МИЛЛИВОЛЬТМЕТР И ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ

May 17, 2010 by admin Комментировать »

Г.Мейер

Милливольтметр и измеритель нелинейных ис­кажений — два автономных прибора, имеющих об­щий блок питания.

Милливольтметр позволяет измерять амплиту­ды сигналов частотой 10 Гц — 200 кГц в диапазо­не от 0,01 мВ до 300 В (верхние пределы поддиа­пазонов: 1, 3, 10, 30, 100, 300 мВ, 1, 3, 10, 30, 100 и 300 В), а также активную мощность (в двух поддиапазонах: 10 — 800 мВт и 1 — 80 Вт).

Милливольтметр может работать как децибел-лометр, в котором за нуль можно принять любое значение амплитуды. Это удобно при снятии ам­плитудно-частотных характеристик устройств, не имеющих регулятора усиления (например, линей­ный тракт воспроизведения магнитофона), так как не требуется никаких арифметических пересчетов. Диапазон измерения децибеллометра составляет от — 80 до +52 дБ относительно уровня 0,78 В.

Предусмотрена и возможность использовать прибор в качестве миллиамперметра переменного тока (верхние пределы измерений: 1, 3, 10, 30, 100, 300 и 1000 мА).

Для испытания устройств на активную нагруз­ку и возможности измерения мощности вход при­бора может быть зашунтирован встроенной на­грузкой сопротивлением 1, 5, 10, 20, 100, 600 Ом, 1, 10, 50 и 250 кОм.

Нагрузка сопротивлением 5 Ом может рассеять мощность до 80 Вт, 10 Ом — до 40 Вт, 20 Ом — до 20 Вт.

Прибор имеет выход для подключения осцилло­графа. Амплитуда сигнала на этом выходе не пре­вышает 0,8 В при любом виде измерений.

При прослушивании дикторских текстов тест-фильмов ЛИР-Ч и ЛИБ-Ч при испытании магнито­фонов, не имеющих усилителей НЧ, а также для акустической оценки спектра шума и т. д. в состав милливольтметра входит контрольный усилитель низкой частоты, к выходному гнезду которого мож­но подключить нагрузку сопротивлением 4 Ом и рассчитанную на мощность 25 Вт.

При измерении белого шума может быть вклю­чен фильтр нижних частот, вырезающий состав­ляющую фона.

При измерении фона может быть включен фильтр высоких частот, ослабляющий влияние бе­лого шума. Фильтрами удобно пользоваться при испытании магнитофонов, так как они позволяют раздельно измерить уровень низкочастотных маг­нитных наводок на головки и шум усилителей и ленты.

Для удобства испытании стереофонической ап­паратуры в приборе есть переключатель входа (левый-правый канал).

Измеритель нелинейных искажений (ИНИ) яв­ляется полуавтоматическим прибором. Необходимо лишь устанавливать пределы измерений (1, 2, 4 и 8%).

Несмотря на большую погрешность (до 20%), такой прибор оказывается полезным в лаборатории радиолюбителя. Автоматизм ИНИ создает в рабо­те большое удобство, особенно в тех случаях, ког­да у исследуемого устройства частот изменяется амплитуда сигнала (как, например, в усилителе мощности НЧ). При измерениях искажений сигна­ла, записанного на магнитную ленту, прибор про­сто незаменим, так как флюктуации, связанные с неравномерным поливом ленты, непостоянством зазора между ней и головками, а также детонация магнитофона могут привести на обычных измери­телях нелинейных искажений к ложным резуль­татам.

ИНИ может быть подключен как к милливольт­метру, так и к отдельному входу.

Измерение искажений ведется на частоте 400 Гц. Амплитуда исследуемых сигналов должна лежать в интервале от 30 мВ до 10 В. В приборе она автоматически приводится к уровню 0,78 В.

Узел АРУ имеет отдельный выход, полезный при осциллографическом контроле, так как отпа­дает необходимость при изменении амплитуды в исследуемом устройстве вращать регулятор осцил­лографа «Размер по вертикали». При использова­нии только системы АРУ стрелочный прибор ИНИ может быть отключен.

Габариты милливольтметра и ИНИ 200Х130Х Х230 мм.

Структурная схема прибора приведена на рис. 1. Он состоит из двух частей: милливольтметра (уз­лы 1 — 11) и измерителя нелинейных искажений (узлы 12, 1418). Кроме того, в состав прибора входит контрольный усилитель 13.

