2001.10 Radar kablowy, Projekty AVT
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
++
Projekty AVT
Radar
kablowy
,
,
,
czyli
zbuduj
własny
TDR
2606
Część
1
Przyrząd opisany w artykule pozwoli naocz−
nie zaobserwować wszystkie ważne zjawi−
ska, charakterystyczne dla techniki w.cz. Bę−
dzie pełnić rolę edukacyjną. Będzie też wy−
korzystywany praktycznie przez miłośników
techniki w.cz. na przykład do badania wła−
ściwości kabli, lokalizacji uszkodzeń w sie−
ciach kablowych, do pomiaru długości (zwi−
niętych) przewodów.
Projekt powstał wskutek licznych próśb
i pytań. Na przykład do Skrzynki Porad tra−
fiają pytania dotyczące kabli. Jedno z nich
dotyczyło możliwości zmierzenia rezystan−
cji falowej kabla antenowego za pomocą
miernika uniwersalnego. Pytano o sposoby
rozróżnienia kabla 50−omowego od kabla
75−omowego. Napłynęły też prośby o przed−
stawienie przyrządu pozwalającego lokali−
zować miejsca uszkodzenia kabla metodą
impulsową.
Oczywiście omomierzem i za pomocą
prądu stałego nie da się zmierzyć parame−
trów, które dają o sobie znać dopiero przy
wysokich częstotliwościach. Nie znaczy to,
że do pomiarów kabli antenowych i innych
konieczne jest specjalistyczne i kosztowne
oprzyrządowanie. Niniejszy artykuł prezen−
tuje proste urządzenie, które nie tylko pomo−
że zmierzyć rezystancję falową kabla, ale
i sprawdzić jego tłumienie, zlokalizować
ewentualne uszkodzenia i w niecodzienny
sposób... zmierzyć jego długość bez korzy−
stania z metrówki.
Nazwa
radar kablowy
wskazuje na zasadę
pracy. W literaturze fachowej przyrząd taki
nazywany jest TDR (time domain reflectome−
ter, reflektometr wdziedzinie czasu). Wbada−
ny kabel wpuszczany jest krótki, stromy im−
puls. Impuls ten wędruje w kablu z prędko−
ścią mniejszą od prędkości światła. Odbija się
od wszelkich przeszkód i do punktu wyjścia
wraca echo w postaci jednego lub kilku im−
pulsów. Obserwacja tych odbitych impulsów
przynosi wiele informacji o kablu, jego dłu−
gości i właściwościach elektrycznych.
Od razu trzeba wyjaśnić, że opisane
urządzenie nie ma obwodów obrazujących
wyniki. Współpracuje z oscyloskopem, na
którego ekranie pojawiają się odpowiednie
przebiegi.
Początkującym bardzo dziwna wyda się
informacja, że impuls w kablu odbija się od
jakichś przeszkód. Zjawiska falowe nie zga−
dzają się zintuicją, choć wprzyrodzie wystę−
puje wiele podobnych proce−
sów. Dla mniej zorientowa−
nych, w drugiej części artyku−
łu podano podstawowe infor−
macje o rezystancji falowej
kabla i zjawiskach w nim za−
chodzących przy przesyłaniu
sygnałów w.cz. Osoby, które
chcą poznać to fascynujące za−
gadnienie jeszcze bliżej, po−
szukają dalszych wyjaśnień
w książkach.
Opis układu
Zasadę działania reflektometru pokazuje
ry−
sunek 1
. Jak widać, cała sztuka polega na
wytworzeniu bardzo krótkich impulsów,
wpuszczeniu ich wlinię iobejrzeniu powsta−
łego echa. Większość roboty wykonuje tu fa−
bryczny oscyloskop, który pokazuje przebie−
gi w linii.
Schemat ideowy generatora impulsów
można zobaczyć na
rysunku 2
. Jest to kla−
syczny generator z inwertorami U1E, U1F.
Kondensatory C3...C6 odprzęgają zasilanie.
Częstotliwość przebiegu wynosi około
1MHz. Nie jest to wartość krytyczna; można
ją zmieniać przez dobór C1, R2. Krótkie im−
pulsy oczasie trwania około 5ns uzyskuje się
wobwodzie C2R3. Impulsy te ukształtowane
przez inwerter U1D są podawane na negato−
ry U1A...U1C, które pełnią rolę buforów,
Rys. 1 Zasada działania reflektometru
Elektronika dla Wszystkich
13
Projekty AVT
. Pozwoli to dopa−
sować się do wszelkich kabli.
Aby uzyskać potrzebną rezystancję, trze−
ba nałożyć jumperki na odpowiednie kołki.
