Измеряем RLC

[Борисыч44]

Попала прога http://deforg.free.fr/Zmeter.html

Попробовал в пассивном режиме - понравилось, но есть ограничения из за малого Rвх ЗК и есть опасность её спалить.

Сделал активную коробочку - питание+/- 5В (чтоб не выжечь вход ЗК), повторители на 544уд1, мощный буфер для прокачки 0.5 Омного опорника (мах 3.3кОм) - экранировать нужно очень прилично иначе 50,100,150Гц и т.д. торчат на - 50/-60дБ, ещё лучше вынести транс из коробочки.

На коротких проводах легко измеряет от миллиомов до единиц мегом, от сотен тыс мкФ до единиц пФ, от единиц микрогенри до .... (измерил пока только ТВ - 3Ш, и неск. силовиков - до 15Гн показывает)

Выяснился недостаток - на больших резисторах начинают влиять паразитные емкости монтажа (при опорном 33к и паразитных 3пФ) практически невозможно измерить резисторы более неск. МОм и соответственно пикушки.

Простая схемка - сигнал можно взять с комповых колонок, здесь нет компенсации паразитной емкости, поэтому опорник не стоит выбирать больше 1-3кОм



Входной диф усилитель измеряет падение на опорнике без учета сопротивления входных и выходных проводов (правда есть сомнение относительно индуктивности от клеммы до опорника - она войдет в его Z, возможно нужно измерять прямо на опорнике, а провод скомпенсируется калибровкой). Оптимальнее собрать схему в щупах, по крайней мере вход.



Эти картинки с пассивного варианта - один резистор 20Ом вся "коробочка", на 1 индуктивность, на 2 резистор, на последней кусок провода 1м (в принципе, для ремонтов этого хватило бы)

С активной коробочкой (но ещё без емкостной компенсации) получается так:
тот же 1м провода

68000мкФ

висячие щупы

при подключении 1.5пФ честно прибавляет, (пока нет никаких экранов и трансик в коробочке).

Добавляю схемку выхода и компенсатора Спар

Выход компенсатора подключен к экрану переключателя - "паразит" работает против "паразита"

Как оказалось, для стабильной работы нужны драйвера без всяких АРУ, с неограниченной АЧХ, без "улучшайзеров" и т.д., штатные к Вин7 и Реалтеку обрезали АЧХ до 150-7000Гц и Zmetr с ними не работает, первоначально сменил их воткнув какую то внешнюю ЮСБ звуковуху

Еще раз вернулся к выбору оптимального опорника - для этого измерил Rвых, оказалось 150Ом вот такой опорник и надо ставить, дальнейшее его уменьшение приводит к пропорциональному снижению напряжения (при моих 20Ом выигрыш получается вдвое 20/65000х8.5=2.62мОм, зато сверху теряем в те же 8 раз), т.о. повторитель на выход и малый опорник нужны для желающих уверенно измерять мОмы

Версия с расширенным частотным диапазоном до Fд/2 http://deforg.free.fr/Download/Zmeter2.exe
В последних версиях введена логарифмическая шкала сопроитвлений, компенсация паразитных емкостей и сопротивлений ЗК правда для правильной настройки желательно иметь параллельную схему замещения, которая реализована в Маткадовской приблуде Zok5.zip, для компенсации Свх (Сin) подключаем на вход резистор равный опорнику Zm при этом покажет его сопротивление и индуктивность, но это так действует емкость параллельная опорнику, поэтому в Маткаде включаем параллельную сх. зам-я и включаем "-Im", полученную емкость заносим в окно "Cin", делаем измерение на висячих щупах полученную емкость заносим в окно "Clr"
- так выглядят висячие щупы в Маткаде (это пассивный вариант с опорником 82Ома), так же можно посмотреть зависимость реактивностей, сопротивлений, потерь от частоты, сгладить графики, изменить окно измерения

Версия http://deforg.free.fr/Download/Zmeter-2UIa.exe универсальная для обычной и схемы с выделенными каналами тока и напряжения

Версия с фиксированным уровнем выходного сигнала http://deforg.free.fr/Download/ZMeter2Skalinas1a.exe - иногда использую как генератор и чуть стабильнее результат из за отсутствия автоподстройки.

