Файл: Илюкович А.М. Измерительные усилители малых токов с логарифмической характеристикой.pdf

Удовлетворительная стабильность описанного усили­ теля даже при использовании высокостабильных рези­ сторов (проволочных, металлопленочных) получена была после тренировки его в течение нескольких сотен часов.

В схеме усилителя испытывались следующие электро­ метрические лампы: ЕТЗ (G EC)— сверхминиатюрный триод при напряжении накала 1,2В; МЕ1401 (Milliard) или 4065 (Philips) — сверхминиатюрный триод при напря­ жении накала 1,2 В; неэлектрометрическая лампа E80F — миниатюрный пентод в триодном включении при напряжении накала 4,3 В. При этом были получены следующие результаты:

для лампы ЕТЗ в диапазоне токов 10-14— 10-5 А по­

10~7 А погрешность измерения составила 3%, дрейф за

24 ч — 10%), дрейф за месяц — 20%);

для лампы E80F в диапазоне токов 3 - 10-11—ЗЛО-5 А погрешность измерений была равна 3%, дрейф за 24 ч не был заметен, дрейф за 3 мес. составил не более 10%.

В [Л. 25] не приведены условия калибровки и опреде­ ления погрешности описанного усилителя, однако следу­ ет заметить, что даже при нулевой погрешности источни­

ков контрольных и опорного токов (делителей Ягэ, Язь, Язи Язг, Яи, Ягз и высокоомных резисторов Rt, Яг и R25)

для обеспечения указанной погрешности измерения (3%0) необходимо применить измеритель И с погрешностью не больше 0,1%) (см. гл. 4). При погрешности измерителя 0,5%) ( минимальная погрешность отечественных щито­ вых микроамперметров) погрешность описанного прибо­ ра в лучшем случае будет находиться на уровне 7— 10%).

Логарифмический пикоамперметр с триодным вклю­ чением ЛЭ, выполненный на отечественных элементах, описан в работе [Л. 5]. Принципиальная схема пикоам­ перметра приведена на рис. 32.

Усилитель пикоамперметра состоит из логарифмиру­ ющего каскада на лампе Jli (ЭМ-5) с параллельно сое­ диненными управляющими сетками и анодами, усилите­ ля постоянного тока на фотогальванометре ФГ (Ф 117/2) и цепей калибровки передаточной характеристики.

Измеряемый ток подается иа управляющие сетки лам­ пы при замкнутой кнопке Khi. С анода лампы снимается напряжение, пропорциональное логарифму измеряемого

78

тока. Большое значение сопротивления анодной нагруз­ ки Яз обеспечивает работу логарифмирующего каскада с постоянным значением анодного тока. Напряжение ка­ тодной сетки лампы, снимаемое с делителя Яю—Ris, с целью улучшения линейности характеристики уменьше­ но до 1,7 В. При этом характеристика некоторых экзем­ пляров ламп ЭМ-5 имеет удовлетворительную линей­ ность в диапазоне токов 5 -10-13—5 -10-5 А.

В измерительную диагональ ■фотогальванометра ФГ включен измеритель выходного напряжения И. Смеще­

ние на выход усилителя снимается с делителя Яа—$ 15-

Рамка фотогальванометра соединена непосредственно с анодом J7i и общей точкой фоторезнсторов гальвано­ метра п зашунтирована резистором Т?4 с целью улучше­ ния устойчивости усилителя. Режим измерительной диа­ гонали определяется резисторами $ 5—Ян, с помощью которых обеспечиваются отклонение стрелки прибора И на всю шкалу при токе 5 -10-13 А и получение при этом токе напряжений 0—4 и 0— 1 В на выходах / и II.

Калибровка передаточной характеристики усилителя осуществляется при подаче на 'вход токов 5• 10-5 А (от делителя Яп—$24 через резистор Я{) и 5 • 10-9 А (от де­

79

с общим коллектором.

Измеряемый ток подается непосредственно на управ­

держивается постоянным за счет подачи напряжения обратной связи с выхода усилителя '(эмиттер транзисто­ ра Ti) на экранирующую сетку лампы. Для лампы 1Ж24Б получены следующие результаты: диапазон ха­ рактеристики 5-10- 9—3-10' 5 А, крутизна характеристики

3 В, дрейф в диапазоне температур от — 15 до +60 °С примерно 5%.

