa czasu w zależności od częstotliwości sygnału aby łatwo obserwować. Przebieg fioletowy to matematyczna różnica sygnału pomiędzy A i B. Powinna wynosić 0 dla dokładnego zrównoważenia. Ujawniają się szumy wejścia oscyloskopu, bo zakres dałem czulszy dla kanału matematycznego. Wyniki wyglądały następująco:

   

   

Reszta załączników w następnym poście, bo wyników poważnej, choć szybkiej pracy nie jestem w stanie zmieścić w 7 załącznikach.

Wnioski:
Jak widać układ UN-BAL działa w zamierzony sposób. Tłumienie tego przykładowego mostka jest wyższe na małych częstotliwościach. Zastanowię się nad implementacją transformatora analogicznego do układu z 41951A z pominięciem części BIAS TEE w tej technice. Jestem zadowolony.
CBDU
Odpowiedz
#2
Wyniki dla 1 MHz i 300 MHz.

   

   
Odpowiedz
#3
A gdyby tak bias-tee nie pomijać i odtworzyć pełną funkcjonalność? W pierwszym poście podałem jako przykład test set HP 41951A z tego powodu, że jego schemat był opublikowany. Tak naprawdę to chodzi mi o odpowiednik mogący nawet pracować w trochę szerszym zakresie, choć najbardziej mnie interesuje zakres od kilkuset kHz do powiedzmy 200 MHz. I znalazłem pewne rozwiązanie, które można wpisać w schemat HP 41951A po odwróceniu kierunku przepływu sygnału (co w pierwszym poście udowodniłem że jak najbardziej działa) i drobnym uzupełnieniu o power divider, tłumik i linię opóźniającą czyli linię koncentryczną o tej samej długości jak zastosowana w symetryzatorze (chodzi o to, by przy szybkim przemiataniu przez analizator obwodów sygnał odniesienia pojawiał się w tym samym czasie co sygnał mierzony przez mostek). Natchnienie znalazłem w patencie firmy Rohde Schwarz.
   
DC wstrzykiwane jest symetrycznie przez uzwojenia obu gałęzi w ten sposób, aby zachować symetrię. Prąd płynie tylko w lewej gałęzi mostka, rezystor ogranicza go w prawej. A żeby nie było wpływu płynącego prądu na magnesowanie rdzenia 15, sumaryczny prąd wynosi zero (kompensuje się poprzez kierunki nawinięcia rdzenia). Jedyną asymetrię jaką widzę, to wpływ prądu biasu na magnesowanie rdzenia 14. Ale raczej efekt jest minimalny, gdyż zazwyczaj w zastosowaniach do jakich przeznaczony jest taki mostek prąd biasu oscyluje wokół zera (pomiar zmiany pojemności kondensatora w zależności od przyłożonego napięcia DC, pomiar zmiany pojemności diody pojemnościowej). Jedynie jakiś prąd może pojawić się przy pomiarach impedancji złącz półprzewodnikowych polaryzowanych w kierunku przewodzenia.
Tutaj link do całego patentu:

.pdf   US5150063.pdf (Rozmiar: 433,05 KB / Pobrań: 3)
Konstrukcja mechaniczna mogła by być wzorowana na mostku R&S ZRC. Dzięki zastosowaniu trzech rdzeni, jego zakres pracy to aż 40 kHz do 4 GHz. Godne uwagi osiągnięcie. Tak wygląda w środku.
   
Odpowiedz
#4
Widzę że włączył Ci się 'komplikator ' i kombinujesz co zrobić żeby nie robić

tego co masz robić. 

