КОМБИНИРОВАННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ’КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЙ УСТРОЙСТВ

July 4, 2014 by admin Комментировать »

И. СВОБОДА (ЧССР)

Прибор предназначен для снятия некоторых стандартных параметров электроакустических устройств как в лабораторных условиях, так и непосредственно там, где эти устройства установлены. Поскольку при измерениях вне лаборатории важными факторами являются масса и габариты прибора, уже давно появились различные комбинации некоторых, самых основных измерительных приборов, смонтированных чаще всего в виде стоек или тележек.

С появлением и развитием полупроводниковой техники стало возможным создавать портативные универсальные приборы, позволяющие. измерять большое число параметров. В ЧССР, к сожалению, такие приборы не выпускаются, между тем их преимущества совершенно очевидны. Универсальный прибор имеет обычно один источник питания, один кожух, уменьшается материалоемкость и трудоемкость при его производстве, соответственно снижается и объем измерительного комплекта и, в конечном итоге, стоимость прибора.

В любительских ‘условиях изготовление такого универсального Прибора не менее выгодно. В связи с возможностью объединения нескольких приборов в одном кожухе значительно снижается объем механических работ. Такой прибор легок и займет мало места, что тоже немаловажно. Поэтому комплект измерительных приборов в одном кожухе . небольших размеров — безусловно, наиболее удачное решение. Однако главной причиной изготовления комплекса измерительных приборов собственными силами остается то, что приборы, изготавливаемые промышленностью, выпускаются малыми сериями И очень дороги, а поэтому недоступны большинству радиолюбителей.

Обычно радиолюбителю, занимающемуся конструированием высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуры, вполне достаточно иметь в своем распоряжении следующие приборы: НЧ генератор с интервалом частоты от 30 Гц до 16 кГц, НЧ милливольтметр с диапазоном измерений от 3 мВ до 30 В, измеритель гармонических искажений, осциллоскоп с верхней границей полосы пропускания до 100 кГц и лабораторный источник питания.

Объединять в одном блоке лучше Всего первые четыре прибора. Лабораторный источник питания нужно выполнять в· виде отдельного блока, так как при работе он обычно выделяет много тепла, которое может стать причиной появления погрешностей в показаниях измерительных приборов. Встраивание в комбинированный прибор осциллоскопа имеет смысл только в .том случае, если для управления им могут быть использованы те или иные узлы других составляющих приборов, например если временную развертку сделать автоматически управляемой частотой звукового генератора или на вертикальный усилитель подавать сигнал со входа низкочастотного милливольтметра или измерителя искажений так, чтобы на экране была видна форма сигнала одновременно с информацией о его напряжении на шкале стрелочного прибора. Удобно также, если диапазон измерений будет устанавливаться одной ручкой сразу для всех приборов блока. Из всех •органов управления в осциллоскопе тогда останутся только ручки •Фокусировка и Яркость. При этом необходимо учитывать, что целый ряд узлов осциллоскопа значительно усложняется.

Основой предлагаемого вниманию читателей комбинированного Измерительного прибора являются НЧ генератор с преобразователем синусоидального сигнала в прямоугольный, используемый для контроля и исследования переходных процессов в налаживаемой аппаратуре, а также НЧ милливольтметр и активный фильтр для измерения гармонических искажений на фиксированных частотах звукового спектра.

Для питания всех приборов использован один источник стабилизированного напряжения, который иногда можно использовать и для питания исследуемого объекта, если потребляемый им ток невелик. Это дает возможность питать прибор от батареи элементов или аккумуляторов.

Низкочастотный генератор охватывает интервал частоты от 30 Гц до 16 кГц при коэффициенте гармоник не больше 1%. Выходное напряжение можно регулировать в пределах от 1 мВ до 1 В; выходное сопротивление — около 600 Ом.

Формирователь прямоугольного напряжения позволяет плавно регулировать выходной сигнал (по уровню) от нуля до 4 В.. В интервале · частоты от 40 Гц до 15 кГц форма выходного сигнала’ практически не отличается от прямоугольной.

ν Низкочастотный милливольтметр предназначен для измерения напряжения частотой от 20 Гц до 20 кГц. Шкала прибора — линейная. Чувствительность — не хуже 1 мВ на всю шкалу. Погрешность измерения не превышает ±0,5 дБ. Поддиапазоны измерения напряжения— 1 мВ, 3 мВ, 10 мВ, 30 мВ, 100 мВ. При включении входного делителя напряжения с затуханием 60 дБ значения поддиапазонов увеличиваются в 1000 раз. Входное сопротивление прибора — не менее 1 МОм.

