Pomiar mocy
w.cz. - jeden z najważniejszych pomiarów dla konstruktora urządzeń
QRP – możemy - na szczęście wykonać w bardzo prosty sposób,
używając diodowego detektora i miernika uniwersalnego. 

Na schemacie
jest pokazany diodowy detektor szczytowy, któym można mierzyć z
zadawalającą dokładnością moce poziomu od setek miliwatów do 10W,
przy częstotliwościach do 30MHz.


    
      

Opis układu:

Ro – obciążenie rezystancyjne 50om (zintergrowane z detektorem lub osobne)
D1 – dioda szybka (Vrrm>=70V lub 2 diody szeregowo Vrrm>35V) 
     krzemowa: 1N4148, 1N914, BAW62, BAS32,...
     Schottky: BAT41, BAT46, BAS70, HP2800, 1N5711,  zalecane do pomiaru mniejszych mocy
     ostrzowa: 1N60, AAPxxx, AAY37 (zabytki)
C1, C2 - kondensatory 1-100nF/100V ceramiczne
R1, R2 - rezystory 5-22k separujące miernik
Przy zastosowaniu rezystorów na obu biegunach wyjścia,  można tym detektorem
mierzyć również napięcia na wyjściach symetrycznych. Rezystory chronią też
miernik cyfrowy przed wpływem napięcia w.cz., które może spowodować błąd pomiaru.
                                                   
   

    
Napięcie Udc, mierzymy woltomierzem napięcia stałego o dużej rezystancji
wewnętrznej. Wartość Udc odpowiada napięciu szczytowemu w.cz. Um na
rezystorze Ro, pomniejszonemu o napięcie przewodzenia diody. Moc w.cz
w zależności od Udc wyraża się więc wzorem:


P= U2 / Ro = Um2 / 2Ro = (Udc+Vf)2 /  2Ro  



U –napięcie skuteczne na wejściu, Um – napięcie szczytowe na
wejściu, Udc – napięcie stałe mierzone woltomierzem, Vf –
napięcie przewodzenia diody, Ro – rezystancja obciążenia w.cz.


Uwzględnienie wpływu diody przez wprowadzenie napięcia przewodzenia Vf
jest pewnym uproszczeniem, akceptowalnym dla napięć powyżej kilku woltów.
Wartość Vf zależy od typu użytej diody i rezystancji wewnątrznej Ri
woltomierza. Można przyjmować Vf=0,25-0,3V dla diod krzemowych,
Vf=0,1-0,15V dla diod Schottky'ego i ostrzowych, jeżeli używamy
voltomierza cyfrowego o rezystancji wewnętrznej 10Mom.
Jeżeli używamy woltomierza o mniejszej rezystancji wewnętrznej lub, po
prostu mikroamperomierza z rezystorem szeregowym, to napięcie Vf
będzie większe, ze względu na większy prąd płynący przez diodę. Vf
może osiągać 0,5V dla diod krzemowych i 0,3V dla Schottky'ego i
ostrzowych.
Zamiast szacować napięcie przewodzenia diody lepiej wykonać skalowanie
detektora. Przy proponowanym układzie detektora szczytowego można
użyć do skalowania napięcia stałego. Przykładając do wejścia
detektora napięcie stałe Uidc symulujemy podanie napięcia w.cz. o
identycznej wartości szczytowej Um=Uidc odpowiadającego mocy
P=Uidc2/2Ro. Dla przykładu podanie na wejście napięcia
22,36V spowoduje takie wskazanie woltomierza jak sinusoidalne
napięcie odpowiadające mocy 5W na 50 omach.
Skalowanie
napięciem stałym pozwala rozszerzyć użyteczny zakres pomiaru mocy do
rzędu dziesiątek miliwatów, gdzie napięcia mierzone są porównywalne z
napięciem przewodzenia diod. W tym zakresie tylko wykonanie
skalowania zapewni nam wiarygodne wyniki.


Przy większych mocach (i napięciach) możemy nawet pominąć wpływ diody i
przyjmować wartość odczytaną z woltomierza wprost za wielkość
amplitudy sygnału w.cz. Powyżej mocy 1W na 50om błąd nie powinien
przekroczyć 5% dla diod krzemowych, jak pokazuje poniższa tabela:


















Przykład pomiaru mocy w.cz. z podstawieniem napięcia stałego.

Załóżmy, że przy pomiarze mocy w.cz. na rezystorze 51om, woltomierz cyfrowy
dołączony do detektora wskazał napięcie 12,5V. Odłączamy detektor od
rezystora 51om, podłączamy do zasilacza regulowanego i ustawiamy na
zasilaczu takie napięcie, aby woltomierz wskazał identyczną wartość
12,5V. Teraz mierzymy napięcie na wyjściu zasilacza, które wyniesie
np. 12,8V. Wobec tego moc w.cz. wydzielająca się na rezystorze 51om
była równa:             
                P=12,82 / (2*51)=1,61W.

Uwagi.

Pomiar detektorem szczytowym i obliczenia według podanych wzorów będą
dokładne jedynie dla przebiegu sinusoidalnego. Detektor ten reaguje
również na składową stała napięcia wejściowego. Zakres pomiaru napięć
można rozszerzyć stosując kilka diod połączonych szeregowo. 





Przykład
wykonania.
                         
                  

 
      



Detektor szczytowy wmontowany we wtyk BNC (w czarnej izolacji, po prawej),
dołączony przez trójnik do linii koncentrycznej z obciążeniem 50om/5W
oraz rezystor obciążający 50om / 5W ze złączem BNC – w zbliżeniu.



Tabela
mocy i napięć dla detektora szczytowego z diodą 1N4148.


Podano moc
na obciążeniu 50om, i teoretycznie wyliczone napięcie, jakie powinien
wskazywać woltomierz cyfrowy o rezystancji wewnętrznej 10Mom
dołączony do opisanego detektora z diodą 1N4148.
Przyjęto
Vf=0,25V.







































Marcin
Świetliński, SP5JNW
październik
2005.