Russian Arabic English French German Hungarian Japanese Romanian Turkish Ukrainian

Zmeter для измерения комплексного импеданса радиотехнических цепей

Zmeter предназначен для измерения комплексного импеданса радиотехнических цепей а также проходных характеристик трёхполюсников в диапазоне звуковых частот  ~22Гц - ~22 кГц с шагом ~22Гц. Режимы работы программы:

  • Калибровка « Calibration»
  • График комплексного сопротивления « Z graph »
  • График комплексного сопротивления + вычисление индуктивности, ёмкости, среднего сопротивления в диапазоне а также тангенса угла потерь « Z graph + LCR »
  • Измерение проходных характеристик « Transfer graph »

В любом режиме можно сохранить текущий график в текстовом виде «Save».

Для проведения измерений необходимо собрать схему показанную на рисунке

Zmeter

Line In, Line Out должны быть подключены к соответствующим гнёздам звуковой карты. С другой стороны они входят в соединительную коробочку, её распайка показана  в Connection box.  Из коробочки выходят 3 измерительных терминала. Для измерения импеданса, L и C используются 2 терминала, обозначенные Zx. Они же являются входным и выходным для измерения проходных характеристик 3-х полюсника, в этом случае используется дополнительный терминал Com. Если Zmeter предназначен только для измерения L и C, то терминал Com можно не делать и в этом случае можно использовать коробочку от LC meter-а. Все измерительные терминалы должны быть как можно меньшей длины для уменьшения паразитной индуктивности.

Кроме Com терминала здесь добавлен резистор R ballast на всякий случай, чтобы не перегружать выход звуковой карты, его величина от 0 до ~50 Ом, я поставил 16. Большая величина этого резистора увеличивает шум при измерении малых индуктивностей и больших ёмкостей.

R ref как обычно являются опорным сопротивлениями, их может быть несколько разной величины и их значение должно быть известно с максимальной точностью. В связи с расширением частотного диапазона  я уменьшил их набор с 1.5-10-100-1000 Ом до 1-33-1000 Ом. Переключатель S1 как и раньше в верхнем положении (все входы-выходы замкнуты между собой) используется для калибровки, а в нижнем – для измерения.  При измерении проходной характеристики R ref служит также нагрузкой выхода 3-х полюсника. Его не стоит делать слишком большим, так как возможно влияние емкости кабеля соединяющего коробочку с Line In звуковой карты.

Калибровка

Zmeter не использует системный микшер, поэтому при калибровке необходимо вручную преключить каналы и настроить громкости. Это немного усложняет процесс, зато позволит, по всей видимости, работать в Windows Vista (не проверено). После калибровки микшер трогать нельзя (особенно входной).

Итак, после выбора звуковой карты в закладке « Setup» открываем установки микшера воспроизведения. Все линии кроме общей (Volume control) и Wave должны быть закрыты. Особое внимание обратить на линейный вход микшера воспроизведения – он обязательно должен быть закрыт, чтобы сигнал не попадал на АЦП минуя коробочку. Закрытие всех остальных ненужных линий уменьшает шум линейного выхода.

Zmeter

 В микшере записи наоборот - выбираем линейный вход.

Zmeter

Уровни воспроизведения и записи рабочих линий устанавливаем примерно как на картинках, баланс везде должен быть по центру. Если микшер записи поддерживает несколько линий-источников (например, как это сделано в воспроизведении), то все ненужные источники надо закрыть.

Далее переключаем коробочку в режим калибровки (кабели должны быть подключены к звуковой карте), переключаем закладку на «Processing», ставим селектор «Mode» на «Calibration» и нажимаем на « Start ». На экране должна быть примерно такая картика:

Zmeter

Должен быть один острый пик на фоне шумов, качество Quality >~75 для обеих каналов, десинхронизация Async равна 0 во всех разрядах. Затем регулировками громкости записи и воспроизведения добиваемся максимального значения Quality при нулевом Async. Чем больше Quality тем больше отношение сигнал/шум и соответственно выше точность измерений.

Если сигнал слабый то Quality низкое, Async может принимать хаотические ненулевые значения то нужно добавить уровень записи или воспроизведения. Если пика вообще нет Quality < 0 – проверяем схему соединения и правильность выбора и установок микшера. Качество сигнала для обеих каналов должно быть примерно одинаковое. Если не так – проверяем переключена ли коробочка в режим калибровки.

Если уровень сигнала слишком большой то из-за нелинейных искажений (насыщение) качество сигнала падает и появляются гармоники справа от пика – уменьшаем громкость.

Если пик один, но с  пьедесталом и Async имеет ненулевое устойчивое значение, то это значит что самплиг воспроизведения и записи реально отличаются несмотря на заказаные одинаковые значения. Обычно это бывает с самплингами 96000 и 192000 - это баг либо карты, либо драйвера.  В этом случае нужно уменьшть самплинг. Самплинг 48000 пока ещё никогда подводил.

Zmeter

Перегрузка, уменьшить уровень сигнала

Zmeter

Десинхронизация записи - воспроизведения, уменьшить самплинг.

После ручной регулировки системного микшера закрываем его чтобы случайно ничего не испортить и нажимаем «Continue ».  Дальше программа все делает автоматически. Должна появиться картинка видаZmeter

или

Zmeter

После того как картина стабилизируется нужно проверить, что гладкие кривые  не выходят за пределы зашумлённых и можно нажимать на «Stop ». Если где то выходят (обычно с краев), то нужно избегать измерений в этих диапазонах.