На всякий случай системная инфа (ЗК бортовая)

[vikv]

Ось ХР, звуковая встроенная. 96 реальные или нет не знаю, в специификации на мать инфы нет. На 48 все нормально.

[DVK_]

Если 96 реальные, то должна нормально калиброваться и работать до 45 кГц примерно. А если нет - то 96 интерполированные и смысла нет на них работать, только ресурсов больше жрёт. У меня такое подозрение, что у вас 96 интерполированые и эта интерполяция происходит по-разному в зависимости от того открыто окно или нет. Но это - так, просто предположение, типа пути драйверов неисповедимы...

[vikv]

Да, видимо, реальные только 48. В настройках ставил 45кгц, шкалу увидел один раз. Затем 45кгц в настройках высвечивалась красным, а шкала была до 24кгц.

[skalinas]

Проверил свою карту, отчет в архиве. Есть много вопросов по улучшению программы.

[Борисыч44]

Offтопик:
skalinas, можно было словами, без отчетов, задать автору свои вопрос по карте

[skalinas]

Вопросы в архиве, пока не понял с картой у меня проблемы ли все-таки программа так работает.
Почему меняется уровень сигнала в процессе калибровки? Это только у меня плавает частота, амплитуда и форма сигналя на карте? И как убрать модуляцию на частотах от 100-1400Гц частотой 22кГц? Можно ли программно произвести настройку АЧХ, что бы АЧХ была бы ровной во всем диапазоне измерений (заметил, при измерениях если менять диапазон частот то и уровень меняется автоматически) и уровень амплитуды не менялся после калибровки при изменении диапазона частот ползунком? Наверно, нужно ограничивать верхнюю частоту не в 2 раза от частоты дискретизации, а скажем в 6 раз (для частоты 96кГц верхняя частота будет 16кГц) или даже в 10 раз, при такой частоте синусоида будет иметь меньше искажений. На графике частота должна начинаться с нижней (реальной) частоты от 50-100Гц или с той минимальной частоты, которую задает пользователь в начале. Когда менял вначале верхнюю частоту (уменьшал), при этом не менялась реальная частота на выходе звуковой карты, менялась только ползунком. При калибровке, когда выставляется уровень сигнала в звуковой карте можно сразу задать определенную частоту в пределах 150-400Гц (или ту которую мог выбирать пользователь)?

Пока все вопросы.

[Борисыч44]

ли все-таки программа так работает.

Прога работает нормально

Почему меняется уровень сигнала в процессе калибровки?

При калибровке нужно настроить уровень в микшере, потом прога будет стараться поддерживать его неизменным

Лучше проверьте отключены ли всякие улучшайзеры

[DVK_]

skalinas,
Много вопросов, постараюсь ответить на все, но не сразу

-при задании минимальной частоты 1Гц, реальная частота составила 93Гц,
...
- при частоте 1000Гц, реальная частота составила 2990Гц,

Это не "реальная" частота, а частота синусоиды для 1-го этапа калибровки - определение максимально незашкаленного уровня сигнала.
Частота вычисляется по формуле Sqrt(MinFreq*MaxFreq*0.4) и округляется до ближайшей гармоники буфера. Смысл выбора именно такой частоты - чтобы при любых мин и макс на графике был виден пик слева от центра, и чтобы справа оставалось место для появления гармоник в случае зашкала. Согласен, что надо-бы сделать как-нибудь по-другому, но фантазии больше не хватило...