В режиме милливольтметра сигнал с одного из входов («Моно», «Прав, кан.» или «Лев. кан.») через ступенчатый входной делитель 1 или непо­средственно поступает на эмиттерный повтори­тель 3, а затем через переключатель пределов 4 — на усилитель 5. К выходу последнего подключены фильтр нижних 6 и верхних 7 частот. Переключа­телем ВЗ выбирают полосу рабочих частот.

С переключателя ВЗ сигнал через эмиттерный повторитель 8 подается на усилитель 9. Постоян­ная составляющая исследуемого сигнала, выделен­ная детектором 10, измеряется прибором 11.

Если милливольтметр должен работать в режи­ме децибеллометра, то должна быть нажата кноп­ка В4. Уровень сигнала, принимаемый условно за нулевой, устанавливают переменным резисто­ром R1.

Вход милливольтметра можно нагрузить на ка­либрованную нагрузку 2.

clip_image002

Рис. 1. Структурная схема прибора:

1 — ступенчатый входной делитель: 2 — калиброванная нагрузка, 3 — эмпттерный повторитель: 4 – -переключатель пределов- 5 – усилитель- 6 — фильтр нижних частот; 7 — фильтр верхних частот; в – эмиттсрныП повторитель; 9 – усилитель; 10 — детектор- 11 – измерительный прибор; 12 -эмиттерныи повторитель; 13 – контрольный усилитель: 14 — автоматический регулятор уровня: 15 — переключатель пределов; 16 — фильтры; 17квадратичный детектор; 18 – измерительный прибор

Выбор режима работы («Внешн.» «Внутр.») измерителя нелинейных искажений производится переключателем В5. Исследуемый сигнал в обоих режимах поступает (при измерении внутреннего сигнала через эмиттерный повторитель 12) на ав­томатический регулятор уровня 14, на выходе ко­торого уровень поддерживается постоянным: 0,78 В. С переключателя 15 пределов измерения сигнал через фильтры 16 поступает на квадратич­ный детектор 17, а с него — на измерительный при­бор 18.

Контрольный усилитель 13 подключается к эмиттерному повторителю 12. Переменным рези­стором R2 регулируют громкость.

Принципиальная схема милливольтметра приве­дена на рис. 2. Сигнал с входного разъема Ш1 или Ш2 поступает на резистивно-емкостной дели­тель, образованный резисторами RlR3 и конден­саторами С1, С2. В положении переключателя В2 «В» входной сигнал ослабляется в 1000 раз. Такое построение входной цепи позволило упростить ком­мутацию в приборе.

На транзисторах 77, Т2 собран узел, коэффици­ент передачи которого равен единице. Для повы­шения входного сопротивления транзисторы охва­чены 100-ной отрицательной обратной связью (с коллектора транзистора Т2 на эмиттер транзи­стора 77).

В коллекторную цепь транзистора Т2 включен делитель напряжения (резисторы R33R41). На­пряжение с него поступает на усилитель, собран­ный на транзисторах ТЗ, Т4, а с него — на эмит­терный повторитель (Т5). Между ним и эмиттер-ным повторителем на транзисторе Т6 включены фильтры нижних и верхних частот (выбираются переключателем В5).

На транзисторах 77, Т8 собран усилитель, ко­эффициент передачи которого на каждом пределе измерений может быть подстроен отдельным рези­стором. С усилителя сигнал поступает через эмит­терный повторитель (Т9) на выходной разъем ШЗ и на оконечный усилитель (транзисторы Т10, Т11). В цепь обратной связи включен диодный детектор (Д2, ДЗ). Это позволило получить достаточно вы­сокую линейность шкалы.

Сжатый начальный участок шкалы обычно по­лучается из-за «мертвой» зоны характеристики диодов на малых амплитудах. В данном приборе, когда диоды Д2, ДЗ закрыты (на начальном участ­ке), цепь обратной связи разрывается и при этом возрастает коэффициент усиления, амплитуда на коллекторе транзистора Т11 возрастает и тем са­мым компенсируется сжатость начального участка шкалы.

Стрелочный прибор защищен от перегрузок па­раллельно включенным диодом Д1.

clip_image004

Рис. 2. Принципиальная схема милливольтметра

Принципиальная схема измерителя нелинейных искажений изображена на рис. 3.

Исследуемый сигнал преобразуется системой АРУ в сигнал с постоянной амплитудой. Этот узел собран на лампах Л1, Л2 и транзисторах Т12, Т13, Т20 — Т22.