Для лампы 6Ж1Б-В при напряжении накала 5 В и анодном токе 0,2 мА диапазон характеристики составлял 3-10- 8—4-10-5 А при крутизне характеристики 6 В.

Калибровка передаточной характеристики усилителя в данном приборе не предусмотрена. Однако она может

усилителя с пентодным включением ЛЭ.

быть осуществлена при подаче на вход усилителя конт­ рольных токов (аналогично схемам на рис. 31 и 32) ре­ гулировкой потенциала базы транзистора Т2 с помощью

дополнительного делителя напряжения (смещение харак­ теристики) и регулировкой глубины обратной связи на экранирующую сетку лампы (крутизна характеристики).

Более совершенный усилитель с пентодным включе­ нием ЛЭ на выходе УПТ, предназначенный для примене­ ния в полевых условиях, описан в {Л. 24]. Усилитель вы­ полнен на электрометрическом тетроде 5889 и интеграль­ ном операционном усилителе постоянного тока ADO-3.

81

Упрощенная принципиальная схема усилителя приве­ дена на рис. 35.

Измеряемый ток подается через контакт Pi на управ­ ляющую сетку лампы Л (СК5889). Выводы нити накала лампы подключены к источнику накального напряжения

рованных конденсаторами С± и Сг- При этом средняя точка нити накала имеет потенциал корпуса прибора. С анода лампы напряжение снимается на один из вхо­ дов дифференциального УПТ (ADO-3). Режим лампы по анодному току обеспечивается резисторами Rq и /?7. Второй вход УПТ (инвертирующий) охвачен параллель­ ной отрицательной обратной связью (резистор Rg). Соот-

Рис. 35. Принципиальная схема логарифмического измерительного усилителя с пентодиым включением ЛЭ и вторичным операционным УПТ.

ношение значений сопротивления резисторов Ra и Rg определяет коэффициент усиления УПТ. С выхода УПТ с помощью делителя i?10 снимается напряжение обратной

связи, обеспечивающее работу лампы JIi в режиме неиз­ менного анодного тока.

Последовательно с выходом УПТ включен регулируе­ мый источник напряжения, имеющий ручную и автома­ тическую регулировку.

Калибровка передаточной характеристики усилителя осуществляется при разомкнутом контакте Pi и замкну-

82

том контакте Я2. При левом (по схеме) положении кон­ такта Рз контрольный ток на сетку лампы поступает от стабилизатора напряжения (R3, Д{) через высокоомный резистор Рь При этом регулировкой источника U0 уста­

навливают смещение передаточной характеристики уси­ лителя. При правом (по схеме) положении контакта Я, ток на сетку лампы подается от того же стабилизатора через высокоомный резистор Яг- В этой точке регулируют крутизну передаточной характеристики делителем Яш-

В схеме усилителя применяются стабильные металло­ пленочные резисторы ( Я з —Я м ) и высокоомные компози­ ционные резисторы с сопротивлениями Я1= 3 - 1010 Ом и Яг=5-1011 Ом.

Описанный усилитель имеет динамический диапазон Ю-13— 1о—7 А при нелинейности не более ±15% . Темпе­

ратурный дрейф не превышает 30% в диапазоне темпе­ ратур от — 10 до +50 °С. Крутизна передаточной харак­ теристики усилителя 1 В. Усилитель предназначен для универсального применения в полевых условиях. Он смонтирован на двух печатных платах 100X100 мм. Пол­ ная потребляемая мощность не более 1 Вт.

Логарифмический усилитель с включением диодных ЛЭ в цепь обратной связи ЭМУ описан в [Л. 27].

