Вопрос о согласовании генератора с нагрузкой

[gms]

Добрый день, товарищи!

Возникла необходимость в проверке импульсного трансформатора на отсутствие КЗ витков. В статье http://cxem.net/izmer/izmer26.php вычитал методику диагностики, суть которой в том, чтобы на обмотку трансформатора подавать с генератора сигнал, а осциллографом по форме сигнала определять исправность трансформатора.

Вооружившись осциллографом Siglent SDS2202, в котором есть встроенный DDS генератор, я провел эксперимент. Затем углубился в изучение возможностей пары генератор-осциллограф при анализе работы электронных компонентов, выяснил, что для того, чтобы оценивать результаты измерений (например скорость работы транзисторов, оценивать длительность фронтов и т.п.) необходимо согласовывать нагрузку генератора. Я прочитал массу тем на форумах, некоторые статьи, случаи из практики радиолюбителей и окончательно завяз. А завяз я потому, что не хватает знаний в вопросах согласования, может быть даже каких-то базовых знаний не хватает. Все объяснения, найденные мной очень сложны в понимании (даны языком специалистов, обладающих высоким уровнем знания этих процессов, а я таким уровнем знаний не обладаю). Гораздо проще (для меня), когда объяснением служит конкретный пример из практики.
Кроме того, в процессе изучения материала, я понял, что из за своей некомпетентности, мог спалить выход генератора выбросами с трансформатора (с генератора поступал сигнал 5V от пика до пика, а в момент попадания в резонанс, осциллограф фиксировал размах порядка 40V).

Перехожу к сути вопроса - пожалуйста, помогите мне на конкретном примере понять как правильно согласовывать нагрузку для двух случаев:
1) Чтобы просто не спалить выход генератора
2) Чтобы не только не спалить его выход, но и чтобы полученным на осциллографе результатам измерения можно было верить (не оценочно, а точно).

Приведу два таких практических примера:
1) Нужно проверить трансформатор или катушку индуктивности
2) Нужно проверить быстродействие оптопары (допустим время отклика), сравнив ее характеристики с приведенными в Datasheet.

И еще, в характеристиках генератора в моем осциллографе указано:
To Set Output Load Press the Wave Gen button on the front panel to enter the WAVEFORM function menu.
Press the Setting softkey to enter the SETTING function menu.
Press the Output Load softkey to select High-Z or 50Ω.
The output load of the Wave Gen must match with the oscilloscope, or the amplitude of the signal will be incorrect.

Мне непонятно что значит и для чего служит параметр High-Z. В каких случаях я должен выбрать его, а в каких 50 Ом?

Прошу прощения за такой объем текста. Хочется надеяться, что этот вопрос будет интересовать не только меня.

[barby67]

Вот:http://proavr.narod.ru/soglasie.htm прекрасный материал.

[gms]

barby67, благодарю Вас за ссылку! Прочитал все, от начала до конца. Материал действительно прекрасный и полон практических примеров и достаточно подробный. Однако к сожалению в моем случае не принес мне понимания ни на один из поставленных вопросов, т.к.:
1) Не смотря на то, что автор с самого начала пишет о том, что

В радиочастотных устройствах на первое место выходит задача передачи максимальной мощности от источника сигнала к приемнику - это возможно при согласованности приемника и передатчика.
Приемник и передатчик я буду рассматривать в широком смысле:
- приемник это то, что принимает сигнал ....
- передатчик это то, что передает сигнал

Фактически, автор дает материал именно про согласование радиочастотных трактов, транзисторов в этих трактах, усилителей и т.п., но не про согласование именно нагрузки генератора (вероятно, сходство и есть, но мне оно непонятно).
2) Внутренне я где-то соглашусь, что автор достаточно доступным языком излагает теорию расчетов цепей согласования, однако "заточенность" теории и примеров не под генератор, не позволило мне понять то, что изначально вызывало вопросы.

Очень надеюсь на помощь товарищей - радиолюбителей со стажем, которые смогут уделить мне время ответив на мои вопросы. Ведь форумы на то и существуют - обмениваться мнением, опытом. Коллективный разум .

[Пилот]

Высокое сопротивление (hihg Z - 1 МОм, полагаю) нужно для случаев без согласования, иначе включаете 50 Ом и нагружаете таким же сопротивлением. Согласование требуется если линия передачи является длинной, то есть длина линии больше или соизмерима с длинной волны. Дело в том что СВЧ генератор включенный без нагрузки испускает дым из выходных транзисторов и электролитов блока питания - волна отражается от разомкнутой линии и бежит обратно (про это в курсе электротехники пишут). Но чтобы проверить имп. трансформатор не нужна высокая частота, длина волны 100 кГц 3 км например, а вот на 100 МГц 3 м и тут уже придется делать согласование чтоб передать сигнал в пределах комнаты. Так что используйте 30-50 кГц и не мучайтесь (а в статье вообще звуковая частота). Ну а если боитесь перенапряжений можно трансил включить на вход, главное чтоб трансил от напряжения создаваемого генератором не открылся, иначе КЗ.
ПС: генератор, транзистор или еще что все равно, можно абстрагироваться до двух коробочек с определенными импедансами

[noise1]

Высокое входное сопротивление приборов требуется в случае измерения, когда нельзя нагружать элементы тракта. На пример при настройке контуров или когда смотрите прохождение сигнала в работающем приборе, когда измеряете напряжение в каскадах усиления. Например Вы измеряете напряжение на затворе полевого транзистора. Согласование требуется, когда измеряете тракты в режиме бегущей волны, поэтому на ВЧ и нет измерений по напряжению, измеряется мощность.


Траесил, это что такое, Вы Госстандарт и имеете право на введение новых терминов и определений или все с точностью до наоборот?
ЫЩО один "ВУМНЫЙ".