Rewelacyjnie małe czasy trwania i nara−
stania impulsów uzyskano tu dzięki zastoso−
waniu bardzo szybkiego układu scalonego
z serii 74ACxx.
Uwaga! W układzie należy zastosować
bardzo szybkie kostki 74AC04, ewentualnie
74ACT04. Gdyby ktoś chciał spróbować wy−
korzystać bipolarne układy 74F04 czy 74S04,
musi we własnym zakresie sprawdzić, czy bę−
dą one pracować przy tak dużych wartościach
rezystorów iewentualnie dobrać wartości ele−
mentów. Tylko tak szybkie układy zapewnią
impulsy o czasie trwania rzędu 4...5ns. Po−
wszechnie dostępne, wolniejsze układy
74HC04, 74HCT04, 74LS04 czy 7404 na
pewno nie wygenerują tak krótkich impul−
sów. Przy próbie ich zastosowania należy sa−
modzielnie dobrać wartości elementów, by
uzyskać możliwie najkrótsze impulsy.
Ω
Fot. 1
Połączenie zoscyloskopem zapewnia kilku−
centymetrowy odcinek przewodu zakończony
wtykiem BNC. W przypadku tego typu urzą−
dzenia przewód połączeniowy musi być jak
najkrótszy, by jego wpływ był jak najmniejszy.
Dlatego też nie przewidziano specjalnego gnia−
zda czy zacisków do podłączenia badanego ka−
bla. Żyły badanego kabla lutuje się do punktów
oznaczonych A, O1. Szczegóły można zoba−
czyć na
fotografii wstępnej
i
fotografii 1
.
Do testowania modelu wykorzystano wie−
kowy oscyloskop produkcji byłego ZSRR
o gwarantowanym paśmie przenoszenia
50MHz. Pasmo w rzeczywistości jest znacz−
nie szersze, bo na ekranie dobrze widoczne
były impulsy o czasie trwania około 5ns.
Trzy fotografie pokazują sygnał w grubym
50−omowym kablu współosiowym (średnica
zewnętrzna 10m, długość 6,88m), gdy rezy−
stancja wyjściowa generatora wynosiła 50
był dopasowany z obu stron. Wyraźnie widać
impuls wysyłany wkabel. Odbicia są znikome
– energia impulsu została przekazana do rezy−
stora obciążenia.
Fotografia 3
pokazuje prze−
bieg, gdy drugi koniec kabla był rozwarty.
Oprócz wysłanego impulsu wyraźnie widać
impuls odbity od końca kabla. Ma on taką sa−
mą biegunowość, jak impuls pierwotny. Od−
wrotną biegunowość ma impuls odbity, gdy na
końcu kabla żyły były zwarte. Teraz odbity
impuls jest ujemny – patrz
fotografia 4
.
Fotografie 2...4 pokazują przebiegi przy
najszybszej podstawie czasu 0,1us/dz. Użyty
oscyloskop pozwala dodatkowo 10−krotnie
rozciągnąć przebieg na ekranie przez zwięk−
szenie wzmocnienia wzmacniacza odchylania
poziomego, dzięki czemu uzyskuje się czas
10ns/działkę.
Fotografia 5
pokazuje przebieg
z rysunku 3 przy tej rozciągniętej podstawie
czasu. Jak widać, odstęp między impulsami
wynosi około 70ns (oscyloskop nie był przed
pomiarem kalibrowany). Impuls podróżuje
przez długość kabla tam i z powrotem
(13,76m), co wskazuje, że prędkość impulsu
w kablu wynosi około 200 000km/s
(v = 13,76m/ 70ns).
Gdyby oscyloskop został wcześniej skali−
browany za pomocą generatora kwarcowego,
dokładność pomiaru prędkości byłaby znacz−
na, błąd nie przekraczałby 2...3%.
Montaż i uruchomienie
Układ można zmontować na małej płytce
drukowanej, pokazanej na
rysunku 3
. Układ
prawidłowo zmontowany ze sprawnych ele−
mentów pracuje od razu inie wymaga żadnej
regulacji. Ze względu na szybkość układu
scalonego i parametry potrzebnych przebie−
gów, płytka drukowana została zaprojekto−
wana tak, żeby zminimalizować zagrożenia
charakterystyczne dla tak szybkich urządzeń.
Kondensator C3 (1nF ceramiczny) miał być
lutowany wprost do końcówek 7, 14 układu
calonego. W modelu pokazanym na fotogra−
fiach nie zastosowano kondensatora C3
i układ pracował poprawnie.
,
czyli kabel był dopasowany z jednej strony
(od strony generatora).