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 36. Электрометрический усилитель выполнен на лам­ пе Jli (СК5886) и на левой (по схеме) половине двойно­ го триода Л2 (12А47). Измеряемый ток подается на уп­

равляющую сетку Ли В цепь анода лампы включен высоомный резистор Я /„ обеспечивающий работу лампы

с постоянным значением анодного тока. Режим лампы по цепи катода и экранирующей сетке обеспечивается цепью Я5—Я8. Анодное напряжение лампы поступает чёрез корректирующую цепочку ЯдС2 на сетку левого триода лампы Л2. Резистор Я « обеспечивает режим три­ ода по сетке. С резистора катодной нагрузки Я н напря­

жение обратной связи через логарифмирующую цепь, состоящую из диодов Mi—Д 10 (1N137A) подается на уп­ равляющую сетку Ли Второй триод лампы Л2 предназ­

начен для обеспечения согласования сравнительно высо­ коомного выхода усилителя с измерителем выходного напряжения (на схеме не показан). С целью защиты выходного прибора от кратковременных бросков тока используется корректирующая цепочка Ri2 C3} увеличи­

вающая постоянную времени измерителя напряжения.

83

+ 150 В

Рис. 36. Принципиальная схема логарифмического измерительного усилителя с диодным ЛЭ в цепи обратной связи ЭМУ.

В схеме предусмотрена подача двух контрольных то­ ков непосредственно от цепи анодного питания через де­ литель Ru R5 и резисторы Я2 (переключатель П в поло­

жении 2) и Яз (переключатель П в положении 3). Регу­ лировка смещения характеристики осуществляется рези­ стором Re путем изменения напряжения на 'экранирую­ щей сетке лампы. Регулировка крутизны не предусмот­ рена. Она может быть выполнена путем замены Rn переменным резистором и подключения иизкоомиого конца цепи обратной связи к движку последнего.

Дроссели Д Р1—Д Р4 и конденсаторы Cj, С/„ Сь вклю­

чены для защиты от наводок по входной цепи и цепям питания. Конденсатор Ct повышает также устойчивость усилителя в области сравнительно больших токов (при малых значениях динамического сопротивления логариф­ мирующей цепи).

В усилителе использованы отобранные кремниевые диоды —Дю (1N137A). Примерно 10% из 600 иссле­ дованных диодов имеют характеристику, близкую к ло­ гарифмической в диапазоне токов 10- 12— 10_3 А. Темпе­

ратурный дрейф характеристики усилителя равен при­ мерно 10%/К. Крутизна характеристики 0,8 В.

Усилитель предназначен для применения в измерите­ ле периода атомного реактора.

Логарифмический измеритель интенсивности «солнеч­ ного ветра» — электростатический анализатор энергети-

84

ческого уровня положительных ионов в космосе, приме­

конденсатора, усилитель переменного тока, фильтрующий усилитель постоянного тока, цель логарифмирующего элемента, цепь стабилизирующей обратной связи, компа­ ратор и управляемый источник контрольного тока.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 37.

I-Тзмеряемый ток подается на вход усилителя. Напря­ жение, возникающее на входе усилителя, модулируется динамическим конденсатором С1Ь работающим на часто­ те механического резонанса в схеме камертонного гене­ ратора, выполненного на транзисторахT i2—TVk (2N1711).

В динамическом конденсаторе колеблется нижняя (по схеме) пластина. С ней механически связан пьезодатчик П из титаната бария, включенный в цепь обратной ’связи генератора. Возбуждение на обмотку динамического кон­ денсатора поступает с выхода генератора (эмиттер тран­ зистора Тц).

Напряжение с динамического конденсатора (с часто­ той 2 400 Гц) через конденсаторы связи Ссв и Сг посту­ пает к первичной обмотке разделительного трансформа­ тора Tpi с коэффициентом трансформации 14 :1. Вторич­ ная обмотка трансформатора соединена со входом уси­ лителя низкой частоты с коэффициентом усиления при­ мерно 35 на транзисторах 7] (2N417), Т2 (2N1248) и Тз, 7\} (2N336). Выходное напряжение усилителя демодулируется транзистором Т5 (2N323A), включенным по схеме однополуиериодного ключа и управляемым усилителем на транзисторе Тв (2N338), на вход которого подается напряжение с выхода камертонного генератора. Постоян­ ное напряжение, снимаемое с выхода демодулятора, уси­ ливается усилителем постоянного тока с непосредствен­ ными связями на транзисторах Тъ Ts (2N336), Тд (2N323A) и Ti0 (2N336). Выходное напряжение УПТ

поступает к цепи логарифмирующего элемента, цепи ста­

В качестве логарифмирующего элемента применен сверхминиатюрный пентод Л i (СК5886) в диодном вклю-

85