- при частоте 2000Гц, реальная частота составила 4600Гц, начала плыть частота,

А раньше она не плыла, на более низких частотах? Может просто незаметно было? Вообще, у меня подобное возникало только когда сигнал слишком слабый. Да, и я смотрел на линейном входе той же самой карты, может поэтому и не видел. На первом этапе калибровке у меня только одна гармоника и специально я её никак пока не "качаю".
Вообще, модуляция амплитуды на высоких частотах происходит из-за интерференции с частотой самплинга и здесь уже ничего не сделаешь. Только я не вижу смысла с этим бороться, ведь потом этот сигнал идёт на FFT с тем же самым самплингом и сигналу нужна эта модуляция иначе FFT выдаст не то что нужно. Короче, последовательное применение обратного и прямого Фурье должно выдать исходную гармонику. Вот я взял, например, выборку в 1024 точки, присвоил 500-й гармонике значение "1" и взял обратное Фурье. И получил модулированый сигнал. С одной стороны это некрасиво, а с другой - я точно знаю, что прямое Фурье этого сигнала мне точно выдаст 500-ю гармонику с амплитудой 1. И больше мне, собственно ничего не надо. А если начну я этот сигнал улучшать - то у меня будут какие-то другие значения даже в теории, не говоря о суровой практике
Меня смущает ваш странный сигнал на 20120506_534023.bmp. В случае модуляции самплингом, модуляция эта должна быть гармонической, а у вас какая-то нерегулярность наблюдается. У вас никаких "улучшайзеров" на карте не включено случайно?
PS Пока писал Борисыч44 уже сказал про улучшайзеры

[DVK_]

Почему меняется уровень сигнала в процессе калибровки?

Самопроизвольно в процессе калибровки меняться не должен. Только при измерениях.

Это только у меня плавает частота, амплитуда и форма сигналя на карте?

Первый раз слышу такую жалобу. Я, правда, не проверял стабильность с помощью внешнего осциллографа, но мне всегда казалось,
что стабильности кварца на карте должно быть достаточно.

И как убрать модуляцию на частотах от 100-1400Гц частотой 22кГц?

А самплинг у вас какой? Если 44100, то вполне объяснимо. Вы же смотрите прибором с гораздо большим самплингом, чем карта, поэтому и видны эти "шероховатости" ЦАП.
Когда вы смотрите картой с тем же самплингом, то она их в упор не видит, так как она сама такая же "шероховатая".

Можно ли программно произвести настройку АЧХ, что бы АЧХ была бы ровной во всем диапазоне измерений

Хотелось бы, конечно, иметь такую функцию - "выключить все улучшайзеры" - только не знаю как это сделать... По всей видимости, у каждой продвинутой карты есть свои собственные улучшайзеры и доступ к ним лежит только через фирменное програмное обеспечение.

[skalinas]

Про «улучшайзеры» попробую все отключить, пока не разобрался где что включено. Самплинг у моей карты 96кГц на 24бит, внешняя USB.

По поводу модуляции, на рисунке 20120506_534305.bmp – 1 Гц частота порядка 93Гц не видно ни какой модуляции, а на рисунках в режиме калибровки и измерений 20120506_535922.bmp, 20120506_535952.bmp – растянутая начальная частота, 20120507_400012.bmp, 20120507_400038.bmp видна модуляция частотой 19,23кГц, а на частоте 1,5кГц рисунок 20120507_400118.bmp модуляция пропадает. Это модуляция не связана с внешним осциллографом (осциллограф мерит аналоговый сигнал до 60МГц) и его частотой дискретизации, на рисунке 20120506_534305.bmp частота модуляции отсутствует, скорее всего, это проблемы самой программы. Наверно с модуляцией связаны не стабильные показания программы на частотах от 0 до 1000Гц. И еще, судя по рисунку 20120506_535835.bmp частота меняется не по полному периоду (синусоида имеет положительную и отрицательную полуволны одинаковой скважности), а как то по полуволне – следующая полуволна имеет другую скважности.

Амплитуда меняется самопроизвольно в режиме калибровка после того как нажат «Старт» и выставлен уровень сигнала звуковой карты, после нажатия кнопки «Continue» уровень сигнала начинает снижаться в 2-3 раза, а при измерении тоже самое происходит если начинать менять частотный диапазон измерений ползунком в программе – происходит подстройка уровней, это правильно?

Частоту синусоиды для 1-го этапа калибровки думаю, нужно выбирать в пределах 100-400Гц, рекомендовал бы частоты 150-200Гц. При экспериментах с картой на частоте 160Гц при средних движках уровней на звуковой карте получил на резисторе 100Ом амплитуду синусоиды 1,5В и значения «Quality 82 82». Думаю, нужно ограничить частотный диапазон снизу частотой от 100Гц из за ограничения картой до частот от 20-100Гц (стоят емкости на выходе усилителей), тем более реально при измерениях начальная частота начинается примерно с 300Гц.
В программе Zmeter-2UI.exe на вкладке Setap если менять частоту Min(Hz) то меняется и частота синусоиды для 1-го этапа калибровки, при установке частоты 3Гц, получаем частоту 1-го этапа калибровки 160Гц и т.д.