Fotografia 2
pokazuje
przebieg, gdy na drugim końcu dołączono
najzwyklejszy rezystor 51
Ω
Rys. 2 Schemat ideowy
Ω
, czyli gdy kabel
Rys. 3 Schemat montażowy
14
Elektronika dla Wszystkich
zapewniając małą rezystancję wyjściową ge−
neratora impulsów. Na wyjściu otrzymuje się
impulsy dodatnie względem masy. Sieć rezy−
storów R4...R11 i zworek J1...J8 pozwala
uzyskać rezystancję wyjściową generatora
wzakresie około 5...2,2k
Projekty AVT
Kolejne trzy fotografie pokazują analo−
giczne przebiegi dla... zwykłego kabla gło−
śnikowego 2x2,5mm
2
o długości 4,4m. Tym
razem podstawa czasu była rozciągnięta
imiała szybkość 10ns/dz. Opóźnienie odbite−
go impulsu wyniosło, jak widać, około 40ns,
co wskazuje, że prędkość impulsu w tym ka−
blu jest nieco większa i wynosi około
220000km/s.
Fotografie 6 i 7
pokazują przebiegi przy
zwarciu i rozwarciu drugiego końca kabla.
Przebieg z
fotografii 8
praktycznie nie za−
wiera odbicia. Powstał on przy dołączeniu do
końca przewodu rezystora 140
kowego). Choć tego typu przewody nie są
wykorzystywane w technice w.cz. ze wzglę−
du na duże tłumienie i podatność na zakłóce−
nia, nie należy się dziwić, że kabel „m.cz.“
ma właściwości typowe dla elementów w.cz.
Każdy kabel ma jakąś oporność falową i tłu−
mienność. Wtechnice w.cz. wykorzystuje się
przewody, które mają optymalne właściwo−
ści w pożądanym paśmie częstotliwości (do−
kładnie określoną rezystancję falową, nie−
wielkie tłumienie iodporność na zakłócenia).
Tu widać, iż opisany przyrząd doskonale
nadaje się do oznaczania oporności falowej
kabla. Jest to zadanie niezwykle proste: do
wolnego końca kabla należy dołączać różne
rezystory, by uzyskać sygnał bez odbić. Jeśli
po dołączeniu rezystora impuls odbity jest
dodatni, wartość rezystora należy zmniej−
szyć. Jeśli odbity impuls jest ujemny, rezy−
stancja dopasowania jest większa. Jeśli
wprzebiegu nie widać odbicia, dołączona re−
zystancja jest równa oporności falowej kabla.
Ten prosty sposób pozwoli też szybko
i pewnie sprawdzić, czy dany kabel koncen−
tryczny ma rezystancję charakterystyczną
50
Fot. 6
. Taką war−
tość dobrano eksperymentalnie itaka właśnie
jest oporność falowa badanego kabla (głośni−
Ω
Fot. 7
.
Przy niedopasowaniu na dalekim końcu
kabla dadzą też o sobie znać ewentualne
odbicia związane z niedopasowaniem opor−
ności wyjściowej generatora. Przebieg poka−
zany na
fotografii 9
wystąpił, gdy rezystan−
cja wyjściowa generatora wynosiła 2,2kΩ,
a daleki koniec kabla był rozwarty (oczywi−
ście impulsy był małe i trzeba było zwięk−
szyć czułość oscyloskopu). Badany był
wspomniany 50−omowy kabel współosiowy
odługości 6,88m. Wtakiej sytuacji obustron−
nego niedopasowania impuls odbija się wie−
lokrotnie od obu końców kabla i przebieg
przypomina grzebień.
Fotografia 10
pokazu−
je sytuację, gdy rezystancja wyjściowa gene−
ratora była bliska zeru (punkt A został połą−
czony kawałkiem drutu z wyjściami bramek
U1A...U1C), a daleki koniec kabla też był
zwarty. Powstały grzebień pozwala ocenić
wielkość strat w kablu. Jeśli kolejny impuls
jest zdecydowanie mniejszy od poprzedniego,
wtedy straty w kablu są duże. Gdy impulsy
maleją wmniejszym stopniu, straty wkablu są
mniejsze. Wystarczy więc zbadać wten sposób
odcinki kilku różnych kabli ojednakowej dłu−
gości, by przekonać się, który z nich będzie
najmniej tłumił sygnał w.cz.
Opisany przyrząd może oddać nieocenione
usługi przy poszukiwaniu uszkodzeń w sie−
ciach kablowych, na przykład komputerowych
sieciach LAN. Gdy wszystko jest dopasowane,
nie powinny występować odbicia. Każde roz−
warcie, zwarcie, czy nawet niejednorodność
wkablu spowodują powstanie odbicia, którego
biegunowość i opóźnienie względem impulsu
pierwotnego wskazują na charakter uszkodze−
nia iodległość od generatora. Kilka pomiarów
pozwoli szybko znaleźć uszkodzenie nawet
w rozbudowanych sieciach.
czy 75
Ω
Fot. 2
Fot. 3
Fot. 8
Fot. 9
Fot. 4
Fot. 5
Fot. 10
Elektronika dla Wszystkich
15
Ω
Projekty AVT
s odstępu między impulsami wskazuje, iż
kabel ma 100...110m długości (lub że w tej
odległości od początku kabla znajduje się ja−
kieś uszkodzenie).
