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

чении. Катод лампы питается от выпрямителя на диодах Дю—Д 13, подключенного ко вторичной обмотке раздели­ тельного трансформатора Тр^. Ток накала стабилизиро­ ван однокаскадным транзисторным стабилизатором Тц

через делитель Ru, Д45-

Цепь стабилизирующей обратной связи обеспечивает устойчивую работу усилителя при измерении сравнитель­ но больших (более 10-11 А) токов.

86

Рис. 37. Принципиальная схема логарифмического измерительного усилителя для поимеиения в космических условиях.

Компаратор предназначен для защиты усилителя от перегрузки отрицательным входным током. В том слу­ чае, если напряжение на выходе усилителя уменьшается ниже определенного значения, компаратор обеспечивает включение источника контрольного тока [транзисторы Тis (2N910), Г19 (2N417) и Т2о (2N914), реле Pit резистор R{\.

Этот же ток подается при калибровке усилителя по команде программирующего устройства (на схеме не показано).

В схеме применены резисторы мощностью 0,25 Вт.

87

Ции флуктуаций сеточного тока лампы Л 1шВ отсутствие этих элементов указанные флуктуации через конденсатор Ci поступают на динамический конденсатор, модулиру­ ются им и проявляются на выходе усилителя в виде по­

ного напряжения через резисторы Кг и K/L. Значения ре­ зисторов выбраны таким образом, чтобы обеспечить тре­ буемое напряжение накала 1 В и смещение на сетку

лампы.

С анодной нагрузки лампы Л\ переменное напряже­ ние поступает на вход эмиттерного повторителя на тран­ зисторе Ti (2Т301Е), согласующего сравнительно высо­ кое выходное сопротивление лампового каскада с низкоомным входом усилителя с общим эмиттером на транзисторе Гг (2Т301Е). Эмиттерный повторитель на транзисторе T3 (2T30IE) предназначен для согласования

выходного сопротивления каскада на транзисторе Тг с малым сопротивлением последовательного ГС-контура (Li, С15). При помощи контура, настроенного на частоту

колебаний динамического конденсатора, осуществ­ ляется поворот фазы напряжения на 90° е целью со­ гласования фаз работы модулятора и синхронного де­

тектора.

Напряжение с катушки Li поступает на эмиттерный повторитель Г4 (2T30IE) и затем усиливается двухкас­ кадным усилителем на транзисторах Ть, Г6 (2T30IE). в Выходным каскадом усилителя переменного тока явля­ ется фазоинвертер на транзисторе Т1 (П308), обеспечи­

вающий подачу противофазных напряжений на синхрон­ ный детектор. В схеме применен двухтактный синхрон­ ный детектор на транзисторах Т3—Тц (П308). Последо­ вательное инверсное включение транзисторов в каждой ветви детектора (Га, Гю и Т$, Тц) обеспечивает компенса­ цию остаточных напряжений на участках коллектор — эмиттер транзисторов. Управление синхронным детекто­ ром осуществляется от обмоток трансформатора Tpi через диоды Дъ Дг (Д9Л). Значения резисторов Кзе и Кг! выбраны таким образом, чтобы в схеме обеспечива­ лось односигнальное управление, характеризующееся меньшим уровнем помех по сравнению с двухсигнальным.

динамического конденсатора ОВ включена последова­ тельно в цепь коллектора выходного каскада усилителя Тцк. Обмотка обратной связи ОС включена на вход уси­ лителя Г12. Подбором резистора Ri0 и Rig установлены

значения токов подмагничивания обмоток обратной связи и возбуждения, обеспечивающие оптимальную (близкую к синусоидальной) форму колебаний выходного напря­ жения генератора. Напряжение для управления синхрон-

90

Рис. 39. Принципиальная схема логарифмического тераомметра.

ным детектором снимается с змиттерной нагрузки тран­ зистора Тц и через эмиттерный повторитель на транзи сторе Ti5 (П308) подается к первичной обмотке транс­ форматора Tpi.

Цепь обратной связи усилителя содержит логарифми­ рующий элемент — триод Л2 (ЭМ-7) в трехзажимном диодном включении со стабилизированным источником напряжений накала и смещения (Uit R33—R5S, Сза), пере­ ключаемый тумблером Пр\а либо на выход синхронного детектора (Измерение), либо на цепь источника напря­ жения U2 {Калибровка) , а также калиброванные конден­ саторы Ciu С5 и резистор Rs, используемые в режиме ка­ либровки и подключенные непосредственно к выходу синхронного детектора.

Тумблер Ilpi5 в режиме Калибровка подключает

кисточнику питания U3 группу реле Pi—Р3, переключае­ мых переключателем Пр2 и обеспечивающих режим уста­ новки нуля и калибровки в первой и второй контрольных точках. В режиме Измерение этот тумблер подключает

кисточнику U3 группу реле Р4—Р8, обеспечивающих вы­ бор поддиапазона измерения.

■Выходное напряжение усилителя изменяется в преде­

стики усилителя осуществляется по методике, изложен­ ной в гл. 3, при токах 10~12 А '(выходное' напряжение равно нулю) и 10-10 А (выходное напряжение равно

—0,5 В). Калибровка производится в три этапа. На пер­ вом, при положении 'переключателя Tipi Установка нуля, регулировкой потенциометра Reо компенсируются кон­ тактная разность потенциалов динамического конденса­ тора и смещение нуля в синхронном детекторе. При этом лампа JIi отключена от выхода усилителя, а в цепь обратной связи включен резистор Re. На втором этапе при положении переключателя Прг Калибровка I цепь катода лампы JIi включена на нулевое напряжение, а в цепь обратной связи включен конденсатор С4. Ток,

протекающий через JIi, измеряется образованным в та­ ком режиме интегрирующим усилителем. Регулировкой напряжения смещения (потенциометр R5i) ток через JIi устанавливается равным 10-12 А. Затем производится калибровка характеристики в точке 10-10 А. При этом (переключатель Яр2 в положении Калибровка II) в ка­

тодную цепь лампы JIi подается напряжение Ui, равное —0,5 В (что соответствует передаточной характеристике усилителя), и регулировка тока через JIi осуществляется потенциометром Re9. На этом калибровка передаточной

характеристики заканчивается. При переключении Прi в положение Измерение в цепь обратной связи включа­ ется логарифмирующий элемент JIi и подается напряже­ ние к реле Rit—Rg.

Измерение выходного напряжения усилителя осущест­ вляется по методике, описанной в гл. 4.

Принципиальная схема измерителя выходного напря­ жения приведена на рис. 40.

Измерение напряжения осуществляется микроамперметром И с пределами —50 ч-+50 мкА с добавочным резистором Rio или Rn. Резистор Rio выбран таким обра­

ния в пределах —125ч- + 125 мВ. Переключение резисто­ ров осуществляется контактами реле Pi,. При включении резистора Rn в цепь измерителя напряжения включает­ ся одно из напряжений, снимаемых с делителя R n— Rie-

Значения сопротивлений резисторов делителя подобраны

92

таким образом, что при включении реле Р5—Ра пределы измерения выходного напряжения усилителя равны

Рис. 40. Принципиальная схема измерителя выходного на­ пряжения ЭА4У логарифмического тераомметра.

•/?7з=^74= 1,25 Ом и J?7g= 90 О м и окончательно подбира­

ются 'при настройке прибора.

Логарифмический усилитель имеет следующие харак­ теристики:

диапазон измерения 10- 14— Ю-10 А; погрешность калибровки 1 %;

временной дрейф 1,5%/сутки; температурный дрейф (в лабораторных условиях)

0,4%/К;

постоянная времени 0,1 — 10 с.

В блоке питания цепей накала логарифмирующего элемента и смещения, а также дополнительного напря­ жения U6 применены транзисторные стабилизаторы на­ пряжения.

93

Одна из схем приборов с функциональным преобра­ зованием измеряемых величии, примененная в измери­ теле давления с ионизационным манометром, описана в [Л. 78].

Давление в исследуемом объекте, измеренное с по­ мощью ионизационного датчика,

где S-— чувствительность датчика (величина постоян­ ная); 1п— ионный ток анода лампы; / э — электронный ток сетки (коллектора).

Ионный и электронный токи датчика измеряются ав­ тономными логарифмическими измерительными усилите­ лями. Выходные напряжения усилителей вычитаются одно из другого и по их разности определяется логарифм давления. При этом

Ui=Aoi+An Ig/n;

где В = 1/Лi = const.

Упрощенная принципиальная схема прибора приве­ дена на рис. 41.

Электронный ток сетки ионизационного датчика изме­ ряется логарифмическим усилителем, выполненным на базе интегрального усилителя Уь Динамический диапа­ зон характеристик этого усилителя лежит в пределах 10_3— 10-1 А. Его вольт-амперная характеристика описы­ вается уравнением

£/*« 6,4 +0,76 lg/* В.

94

На входе усилителя включены диоды Д\, Д 2, предо­

храняющие схему от перегрузки. Конденсатор Ci вклю­ чен для увеличения постоянной времени усилителя, не­ обходимого для предотвращения влияния импульсных помех на схему автоматики (на рис. 41 не показана).

Логарифмический усилитель для измерения ионного тока анода выполнен на полевом транзисторе Т\ (напри­ мер, типа 2N4220) и интегральном усилителе У2Дина­ мический диапазон характеристик этого усилителя со-

Рис. 41. Принципиальная схема вакуумметра с логарифмическим измерителем отношений двух токов.

ставляет 10-10— 10~4 А. Назначение элементов схемы та­ кое же, как и предыдущего усилителя. Передаточная характеристика описывается уравнением

У *»7,0+0,6 lg /„, В.

Выходные напряжения усилителей через резисторы Яь и Rm, значения которых выбираются для обеспечения равенства An=Aiz (ориентировочно Д5= ’Д12= 1 0 кОм),

подаются на вход суммирующего интегрального усили-

95