Если у вас есть возможность, посмотрите внешнем осциллографом АЧХ сигнала выдаваемой вашей картой, может у вас все по-другому?
Очень интересный проект, готов помочь в тестировании программы.

[skalinas]

Предлагаю методику настройки уровня сигнала задающего генератора и доработку схемы. Параллельно резистору Rref через выключатель подсоединить красный светодиод на момент настройки 1 этапа. Запускаем прогу Zmeter-2UI.exe, выставляем в окне Min(Hz) частоту 3 Гц (частота синусоиды для 1-го этапа калибровки при этом будет 130Гц, если поставить 4Гц, то частота будет 160Гц), далее запускаем первый этап калибровки и настраиваем уровень сигнала выхода звуковой карты так, что бы светодиод сначала засветился, а потом уменьшаем уровень до погасания. При погасании (на границе свечения) амплитуда будет порядка 1,4В (у меня ползунок остановился 70% громкости, ограничение сигнала происходит на уровне амплитуды 2,2В), далее настраиваем уровень линейного входа в пределах 35-70%.

DVK_ прошу поправить прогу, чтобы настроечная частота не зависала от частоты Min(Hz) и добавить окошко, куда можно вводить настроечную частоту для первого этапа в пределах 100…200Гц (у меня получилась оптимальная частота порядка 140Гц, видно свечение светодиода). Так же необходимо поправить задание частоты, если поставить 1Гц в окне Min(Hz), то минимальная частота при измерении будет от 700Гц, с верхним пределом все нормально.

Проверил все настройки своей карты, АЧХ у меня получается нелинейная. Уменьшение амплитуды заложено программой, когда настроил амплитуду 1,4В и после запуска калибровки общий уровень снизился до напряжения 1,4В (у меня пик АЧХ приходится на частоту 14кГц и этот уровень снизился до настроенного 1,4В). Карта у меня выдает частоту до 45кГц, но при это форма сигнала далека от синусоиды, на частоте 16кГц синусоида без шумов, самплинг карты 96кГц.

Нашел в настройках, где отключить «улучшайзеры», теперь АЧХ ровная. Все равно минимальная частота начинается от 700Гц и промоделирована частотой порядка 20кГц (верхней частотой) практически до 5кГц.

[Борисыч44]

Чот не понимаю зачем нужен светодиод??? - при калибровке выдираем уровень по небольшим искажениям или лучшему "качеству" - этого достаточно. Зачем нужна фиксированная частота калибровки?? - нижняя частота определяет шаг сетки, т.е. поставив высокую Fн получим бОльшее усреднение за меньшее время

Изменение уровня это что то типа АРУ на входе, у меня было такое при каком то обновлении 7ки (после этого запретил их совсем) - поищите драйвера без этой фишки..

[skalinas]

Чот не понимаю зачем нужен светодиод??? - при калибровке выдираем уровень по небольшим искажениям или лучшему "качеству" - этого достаточно. Зачем нужна фиксированная частота калибровки?? - нижняя частота определяет шаг сетки, т.е. поставив высокую Fн получим бОльшее усреднение за меньшее время
Изменение уровня это что то типа АРУ на входе, у меня было такое при каком то обновлении 7ки (после этого запретил их совсем) - поищите драйвера без этой фишки..

Светодиод нужен для визуальной настройки амплитуды сигнала, у меня получилась амплитуда 1,4В – когда гаснет светодиод, обрезание - искажение амплитуды (без светодиода) происходит при напряжении 2,2В – при такой методе не нужен осциллограф, что бы смотреть лучшее "качество".
Изменение уровня это что то типа АРУ на входе – это все таки наверно делает программа Zmeter, наверно, уважаемый DVK_ подскажет как работает программа.
Вот что он ответил по этому поводу, но я вижу, что и в процессе калибровки были изменения амплитуды если была не ровная АЧХ

Самопроизвольно в процессе калибровки меняться не должен. Только при измерениях.

