Файл: Слабкий Л.И. Методы и приборы предельных измерений в экспериментальной физике.pdf

Йfß 33N

Рис. 75. Принципиальная схема усилителя^Нш электрометрических пентодах

нуля, приведенный ко входу, не превышает 0,15 мВ!° С, а макси­ мальная амплитуда флуктуаций равна приблизительно 1 мВ.

Данный усилитель может быть использован для измерения на­ пряжений от 1 мВ до 30 В в высокоомных цепях, а также для из

185

мерения сопротивлений порядка ІО14—101в Ом путем измерения - тока в цепи, состоящей из входного сопротивления усилителя и включенного последовательно с ним измеряемого сопротивления Rx, к которым приложено напряжение порядка 10 В. Отметим,что применение транзисторов в схеме значительно уменьшает габариты прибора и источников питания.

Рассмотрим еще один тип электрометрического усилителя, ко­ торый может быть использован для измерения тока положительных

Электрометрический пентод П5 работает в следующем режиме: -

Коэффициент усиления первого каскада на электрометрической лампе равен ~30.

Транзисторный усилитель собран на триодах с большим коэф­ фициентом усиления по току ( >0,95), причем первые два каскада транзисторного усилителя охвачены отрицательной обратной связью по току, а четвертый каскад имеет отрицательную обратную связь

лографу постоянного тока по ширине шумовой дорожки), а на вы­ ходе Тъ (без фильтра) UN — 10 мВ (здесь речь идет о пиковых на­ пряжениях, которые в •—'3 раза превышают среднеквадратические. Если принять константу фликкер-эффекта, равной 0,2-1011, то ве­ личина этого шума будет близка к измеренной, которая пример­ но в 3—4 раза превышает тепловой шум входного сопротивления R .

§2. Фотоэлектрические компенсационные усилители

Вэтом параграфе будут рассмотрены некоторые конкретные схе­ мы фотоэлектрических усилителей и особенности работы с ними.

Обычно принято различать два основных типа фотокомпенсационных приборов, в которых компенсация осуществляется по напря­ жению или по току.

Первый тип прибора (рис. 77) представляет собой балансную схему, в которой полярность включения гальванометра выбрана так, чтобы при увеличении падения напряжения на катодном со­ противлении лампы Л 2 ток через гальванометр уменьшался. Это

приводит к установлению рамки гальванометра в такое положение,

1 Относительно точки а.

186

для которого измеряемое напряжение будет равно падению напря­ жения на катодном сопротивлении лампы Л 3.

Изменение тока через миллиамперметр при этом будет опреде­ ляться формулой

если чувствительность гальванометра достаточно велика, чтобы пренебречь «током рассогласования», удерживающим рамку галь­ ванометра в данном положении.

Данная схема может работать в качестве стабилизатора тока или напряжения. Так, если на сетку лампы подать постоянное напряже­ ние, например от батареи, аккумулятора или нормального элемен­ та, то данная схема будет работать как стабилизатор тока, проте­ кающего в цепи миллиамперметра, причем коэффициент стабилиза­ ции ие будет зависеть от изменения параметров элементов самой схемы (это следует из формулы (5.7)).

При снятии напряжения на нагрузку с точек (1) — (1') будем иметь стабилизатор напряжения (рис. 78).

Схема фотокомпенсационного усилителя напряжения на фотоэле­ ментах приведена на рис. 79 [15]. Обратная связь здесь осуществля­ ется через сопротивление Добр.св в цепи выходного микроампер­ метра, а в качестве светочувствительных датчиков использованы селеновые фотоэлементы. Это дает возможность не применять до­ полнительный источник тока. При мощности лампочки подсвета

Рис. 77. Схема простого балансного фотокомпенсационного усилителя

Рис. 78. Схема фотокомпенсационного стабилизатора напряжения

Рис. 79. Схема балансного уси­ лителя на фотоэлементах (ФЭ) с использованием обратной свя­ зи по току

Рис. 80. Схема универсального фотоэлектрического усилителя типа Ф16

На рис. 80 приведена принципиальная схема высокочувствитель­ ного фотокомпенсационного усилителя типа Ф16 для измерения тока и напряжения.

Максимальная чувствительность этого прибора по току и по

тор или конденсатор (ДС-цепочка). Это позволяет измерять маг­ нитный поток CD*, индуцирующий э. д. с. в катушке ИК (рис. 81).

188

В этом случае такой прибор работает в качестве веберметра, в ко­ тором благодаря обратной связи UK,“'создаваемой на дифференци­ рующем трансформаторе Тр, уменьшается скорость «сползания» указателя выходного прибора в нулевое положение. Выпускаемые в настоящее время промышленностью приборы такого типа (Ф18,

их изготовлении и принятии специальных мер по уменьшению не­ тепловых шумов (вибрация, изменения температурного режима, электромагнитные наводки и' т. д.) может быть близка к теорети­ ческому пределу, определяемому шумовой теоремой Найквиста. При этом величина предельно измеримых э. д. с. достигает ~ 10 -10 В при времени измерения порядка нескольких десятков секунд или единиц минут [ 15—18 ].

Одним из наиболее «неприятных» недостатков применения элект­ рометрических усилителей являются паразитные термо-э. д. с., которые в некоторых случаях бывают намного выше предельной чувствительности прибора и делают невозможным проведение пре­ дельных измерений, если не принимать специальных мер.

К числу таких мер надо отнести прежде всего использование подводящих проводов с минимальным числом «разъемов», причем

Рис. 81. Фотокомпенсациониая схема для измерения магнит­ ного потока фд:

И К — измерительная катушка

провода должны быть медными, так как сами клеммы таких при­ боров изготовлены из меди и поэтому применение других металлов нежелательно. Кроме того, следует по возможности избегать паяных соединений, применения латунных зажимных контактов, а также переменных сопротивлений любого типа ввиду их сильного влияния как за счет нестабильности, так и за счет термо-э. д. с. между контактами (отметим, что клеммы (выводы) практически всех ти­ пов сопротивлений являются латунными и это надо иметь в виду при установлении их температурного режима работы).

Весьма желательно также принятие специальных мер для за­ щиты от наводок паразитных э. д. с. путем применения бифилярных подводок и создания специальных компенсирующих петель [19], поскольку в некоторых случаях окисленные контакты между

189

металлическими электродами могут работать в качествё выпрями­ тельных элементов.

Питание высокочувствительных фотоэлектрических приборов целесообразно осуществлять через дополнительные стабилизаторы напряжения с возможно большей точностью стабилизации (0,1 ~ 0,5 % и выше).

Для исключения влияния вибраций на работу приборов их не­ обходимо устанавливать на прочном основании, жестко скреплен­ ном с капитальной стеной или поставленном на независимый фун­ дамент. (Применять какие-либо специальные противовнбрационные подвесы, как правило, нецелесообразно ввиду их громоздкости и неудобства работы.) Особенно тщательно надо следить за стабиль­ ностью температурного режима в помещении, за отсутствием по­ токов воздуха (сквозняков, конвекционных потоков и др.), т. е. нельзя устанавливать такие приборы, например, на подоконниках или вблизи других работающих приборов, которые создают мест­ ный нагрев и электромагнитные наводки за счет работы трансфор­ маторов, дросселей и т. п.

Контроль чувствительности приборов в процессе измерения не­ обходимо проводить регулярно для исключения ошибок, обуслов­ ленных дрейфом нуля прибора и изменением паразитных э. д. с. Таковы, в общих чертах, те меры, которые позволят работать с

Параметрическими усилителями называются такие усилитель­ ные системы, которые содержат один или несколько реактивных элементов с периодически изменяющимися во времени парамет­ рами.

Принцип параметрического усиления можно проиллюстриро­ вать на примере работы схемы с изменяющейся емкостью колеба­ тельного контура (рис. 82, о).

Пусть в контуре LC имеют место электрические колебания с частотой со0 = (LC)_I/2 (напряжение сигнала). Если в момент по­ явления на конденсаторе С максимума напряжения мгновенно уве­ личить расстояние между его пластинами (уменьшить его емкость), то при этом напряжение на нем также возрастет, а энергия, за­ пасенная в колебательном контуре, увеличится. Это произойдет по той причине, что при увеличении расстояния между пластинами конденсатора С затрачивается энергия (от внешнего источника)

190