Широкополосный указатель уровня Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВСТГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 194 1972

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ УРОВНЯ

М. С. РОЙТМАН, В. Н. СТУДЕНИКИН, в. М. СЕРГЕЕВ

(Представлена научно-техническим семинаром кафедры радиотехники)

Для оценки частотной погрешности симметричных делителей напряжения (магазинов затухания) необходимо иметь высокочувствительный широкополосный указатель уровня.

Обычно такие приборы, применяемые в технике измерения, представляют из себя устройства, подобные вольтметрам, и имеют градуировку шкалы индикатора в единицах передачи (неперах или децибелах). В качестве измерительной ступени применяется выпрямительная схема на диодах или мостовая — на термосопротивлениях.

Недостатком указателей уровня, выполненных на детекторах, является их сравнительно низкая чувствительность (не свыше 2,5—4 неп), влияние окружающей температуры и целый ряд дополнительных факторов [1].

Указатели уровня, в которых используются термосопротивления, хотя и способные обеспечить более высокую точность измерения, но к конструкции этих приборов применяют жесткие требования по термо-статированию управляемого элемента.

Известные указатели уровней имеют коэффициент усиления К ^ 30000 ед. в полосе частот до 0,6 Мгц и позволяют измерять входной сигнал, ослабленный не более 7—8 непер с высоким уровнем шумов. Изменение пределов измерения производится с помощью ступенчатых делителей на активных сопротивлениях. В связи с этим из-за реактивных проводимостей наблюдается заметная дополнительная частотная погрешность.

При разработке нижеописываемого указателя уровня были учтены дополнительные требования, особенно по увеличению коэффициента усиления и уменьшению уровня шумов при больших затуханиях (свыше 7 непер), повышение чувствительности схемы и устранение паразитных связей через цепи питания усилительных блоков.

Функциональная схема указателя уровня представлена на рис. 1.

Подлежащий усилению входной сигнал через симметрирующий трансформатор поступает на плавный низкоомный делитель и далее на усилительные блоки, коэффициент усиления каждого из которых равен 30. С помощью сдвоенного переключателя П осуществляется ступенчатая регулировка общего коэффициента всего усилительного тракта и поддерживается постоянный уровень сигнала на фотоэлектрическом преобразователе.

Широкополосный указатель уровня имеет три идентичные усилительные ступени с общим коэффициентом усиления К общ = 80000 ед.

Принципиальная схема одной декады усиления показана на рис. 2. Как видно из схемы, декада выполнена на двух транзисторах ■типа П 415-Б и .ГТ 301-Е с различной проводимостью и представляет из себя двухкаскадный усилитель, охваченный глубокой отрицательной

$20 Шркгц

Рис. 2. Декадный усилитель

обратной связью по току. Глубокая ООС обеспечивает высокую стабильность работы схемы без дополнительных корректирующих элементов, равномерную полосу пропускания в широком диапазоне частот, а также малое влияние изменения величины напряжения источников питания. Частотные характеристики для одной и трех декад усиления представлены на рис. 3. Коэффициент усиления отдельной декады без учета базового делителя на средних частотах имеет следующий вид [2]:

ТУ _ Г0

Ао — 1

'о

где г Ка — сопротивление в цепи коллектора второго транзистора, г0 •— сопротивление в цепи обратной связи.

Глубина отрицательной обратной связи в рабочем диапазоне частот составляет приблизительно 4,3 непера.

Порог чувствительности отсчетного устройства в значительной степени определяется уровнем шумов и наводок первого каскада усилителя.

Для уменьшения их влияния симметрирующий трансформатор помещен в двойной экран и подобран номинальный режим для схемы

первой декады усилителя. Кроме этого предусмотрена развязка по коллекторным цепям питания. Такие меры предосторожности обеспечили уровень шумов первой декады, не превышающий 4 мкв.

