Файл: Илюкович А.М. Измерительные усилители малых токов с логарифмической характеристикой.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.07.2024
Просмотров: 92
Скачиваний: 7
передаточной |
характеристики |
поверяемого усилителя |
с образцовой вольт-амперной |
характеристикой, точно |
|
описываемой |
логарифмической |
зависимостью. Рассмо |
трим названные методы поверки более подробно.
При поверке по первому методу на вход поверяемого усилителя подается ток от образцового источника тока, а выходное напряжение усилителя измеряется образцо вым измерителем напряжения. Значения образцовых то ков задаются таким образом, чтобы перекрыть динами ческий диапазон передаточной характеристики усилителя
стребуемой дискретностью. Значение выходного напря жения, измеренное образцовым прибором, сравнивается
срасчетным значением напряжения, определяемым по номинальной передаточной характеристике поверяемого
усилителя при данном значении тока. По разности этих напряжений вычисляется относительная погрешность усилителя в виде, аналогичном виду (6).
Второй метод поверки логарифмического измеритель ного усилителя может быть выполнен по принципу мето да функционально связанных источников тока и напря жения, описанного в гл. 2. При этом передаточная ха рактеристика поверяемого усилителя сравнивается с опорной логарифмической зависимостью между вход ным током усилителя и опорным напряжением, причем смещение и крутизна этой зависимости устанавливаются равными номинальным значениям соответствующих па раметров передаточной характеристики усилителя.
Аналогичными методами могут быть определены вре менной дрейф и температурная нестабильность переда точной характеристики логарифмического измерительно го усилителя.
Одним из наиболее важных вопросов поверки лога рифмических измерительных усилителей малых токов (как и вообще поверки электрометрической аппаратуры) является создание образцовых источников малых токов. В настоящее время находят применение резистивные и ионизационные источники тока, а также источники тока, выполненные на основе генератора линейно изменяюще-. гося напряжения и дифференцирующего конденсатора.
Рассмотрим принципы построения резистивных источ ников тока и источников тока на основе генератора ли нейно изменяющегося напряжения и дифференцирующего конденсатора. Они допускают поэлементную аттестацию, что дает возможность их выполнения без образцовых
71
средств измерения малых токов (в отличие от ионизаци онных источников).
Принципиальная схема резистивного источника тока
приведена |
на рис. |
29. В |
состав |
источника |
входят |
|||
/Г/ |
ПР |
|
резисторы |
Ri—Rs |
с |
раз |
||
|
ными |
значениями |
со |
|||||
|
|
|
противлений, |
коммути |
||||
|
|
|
руемые |
переключателем |
||||
|
|
|
Пр, регулируемые источ |
|||||
|
|
|
ники напряжения Ui и U2, |
|||||
|
|
|
вольтметр |
U, |
переклю |
|||
|
|
|
чаемый тумблером Т, и |
|||||
|
|
|
кнопка Кн. Поверка ап |
|||||
|
|
|
паратуры с помощью та |
|||||
|
|
|
кого |
источника |
осуще |
|||
|
|
|
ствляется |
следующим |
об |
|||
|
|
|
разом. Поверяемый при |
|||||
|
|
|
бор подключают к выход |
|||||
Рис. 29. Принципиальная схема |
ным зажимам |
источника |
||||||
резистивного |
источника |
малых |
I и II. |
Нажимают кнопку |
||||
токов. |
|
|
Кн, замыкая нижнюю (по |
|||||
|
|
|
схеме) |
пару |
ее |
|
кон |
|
|
|
|
тактов. |
При |
этом |
на |
вход поверяемого прибора подается напряжение U%. Ре гулируя Uь устанавливают стрелку поверяемого прибора на требуемую отметку шкалы. Отпускают-кнопку Кн (замыкая верхнюю, пару контактов) и регулировкой источника Ui при определенном сопротивлении резисто ров Ri—Rs, включенном переключателем Пр, стрелку поверяемого прибора устанавливают вновь на ту же от метку шкалы. Измеряют значения U2 и Ui (соответст
венно в правом и левом по схеме положениях тумблера
Т) и определяют значение тока |
источника по формуле |
||
, |
_ |
£/,-Ц » |
I |
I |
-- |
п |
|
|
|
АК |
|
где Як — значение сопротивления включенного резистора. Погрешность резистивного источника тока зависит от нестабильности и нелинейности резисторов Ri—R5, не
точности измерения напряжений Ui и U2l а также от паразитных токов изоляторов высокоомной части схемы (переключатель, верхняя пара контактов кнопки). При самом тщательном выполнении такого источника не уда ется получить токи менее 10~12 А с погрешностями по рядка 3—5% (очевидно, что область больших токов
72
в данном источнике не имеет принципиальных ограни чений) .