Ponieważ prędkość rozchodzenia się fali
jest odmienna w różnych kablach, uzyskana
dokładność zależy od znajomości tej prędko−
ści. W praktyce oznacza to, że trzeba prze−
prowadzić próby z odcinkami różnych kabli
oznanej długości, co potem pozwoli określić
długość lub odległość od miejsca uszkodze−
nia z dużą dokładnością.
ratora, stosując C1 o wartości
470pF...1nF. Trzeba też przez
zwiększenie R3 zwiększyć dłu−
gość impulsu, by był on widocz−
ny na danym oscyloskopie.
Potem wtrakcie testów należy
wykorzystywać kable o długości
co najmniej 5m. Do pierwszych
prób warto wziąć kabel koncen−
tryczny (antenowy), który gwa−
rantuje mniejsze tłumienie impul−
sów niż kable symetryczne.
Dla osób, które chciałyby
praktycznie wykorzystać taki
reflektometr przydatne też będą
następujące informacje:
Długość impulsu wpuszcza−
nego w kabel i stromość jego
zboczy powinny być związane
z długością kabla i jego tłumie−
niem. Do krótkich, kilkumetro−
wych kabli i precyzyjnych po−
miarów potrzebne są krótkie im−
pulsy o stromych zboczach.
Do pomiarów krótkich kabli wystarczą
króciutkie, nanose−
kundowe impulsy.
Jeśli rozdzielczość
ma wynosić 1m,
czasy narastania
i opadania impulsu
muszą być mniejsze
niż 10ns. To akurat
nie jest trudne do
spełnienia. Kostki
z rodzin 74AC,
74ACT, 74F mają
czasy narastania
iopadania rzędu kil−
ku nanosekund.
Do kabli dłu−
gich, zwłaszcza
o dużych stratach,
impulsy powinny
być dłuższe. Do po−
miaru kabla o dłu−
gości kilku czy kil−
kunastu kilometrów
potrzebny będzie
impuls o czasie
trwania rzędu 1us.
Krótszy miałby za
małą energię, by
można było zaob−
serwować impuls
odbity, poważnie
stłumiony po dwu−
krotnym przejściu
tak dalekiej drogi.
Zwykle amplitu−
da wysyłanych im−
pulsów jest rzędu
Możliwości zmian
Uwaga! Posiadacze najtańszych oscylosko−
pów o paśmie rzędu 10MHz nie będą mogli
zaobserwować na ekranie 5−nanosekundo−
wych impulsów. Nie znaczy to, że wykona−
nie podobnych pomiarów jest niemożliwe.
Trzeba tylko zmniejszyć częstotliwość gene−
Rys. 4 Układ pierwotny
REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA
Rys. 5 Płytka drukowana
1...5V. Zbyt mała amplituda może uniemożli−
wić obserwację echa w instalacjach, gdzie
występują szumy izakłócenia. Gdyby zkolei
wytwarzane impulsy miały dużo większą
amplitudę, mogłyby zakłócać pracę innych
urządzeń.
Podczas przygotowywania artykułu na po−
czątek został zaprojektowany generator
z układem scalonym 74AC14 (sześć inwerte−
rów zwejściem Schmitta) według
rysunku 4
.
Zaprojektowano płytkę drukowaną, pokazaną
na
rysunku 5
. Ze względu na chwilowe kło−
poty ze zdobyciem układu 74AC14 układ ten
nie został wykonany i przebadany – szybko
powstał opisany w artykule generator z kost−
ką 74HC04. Kto chciałby sprawdzić genera−
tor według rysunku 4, może zmontować go
choćby w “pająku”, pamiętając o odsprzęga−
niu zasilania ikrótkich połączeniach. Zamiast
sieci rezystorów wyjściowych można zasto−
sować potencjometr (220
lub 470
Ω
8 numerów za darmo w prenumeracie − strona 75
16
Elektronika dla Wszystkich
Znając prędkość rozchodzenia się fali
w kablu można obliczyć długość kabla czy
odległość od miejsca uszkodzenia na podsta−
wie czasu opóźnienia odbitego impulsu. Jako
punkt wyjścia można przyjąć informację, że
1
µ
), który
pozwoli dopasować się do badanej linii.
PiotrGórecki
Ciąg dalszy w n
astęp
nym numerze EdW.