Измеритель гармонических искажений работает на трех частотах: 40 Гц, 1 кГц и 12,5 кГц. На этих частотных точках обычно измеряют большинство важнейших параметров аппаратуры. Точное измерения — до 0,1% при минимальном входном напряжении 100 мВ. Следует отметить, что возможность измерения малых искажений прежде всего зависит от собственных искажений генератора, которые должны быть но крайней мере в 10 раз меньше, чем наименьшее измеряемое значение. Поэтому следует стремиться к минимуму собственных искажений генератора.

Генератор имеет самостоятельный выход, кроме того, его выходное напряжение постоянно приложено к входу формирователя прямоугольных импульсов. Милливольтметр и измеритель гармонических искажений имеют самостоятельные входы, причем значение искажений при их измерении отсчитывают по шкале милливольтметра. К блоку питания постоянно подключены лишь генератор и. милливольтметр, формирователь прямоугольных импульсов и измеритель гармонических искажений подключают к’, блоку питания только’ тогда, когда это необходимо. Выходное напряжение блока питания выбрано равным 15 В с тем, чтобы можно было, если потребуется, питать прибор от автомобильной батареи, аккумуляторов.

Генератор (его схема показана на рис.. 1) собран по широко известной схеме с мостом Вина в цепи положительной обратной связи.

Рис. 2. Схема формирователя прямоугольного напряжения.

В качестве органа Перестройки моста Вина выбран сравнительно высокоомный сдвоенный переменный резистор. Это повлекло за собой необходимость высокого входного сопротивления усилителя генератора. Исходя из этих соображений, усилитель‘ построен по схеме ОИ—ОЭ—ОК. Высокое входное сопротивление достигнуто использованием на входе нолевого транзистора, а низкое’ выходное, необходимое для нормальной работы генератора, · включением выходного транзистора усилителя по схеме эмиттерного повторителя.

Роль нелинейного элемента, стабилизирующего амплитуду генерации, играют лампы накаливания Л\, Л2, включенные в цепь отрицательной обратной связи. Режим транзисторов по постоянному току устанавливают подстроечным резистором Я5. Для обеспечения низких гармонических искажений сигнала генератора необходимо подобрать сдвоенный переменный резистор К2 с минимальным рассогласованием отдельных секций. От точности их согласования сильно зависит и неравномерность амплитудно-частотной характеристики генератора. Чтобы шкала генератора была равномерной, а значит, более точной установка частоты, обе секции резистора И2 должны иметь логарифмическую характеристику. Выходное напряжение генератора можно плавно регулировать переменным резистором или скачкообразно — переключателем В у

Схема формирователя сигнала прямоугольной формы изображена на рис. 2. На транзисторах и Т2 собран триггер Шмитта. При отсутствии сигнала транзистор закрыт, а в цепи базы транзистора Т2 при этом через резисторы R4 и R5 протекает ток, удерживающий транзистор Т2 открытым. Как только на базу транзистора Τι поступит сигнал положительной полярности и достаточной амплитуды, транзистор       откроется, а Т2 закроется. При уменьшении сигнала ниже порога переключения триггер вернется в исходное со-, стояние.

Чувствительность триггера и скважность формируемых импульсов зависят от смещения на базе транзистора Ту устанавливаемого подстроечным резистором Ry Транзистор Ту включенный по схеме с общим коллектором, обеспечивает низкое выходное сопротивление формирователя и исключает влияние нагрузки’ на форму и скважность импульсов. Амплитуду импульсов можно регулировать переменным резистором JR9. Выход формирователя — открытый (без разделительного конденсатора), что исключает искажение формы сигнала. Время срабатывания формирователя не превышает· .1 мкс. Кроме основной функции — проверки электроакустической аппаратуры — формирователь можно использовать для налаживания цифровых устройств.

Схема милливольтметра показана на рис. 3, Входной делитель ‘ частотно компенсирован конденсаторами и С’2. Высокое входное сопротивление обеспечено включением на входе милливольтметра полевого транзистора по схеме с общим стоком. С истока через переключатель В2 рода работы Милливольтметр — Измеритель искажений сигнал поступает на резисторный делитель JR6 —R12 и переключатель поддиапазонов В3, Измерительный усилитель на транзисторах Т2 — Т4, включенных по схемам ОЭ, ОК, ОЭ соответственно, обеспечивает высокое начальное усиление’, необходимое для линеаризации работы выпрямителя Дх — Д4. В диагональ моста выпрямителя включен стрелочный измерительный прибор — микроамперметр ΗΠχ с током полного отклонения стрелки ‘100 мкА.

