Вимірювачі нелінійних спотворень

В. Трусов

Описуваний прилад призначений для вимірювання коефіцієнта нелінійних спотворень підсилювачів низької частоти радіоприймачів, телевізорів, магнітофонів і т. п. Принцип роботи приладу заснований на порівнянні вищих гармонічних складових сигналу з амплітудою повного сигналу.

Прилад дозволяє вимірювати коефіцієнт нелінійних спотворень в інтервалі 0,05-100%. Діапазон вимірювань розбитий на п'ять піддіапазонів (верхні межі 0,3; 1; 3; 10; 100%). Виміри проводяться на частотах 80 і 450 Гц, 1 та 11 кГц. Робочий діапазон вхідної напруги від 0,05 до 10 В розбитий на 5 піддіапазонів (межі 0,15; 0,5; 1,5; 4 і 10 В). Прилад живиться від мережі змінного струму напругою 220 В. Габарити приладу 305Х145Х95 мм.

Принципова схема приладу приведена на малюнку. Він складається з вхідного дільника напруги, узгоджувального каскаду, фільтра, підсилювача гармонік і квадратичного вольтметра.

Сигнал з випробуваного пристрою через вхідний дільник і змінний резистор R5 надходить на базу транзистора Т1, включеного за схемою емітерний повторювача. Цей каскад необхідний для узгодження опору дільника з вхідним опором фільтру.

Фільтр, що є подвійний Т-подібний RC фільтр (конденсатори С4-С11, С15-С18, резистори R8-R13). служить для придушення першої гармоніки сигналу. Грубу настройку фільтра виробляють кнопками К.н2-Кн5 ("Поддіапізон"), а точну-змінними резисторами R8, R11 і R12. При натиснутому положенні кнопки Кн1 ("Калібр.") Виробляють калібрування приладу. У цьому режимі вхід і вихід фільтра з'єднані між собою. З виходу фільтра гармоніки сигналу подаються на підсилювач, виконаний на транзисторах Т2-Т4. Підсилювач і фільтр через конденсатор С21 і резистор R20 охоплені глибокої негативним зворотним зв'язком. Напруга гармонік з виходу підсилювача надходить на електронну квадратичний вольтметр, що має п'ять меж вимірювання. Підсилювач вольтметра (транзистори Т5-Т7) охоплений негативним зворотним зв'язком через резистор R36. До виходу підсилювача підключений вимірювальний прилад ІП1.

Діоди Д1, Д2 двухполуперіодного випрямляча працюють у режимі, що забезпечує характеристику вольтметра, близьку до квадратичної. Так як свідчення квадратичного вольтметра пропорційні чинному значенням вимірюваної напруги, він придатний для виміру несинусоїдального напруги, яким і є напруга гармонік сигналу.

Похибка вимірювань залежить від точності налаштування фільтра на частоту першої гармоніки сигналу. Навіть невелика неточність налаштування призводить до появи напруги основної частоти на виході приладу, а отже, і до удаваному зростанням нелінійних спотворень випробуваного пристрою. Для контролю налаштування фільтра в приладі передбачено підключення осцилографа до виходу квадратичного вольтметра. Блок живлення складається з випрямляча (діоди Д4 – Д7) та електронного стабілізатора на транзисторах Т8-Т10, що мають великий коефіцієнт передачі струму.

Конструкція і деталі. Прилад виконаний в корпусі настільного типу, виготовленому з листової сталі товщиною 0,5 мм. Корпус одночасно виконує і роль екрана. На передній панелі розташовані всі органи управління: перемикач піддіапазонів Кн1-Кн5 (П2К), ручки змінних резисторів для плавної настройки фільтра, перемикачі меж вимірювання В2 і вхідного дільника В1 (ПМ5П1Н), ручка змінного резистора R5, вимикач напруги мережі ВЗ, неонова лампа, вхідні гнізда приладу та гнізда для підключення осцилографа. Основна частина елементів приладу розміщена на друкованій платі з фольгованого гетинаксу розміром 297Х135 мм. Всі резистори МЛТ-0, 25, електролітичні конденсатори К50-3, К50-6, ЦЕ-2. Конденсатори фільтру БМ, КТ-1. Підлаштування резистор R37 – ПП1-1. У приладі використаний мікроамперметр М49 зі струмом повного відхилення 100 мкА. Його шкала замінена новою. Трансформатор ТР1 намотаний на сердечнику Ш16х24. Первинна обмотка містить 2530 витків дроту ПЕВ-2 0,12, вторинна-200 витків дроту ПЕВ-2 0,27.