Теперь у меня такая АЧХ звуковой карты от 700Гц до 20кГц.

[Борисыч44]

не нужен осциллограф, что бы смотреть лучшее "качество".

мда.... вы доку к проге читали???

типа АРУ на входе – это все таки наверно делает программа Zmeter,

нет, это драйвер (я же говорю, однажды приплыло такое обновление винды)

Теперь у меня такая АЧХ звуковой карты от 700Гц до 20кГц.

Если она стабильна, то это не страшно, т.к. калибровка нивелирует неравномерность АФЧХ

[DVK_]

Зафиксировал минимальную калибровочную частоту на "Ля" - 440 Гц примерно.
http://deforg.free.fr/Download/Zmeter-2UIa.exe
Меньше делать не стоит - были случаи на некоторых картах когда на сотне герц зашкала нет, а на 400-1000 - появляется при той же самой амплитуде!
Поэтому я максимальную амплитуду делаю с запасом на 70% меньше, чем даёт калибровка.
При калибровке ни на первом ни на втором этапе я амплитуду автоматически не меняю. Это происходит вне программы и это плохо, так как процесс изменения входит в накопление и портит сигнал. Если амплитуда меняется программой во время измерения, то я блокирую вход на время этого изменения, а если это происходит бесконтрольно - то я ничего сделать не могу.
Светодиод считаю излишним так как это нелинейный элемент потенциально вносящий дополнительные искажения. Но если очень хотите, то можете пользоваться - запретить не имею права

[skalinas]

Светодиод нужен на первом этапе, что бы "увидеть" и настроить амплитуду 1,4В (1В переменного напряжения), потом он исключается (отключается) при калибровки и измерении. На наушниках сигнал начинает ограничиваться на уровне амплитуду от 2В. На линейном выходе наверно начинает искажаться ниже 1,4В, то тогда методика оценки амплитуды сигнала светодиодом не подойдет.

Новые изменения и багги в проге Zmeter-2UIa.exe, менял только значение Min(Hz) (верхняя частота была установлена 22кГц):
1. Частота 1Гц (папка 1ГЦ), частота 1-го этапа 438Гц, периодичность повторение диапазона частот составляет 0,73Гц, нет нормального синусоидального сигнала во всем диапазоне частот.
2. Частота 10Гц (папка 10ГЦ), частота 1-го этапа 440Гц, периодичность повторение диапазона частот составляет 5,86Гц, начальная частота 427Гц, есть модуляция вначале диапазона частот верхней частой 21,7кГц.
3. Частота 20Гц (папка 20ГЦ), частота 1-го этапа 444Гц, периодичность повторение диапазона частот составляет 11,68Гц, начальная частота 613Гц, есть модуляция вначале диапазона частот верхней частой 21,2кГц.
4. Частота 50Гц (папка 50ГЦ), частота 1-го этапа 653Гц, периодичность повторение диапазона частот составляет 46,73Гц, начальная частота 1,28кГц, есть модуляция вначале диапазона частот верхней частой 20,83кГц.

Вывод:
1. Частота 1 этапа меньше зависит (но все-таки зависимость есть) от значения частоты Min(Hz) и начинает значительно меняться от 50Гц.
2. Периодичность повторение диапазона частот меняется от значения частоты Min(Hz).
3. Начальная частота в 20-40 раз больше значения Min(Hz).
4. Модуляция верхней частотой (22кГц) нижнего диапазона частот от минимального значения до 2-5кГц.
5. Неровность АЧХ в начале диапазона и начиная с 12-14кГц.

По выше перечисленным причинам значения измерений сильно прыгают и имеют большую погрешность в диапазоне частот от 0 до 2-5кГц и далее от частоты 12-14кГц значения тоже плывут. От 5кГц до 10кГц значения стабильны и имеют минимальную погрешность.

[DVK_]

Вывод:

1. Так и есть, она ведь округляется до ближайшей гармоники, а с увеличением минимальной частоты шаг тоже растёт. После 50 - да, забыл, надо сделать чтобы по формуле считалась только если минимальная больше 440 Гц будет.
2. Да, Min(Hz) определяет шаг частоты.
3. А что вы имеете в виду под начальной частотой - частоту 1-го этапа калибровки? Вы же хотели чтобы она фиксированая была.
4. Вот это что-то странное... А если вы верхнюю частоту уменьшите/увеличите - модуляция тоже уменьшится/увеличится?
5. Да, она у вас неровная какая-то - так быть не должно. Вы все эквалайзеры отключили?
Вообще, не совсем корректно говорить

нет нормального синусоидального сигнала во всем диапазоне частот.