[Леонид Иванович]

Для генератора установка High-Z или 50Ω ничего в нем самом не меняет, выходной импеданс генератора всегда 50Ω. Меняется лишь масштаб отображения на дисплее выходного напряжения и смещения - при установке 50Ω все значения делятся на 2.

В более продвинутых генераторах имеется установка произвольного значения импеданса нагрузки. Сделано это для того, чтобы при известной нагрузке на дисплее индицировалось реальное напряжение на этой нагрузке с учетом выходного импеданса генератора 50Ω.

[gms]

Товарищи, прошу прощения за молчание. Только что из командировки вернулся.

Ну хорошо, попробую задать вопрос по-конкретнее.

А если нужно проверить быстродействие оптопары (допустим время отклика), сравнив ее характеристики с приведенными в Datasheet или если стоит задача по снятию вольт-амперной характеристики диода (или транзистора). Как тогда быть? Нужно ли согласование генератора с нагрузкой? Как его выполнить? Может быть Вы сможете помочь мне разобраться с этим вопросом? Сразу хочу уточнить, что именно таких задач передо мной сейчас не стоит, я просто на конкретных примерах хочу понять как я могу это делать и полученный опыт уже применять в конкретных задачах в будущем.

Заранее благодарен!

[SmarTrunk]

Если Вы соединяете генератор и измеряемое устройство, и частота достаточно высокая либо меандр имеет крутые фронты, и Вы не хотите, чтобы фронты "затянулись" (стали пологими) или на фронтах возникли выбросы, то нужно, чтобы линия передачи была согласована. Т.е. коаксиальный кабель с согласованной нагрузкой на конце (около 50 Ом должна быть суммарная нагрузка).

В крайнем случае можно попробовать, без согласования, подключить на выход генератора проводами как можно более короткими.

[Леонид Иванович]

А если нужно проверить быстродействие оптопары (допустим время отклика), сравнив ее характеристики с приведенными в Datasheet или если стоит задача по снятию вольт-амперной характеристики диода (или транзистора). Как тогда быть? Нужно ли согласование генератора с нагрузкой?

В примерах приведены медленные процессы, про согласование можно не думать.

[gms]

то нужно, чтобы линия передачи была согласована.

В том то и весь вопрос - как нужно рассчитать согласованную нагрузку и как физически ее подключить? Просто резистор параллельно схеме, последовательно, или конденсатор и индуктивность или еще как-то. То, что нужно, чтобы линия передачи была согласована я понимал и ранее, именно по этому я и обратился на форум, чтобы понять КАК это сделать. Именно практически.



Уважаемый Леонид Иванович, Ваш ответ мне понятен. Единственное уточню два момента:
1) Можно считать процессы медленными до частоты 50 MHz? Если нет, то до какой частоты (условно, конечно) можно считать процесс медленным, чтобы не думать о согласовании?
2) При подключении на выход генератора очень низкоомной нагрузки (например катушка индуктивности с небольшим количеством витков), есть ли риск перегрузить выход генератора и в итоге повредить его? Если риск есть, то подскажите, пожалуйста, как обезопасить генератор? Может быть нужно последовательно с нагрузкой включать сопротивление, либо как то еще?

[Gudd-Head]

Процессы-хуесы...
Линию надо согласовывать когда она становится сопоставима с длиной волны сигнала.

[Andrew Martin]

Процессы-хуесы...
Линию надо согласовывать когда она становится сопоставима с длиной волны сигнала.

Длина волны сигнала?
Скажите-ка уважаемый, какая длина волны у меандра частотой 100кГц с временем нарастания фронтов 3нс?

[White_Pit]

Обычно, если волновое сопротивление нагрузки очень больше выходного сопротивления генератора, достаточно использовать заглушку с волновым сопротивлением равным выходному сопротивлению генератора. Подключается она к выходу генератора через тройник. Когда есть основание предполагать что волновое сопротивление нагрузки меньше выходного сопротивления генератора, используют последовательное с выходом генератора включение резистора с сопротивлением, равным выходному сопротивлению генератора.

[Hazagarov]

Товарищ SmarTrunk всё верно сказал.
Согласовывать высокоомный вход, да, параллельно резистором. Но надо моделить конструкцию на предмет КСВН, если критичны параметры фронта, и понимать также, что линия от резистора до приёмного устройства будет несогласованной + то, что реактивное сопротивление самого приёмника всё равно Вам сильно испортит КСВН начиная с определённых частот (для относительно низкочастотных тем более импульсных устройств это запросто могут оказаться несколько единиц уже на гиге). Для примера, КСВН досогласованного резистором входа АЦП ADS5474 к 2-ум гигам уходит за 2. Или, например, c буферами SN74LVC1G17DBVR за гигом уходит уже в несколько единиц.

А ещё надо учитывать то, что генератор практически наверняка имеет на нескольких сотнях МГц плохой КСВН. Впрочем по факту там DDS и ЦАП, значит от него не стоит всерьёз ожидать чего-либо внятного за половиной частоты дискретизации.

[White_Pit]

Ну и допустим. Согласовали линию 50 ом с генератором и нагрузкой, swr = 1 (идеальный случай). Подключили на один конец линии осциллограф с Rвх = 1 мегаом. И все поехало. Т.к. в систему "генератор - линия - нагрузка" был добавлен неучтенный элемент.

[Hazagarov]

Резистивный делитель мощности, согласование по входу осциллографа и всё в порядке (с точностью до тех самых реактивных составляющих). Или щуп (высокоомный с высокоомным входом) на вход устройства непосредственно. Ничего не поплыло с точностью до реактивностей и прочая. В зависимости от цели измерений. Цель согласования, как правильно было замечено - согласовать линию.