Měření LC obvodů s AD8302
Univerzální VF měřicí přístroj s AD8302 a RP2040 umožňuje měření cívek, kondenzátorů, rezonančních obvodů a filtrů. Software v Pythonu je volně ke stažení.
Úvod
Představený přístroj řeší častý problém radioamatérů – přesné měření indukčností a kapacit ve VF pásmu. Levné čínské měřiče obvykle pracují na nízkých kmitočtech a jejich metoda není ideální. Tento analyzátor využívá obvod AD8302 pro současné měření poměru amplitud a fázového rozdílu mezi dvěma signály, což umožňuje charakterizovat součástky i celé obvody.
Hardware
Základem je mikrokontrolér RP2040 (deska s USB), který komunikuje s počítačem a řídí měření. Signál generuje externí syntezátor s rozsahem až desítek MHz (použitelný cca do 30 MHz). Jeho výstup je zesílen, aby dosáhl potřebné úrovně pro AD8302. Měřicí obvod AD8302 porovnává dva vstupy a poskytuje napětí úměrná poměru amplitud a fázovému posunu. Tyto signály snímá 4kanálový 16bitový ADC. Na desce jsou tři hlavní konektory pro připojení různých přípravků a čtvrtý pro ovládání relátek či externího zesilovače.
Měřicí přípravky
Přípravek pro LC měření
Měřená součástka (cívka nebo kondenzátor) je zapojena do odporového děliče. Známé rezistory v děliči jsou přepínány relátky, aby impedance měřené součástky vždy ležela v optimálním rozsahu detektoru – používají se hodnoty od 50 Ω do 5 kΩ. Software automaticky vybere vhodný rozsah a provede měření. Stav relátek indikují LED.
Přípravek pro rezonanční obvody a filtry
Aby rezonanční obvod nebyl zatlumen, je vstup vybaven vysokou impedancí (odpor 1 MΩ, vstupní zesilovač s JFET). Vazba na měřený obvod je velmi volná (často jen parazitní kapacitou na desce). Měří se přenos a fáze, což umožňuje vykreslit rezonanční křivku, najít rezonanční kmitočet a šířku pásma. Stejný princip lze použít pro měření filtrů nebo zesilovačů.
Software a kalibrace
Program je napsán v Pythonu a komunikuje s RP2040 přes USB. Umožňuje:
- volbu rozsahu odporů (50 Ω, 500 Ω, 5 kΩ) a automatické nalezení optimálního rozsahu,
- nastavení frekvenčního rozsahu sweepu,
- kalibraci: zkrat, naprázdno a tři známé zátěže (přesné odpory, jejichž hodnoty se zadají do softwaru),
- měření frekvenční odezvy s kurzory a výpočtem šířky pásma pro pokles –3 dB (např. 92 kHz u rezonančního obvodu na 7 MHz),
- zobrazení předchozí stopy pro porovnání.
Software je volně dostupný na GitHubu: pico-impedance-analyzer. Repozitář obsahuje i popis zapojení pinů, takže je možné přístroj zopakovat.
Závěr
Modulární koncepce s jednotnou základní deskou a výměnnými přípravky dělá z přístroje univerzální nástroj pro VF laboratoř. Díky otevřenému softwaru a běžně dostupným modulům si jej může postavit každý, kdo potřebuje přesně měřit indukčnosti, kapacity nebo charakterizovat rezonanční obvody.