再发一些体会。
一、这个表的准确度。
还算不错。咋说呢?就是差不多优于10%的意思(后面再说为啥叫差不多)。试想大多数商品的高频仪器也是这个量级,更何况这是个超级廉价的方案,很不错了。想优于1%?也许可能大概只有专业矢网才能做到,比如以前hp的。
可以这样试验下表的准确度,在5、10和20mhz选3个点:
1、测量10-1000欧的电阻。我们会发现它的实部指示在元件标称值的10%左右,还发现元件在不同频率下呈现微小的电抗特性,低阻值电阻大约呈感性,高阻值电阻大约呈容性,与我们的日常体验很接近。比如120欧1/4瓦金属膜电阻,显示为110欧+0.02uh,差不多吧?但是如果待测元件小于10欧,那就不太可信了,因为表的实部始终有个5欧姆左右的“本底电阻”,后面说。
2、测量3-330p的npo小电容。基本显示虚部贴近元件标称值的10%,但实部指示偏大,后面再说。测量其他的电容,比如瓷片的独石的电解的,那就因电容而异了,这些可以自己尝试。
3、测量一些乱七八糟的电感元件。依据电感元件的型号不同结果很乱。从元件特性上判断,表的显示还是相当可信性的。比如自己在1/4w高阻值金属膜电阻上用漆包线密绕10圈,得到一个大约160nh的电感;市售几个uh的色码电感在不同频率下感抗有20-30%的变化;市售开关电源用220uh“工字芯”电感在10mhz呈现几十欧姆电阻与十几pf电容的串联特性。这些也差不多吧?但实部指示还是偏大,还是后面说。
二、这个表的系统误差。系统误差就算是设计的缺陷吧,不改动电路自己很难克服的那种。就是说不必为此耽误时间,待电表装成以后再慢慢琢磨改进。
1、校准问题。pa1are设计有上电自校准的功能,方法是按住旋转开关再通电。可惜功能不太全面,它只设计了“校开路”,没有校“短路”。这样导致小电阻的测量出现问题。这就是前面说的“本底电阻”、“实部偏大”。我的理解不见得对,但一般仪表在测量极限的两端都会呈现较大的误差,想必这个电路也不会例外,所以分别“校开校短”是必要的。
2、不同频率下的准确度问题。制作时我们会发现ne602在15mhz以上时混频特性变差,输出幅度下降。这些在较高频率上还是有所表现的,主要是指示值的跳动变大。有趣的是原作者提供了一个滑动平均窗口大小的设置功能,很可能说明作者也发现了这个问题,此功能用来改善之。但最好是它不要跳,呵呵。好在测量的准确度下降不大,还是能用的。这就是前面说的“差不多优于10%”。
3、其他系统误差。为了节省ne602,原作者使用了4个开关二极管。这个设计很聪明,但也带来不好克服的误差。且不说二极管直流偏置电阻对信号分流的影响,我们知道电路中那些混频器的输出不可能调得很一致,用二极管把它们切换到最终同步检波器就会导致iq两个通道测量结果不一致。虽然适度增加混频器的输出幅度有所改善,但不能根本解决。对同步检波器的输入端实施切换虽然影响较小,但这样的多路复用也是太过聪明了。更愚一些的做法是对各环节分别设置校正环节、尽量多用ne602,少用电子切换,反正ne602也不贵。想必原作者使用ba592也是试图降低电子开关的内阻,减小直流偏置电阻对电路的影响。可我觉得这不是根本之道。
三、调试的一点儿经验。
1、照单装电路,没有的元件就尝试代换,参见以前的帖子。还好我的那些代换基本成功。
2、先调试单片机,以液晶屏显示正常为准。其实没什么可调的,注意烧写芯片前检查一下熔丝位,8mhz内部振荡器、内部时钟8分频配好即可。这个单片机工作频率是1mhz。
3、调试锁相环。先脱开单片机,外加vco的控制电压,检查从0.5-4v,振荡频率覆盖49-78mhz即可。加上单片机,检查从1-30mhz应该都不失锁。如果不行就适当调整线圈的间距。如果需要更纯的输出,就把那个100p的环路电容改成1000p的。我试验用6v为锁相环和hf板供电,完全可行。这是因为bb212不好找,我用两支1sv147并联代换而做的。
4、调试混频器。先脱开单片机,从两个正交混频器的射极跟随器的输出端取信号加入示波器,调整那个瓷片微调电容,让两个混频后的信号为90度正交。在10mhz调整,示波器打开20mhz的内部低通以使波形平滑,使用10ns的时基很容易从屏的刻度上观察。如果不灵,就把超前通道的移相电容改成30p的。再不行就在瓷片微调上并电容。注意调好后两个正交信号不一定等幅,视情况再改变超前和之后两个电容的比值,使输出尽量一致,反正别超过10%。
5、最后的“统调”。在10mhz调整vco缓冲器的电位器,使测量端口开路时输出600mvp-p,600毫伏峰-峰值的信号。按住旋编上电进行自较。在测量端口加上51欧电阻,调整同步检波器的电位器,使显示器指示51欧左右的实部阻抗。然后从1000欧到10欧反复测量摸索规律,微调那个电位器,保证在整个测量范围内维持10%以内的误差即可。至此调整完毕。频率超过20mhz测量高阻抗失准是正常的,大概还是分布参数问题,也包括输出质量下降吧,我想。
时间有限,没有做更多的试验,就算大体如此吧,供朋友们参考。