к /•

-4

10

10*

10♦

Рис. 3. Частотные характеристики усилителей: а — одной декады, о трех декад

Выходной каскад (рис. 4) указателя уровня собран на трех транзисторах с общим коэффициентом усиления 3. В качестве нагрузки

Рис. 4

используется фотоэлектрический преобразователь ФП, включающий в себя лампочку накаливания и фотосопротивление. Величина выходного сигнала, снимаемая с нагрузки эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе П605, преобразуется в изменение проводимости фотосопротивления. Из-за определенных трудностей построения теоретических характеристик фотоэлектрических преобразователей его анализ проводит-

60 50 40 30

го 10 о

Нр, ком

\

ся на основе экспериментально снятых кривых [3]: Как видно из рис. 5, сш-амт1ерная характеристика ФП обладает значительной нелинейностью и, следовательно, высоким коэффициентом передачи. Его величина для заданного режима работы схемы приблизительно равна 3 ед.

В качестве индикаторного устройства применяется высокочувствительный микроамперметр с линейной шкалой, включенной в одну из диагоналей одинарного моста постоянного тока.

Условие равновесия мостовой измерительной схемы, соответствующее значению фотосопротивления ф = 15 ком, поддерживается с помощью изменения общего коэффициента усиления путем переключения усилительных каскадов для определенных значений затуханий четырехполюсников.

Одной из основных характеристик указателя уровня является его чувствительность, обеспечивающая измерение частотной погрешности сравниваемых четырехполюсников с заданной точностью. Необходимо, чтобы достаточно малое изменение измеряемой величины вызывало бы заметное отклонение нулевого индикатора от положения равновесия.

Под относительной чувствительностью указателя уровня 5уу будем понимать отношение изменения показаний индикатора йа к вызывающему его относительному изменению измеряемой величины.

В связи с тем, что измеряемой величиной является напряжение, то относительная чувствительность указателя уровня имеет следующий вид:

/; 13 19 20 21 22 23 24 25 1>ма

Рис.

^ „ ^ _ да д£/м д/?ф

ууи~ дим'дЯф'дины. и

. I] _ «у . <г . е . //

где 5ь 52, 5з — соответственно чувствительности гальвонометра, мостовой схемы и фотоэлектрического преобразователя.

При условии, что сопротивление источника питания моста очень мало, чувствительность мостовой схемы определяется следующим выражением:

5 2 = Е-^-,

(*Ф + *2)2

где Яф и Я2 — сопротивление фотоэлектрического преобразователя и верхнего плеча моста.

Чувствительность фотоэлектрического преобразователя

& и & ы х I л ^ и К Ы X

где /л = ^вых — ток, протекающий через измерительный преобразо-

Ял

ватель.

Преобразовывая выражение для тока ¿л и вводя коэффициент ——-—характеризующий степень нелинеиности лампочки нака-

<ИЛ • и л

ливания, получаем окончательное выражение для чувствительности ФП

М ^вых

Относительная чувстительность указателя уровня составляет одно деление на 0,02% изменения тока от номинального (в качестве указателя равновесия использован микроамперметр типа М-26 со шкалой + 50 — 0 — 50 мка, /? пр = 2,5 ком).

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. Н. Соловьев. Основы измерительной техники в проводной связи. Связь-издат, 1957.

2. М. С. Р о й т м а н, В. М. Сергее в. Декадный измерительный усилитель. Сборник трудов ТИРиЭТа (в печати),

3. М. С. Р о й т м а н, Э. И. Цимбалист, Б. А. П е р м и н о в, Н. Г1. Ф е ф е л о в. Лампочка накаливания и фотосопротивление как управляемый элемент электрической цепи. Известия ТПИ, т. 141, Томск, 1966.

ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ

Страница Строка Напечатано Следует читать

3* 3 18 сверху 7 снизу 10 Мгц и до 5-Ю-4— —5-10"3 % 2 10 Мгц до 5-1(Г~4— -5- Ю-3 3

3 7 снизу 3 2 '

.16 4 снизу Сборник трудов ТИРиЭТа (в печати ) Известия ТПИ, т. 171, 1968

30 5 сверху Т ПТ2

31 5 сверху гя =

34—35 во всех случаях д/ V . '