АРУ работает следующим образом. Включен­ный на входе измерителя резистор R100 и внутрен­нее сопротивление лампы Л1 образуют делитель напряжения. В исходный момент лампа Л1 закры­та по катоду напряжением стабилитрона Д4, и де­литель пропускает сигнал, который усиливается лампой Л2 и транзисторами Т12, Т13, Т20, Т21.

clip_image006

Рис. 3. Принципиальная схема измерителя нелинейных искажений

Усиленный сигнал подается на закрытый по эмиттеру напряжением со стабилитрона транзи­стор Т22 (выполняет функции электронного клю­ча). Потенциал сигнала на базе этого транзисто­ра, безусловно, не сразу превысит напряжение, при котором транзистор закрывается, и на коллек­торе транзистора Т22 появляются положительные импульсы, которые через диод Д9 будут заряжать конденсатор С41 и через фильтр R110C36 поступят на лампу JI1 и будут открывать ее. Лампа Л1, от­крываясь, будет делить амплитуду входного сигна­ла до тех пор, пока импульсы с коллектора тран­зистора Т22 не прекратятся. Таким образом, вы­ходная амплитуда всегда привязана к напряже­нию, при котором транзистор Т22 закрывается (около 8,5 В на базе транзистора Т22). Этот сиг­нал несколько искажен базовым током транзисто­ра Т22, поэтому рабочий потенциал снимается ра­нее, с транзистора Т13 и через подстроечный рези­стор подается на разъем Ш5 «Выход АРУ» и вход фильтров.

Изменение выходного сигнала при изменении входного приведено в таблице.

Как видно из таблицы, система АРУ обеспечи­вает точность выходной амплитуды 15% при изме­нении входного сигнала более чем на 50 дБ. При отсутствии входного сигнала коэффициент усиле­ния системы АРУ настолько возрастает, что шумы могут значительно отклонить стрелку прибора.

Постоянная времени АРУ около 5 с.

Три последовательных фильтра, построенные по почти одинаковым схемам на транзисторах Т14Т19, вырезают основную частоту 400 Гц (не менее чем на — 60 дБ), пропуская вторую гармо­нику (800 Гц) уже на прямолинейном участке ам­плитудно-частотной характеристики прибора.

Квадратичный детектор собран на транзисто­рах Т23, Т24. Работает он так. Диоды Д11Д16 детектора при малых уровнях сигнала закрыты. По мере возрастания подводимого к детектору напря­жения диоды, последовательно открываясь, под­ключают последовательно со стрелочным прибором все меньшее сопротивление. Этим достигается не­которое подобие квадратичное™ характеристики.

Погрешность измерителя нелинейных искаже­ний складывается из многих факторов: точности отработки системы АРУ, шумов в системе АРУ, точности делителя пределов, подавления основной частоты фильтрами и волнистости их характеристик в полосе пропускания, стабильности коэффи­циента усиления фильтров, точности квадратично­го детектора. Согласно теории вероятностей все эти факторы, складываясь, не могут иметь одинаково­го знака, что несколько спасает положение: умень­шается погрешность измерений.

Схема контрольного усилителя приведена в статье «Звуковой генератор».

Uвх

30 мВ

50 мВ

150 мВ

500 мВ

1,5В

15 В

Uвых

650 мВ

780 мВ

800 мВ

820 мВ

835 мВ

850 мВ

880 мВ

Принципиальная схема блока питания приведе­на на рис. 4. На транзисторах T1 — ТЗ собран ста­билизатор напряжения 24 В.

Трансформатор собран на магнитопроводе ШЛ16X32. Обмотка I содержит 1420 витков про­вода ПЭЛ 0,29, обмотка II — 260 витков провода ПЭЛ 0,54, обмотка III — 117+117 витков провода ПЭЛ 0,41, обмотка IV — 1000 витков провода ПЭЛ 0,16, обмотка V — 21 + 21 виток провода ПЭЛ 0,64. Экранная обмотка содержит один слой провода ПЭЛ 0,29.

clip_image008

Рис. 4. Принципиальная схема блока питания

clip_image010

Рис. 5. Внешний вид прибора

clip_image012

Рис. 6. Внутренний вид прибора

Внешний вид прибора изображен на рис. 5, вну­тренний — на рнс. 6.

Налаживание милливольтметра и измерителя нелинейных искажений выполняют по принятым для этих устройств методикам.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты