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

Составляющие погрешности логарифмического изме­ рительного усилителя можно разделить на три группы:

составляющие, обусловленные изменениями характе­ ристики ЛЭ;

составляющие, обусловленные помехами на входе и нестабильностью коэффициента усиления линейного уси­ лителя (ЭМУ или УПТ);

составляющая, вызываемая изменением дополнитель­ ного напряжения.

В общем случае, когда передаточная характеристика усилителя нормируется в виде логарифмической зависи­ мости, напряжение нелинейности характеристики ЛЭ вызывает систематическую погрешность логарифмиче­ ского измерительного усилителя. Эта погрешность в ряде случаев может быть исключена (путем введения соот­ ветствующих поправок, градуировкой шкалы выходного прибора и т. д.). Изменения параметров характеристики ЛЭ (смещения, крутизны и напряжения нелинейности) приводят к появлению как систематической, так и слу­ чайной составляющих погрешности. Эти составляющие, зависящие от влияния различных дестабилизирующих факторов, а также временного дрейфа, оказывают, как правило, определяющее влияние на полную погрешность логарифмического измерительного усилителя.

Составляющая погрешности, обусловленная помехой по напряжению во входной цепи ЭМУ (УПТ), прямо пропорциональна значению напряжения помехи и обрат­ но пропорциональна крутизне характеристики ЛЭ. Как правило, эта составляющая мала, поскольку крутизна характеристики ЛЭ может достигать больших значений. Нестабильность коэффициента усиления ЭМУ (УПТ) проявляется в малой степени, поскольку значительная крутизна ЛЭ позволяет применять усилители с малым коэффициентом усиления, а следовательно, использовать эффективные системы стабилизирующей обратной связи.

Составляющая погрешности, вызываемая дрейфом источника дополнительного напряжения, устраняется за счет применения стабилизаторов напряжения.

В реальных конструкциях логарифмических измери­ тельных усилителей результирующее действие описанных составляющих может приводить к появлению значитель­ ной погрешности измерения тока. Однако поскольку определяющими являются составляющие погрешности, обусловленные изменениями характеристики ЛЭ, более

50

в общем случае изменение К нарушает калибровку в первой точке, поскольку К входит в выражение для /10. Это приводит к необходимости проведения многосту­ пенчатой калибровки с постепенным приближением к но­ минальным значениям А0 п Ль Для устранения этого недостатка целесообразно так выбирать токи калибров­ ки, чтобы устранить возможность расстройки в первой точке при регулировке во второй. Имеется единственная

лируется Удоп) сумма членов в квадратных скобках (10), т. е. выходное напряжение усилителя, равна нулю. При этом любые изменения К при регулировке во второй точке калибровки не оказывают влияния на положение первой. Очевидно, что высказанные соображения спра­ ведливы для любой схемы двухточечной калибровки. Для обеспечения сформулированного условия в описы­ ваемой системе калибровки значение Ui выбрано рав­ ным нулю. Погрешность калибровки передаточной ха­

где AUi— абсолютная погрешность источника напряже­ ния U2\ б/1, bh — относительные погрешности измерения

тока в первой и второй точках калибровки. Абсолютная погрешность Ш 2 может быть уменьшена

до десятых п даже сотых долей милливольта. Погреш­ ность измерения тока интегрирующим измерителем мо­ жет находиться на уровне 0,5—1,5%. В этом случае при разнесении точек калибровки на всю шкалу получим значения погрешности калибровки при A i=100 мВ и динамическом диапазоне 6 декад:

Особенностью рассмотренной системы калибровки является невозможность применения ее в схемах усили­ телей в триодном и пентодном включениях ЛЭ на входе УПТ. В связи с этим такие схемы заведомо уступают в отношении погрешности измерения схемам с двух- и трехзажимным диодными включениями ЛЭ в цепь об­ ратной связи ЭМУ.

54

Во многих случаях трудно осуществлять калибровку в крайних точках динамического диапазона' передаточ­ ной характеристики логарифмического измерительного усилителя. В особенности это относится к системе калиб­ ровки источник тока — измеритель напряжения, в связи с тем что создание встроенных источников тока на 10~12— 10~14 А с достаточно малой погрешностью весьма затруднено. В этом случае точки калибровки разносят на часть диапазона токов, что приводит к увеличению погрешности калибровки по сравнению со значениями, рассчитанными выше, в связи с уменьшением абсолют­ ного значения разности логарифмов токов калибровки, стоящих в знаменателях (И ) и (12). Калибровка по си­ стеме источник напряжения — измеритель тока и в этом отношении оказывается более удачной, поскольку изме­ рение токов 10~12— 10~14 А с помощью интегрирующего измерителя не вызывает никаких принципиальных труд­ ностей.

10. Быстродействие логарифмического измерительного усилителя

Одним из важных эксплуатационных параметров ло­ гарифмического усилителя является его быстродействие, определяющее возможность применения данного усили­ теля для контроля быстро протекающих процессов (из­ мерение некоторых видов ионизирующих излучений, па­ раметров атомных реакторов и т. п.).

Наиболее полное рассмотрение быстродействия лога­ рифмического измерительного усилителя дано в [Л. 7], где изложена методика определения мгновенных значе­ ний напряжения на ЛЭ н тока через ЛЭ для усилителей с различными элементами и в разных режимах работы.

Для анализа быстродействия ЛЭ может быть пред­ ставлен эквивалентной схемой, состоящей из параллель­ но включенных сопротивления и емкости. Сопротивление ЛЭ зависит от протекающего тока (или приложенного напряжения); емкость для электровакуумных ЛЭ может быть принята постоянной; для полупроводниковых ЛЭ она также зависит от приложенного напряжения. Реак­ ция электровакуумного ЛЭ (диода или участка сетка— катод триода и пентода) на ступенчатое изменение тока

55

может быть описана выражением

работе логарифмического преобразователя от идеально­ го источника тока.

Введя в (13) замену переменной

Определяя постоянную интегрирования из (14) и (15) и возвращаясь к исходной переменной, получаем реак­ цию на единичный скачок, т. е. переходную характери­ стику логарифмического преобразователя, в виде

кости на динамическое сопротивление ЛЭ при изменен­ ном значении тока.

Особенностью логарифмирующего преобразователя, как это видно из (16), является зависимость переходно­ го процесса как от параметров ЛЭ (крутизна характери­ стики, шунтирующая емкость), так и от начального и измененного значений тока.

(56