Ω
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl charloteee.keep.pl
++
Projekty AVT
Radar
kablowy
,
,
,
czyli
zbuduj
własny
TDR
2606
Część
1
Przyrząd opisany w artykule pozwoli naocz−
nie zaobserwować wszystkie ważne zjawi−
ska, charakterystyczne dla techniki w.cz. Bę−
dzie pełnić rolę edukacyjną. Będzie też wy−
korzystywany praktycznie przez miłośników
techniki w.cz. na przykład do badania wła−
ściwości kabli, lokalizacji uszkodzeń w sie−
ciach kablowych, do pomiaru długości (zwi−
niętych) przewodów.
Projekt powstał wskutek licznych próśb
i pytań. Na przykład do Skrzynki Porad tra−
fiają pytania dotyczące kabli. Jedno z nich
dotyczyło możliwości zmierzenia rezystan−
cji falowej kabla antenowego za pomocą
miernika uniwersalnego. Pytano o sposoby
rozróżnienia kabla 50−omowego od kabla
75−omowego. Napłynęły też prośby o przed−
stawienie przyrządu pozwalającego lokali−
zować miejsca uszkodzenia kabla metodą
impulsową.
Oczywiście omomierzem i za pomocą
prądu stałego nie da się zmierzyć parame−
trów, które dają o sobie znać dopiero przy
wysokich częstotliwościach. Nie znaczy to,
że do pomiarów kabli antenowych i innych
konieczne jest specjalistyczne i kosztowne
oprzyrządowanie. Niniejszy artykuł prezen−
tuje proste urządzenie, które nie tylko pomo−
że zmierzyć rezystancję falową kabla, ale
i sprawdzić jego tłumienie, zlokalizować
ewentualne uszkodzenia i w niecodzienny
sposób... zmierzyć jego długość bez korzy−
stania z metrówki.
Nazwa
radar kablowy
wskazuje na zasadę
pracy. W literaturze fachowej przyrząd taki
nazywany jest TDR (time domain reflectome−
ter, reflektometr wdziedzinie czasu). Wbada−
ny kabel wpuszczany jest krótki, stromy im−
puls. Impuls ten wędruje w kablu z prędko−
ścią mniejszą od prędkości światła. Odbija się
od wszelkich przeszkód i do punktu wyjścia
wraca echo w postaci jednego lub kilku im−
pulsów. Obserwacja tych odbitych impulsów
przynosi wiele informacji o kablu, jego dłu−
gości i właściwościach elektrycznych.
Od razu trzeba wyjaśnić, że opisane
urządzenie nie ma obwodów obrazujących
wyniki. Współpracuje z oscyloskopem, na
którego ekranie pojawiają się odpowiednie
przebiegi.
Początkującym bardzo dziwna wyda się
informacja, że impuls w kablu odbija się od
jakichś przeszkód. Zjawiska falowe nie zga−
dzają się zintuicją, choć wprzyrodzie wystę−
puje wiele podobnych proce−
sów. Dla mniej zorientowa−
nych, w drugiej części artyku−
łu podano podstawowe infor−
macje o rezystancji falowej
kabla i zjawiskach w nim za−
chodzących przy przesyłaniu
sygnałów w.cz. Osoby, które
chcą poznać to fascynujące za−
gadnienie jeszcze bliżej, po−
szukają dalszych wyjaśnień
w książkach.
Opis układu
Zasadę działania reflektometru pokazuje
ry−
sunek 1
. Jak widać, cała sztuka polega na
wytworzeniu bardzo krótkich impulsów,
wpuszczeniu ich wlinię iobejrzeniu powsta−
łego echa. Większość roboty wykonuje tu fa−
bryczny oscyloskop, który pokazuje przebie−
gi w linii.
Schemat ideowy generatora impulsów
można zobaczyć na
rysunku 2
. Jest to kla−
syczny generator z inwertorami U1E, U1F.
Kondensatory C3...C6 odprzęgają zasilanie.
Częstotliwość przebiegu wynosi około
1MHz. Nie jest to wartość krytyczna; można
ją zmieniać przez dobór C1, R2. Krótkie im−
pulsy oczasie trwania około 5ns uzyskuje się
wobwodzie C2R3. Impulsy te ukształtowane
przez inwerter U1D są podawane na negato−
ry U1A...U1C, które pełnią rolę buforów,
Rys. 1 Zasada działania reflektometru
Elektronika dla Wszystkich
13
Projekty AVT
. Pozwoli to dopa−
sować się do wszelkich kabli.
Aby uzyskać potrzebną rezystancję, trze−
ba nałożyć jumperki na odpowiednie kołki.
Rewelacyjnie małe czasy trwania i nara−
stania impulsów uzyskano tu dzięki zastoso−
waniu bardzo szybkiego układu scalonego
z serii 74ACxx.