Gotowy 79 dolców.
Odpowiedz
#5
Tak trochę notes rozmyślań zrobiłem z forum, bo potem łatwo mi wrócić do tego co teoretycznie wydumałem. W zasadzie z konstrukcji mostka interesuje mnie tylko sam symetryzator. Celem tego jest wektorowy pomiar _prądu_ w.cz. poprzez pomiar spadku napięcia na rezystorze wzorcowym, czego jasno wcześniej nie sformułowałem. Tajemnicza metoda RF I-V dla której HP w każdej publikacji coś zmieniał, żeby nikt poza ogólną zasadą nic nie wywnioskował. Pomiar odwracalności baluna był dla potwierdzenia wątpliwości. Można do celu który mnie interesuje stosować układ z mostkiem jak w pierwszym poście. Tyle, że on najczulszy jest wokół 50 omów. Wektorowy pomiar prądu (i napięcia) w.cz. pozwala mierzyć impedancję w szerszym zakresie niż za pomocą metody odbiciowej z mostkiem. Tyle że wymaga baluna o szerokim zakresie, aby zmierzyć niesymetrycznym wejściem analizatora spadek napięcia na włączony w układ rezystor. Bias-tee to tak przy okazji. Oczywiście ustanawiając płaszczyznę kalibracji za bias-tee można skompensować jego wpływ na mierzony element. Z jakiegoś powodu jednak w rozwiązaniach HP robi się tak jak w pierwszym poście, lub tak jak zrobił R&S.
A piszę z hotelu z Holandii bo właśnie przyjechałem robić to, co do mnie należy. Niestety działanie naszych umiłowanych przywódców spowodowały, że planowane zajęcia służbowe w kraju które miały mnie pochłonąć do końca roku zostały przesunięte na termin późniejszy. Czas ten wykorzystam na projekt o którym myślimy. Wyklarowała mi się już koncepcja, teraz pozostaje skończyć przelewanie do CAD-a i zamówienie płytek i elementów obudowy. A wtedy opublikuję tutaj szczegóły.
Odpowiedz
#6
No i przetestowałem koncepcję w praktyce. Jakiś czas temu kupiłem zepsuty analizator widma/wektorowy/impedancji HP 4396B. Uszkodzenie naprawiłem. Polegało na wymianie matrycy TFT LCD. Okazało się, że wykorzystuje typową matrycę 8,4" SHARP-a, z interfejsem 18 bitowym i złączem 31 pinowym jak większość przyrządów z końca lat 90-tych opartych na LCD. Matryca jest kompatybilna z zastosowaną w R&S CMU200 czy R&S FSP i chyba też Anritsu MS4623B i R&S CMU200. Lubię taką unifikację. Jacek SP1CNV dysponował taką od CMU200 i po zidentyfikowaniu problemu błyskawicznie udało się pozyskać element zamienny bez oczekiwania na przesyłkę z Chin czy USA.
Przetestowałem koncepcję test-setu z odwróconym mostkiem z tego co miałem pod ręką:
- mostek z ebay-a z Ukrainy
- power splitter Agilent 11667B
- tłumik 12 dB złożony z dwóch tłumików 6 dB
- kawałek linii koncentrycznej dla wyrównania długości elektrycznej dwóch gałęzi pomiarowych
Test prototypu wyszedł pozytywnie i przetestowałem testową cewkę którą wykorzystywałem opisując na forum mikrofale.iq24.pl pomiary cewek za pomocą VNA. Zamieszczam wykres obrazujący przebieg modułu impedancji tej przykładowej cewki. Indukcyjność około od 77 do 80 nH, dobroć od 50 do 80, rezonans własny 533 MHz. Badałem w zakresie 1 MHz do 1 GHz. Częstotliwość na skali logarytmicznej. Dolna granica częstotliwości tego przyrządu to 100 kHz (2 Hz dla analizatora widma) a górna 1,8 GHz. Super sprawą jest krok syntezera wynoszący 0,001 Hz. Nawet nigdy mi się nie marzył analizator impedancji do 1,8 GHz. To wyszło tak przypadkiem. A na deser funkcja dopasowująca zmierzone parametry do wybranego modelu elementu RLC.
Teraz zaprojektuję i zbuduję docelowy test-set i kilka różnych fixture. Oryginalnie dla niego jest przeznaczony do pomiaru impedancji test-set 43961A. Ale jest drogi. Baaaaardzo drogi. Będę też badał korelację wyników z pomiarami za pomocą VNA. Kilka fotek:
   

   

   

   
Odpowiedz




Użytkownicy przeglądający ten wątek: 1 gości