Принципиальная схема источника малых токов на ос нове генератора линейно изменяющегося напряжения и дифференцирующего конденсатора приведена на рис. 30. Источник тока содержит источник стабилизированного напряжения f/CT, образцовый резистор R, электрометри ческий усилитель ЭМУ, интегрирующий конденсатор Сп и дифференцирующий конденсатор Сд. При достаточно высоком значении коэффициента усиления ЭМУ его входной ток определяется из выражения
J*x — R •
Этот ток заряжает конденсатор С„, и выходное на пряжение ЭМУ в любой момент времени
т. е. представляет собой напряжение, линейно изменяю щееся во времени.
Выходное напряжение ЭМУ дифференцируется кон
денсатором Сд, и |
ток в |
нагрузке |
Ru (при t> 3 R uCn) |
||||
определяется |
как |
|
|
|
|
||
|
|
|
г |
_г* |
dt |
__ UQт Сд |
|
|
|
|
'пых— Ьд |
— R |
Сп . |
||
Таким образом, при использовании достаточно точ |
|||||||
ных |
и |
стабильных элементов — микропроволочного ре |
|||||
зистора R и |
конденсаторов |
|
|
||||
С„ |
и |
Сд — обеспечиваются |
|
|
|||
высокая точность и стабиль |
|
|
|||||
ность выходного тока источ |
|
|
|||||
ника независимо от сопро |
|
|
|||||
тивления нагрузки Ru. В ре |
|
|
|||||
альной |
конструкции погреш |
|
|
||||
ность источника тока нахо |
|
|
|||||
дится |
на уровне |
0,5 и 1 %' |
Рис. 30. Источник малых токов |
||||
в диапазоне токов |
(соответ |
иа основе генератора линейно |
|||||
ственно) |
10~14— 10~8 |
и |
изменяющегося напряжения и |
||||
Ю-15— 10-14 А [Л. 2]. |
|
дифференцирующего конденса |
|||||
Логарифмические измери |
тора. |
|
|||||
|
|
тели малых токов и больших сопротивлений допускают применение комплектной по
верки с применением соответствующих образцовых мер измеряемой величины, Для поверки измерителей тока
6—462 |
73 |
могут быть применены описанные выше образцовые источники малых токов, для поверки измерителей боль ших сопротивлений—-меры большого сопротивления различных типов (магазины сопротивления, пассивные и активные имитаторы больших сопротивлений). Ком плектная поверка логарифмической аппаратуры не име ет каких-либо принципиальных особенностей по сравне нию с поверкой обычной электроизмерительной аппа ратуры. Однако при поверке в области малых токов (10-12— 10~10 А и менее) необходимо выполнять ряд спе цифических требований. Основными из них являются полная экранировка высокоомных слаботочных цепей с целью устранения различного рода наводок, непосред ственное соединение меры со входом поверяемого при бора без применения кабелей, поскольку сам кабель является источником значительных (до 10~13— 10-12 А) паразитных токов, применение в необходимых случаях изоляторов из высококачественных диэлектриков (фто ропласта, янтаря, эскапона и т. п.).
Г Л А В А П Я Т А Я
ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ И ЭЛЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ НА ИХ ОСНОВЕ
Логарифмические измерительные усилители с диод ным включением ЛЭ на входе ЭМУ в настоящее время применяются крайне редко, так как они имеют недостат ки, в частности низкое быстродействие и сравнительно высокое значение нижней границы логарифмического диапазона. В связи с этим схемы таких усилителей в кни ге не рассматриваются.
Логарифмические измерительные усилители с триодиым и пентодным включением ЛЭ на входе УПТ позво ляют работать в области меньших токов и находят в настоящее время применение в аппаратуре, к которой не предъявляется требование высокого быстродействия. Рассмотрим несколько схем логарифмических измери тельных усилителей такого типа.
Одна из наиболее совершенных схем логарифмиче ского усилителя с триодным включением ЛЭ на вход? УПТ применена в измерителе тока ионизационной каме ры, описанном в [Л. 25].