Микроамперметр с диодным мостом включен в цепь ■ отрицательной обратной связи, которая еще больше линеаризует шкалу милливольтметра, особенно на ее начальном участке. Чувствительность прибора устанавливают подстроенным резистором JR17. Используемые в милливольтметре транзисторы (особенно Т) и 7¾ должны быть подобраны по минимуму собственного шума. На входе измерительного усилителя включена jRC-цепь RnC4, подавляющая помехи от

сигналов местных средневолновых радиостанций/ которые могут повлиять. на точность измерений.

Измеритель гармонических искажений · сконструирован как дополнительное устройство к милливольтметру. Схема измерителя изображена на .рис] 4. Переменный резистор служит для установки уровня входного сигнала. Транзисторы Т\ и Т2 образуют усилителазовращатель с мостом Вина в цепи обратной связи,’ который подавляет основную частоту. Оба плеча моста питаются сигналами с фазовым сдвигом в 180°. При точном совпадении частоты входного сигнала с одной из трех измерительных частот и при установке равенства амплитуды сигнала на обоих плечах переменным резистором Я9 на выходе моста основная частота .будет подавлена и на усилитель, собранный на транзисторах и J4, пройдут только высшие гармонические составляющие, которые и являются продуктом искажения сигнала. После усиления напряжение этих составляющих через переключатель рода работы они поступают на переключатель поддиапазонов милливольтметра, который позволяет в этом режиме измерять искажения в поддиапазонах 0/1, 0,3, 1, 3, 10′, 30%. соответственно. Транзисторы Τχ· и‘ Т$ следует также подобрать по минимальному уровню собственного шума, иначе это может повлиять на точность измерения. Коэффициент передачи измерителя гармонических искажений подстроечным резистором Я6 устанавливают равным 10.

Четвертое положение переключателя Βχ служит-для калибровки устройств при установке переключателя поддиапазонов милливольтметра в нижнее по схеме положение (см. рис. 3). Переменным резистором Κχ устанавливают такой уровень сигнала на входе измерителя искажений, при котором стрелка милливольтметра устанавливается на конечное деление шкалы. Далее переменным резистором

R9 и ручкой настройки генератора добиваются минимальных показаний милливольтметра, переключая его последовательно на все более чувствительные поддиапазоны переключателем By

Схема сетевого блока питания показана’ на рис. 5. Трансформатор Τρι должен обеспечивать на выводах обмотки II напряжение 18 В при токе нагрузки 100 мА. Стабилизатор собран на микро-; схеме МСу а усилителем тока служит транзистор Ту Если отказаться от резерва по току (до 50 мА), необходимого для питания измеряемого объекта, в усилителе тока можно использовать менее .мощный транзистор (например, KF508 со звездчатым радиатором). ‘Выходное напряжение стабилизатора устанавливают равным 15 В подборкой резистора (или В4). Ограничение по току задано сопротивлением резистора В2. При указанном на схеме номинале этого резистора максимальный ток нагрузки равен 100 мА. ‘Увеличивая сопротивление резистора В2, можно снизить порог ограничения.

Если необходимо питать прибор от гальванической батареи напряжением около 24 В, ее можно подключить через защитный диод непосредственно к конденсатору фильтра Су В этом случае. будут работать стабилизатор напряжения и ограничитель тока. Гальванический источник напряжением 15 В (например, автомобильная батарея аккумуляторов) следует подключать через защитный диод непосредственно к нагрузке. Использование защитного диода необходимо для исключения повреждения прибора при ошибочном подключении батареи в обратной полезности.

Все узлы комбинированного измерительного Прибора Собраны на отдельных печатных платах. Чертежи плат и расположение на них деталей показаны на рис. б—10. Размеры плат зависят от используемого кожуха. Лучше всего .‘использовать готовый небольшой кожух от какого-либо прибора. Размеры передней панели определяются в основном типом используемого микроамперметра и формой и размерами шкалы генератора. Описываемый прибор собран в кожухе .с габаритами 300x200x200 мм. Микроамперметр применен типа МР120, что позволяет свободно разместить все узлы прибора и сделать удобной его лицевую панель.

Рис. б. Чертеж печатной· платы генератора.

Рис. 7. Чертеж печатной Платы формирователя прямоугольного напряжения.

Все переключатели прибора — кнопочные, типа «Изостат», однако можно применить и галетные переключатели. Входы и выходы выведены на панель в виде экранированных гнезд 6AF28000, которые предназначены для магнитофонов. Штыревая часть к этому гнезду имеет обозначение 6AF89541. Корпуса гнезд должны быть изолированы от лицевой панели; соединять их. о общим’ проводом прибора следует в одной точке, лучше всего на выходе блока питания. Мощный транзистор усилителя тока блока питания размещен на дюралюминиевом профилированном радиаторе, который на стойках может быть закреплен на печатной плате или отдельно от нее.

Налаживание прибора начинают, как всегда, с блока питания·. Сначала, подбирая резисторы R3 (или R4), устанавливают на выходе блока напряжение 15 В. Затем проверяют работу ограничителя тока. Ограничение должно наступать при токе нагрузки несколько большем, чем 100 мА.

Далее в генераторе устанавливают режим усилителя подстроечным резистором Я5 и глубину обратной связи подстроечным резистором М9 по минимуму искажений формы выходного сигнала. Подключив к выходу генератора осциллоскоп и вращая ручку резистора, контролируют форму выходного напряжения на экране во всей полосе настройки. Если при перестройке наблюдается непостоянство амплитуды, — это является признаком неточного совпадения значений сопротивления секций сдвоенного резистора М2.

Формирователь настраивают при подаче на его вход синусоидального сигнала от звукового генератора. .Необходимо установить скважность импульсов. Для измерений в электроакустике наиболее удобной является скважность 2, которую и устанавливают подстроечным резистором R3.

Низкочастотный милливольтметр требует .установки режима измерительного усилителя подборкой резистора R2\· На вход подают сигнал от звукового генератора, к коллектору транзистора Т4 подключают вход осциллоскопа, на экране которого наблюдают форму выходного сигнала. Ограничение обеих полуволн выходного сигнала при перегрузке должно быть симметричным. Коэффициент деления входною делителя устанавливают с помощью звукового генератора и точного широкополосного милливольтметра, лучше всего цифрового. Сначала отношение 60 дБ (1:1000) устанавливают на частоте 100 Гц подстроечным резистором Л3, а затем на частоте 15 кГц —подстроечным конденсатором Cj.

Резисторы делителя поддиапазонов желательно подобрать на омметре с точностью не хуже 1% с тем, чтобы были гарантированы требуемые коэффициенты деления.

В измерителе искажений также следует подобрать элементы моста Вина с точностью 1 %. Усиление измерительного усилителя устанавливают· равным 20 дБ (в 10 раз) подстроечным резистором Л$ в цепи обратной связи при включенном мосте в положении Калибровка (в показанном на схеме положении переключателя By). Переменный резистор Л у устанавливают на максимум входного сигнала. Частота сигнала должна быть 1 кГц, а напряжение на входе 100 мВ. Вращая движок резистора Л& добиваются того, чтобы выходное напряжение было равно 1 В. Для градуирования шкалы генератора следует пользоваться точным, лучше всего цифровым измерителем частоты. В дальнейшем для налаживания можно использовать встроенный генератор прибора.

Образцовый широкополосный милливольтметр подключают параллельно входу милливольтметра налаживаемого прибора и устанавливают подстроечным резистором Л17 па основном поддиапазоне 1 мВ стрелку прибора на конечную отметку шкалы при напряжении на входе милливольтметра 1 мВ. Изменяя напряжение на входе, проверяют согласование шкал на поддиапазонах 1 и 3 мВ.

Точность измерителя искажений прибора можно проверить только с помощью промышленного измерителя высшего класса точности. Выходной регулятор формирователя прямоугольных импульсов можно откалибровать по осциллоскопу.

Комбинированный измерительный прибор дает возможность снимать частотные характеристики, измерять уровень усиления или Затухания, процент искажений на трех точках частотной характеристики, отношение сигнал/шум у исследуемого объекта, проверять параметры звукоснимателей электрофонов с помощью измерительных грампластинок, настраивать магнитофоны и электрофоны с помощью осциллоскопа, контролировать передачу переходных процессов через усилительные тракты и производить различные специальные измерения. Благодаря малым размерам и массе прибор удобен также для проведения текущего ремонта устройств на месте их установки.

Источник: Конструкций советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей.—Кн. 2.—М.: Энергоиздат, 1981,— 1.92 с., ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1032).

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