Нормального синусуидального сигнала быть не должно - я, вообще, пытался псевдо-шумовой сигнал получить с одинаковыми амплитудами гармоник в заданном диапазоне.
Качание частоты - это только один из методов получения такого сигнала. Изначально это очень красивая синусоида с меняющейся частотой и фиксированной амплитудой. Я её загоняю в Фурье, там обрезаю лишние гармоники и нормирую все рабочие. А потом делаю обратное Фурье. Вот после этого её и начинает колбасить не по-детски, она становится похожей на шум, но видимая зависимость частоты от времени остаётся. Можно было-бы сделать сигнал типа дельта-функции, только тогда амплитуда гармоник падала бы сильнее с увеличением их числа.

[skalinas]

Проверил свою встроенную звуковую карту, параметры у нее слабенькие. Выставил Min(Hz) 20Гц, верхнюю 22кГц. На тестовом сигнале 444,4Гц амплитуда 1,880В (рис 1), после перешел в режим калибровки, амплитуда осталась прежней 1,880В (рис2), но на АЧХ виден пик в начале диапазона, через некоторое время амплитуда сигнала уменьшилась до 1,72В и первый пик стал по уровню как на рисунке 1 (рис 3).

Это к тому, что все-таки сама прога Zmeter-2UIa.exe автоматически подстраивает (регулирует) по максимальной неровности амплитуды АЧХ под первый выставленный уровень.

По поводу модуляции (рис 4), видно, что на низкой частоте есть высокочастотная (с частотой 22кГц) модуляция (у карты улучшали все отключены), нужно модуляцию как то убирать.

На 4 рисунке еще видно, что НЧ синусоида не симметричная и частота меняется каждую полуволну, предлагаю доработать прогу, что бы частота менялась после прохождения полной синусоиды. Или так должно быть?

[skalinas]

2. Да, Min(Hz) определяет шаг частоты.
3. А что вы имеете в виду под начальной частотой - частоту 1-го этапа калибровки? Вы же хотели чтобы она фиксированая была.
4. Вот это что-то странное... А если вы верхнюю частоту уменьшите/увеличите - модуляция тоже уменьшится/увеличится?
5. Да, она у вас неровная какая-то - так быть не должно. Вы все эквалайзеры отключили?
Вообще, не совсем корректно говорить

Нормального синусуидального сигнала быть не должно - я, вообще, пытался псевдо-шумовой сигнал получить с одинаковыми амплитудами гармоник в заданном диапазоне.

2. Min(Hz) – задает так я понял начальную частоту АЧХ?
3. Заданная частота Min(Hz) (начальная частота АЧХ – это с которой начинается диапазон АЧХ) в 20-40 раз ниже реальной - которую видно осциллографом. Или эта проблема связана с модуляцией верхней частотой и на осциллографе верхняя частота промоделирована низкочастотным сигналом и наоборот в зависимости от уровней сигналов ВЧ и НЧ.
4. Да, частота модуляции тоже уменьшается, если менять верхнюю частоту, верхняя частота как бы перетекает (модулирует) в низкочастотный сигнал.
5. Посмотрел встроенную карту (постом выше), там тоже присутствует этот эффект подстройки уровня сигнала при калибровке если на АЧХ имеются пики (всплески, горбы большего уровня) сигнала.

Поясните принцип измерения (по каким формулам считается), я предположил, что синусоида должна быть полной и частота должна меняться с новой синусоидой (не полуволной), в зависимости от величины снимаемого сигнала на разных частотах вычисляются измеряемые параметры?

[Борисыч44]

skalinas, если вы перечитаете тему сначала, то увидите примерно те же вопросы от меня, "перетекание ВЧ" заложено в принципе создания тестового сигнала, для проверки можете измерить АЧХ на замкнутых клеммах в режиме "трансфер граф" (естественно после калибровки)