74
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 31. В состав усилителя входят дифференциальный логариф мирующий каскад, выполненный на лампах JIi и Лз
(E80F) в триодиом включении, и дифференциальный усилитель напряжения на лампе Л2 (5692). Кроме того, в схеме имеются цепи калибровки передаточной харак теристики усилителя и регулятор потенциала охранного электрода входного разъема Л-
Измеряемый ток подается на управляющую сетку лампы JIi (переключатель Я i в положении 3 — Измере ние). Логарифмирование измеряемого тока осуществля ется участком сетка — катод лампы. В качестве анодной нагрузки лампы JIi применен резистор Ri.
На управляющую сетку лампы Л3, работающей так
же в режиме логарифмирования, подается ток неизмен ного значения от делителя напряжения Ягь R%3 через высокоомный резистор Я25. В цепь анода лампы Лз включены последовательно резистор Я22 и потенцио метр Rz3- Сопротивление анодных нагрузок ламп Л1 и Лз
выбрано достаточно высоким, поэтому лампы работают практически в режиме неизменного анодного тока. По скольку каскад на лампах Л 1 и Л 3 симметричен, а вы ходное напряжение снимается с анода лампы Л 1 и пол
зунка потенциометра R33, на вход дифференциального усилителя постоянного тока на лампе Л2 подается на
пряжение, равное
U—U01 + йц l g I — (ооз + оцз lg/ o+ Д Я ),
где I — входной ток прибора; /о — ток управляющей сет~
ки лампы Л 3; ДU — падение напряжения на нижней ча сти потенциометра Ягз- (Здесь индексами «1» и «3» обо значены параметры логарифмических характеристик </7i
иЛз.).
Видеальном случае (при ctQi= aQ3 и an = al3 =ai) вы
ходное напряжение логарифмирующего каскада
U = - A U + ai lg -L, 1о
т. е. имеет место компенсация значений смещения логарифмических характеристик ламп, что улучшает стабиль ность характеристики усилителя при воздействии раз личных дестабилизирующих факторов.
В дифференциальном УПТ применен двойной триод Лг (5612), каждая из половин которого работает катод-
6* |
. |
75 |
иым повторителем. Между нагрузками катодных повто рителей (Яю и Яи, R ib) включен выходной измеритель напряжения И, имеющий ток полного отклонения 1 мА. В цепь измерителя включены добавочные резисторы Я12, R1з и ЯкПоследовательно с измерителем может быть
включен самописец (к разъему Г3); при этом резистор Ян отключается переключателем Д 2. Измерение выход ного напряжения усилителя производится при переклю
чении |
переключателя П3 в положение |
2 — Измере |
|||
ние. |
В |
положение 1 — Контроль |
осуществляются кон |
||
троль |
и |
калибровка регулятора |
потенциал охранного |
||
электрода. |
|
|
|||
Регулятор потенциала охранного электрода выполнен |
|||||
на |
лампе |
Я4 (Е88СС). Входной |
сигнал |
на регулятор, |
пропорциональный выходному напряжению усилителя (т. е. потенциалу управляющей сетки лампы Л{), сни мается с резистора Яа анодной нагрузки лампы Лга. че рез делитель R$—R^ и ЯнВыходное напряжение регу лятора с катода лампы Л± подается непосредственно на охранный электрод.
Калибровка передаточной характеристики логариф мического усилителя осуществляется в двух точках ра бочего диапазона — при токах Ю-10 и 10-5 А. Ток 10~10А
подается на управляющую сетку лампы Л у от делителя Язь Яз2 (снимаемое напряжение 100 В) через высокоом
ный резистор Яг- В этой точке регулируется смещение передаточной характеристики логарифмического усилите ля потенциометром Я 2з- Калибровка крутизны переда
точной характеристики усилителя (точнее — предела из мерения измерителя выходного напряжения И) осуще ствляется при подаче на управляющую сетку лампы Л у
тока |
10~5 А от делителя Я 2д, Язо (снимаемое напряже |
ние |
10 В) через высокоомный резистор Ry путем регу |
лирования добавочного резистора Я13 в цепи измерите
ля выходного напряжения.
Калибровка регулятора потенциала охранного элек трода производится также в двух точках характеристи ки с помощью резисторов Ri и ЯнПри этом потенциал охранного электрода измеряется измерителем И (пере ключатель Пз в положении 1 — Контроль). Предвари тельное смещение в схему контроля потенциала охран ного электрода задается от делителя Rig—Я21.
Питание ионизационной камеры осуществляется на пряжением 100 В от делителя Я27, Яге.
77