Uwaga! W układzie należy zastosować
bardzo szybkie kostki 74AC04, ewentualnie
74ACT04. Gdyby ktoś chciał spróbować wy−
korzystać bipolarne układy 74F04 czy 74S04,
musi we własnym zakresie sprawdzić, czy bę−
dą one pracować przy tak dużych wartościach
rezystorów iewentualnie dobrać wartości ele−
mentów. Tylko tak szybkie układy zapewnią
impulsy o czasie trwania rzędu 4...5ns. Po−
wszechnie dostępne, wolniejsze układy
74HC04, 74HCT04, 74LS04 czy 7404 na
pewno nie wygenerują tak krótkich impul−
sów. Przy próbie ich zastosowania należy sa−
modzielnie dobrać wartości elementów, by
uzyskać możliwie najkrótsze impulsy.
Ω
Fot. 1
Połączenie zoscyloskopem zapewnia kilku−
centymetrowy odcinek przewodu zakończony
wtykiem BNC. W przypadku tego typu urzą−
dzenia przewód połączeniowy musi być jak
najkrótszy, by jego wpływ był jak najmniejszy.
Dlatego też nie przewidziano specjalnego gnia−
zda czy zacisków do podłączenia badanego ka−
bla. Żyły badanego kabla lutuje się do punktów
oznaczonych A, O1. Szczegóły można zoba−
czyć na
fotografii wstępnej
i
fotografii 1
.
Do testowania modelu wykorzystano wie−
kowy oscyloskop produkcji byłego ZSRR
o gwarantowanym paśmie przenoszenia
50MHz. Pasmo w rzeczywistości jest znacz−
nie szersze, bo na ekranie dobrze widoczne
były impulsy o czasie trwania około 5ns.
Trzy fotografie pokazują sygnał w grubym
50−omowym kablu współosiowym (średnica
zewnętrzna 10m, długość 6,88m), gdy rezy−
stancja wyjściowa generatora wynosiła 50
był dopasowany z obu stron. Wyraźnie widać
impuls wysyłany wkabel. Odbicia są znikome
– energia impulsu została przekazana do rezy−
stora obciążenia.
Fotografia 3
pokazuje prze−
bieg, gdy drugi koniec kabla był rozwarty.
Oprócz wysłanego impulsu wyraźnie widać
impuls odbity od końca kabla. Ma on taką sa−
mą biegunowość, jak impuls pierwotny. Od−
wrotną biegunowość ma impuls odbity, gdy na
końcu kabla żyły były zwarte. Teraz odbity
impuls jest ujemny – patrz
fotografia 4
.
Fotografie 2...4 pokazują przebiegi przy
najszybszej podstawie czasu 0,1us/dz. Użyty
oscyloskop pozwala dodatkowo 10−krotnie
rozciągnąć przebieg na ekranie przez zwięk−
szenie wzmocnienia wzmacniacza odchylania
poziomego, dzięki czemu uzyskuje się czas
10ns/działkę.
Fotografia 5
pokazuje przebieg
z rysunku 3 przy tej rozciągniętej podstawie
czasu. Jak widać, odstęp między impulsami
wynosi około 70ns (oscyloskop nie był przed
pomiarem kalibrowany). Impuls podróżuje
przez długość kabla tam i z powrotem
(13,76m), co wskazuje, że prędkość impulsu
w kablu wynosi około 200 000km/s
(v = 13,76m/ 70ns).
Gdyby oscyloskop został wcześniej skali−
browany za pomocą generatora kwarcowego,
dokładność pomiaru prędkości byłaby znacz−
na, błąd nie przekraczałby 2...3%.
Montaż i uruchomienie
Układ można zmontować na małej płytce
drukowanej, pokazanej na
rysunku 3
. Układ
prawidłowo zmontowany ze sprawnych ele−
mentów pracuje od razu inie wymaga żadnej
regulacji. Ze względu na szybkość układu
scalonego i parametry potrzebnych przebie−
gów, płytka drukowana została zaprojekto−
wana tak, żeby zminimalizować zagrożenia
charakterystyczne dla tak szybkich urządzeń.
Kondensator C3 (1nF ceramiczny) miał być
lutowany wprost do końcówek 7, 14 układu
calonego. W modelu pokazanym na fotogra−
fiach nie zastosowano kondensatora C3
i układ pracował poprawnie.
,
czyli kabel był dopasowany z jednej strony
(od strony generatora).
Fotografia 2
pokazuje
przebieg, gdy na drugim końcu dołączono
najzwyklejszy rezystor 51
Ω
Rys. 2 Schemat ideowy
Ω
, czyli gdy kabel
Rys. 3 Schemat montażowy
14
Elektronika dla Wszystkich
zapewniając małą rezystancję wyjściową ge−
neratora impulsów. Na wyjściu otrzymuje się
impulsy dodatnie względem masy. Sieć rezy−
storów R4...R11 i zworek J1...J8 pozwala
uzyskać rezystancję wyjściową generatora
wzakresie około 5...2,2k
Projekty AVT
Kolejne trzy fotografie pokazują analo−
giczne przebiegi dla... zwykłego kabla gło−
śnikowego 2x2,5mm
2
o długości 4,4m. Tym
razem podstawa czasu była rozciągnięta
imiała szybkość 10ns/dz. Opóźnienie odbite−
go impulsu wyniosło, jak widać, około 40ns,
co wskazuje, że prędkość impulsu w tym ka−
blu jest nieco większa i wynosi około
220000km/s.
Fotografie 6 i 7
pokazują przebiegi przy
zwarciu i rozwarciu drugiego końca kabla.
Przebieg z
fotografii 8
praktycznie nie za−
wiera odbicia. Powstał on przy dołączeniu do
końca przewodu rezystora 140
kowego). Choć tego typu przewody nie są
wykorzystywane w technice w.cz. ze wzglę−
du na duże tłumienie i podatność na zakłóce−
nia, nie należy się dziwić, że kabel „m.cz.“
ma właściwości typowe dla elementów w.cz.
Każdy kabel ma jakąś oporność falową i tłu−
mienność. Wtechnice w.cz. wykorzystuje się
przewody, które mają optymalne właściwo−
ści w pożądanym paśmie częstotliwości (do−
kładnie określoną rezystancję falową, nie−
wielkie tłumienie iodporność na zakłócenia).
Tu widać, iż opisany przyrząd doskonale
nadaje się do oznaczania oporności falowej
kabla. Jest to zadanie niezwykle proste: do
wolnego końca kabla należy dołączać różne
rezystory, by uzyskać sygnał bez odbić. Jeśli
po dołączeniu rezystora impuls odbity jest
dodatni, wartość rezystora należy zmniej−
szyć. Jeśli odbity impuls jest ujemny, rezy−
stancja dopasowania jest większa. Jeśli
wprzebiegu nie widać odbicia, dołączona re−
zystancja jest równa oporności falowej kabla.
Ten prosty sposób pozwoli też szybko
i pewnie sprawdzić, czy dany kabel koncen−
tryczny ma rezystancję charakterystyczną
50
Fot. 6
. Taką war−
tość dobrano eksperymentalnie itaka właśnie
jest oporność falowa badanego kabla (głośni−
Ω
Fot. 7
.
Przy niedopasowaniu na dalekim końcu
kabla dadzą też o sobie znać ewentualne
odbicia związane z niedopasowaniem opor−
ności wyjściowej generatora. Przebieg poka−
zany na
fotografii 9
wystąpił, gdy rezystan−
cja wyjściowa generatora wynosiła 2,2kΩ,
a daleki koniec kabla był rozwarty (oczywi−
ście impulsy był małe i trzeba było zwięk−
szyć czułość oscyloskopu). Badany był
wspomniany 50−omowy kabel współosiowy
odługości 6,88m. Wtakiej sytuacji obustron−
nego niedopasowania impuls odbija się wie−
lokrotnie od obu końców kabla i przebieg
przypomina grzebień.
Fotografia 10
pokazu−
je sytuację, gdy rezystancja wyjściowa gene−
ratora była bliska zeru (punkt A został połą−
czony kawałkiem drutu z wyjściami bramek
U1A...U1C), a daleki koniec kabla też był
zwarty. Powstały grzebień pozwala ocenić
wielkość strat w kablu. Jeśli kolejny impuls
jest zdecydowanie mniejszy od poprzedniego,
wtedy straty w kablu są duże. Gdy impulsy
maleją wmniejszym stopniu, straty wkablu są
mniejsze. Wystarczy więc zbadać wten sposób
odcinki kilku różnych kabli ojednakowej dłu−
gości, by przekonać się, który z nich będzie
najmniej tłumił sygnał w.cz.
Opisany przyrząd może oddać nieocenione
usługi przy poszukiwaniu uszkodzeń w sie−
ciach kablowych, na przykład komputerowych
sieciach LAN. Gdy wszystko jest dopasowane,
nie powinny występować odbicia. Każde roz−
warcie, zwarcie, czy nawet niejednorodność
wkablu spowodują powstanie odbicia, którego
biegunowość i opóźnienie względem impulsu
pierwotnego wskazują na charakter uszkodze−
nia iodległość od generatora. Kilka pomiarów
pozwoli szybko znaleźć uszkodzenie nawet
w rozbudowanych sieciach.
czy 75
Ω
Fot. 2
Fot. 3
Fot. 8
Fot. 9
Fot. 4
Fot. 5
Fot. 10
Elektronika dla Wszystkich
15
Ω
Projekty AVT
s odstępu między impulsami wskazuje, iż
kabel ma 100...110m długości (lub że w tej
odległości od początku kabla znajduje się ja−
kieś uszkodzenie).
Ponieważ prędkość rozchodzenia się fali
jest odmienna w różnych kablach, uzyskana
dokładność zależy od znajomości tej prędko−
ści. W praktyce oznacza to, że trzeba prze−
prowadzić próby z odcinkami różnych kabli
oznanej długości, co potem pozwoli określić
długość lub odległość od miejsca uszkodze−
nia z dużą dokładnością.
ratora, stosując C1 o wartości
470pF...1nF. Trzeba też przez
zwiększenie R3 zwiększyć dłu−
gość impulsu, by był on widocz−
ny na danym oscyloskopie.
Potem wtrakcie testów należy
wykorzystywać kable o długości
co najmniej 5m. Do pierwszych
prób warto wziąć kabel koncen−
tryczny (antenowy), który gwa−
rantuje mniejsze tłumienie impul−
sów niż kable symetryczne.
Dla osób, które chciałyby
praktycznie wykorzystać taki
reflektometr przydatne też będą
następujące informacje:
Długość impulsu wpuszcza−
nego w kabel i stromość jego
zboczy powinny być związane
z długością kabla i jego tłumie−
niem. Do krótkich, kilkumetro−
wych kabli i precyzyjnych po−
miarów potrzebne są krótkie im−
pulsy o stromych zboczach.
Do pomiarów krótkich kabli wystarczą
króciutkie, nanose−
kundowe impulsy.
Jeśli rozdzielczość
ma wynosić 1m,
czasy narastania
i opadania impulsu
muszą być mniejsze
niż 10ns. To akurat
nie jest trudne do
spełnienia. Kostki
z rodzin 74AC,
74ACT, 74F mają
czasy narastania
iopadania rzędu kil−
ku nanosekund.
Do kabli dłu−
gich, zwłaszcza
o dużych stratach,
impulsy powinny
być dłuższe. Do po−
miaru kabla o dłu−
gości kilku czy kil−
kunastu kilometrów
potrzebny będzie
impuls o czasie
trwania rzędu 1us.
Krótszy miałby za
małą energię, by
można było zaob−
serwować impuls
odbity, poważnie
stłumiony po dwu−
krotnym przejściu
tak dalekiej drogi.
Zwykle amplitu−
da wysyłanych im−
pulsów jest rzędu
Możliwości zmian
Uwaga! Posiadacze najtańszych oscylosko−
pów o paśmie rzędu 10MHz nie będą mogli
zaobserwować na ekranie 5−nanosekundo−
wych impulsów. Nie znaczy to, że wykona−
nie podobnych pomiarów jest niemożliwe.
Trzeba tylko zmniejszyć częstotliwość gene−
Rys. 4 Układ pierwotny
REKLAMA · REKLAMA · REKLAMA
Rys. 5 Płytka drukowana
1...5V. Zbyt mała amplituda może uniemożli−
wić obserwację echa w instalacjach, gdzie
występują szumy izakłócenia. Gdyby zkolei
wytwarzane impulsy miały dużo większą
amplitudę, mogłyby zakłócać pracę innych
urządzeń.
Podczas przygotowywania artykułu na po−
czątek został zaprojektowany generator
z układem scalonym 74AC14 (sześć inwerte−
rów zwejściem Schmitta) według
rysunku 4
.
Zaprojektowano płytkę drukowaną, pokazaną
na
rysunku 5
. Ze względu na chwilowe kło−
poty ze zdobyciem układu 74AC14 układ ten
nie został wykonany i przebadany – szybko
powstał opisany w artykule generator z kost−
ką 74HC04. Kto chciałby sprawdzić genera−
tor według rysunku 4, może zmontować go
choćby w “pająku”, pamiętając o odsprzęga−
niu zasilania ikrótkich połączeniach. Zamiast
sieci rezystorów wyjściowych można zasto−
sować potencjometr (220
lub 470
Ω
8 numerów za darmo w prenumeracie − strona 75
16
Elektronika dla Wszystkich
Znając prędkość rozchodzenia się fali
w kablu można obliczyć długość kabla czy
odległość od miejsca uszkodzenia na podsta−
wie czasu opóźnienia odbitego impulsu. Jako
punkt wyjścia można przyjąć informację, że
1
µ
), który
pozwoli dopasować się do badanej linii.
PiotrGórecki
Ciąg dalszy w n
astęp
nym numerze EdW.
Ω
[ Pobierz całość w formacie PDF ]