На этих графиках отображается аплитудно-фазо-частотная характеристика (АФЧХ) правого канала относительно левого. Она учитывает также временной сдвиг одного канала относительно другого, что имеет место на последнем графике, и интерполирует результат комплексным полиномом 15 степени. Это позволяет калибровать карты типа Aureal и некоторые SaundBlaster-ы на которых измерения LСmeter-ом просто невозможны (меряем ёмкость а показывает индуктивность, например). Звуковые карты типа CMI 8738 и ее клоны этим методом не лечатся и у меня нет идеи как заставить их работать нормально.

На финальной стадии калибровки а также во время измерения при смене диапазона может мелькать надпись « Saturation». Ничего страшного в этом нет, программа сама отрегулирует уровень выходного сигнала цифровым способом без участия системного микшера.

Итак, калибровка закончена. При закрытии программы она сохранится в .ini файле, так что нет необходимости каждый раз её делать после загрузки программы. Если же установки микшера этой карты менялись, то нужно провести калибровку заново.

Описания общих установок измерений.

 При выборе любого режима измерения на экране появляются контроль спектрального диапазона (снизу)  и установки графика «Graph»:

  • «Mod. & Phase»: Показывать на графике модуль и фазу импеданса или проходной характеристики вместо комплексного представления.
  • «Draw all points»: Показывать все точки. При измерении индуктивности или ёмкости её лучше отключить для уменьшения шума видимого на экране. Включается при поиске узких пиков на графике, например положения пика ферромагнитного резонанса  в режиме широкого диапазона.
  • «Left Y for all»: Обычно левая шкала на графике относится к вещественной части сигнала, активному сопротивлению или модулю измеряемой величины. Все реактивные составляющие а также фаза относится к правой шкале. Для сравнения активной и реактивной частей их иногда бывает удобно смотреть с одинаковой шкалой – в этом случае и используется этот переключатель.
  • «Lg(f)»: переключение на логарифмическое представление частоты f – нижняя шкала графика.

Контроль спектрального диапазона регулируется с обеих сторон а также может перемещаться как единое целое вправо-влево мышкой как скролл-бар. Двойной щелчёк мышки переключает на полный диапазон а повторный двойной щелчёк возвращает обратно.

Измерение импеданса.

Переключаем «Mode» на « Z graph » - появляется окошко для ввода опорных сопротивлений R ref. После ввода очередного сопротивления нажимаем на Enter и добавляется пустое поле для ввода следующего сопротивления и т.д. Потом их можно будет выбирать из списка. При выходе из программы этот список сохраняется в .ini файле. Чтобы удалить значение стираем его и нажимаем Backspase. Таким образом редактирование списка напоминает редактироване обычного текстового файла, где каждая строчка соответствует элементу списка. Разделительный десятичный символ – точка, независимо от установок Windows.

Далее выбираем сопротивление из списка равное опорному сопротивлению в коробочке, подключаем измеряемый элемент и нажимаем на «Start».

Zmeter

 Измерение импеданса мелкого сетевого трансформатора. Виден собственный резонанс в районе 4000 Гц. В данном случае удобно искать резонансную частоту по точке пересечения мнимой части или фазы с нулём правой шкалы. Для того чтобы сетка на графике соответствовала правой шкале щёлнете по ней мышкой.  Допускается менять границы спектрального диапазона во время измерения.

Zmeter

 Ферромагнитный резонанс 20 сантиметрового ферритового стержня с подмагничиванием. Резонанс очень острый, поэтому пришлось сильно ограничить диапазон измерений. На полном диапазоне видна только вертикальная черта на склоне индуктивного импеданса возбуждающей катушки. «Draw all points» должна быть включена в этом случае, иначе пик может просто не прорисоваться.

Опорное сопротивление выбирается из условия его близости к измеряемому импедансу. В данном случае вместо 100 Ом можно использовать R ref = 10 Ом.

 Измерение индуктивности и ёмкости

 Всё то же самое, что и при измерении импедаса только добавляется вычисление индуктивности или ёмкости.

Переключаемся на « Z graph + LCR ». Появляется окошко « LCR result » в котором будут отображаться результаты измерений. Текст из этого окошка можно копировать в буфер Ctrl-C. Если график и результат неустойчивые нужно уменьшить частотный диапазон и подвигать его в ту или другую сторону для получения стабильного результата.

Zmeter

Измерение балластной индуктивности от выходного фильтра импульсного источника питания. Вычисленная индуктивность (кривая L/C) полностью ложится на измеренную кривую (Im). Диапазон смещён в высокочастотную область чтобы Im  было примерно того же порядка что и R ref.

Zmeter

 Измерение ёмкости 10000 мкФ. Показания неустойчивые, но тем не менее...

Zmeter

 На конденсаторе написано 102 т.е. 1000pF. Показания устойчивые.

Измерение проходных характеристик

 Этот режим серьёзно не тестировался в связи с отсутствием подходящего объекта измерения. Пробовал только переменный резистор – вроде работает. По идее должно быть интересно любителям звукотехники при обмере проходных АФЧХ УНЧ. Нужно только учитывать входное сопротивление коробочки, и следить за уровнями сигнала чтобы не сжечь звуковую карту и/или тестируемую схему.

Для увеличения входного сопротивления можно установить входные каскады с отдельным источником питания (не проверялось), в этом случае их нужно включать в калибровочную цепь.

Замеченые баги

Если часто нажимать на «Start» - «Stop» при очередном нажатии на «Start» может иногда не запустится. В этом случае нажмите на «Stop» и перезагрузите программу.

Скачать программу Zmeter.zip

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика