Техническое описание измерительного прибора
Предварительный усилитель представляет собой усилитель на транзисторах Т1—Т8 с глубокой обратной связью и выходным каекгдом, построенным по схеме повторителя Уайта, что обеспечивает незначительные нелинейные искажения усилителя.
Усилитель гармоник выполнен на транзисторах Т9—Т15. На входе усилителя включен каскад на полевом транзисторе Т9 с целью обеспечения режима холостого хода для моста Вина. Для исключения прохождения сигналов первой гармоники на выход усилителя гармоник по цепи обратной связи в цепь обратной связи включен повторитель на транзисторе Т12. Выходной каскад усилителя гармоник построен по схеме повторителя Уайта, что позволяет нагружать выход усилителя на малое входное сопротивление моста Вина. Для установления необходимых значений выходного напряжения и коррекции АЧХ режекторного усилителя гармоник II к его выходу подключен усилитель гармоник III, коэффициент усиления которого устанавливается с помощью [резисторов R13— R19 (ДЛИ5.002.007), подключаемых в соответствии с пределами измерения частотомера.
Вольтметр среднеквадратических значений с автоматическим переключением пределов измерений. Вольтметр прибора измеряет среднеквадратичское значение напряжения переменного тока. Вольтметр состоит из следующих устройств: усилитель, преобразователь и микроамперметр постоянного тока. ЁСо входа прибора исследуемый сигнал поступает на переключатель РОД РАБОТ, который производит распределение сигнала по требуемым направлениям внутри прибора, в зависимости от выбранного режима работы прибора. На усилитель сигнал поступает в режиме вольтметра с переключателя РОД РАБОТ, в режиме измерения Кг — с выхода режекторного усилителя. Сигнал, поступающий на усилитель, усиливается или ослабляется, в зависимости от его величины, и на выходе усилителя поддерживается в пределах 2—6 mV при уровнях входного сигнала 0,1 mV — 100 V. С выхода усилителя сигнал поступает на усилитель ДЛИ2.002.010, где происходит усиление уровня сигнала до 30—90 mV. На выходе усилителя стоит ФВЧ с частотой среза 10 Hz. Частота среза данного фильтра при нажатии кнопки «ФИЛЬТР I kHz» изменяется и становится равным 1 kHz. В режиме измерения Кг в усилителе происходит ограничение полосы частот сверху фильтрами ПЧ. Переменное напряжение сигнала, поступающее с выхода усилителя на вход преобразователя, усиливается в преобразователе до уровня 60 - 180 rnV и преобразуется в постоянный ток, пропорциональный среднеквадратическому значению переменного напряжения сигнала.
Инструкция по измерению преобразованного напряжения производится микроамперметром. Во вспомогательный тракт автоматики входят следующие устройства: блок индикации. Тракт автоматики служит для обеспечения автоматической работы прибора в режимах измерения напряжения и коэффициента гармоник. Блок управления преобразует переменное напряжение сигнала, поступающее с усилителя, в сигналы постоянного тока, используемые для автоматического управления делителями в измерительном тракте. Па блоке управления находится также калибратор, используемый для калибровки прибора в режиме измерения коэффициента гармоник и в режиме измерения напряжения. Блок управления, используя сигналы, поступающие с блока управления и с переключателя РОД РАБОТ, управляет делителями в измерительном тракте, вырабатывает сигналы для включения индикации. Блок индикации осуществляет переключение индикации шкал стрелочного прибора и функционального рода работы прибора. Для выполнения перечисленных функций в каждом из блоков необходимо наличие определенных узлов. Рассмотрим. функциональную схему вольтметра (см. рис. в инструкции). Исследуемый сигнал поступает на вход усилителя либо с гнезда прибора, либо с выхода режекториого усилителя.
Усилитель состоит из частотно-корректированного, автоматически управляемого входного делителя (с коэффициентом деления 1:1 при измерении напряжений от 0,1 до 100 mV и 1:1000 при измерении напряжений от 0,1 до 100 V) и двух ступеней усиления, разделенных промежуточным делителем. После входного делителя сигнал усиливается широкополосным прецизионным усилителем с коэффициентом усиления К = 4 и неравномерностью АЧХ в диапазоне 20 Hz— 1 MHz менее 0,5%. Усиленный сигнал, в зависимости от значения, делится промежуточным автоматическим делителем с коэффициентом деления 1:1, 1:3, 1:10, 1:30, 1:100, 1:300 и усиленный в 5 раз последующим широкополосным усилителем поступает на усилитель. Усилитель состоит из широкополосного прецизионного усилителя с коэффициентом усиления К=15, неравномерностью ЛЧХ в диапазоне 20 Hz—1 MHz не более 0,5% и трех фильтров (два ФПЧ и один ФВЧ). ФВЧ с частотой среза 10 Hz необходим для исключения низкочастотных колебании в измерительном тракте, возникающих при переключении пределов измерения. При исследовании сигналов с частотой основной гармоники выше 1 kHz есть возможность трансформировать ФВЧ — 10 IIz в ФВЧ — 1 kHz. В режиме измерения Кг при частоте основной гармоники до 20 kHz включен ФНЧ 100 kHz с частотой среза 100 kHz, на частотах 20—200 kHz включен ФНЧ—1 MHz с частотой среза 1 MHz. Неравномерность ЛЧХ фильтров НЧ вблизи частоты среза не превышает ±3%. Включение фильтров происходит автоматически управляющим сигналом, поступающим с частотомера прибора.
Преобразователь содержит следующие функциональные узлы: широкополосный усилитель, схема стабилизации нуля, квадратичные детекторы, усилитель постоянного тока по схеме модулятор-демодулятор, выходной эмиттерный повторитель, модулятор цепи обратной связи, согласующий повторитель и схема защиты от перегрузок. Для получения линейной зависимости выходного тока индикатора от входного переменного напряжения преобразователь выполнен по методу взаимообратных преобразований. В качестве квадратичных детекторов используются полевые транзисторы. Тракт автоматики осуществляет автоматическое переключение пределов измерения (включение необходимых ступеней делителей и индикацию пределов). Тракт автоматики построен по принципу «управление по выходу», т. е. информация о величине входного напряжения поступает с выхода измерительного тракта после всех ступеней делителей.
Блок управления содержит следующие составные функциональные группы: «усилитель (К =10); преобразователь (Пр.); интегратор. Схема восстановления переменной составляющей (СВПС); цепь отрицательной обратной связи (ОС); компаратор верхнего уровня (КВУ); компаратор нижнего уровня (КНУ); схема управления калибратором (СУК); калибратор (Калибр.). Блок управления содержит следующие функциональные группы: схема управления генератором, генератор импульсов, одновибратор, коммутатор импульсов, реверсивный счетчик, дешифратор и схемы управления ключами и индикацией. На блок управления переменное напряжение сигнала поступает с выхода усилителя. Широкополосный усилитель (К=10) усиливает напряжение сигнала до уровня 0,5—1,5 V. После преобразователя выпрямленное напряжение фильтруется и поступает на два компаратора с опорными уровнями 0,5 и 1,5 V для нижнего и верхнего уровня соответственно. Для повышения временной температурной стабильности параметров усилителя и преобразователя, а также для линеаризации функции преобразования они охвачены общей ООС, в которую входит и схема восстановления переменной составляющей. При напряжении на входах компараторов, находящемся в пределах 0,5—1,5 V, на выходах компараторов напряжение равно нулю, т. е. выходные уровни эквивалентны логическому «0». При выходе за указанные пределы на схему управления генератором и коммутатором поступает логическая «1». Логические уровни, поступающие с компараторов блока управления на схему управления генератором и коммутатором блока управления, являются исходными для работы цифровой части схемы переключения пределов. По приходу логической «1» с одного из компараторов схема управления дает разрешение на обработку импульса генератором совместно с одновибратором и команду коммутатору на разрешение прохождения этого импульса на один из выходов реверсивного счетчика. При поступлении логической «I» с компаратора верхнего уровня коммутатор направляет импульс на суммирующий вход счетчика, при поступлении логической «1» с компаратора нижнего уровня импульс поступает на вычитающий вход. В зависимости от состояния счетчика дешифратор выдает команды на схемы управления ключами и индикацией, которые, в свою очередь, через ключи осуществляют включение определенных ступеней делителей в усилителе и элементов индикации на блоке индикации.
Рассмотрим особенности построения принципиальной схемы каждого из устройств. Делитель напряжения на резисторах R1, R2 с коэффициентом деления 1:1000, включенный на входе усилителя, служит для обеспечения измерения напряжения 100 mV и выше. Входное сопротивление делители 2 MQ. С целью получения минимальной температурной нестабильности делитель выполнен на термостабильных резисторах. Частотная коррекция делителя осуществляется элементами CI—C5, R3. Переключение резисторов делителя осуществляется реле Р2, РЗ сигналом, поступающим с блока управления. Реле Р1 осуществляет коммутацию сигнала на входе усилителя в режиме измерения коэффициента гармоник и напряжения. Трехкаскадный усилитель напряжения на транзисторах Т1—Т4 служит для предварительного усиления напряжения 2f сигнала. Для получения малой неравномерности амплитудно-частотной характеристики и высокой стабильности параметров он охвачен глубокой отрицательной обратной связью р0 цепи Rll, R12, С7. Коэффициент усиления равен 4. Для обеспечения малого уровня шумов и получения большого входного сопротивления прибора в режиме измерения напряжения входной каскад выполнен на полевом транзисторе Т1. Второй каскад — на транзисторе Т2 обеспечивает основное усиление, третий на транзисторах ТЗ, Т4 — является повторителем и служит для получения малого выходного сопротивления усилительной «тройки» с целью обеспечения работы каскада на низкоомную нагрузку — делитель напряжения на резисторах R19—R33. Защиту входного каскада на полевом транзисторе от кратковременных перегрузок более 1 V выполняет цепь на диодах Д4—Д7 и резисторе R4. Коррекция амплитудно-частотной характеристики входного каскада осуществляется элементом С8. Промежуточный низкоомный делитель напряжения с коэффициентами деления 1:1, 1:3, 1:10, 1:30, 1:100, 1:300 выполнен на резисторах R19—R33. Для получения хорошей частотной характеристики он выполнен низкоомным. Входное сопротивление делителя около 250 Q. Коэффициент деления одной ступени 10 1В. Количество ступеней деления — шесть. Частотная коррекция делителя осуществляется подстроечным конденсатором С14. Переключение пределов осуществляется реле Р5—Р9 сигналами со схемы блока управления.
Der Oberschwingungsverstärker ist auf Transistoren T9—T15 ausgelegt. Am Eingang des Verstärkers ist eine Kaskade am Feldeffekttransistor T9 aktiviert, um den Leerlaufmodus für die Weinbrücke sicherzustellen. Um zu verhindern, dass die Signale der ersten Oberschwingungen an den Ausgang des Oberschwingungsverstärkers entlang des Rückkopplungskreises übergeben werden, ist ein Repeater am Transistor T12 in den Rückkopplungskreis eingeschlossen. Die Ausgangsstufe des Oberschwingungsverstärkers ist nach dem White-Repeater-Schema aufgebaut, wodurch der Ausgang des Verstärkers mit einem geringen Eingangsimpedanz der Weinbrücke belastet werden kann. Um die erforderlichen Ausgangsspannung einzustellen und den Frequenzgang des Oberschwingungsverstärkers II zu korrigieren, ist ein Oberschwingungsverstärker III an seinen Ausgang angeschlossen, dessen Verstärkung mit [Widerständen R13 bis R19 (Länge 5.002.007) eingestellt wird, die entsprechend den Grenzen der Frequenzmessermessung angeschlossen werden.
RMS-Voltmeter mit automatischer Umschaltung der Messgrenzen. Das Voltmeter des Geräts misst den RMS-Wert der Wechselspannung. Ein Voltmeter besteht aus folgenden Geräten: einem Verstärker, einem Wandler und einem DC-Mikroamperemeter. Das zu untersuchende Signal wird an den Bedienungsschalter gesendet, der das Signal in die gewünschten Richtungen innerhalb des Gerätes verteilt, abhängig vom gewählten Betriebsmodus des Gerätes. Das Signal wird im Voltmetermodus vom Schalter ARBEITSART an den Verstärker gesendet, im Messmodus Kg vom Ausgang des Schaltverstärkers. Das an den Verstärker ankommende Signal wird je nach Größe verstärkt oder gedämpft und wird am Verstärker—Ausgang zwischen 2-6 mV und 0,1 mV - 100 V gehalten. Vom Verstärker-Ausgang wird das Signal an den Verstärker mit einer Länge von 2,002,010 gesendet, wobei der Signalpegel auf 30 bis 90 mV erhöht wird. Am Ausgang des Verstärkers befindet sich ein HF mit einer Schnittfrequenz von 10 Hz. Die Grenzfrequenz dieses Filters ändert sich, wenn Sie die Taste «FILTER I kHz» drücken, und wird auf 1 kHz eingestellt. Im Kg-Messmodus wird im Verstärker das Frequenzband von oben mit den HF-Filtern begrenzt. Die vom Ausgang des Verstärkers zum Eingang des Umrichters ankommende Wechselspannung des Signals wird im Umrichterpegel auf 60 bis 180 rnV verstärkt und in einen Gleichstrom umgewandelt, der proportional zum Standardwert der Wechselspannung des Signals ist.
Die Anweisung zur Messung der konvertierten Spannung wird durch ein Mikroamperemeter erzeugt. Der Hilfspfad der Automatik umfasst folgende Geräte: die Anzeigeeinheit. Der Automatisierungspfad dient dazu, den automatischen Betrieb des Gerätes in den Spannungs- und harmonischen Messmodi zu gewährleisten. Das Steuergerät wandelt die vom Verstärker ankommende Wechselspannung des Signals in Gleichstromsignale um, die zur automatischen Steuerung der Teiler im Messpfad verwendet werden. Das Steuergerät verfügt außerdem über einen Kalibrierer, der zur Kalibrierung des Gerätes im harmonischen- und Spannungsmessmodus verwendet wird. Das Steuergerät steuert unter Verwendung der vom Steuergerät und vom Schalter ARBEITSART ankommenden Signale die Teiler im Messpfad an und erzeugt Signale, um die Anzeige zu aktivieren. Die Anzeigeeinheit schaltet die Anzeige der Zeigerskalen und der Funktionsweise des Gerätes um. Um diese Funktionen auszuführen, müssen in jedem der Blöcke bestimmte Knoten vorhanden sein. Betrachten. funktionsdiagramm des Voltmeters (siehe Abb. in der Anleitung). Das zu untersuchende Signal wird entweder von der Gerätebuchse oder vom Ausgang des Verstärkers an den Verstärkereingang gesendet.
Der Verstärker besteht aus einem frequenzkorrekten, automatisch gesteuerten Eingangsteiler (1:1 bei Spannungsmessung von 0,1 bis 100 mV und 1:1000 bei Spannungsmessung von 0,1 bis 100 V) und zwei Verstärkungsstufen, die durch einen Zwischenteiler getrennt sind. Nach dem Eingangsteiler wird das Signal durch einen Breitbandpräzisionsverstärker mit einer Verstärkung von K = 4 und einer Frequenzgangunabhängigkeit im Bereich von 20 Hz— 1 MHz von weniger als 0,5% verstärkt. Das verstärkte Signal wird je nach Wert durch einen automatischen Zwischenteiler mit einem Teilungsfaktor geteilt 1:1, 1:3, 1:10, 1:30, 1:100, 1:300 und der 5-fache verstärkte Breitbandverstärker wird durch einen nachfolgenden Breitbandverstärker an den Verstärker angeschlossen. Der Verstärker besteht aus einem Breitband—Präzisionsverstärker mit einer Verstärkung von K= 15, einer ungleichmäßigen LCHX im Bereich von 20 Hz-1 MHz von nicht mehr als 0,5% und drei Filtern (zwei HF und ein HF). Ein HF mit einer Grenzfrequenz von 10 Hz ist erforderlich, um niederfrequente Schwingungen im Messweg zu vermeiden, die beim Umschalten der Messgrenzen auftreten. Bei der Untersuchung von Signalen mit einer Oberschwingungsfrequenz über 1 kHz ist es möglich, HF — 10 IIz in HF — 1 kHz umzuwandeln. Im Kg-Messmodus ist bei einer Oberschwingungsfrequenz von bis zu 20 kHz ein 100—kHz-Tiefpass mit einer Grenzfrequenz von 100 kHz aktiviert, bei 20-200 kHz ist ein 1-MHz-Tiefpass mit einer Grenzfrequenz von 1 MHz aktiviert. Die Ungleichmäßigkeit der Tiefpassfilter in der Nähe der Grenzfrequenz überschreitet ± 3% nicht. Das Einschalten der Filter erfolgt automatisch durch ein Steuersignal, das vom Frequenzmesser des Geräts kommt.
Der Wandler enthält die folgenden Funktionseinheiten: Breitbandverstärker, Nullstabilisierungsschaltung, quadratische Detektoren, Gleichstromverstärker nach dem Demodulator-Schema, Ausgangsemitter-Repeater, Rückkopplungsmodulator, passender Repeater und Überlastschutzschaltung. Um eine lineare Abhängigkeit des Ausgangsstroms des Indikators von der Wechselspannungseingangsspannung zu erhalten, wird der Wandler nach der Methode der gegenseitigen Umwandlungen hergestellt. Als quadratische Detektoren werden FET-Transistoren verwendet. Der Automatisierungspfad führt die automatische Umschaltung der Messgrenzen durch (Einbeziehung der erforderlichen Teilerstufen und Grenzwertanzeige). Der Automatisierungspfad ist nach dem Prinzip «Ausgangssteuerung" aufgebaut, d.h. Die Information über die Größe der Eingangsspannung wird nach allen Teilerstufen vom Ausgang des Messweges abgeleitet.
Das Steuergerät enthält folgende Funktionsgruppen: «Verstärker (K =10); Wandler (Pr.); Integrator. Schema zur Wiederherstellung variabler Komponenten (SVPS); negativer Rückkopplungskreis (OS); Komparator der obersten Ebene (KVU); Komparator der unteren Ebene (KNU); Steuerschema des Kalibrators (SUK); Kalibrator (Kalibrator).). Das Steuergerät enthält die folgenden Funktionsgruppen: Generatorsteuerschaltkreis, Impulsgenerator, Einvibrator, Impulsschalter, Umkehrzähler, Decoder und Schaltpläne für Schlüssel und Anzeige. Die Wechselspannung des Signals wird vom Ausgang des Verstärkers an das Steuergerät gesendet. Der Breitbandverstärker (K = 10) verstärkt die Signalspannung auf 0,5 bis 1,5 V. Nach dem Wandler wird die gleichgerichtete Spannung gefiltert und in zwei Komparatoren mit den Referenzpegeln 0,5 und 1,5 V für die untere und obere Ebene eingespeist. Um die vorübergehende Temperaturstabilität der Verstärker- und Umformerparameter zu erhöhen, sowie die Transformationsfunktion zu linearisieren, werden sie von einem gemeinsamen OOS abgedeckt, das auch das Wiederherstellungsschema der variablen Komponente enthält. Bei einer Spannung an den Eingängen der Komparatoren, die zwischen 0,5 und 1,5 V liegt, ist die Spannung an den Ausgängen der Komparatoren gleich Null, dh die Ausgangspegel entsprechen dem logischen «0». Wenn die angegebenen Grenzen überschritten werden, wird die logische «1» an die Steuerschaltung des Generators und des Schalters gesendet. Die logischen Pegel, die von den Komparatoren des Steuergeräts zum Steuerschaltkreis des Generators und des Schaltgeräts des Steuergeräts kommen, sind die Ausgangswerte für den digitalen Teil des Grenzschaltkreises. Bei der Ankunft der logischen "1" von einem der Komparatoren erteilt die Steuerschaltung die Erlaubnis, den Impulsgenerator zusammen mit dem Ein-Vibrationsgenerator zu verarbeiten und dem Schalter zu befehlen, den Durchgang dieses Impulses an einen der Ausgänge des Umkehrzählers zu ermöglichen. Wenn ein logisches «I» vom Komparator der obersten Ebene eingeht, leitet der Schalter den Impuls an den Summeneingang des Zählers weiter, wenn ein logisches «1» vom Komparator der unteren Ebene eingeht, wird der Impuls an den Subtraktionseingang gesendet. Je nach Zählerzustand gibt der Decoder Befehle an die Schlüssel- und Anzeigekreise aus, die wiederum bestimmte Teilerstufen im Verstärker und die Anzeigeelemente an der Anzeigeeinheit über die Schlüssel aktivieren.