A ktualizováno v listopadu 2019
Měření malých indukčností
Úvod Použité přístroje: 1. Vektorový analyzátor (v příkladech použit nano VNA). Použitý konektor: CH0 (TX), CH1 Použité adaptéry: SMA konektor s "krokodýlky", propojovací kabel 50 Ohm s SMA a krokodýlky Zobrazované typy grafů: charakteristiky S11, Smith, průběh impedancí Měřené veličiny: hodnota paralelní indukčnosti Software: https://github.com/mihtjel/nanovna-saver/releases
Schéma zapojení 1. Měřená indukčnost je připojena paralelně ke generátoru VNA (CH0) pomocí konektoru SMA s krokodýlky. 2. Vstup CH1 je připojen přes koaxiální kabel 50 Ohmů paralelně k indukčnosti - viz schéma vpravo. Princip měření je vysvětlen na konci. Metodou lze měřit pouze malé indukčnosti. Takové, které nám nezabloudí k okrajům Smithova diagramu (tam už je dopočet extrémně nepřesný). Vždy kontrolujeme ve Smith. diagramu, zda může být měřený výsledek reálný. Měřená indukčnost je vidět na fotografii dole (u přímoukazujícího měřiče). |
Měření Výsledek je označen v oranžovém kroužku na obrázku dole.
Princip měření (teoretický základ) Princip měření si vysvětlíme ve Smithově diagramu. Vybereme kmitočet 14 MHz a nakreslíme bod s impedancí 50+j0 (střed diagramu). Vybereme v menu paralelní indukčnost a namalujeme ji do diagramu. Na dvou obrázcích dole jsou dvě hodnoty (500 nH a 1000 nH). Obě hodnoty jsou v rozumné vzdálenosti od středu. Pokud nám hodnoty vyjdou blízko středu nebo blízko okraje diagramu, metodu nemůžeme použít.
Z bodu od indukčnosti připojíme vedení 50 Ohmů takové délky, aby nám hezky točilo téměř jednu půlvlnu. Všimněte si, že u malé indukčnosti je velký kroužek se středem uprostřed. U větší indukčnosti je menší kroužek. Žádný kroužek není blízko středu ani blízko okraje. Každý kroužek probíhá jinými hodnotami indukčností. Pokud bychom zadali do Smithova diagramu bod s impedancí, kterou jsme naměřili, uměli bychom udělat dopočet a stanovit tak hodnotu paralelní indukčnosti. Náš příklad je tady. U paralelní indukčnosti za nás dopočet udělal SW VNA, ale můžeme si obě hodnoty porovnat:
Protože jsem nekreslil až tak přesně, vyšla mi dopočtená hodnota L = 1.3 mikroH. Na VNA jsem naměřil L = 1.4 mikroH. Kdepak bychom měli hodnotu stanovenou výpočtem?
Porovnání s výpočtem Často používám na výpočet indukčností kalkulátor z MMANA. Je vždy při ruce. Nacpal jsem do něho geometrické rozměry a vypočítal jsem indukčnost. Podle výpočtu by měla být její hodnota asi 1.37 mikroH. Co říkáte na takovou shodu?
Porovnání s přímoukazujícím měřičem Pro ilustraci jsem použil školní měřič. Pro měření malých indukčností se nehodí. Nejmenší rozsah je až 199.9 mikroH. I když jsem změřil indukčnost zkratovaných jumperů, kterou jsem odečetl od výsledku, stále je měření zatíženo vysokou chybou (L = 3.7 - 1.6 = 2.1 mikroH). S touto metodou jsme jaksi mimo.
Závěr 1. Měření malých indukčností poblíž pracovního kmitočtu je jednoduché a rychlé. Použitý program sám provádí dopočet, takže jsme schopni odečíst naměřenou hodnotu přímo. 2. Kontrolu ve Smithově diagramu vřele doporučuji.
TU 73, Mira, ok1ufc