При монтажі приладу слід врахувати більшу чутливість елементів фільтру до електричних наведеннях. Дроти, що йдуть до трансформатора живлення, вимикача мережі та неонові лампи, повинні бути заекраніровани і мати мінімальну довжину.

Налагодження приладу починають з підбору резистора R46 в стабілізаторі, з тим щоб отримати на його виході напруга 12 В. Напруга пульсації з підключеною до стабілізатору навантаженням не повинно перевищувати 1-2 мВ. Після цього приступають до установки режимів роботи транзисторів по постійному струму (див. таблицю).

Електрод Т1 T2 Т3 Т4 Т5 Т6 Т7 Т8 Т9 T10
Еммітер 0,8 0,8 0,2 1,1 0 2 5,4 12,5 12 7,7
База 1,0 1,0 0,8 1,2 0,6 2,5 5,5 13 12,5 8,3
Колектор 11,5 11,8 6,0 11.8 2,5 5,5 8.0 19 22 13

Чутливість вольтметра регулюють резистором R37. Шкалу градуіруют наступним чином. На вхід дільника квадратичного вольтметра (резистор R28) подають сигнал з генератора НЧ частотою 1000 Гц, перевіряють Квадратичність амплітудної характеристики детектора і одночасно градуіруют шкалу. Відхилення стрілки мікроамперметра має бути пропорційною квадрату напруги, що подається на вхід дільника. Якщо на початку шкали вийде велика похибка, слід підібрати діоди Д1 і Д2. Налаштування дільника починають як межі 10%. Натискають кнопку К.н.1 ("Калібр.") І встановлюють повне відхилення стрілки вимірювального приладу. Потім напругу з генератора НЧ зменшують в 10 разів і переводять перемикач В2 у положення "10%". Підбором резистора R31 встановлюють стрілку вимірювального приладу на останню позначку. Аналогічно налаштовують прилад і на інших межах. Підбір резисторів зручно робити подпайкой паралельних резисторів, що мають у 10-20 разів більший опір.

Після налагодження вольтметра перемикач В2 встановлюють у положення "Калібр.", Натискають кнопку Кн1 і аналогічно виробляють підбір резисторів вхідного дільника. Потім приступають до налаштування фільтра. Конденсатори С4, С5, С6, С7,

С8, С9, С10, С11 підбирають попарно. Движки змінних резисторів R8, R11, R12 встановлюють у середнє положення. З генератора НЧ на вхід приладу подають сигнал однієї з робочих частот. Змінним резистором R5 встановлюють стрілку на останню відмітку шкали (100%). Потім натискають одну з кнопок, відповідну настроюваної частоті, і підбором конденсаторів фільтра домагаються мінімального відхилення стрілки мікроамперметра. У міру зменшення відхилення стрілки перемикач 82 переводять у положення, відповідне більш високої

чутливості. При точного настроювання фільтра на частоту сигналу будь-яке відхилення движків змінних резисторів від встановленого викликає різке збільшення напруги па виході приладу.

Налаштування фільтра проводять на кожному з чотирьох піддіапазонів.

Робота з приладом. На вхід підсилювача НЧ випробуваного з низькочастотного генератора подають сигнал однієї з робочих частот приладу, зазвичай 1000 Гц. Вихід підсилювача підключають до входу вимірювача нелінійних спотворень. Перемикач В2 встановлюють у положення "Калібр." І натискають кнопку Кн1. Перемикачем В1 і ручкою "Калібр." Встановлюють стрілку мікроамперметра на останню відмітку шкали. Потім одній з кнопок Кн2-Кн5 встановлюють потрібну частоту і обертанням ручок "Баланс" добиваються мінімального відхилення стрілки приладу.

Для контролю до приладу можна підключити осцилограф.

Якщо не вдається збалансувати прилад, потрібно в невеликих межах підлаштувати частоту генератора НЧ. У міру уточнення балансу перемикач В2 перекладається на велику чутливість. Коефіцієнт нелінійних спотворень відраховується за шкалою приладу.