ПРОСТИЙ Ефективне значення


РадіоХоббі

М. СУХОВА

Частина II.

Вимірювання шумових характеристик підсилювачів звукових частот і магнітофонів, налагодження тиристорних регуляторів потужності – от приклади типових ситуацій, коли радіоаматор стикається з необхідністю визначити середньоквадратичне значення змінної напруги або струму (далі по тексту-СКЗ). Безпосереднє вимірювання СКЗ наштовхується на певні труднощі, тому в вольтметра широкого застосування (Самостійних або входять а склад мультиметром) зазвичай обмежуються реєстрацією або средневипрямленного, або пікового значення змінної напруги. І тим не менше шкали цих приладів, як правило, отградуіровани в середньоквадратичних значеннях. Справа в тому, що для найбільш часто зустрічається в практиці вимірювань сигналу синусоїдальної форми зв'язок між усіма трьома значеннями однозначна; пікове в 1,41 рази більше, ніж СКЗ, в средневипрямленное в 1,4 рази менше за нього. Але в ситуаціях, про які згадувалося вище, форма

сигналу помітно відрізняється oт синусоїдальної, тому вольтметри широкого застосування тут можуть давати значну похибку вимірювань.

Більшість вольтметрів СКЗ, опису яких є в радіоаматорського літературі, або складні, або використовують малопоширені комплектуючі вироби (зокрема, термоелектронної прилади). Беручи до уваги той факт, що вимірювання СКЗ складного сигналу в радіоаматорського практиці проводяться не так вже й часто, виготовлення спеціального складного приладу [1] навряд чи виправдано. Якщо не висувати вимога, щоб вольтметр СКЗ був прямопоказуючий, то можливо створення дуже простого в повторенні та налагодженні приладу.

Метод вимірювання СКЗ, який використовується в подібному приладі, відноситься і фотометричним. Він заснований на посиленні напруги до рівня, при якому починає світитися звичайна лампочка розжарювання. Яскравість світіння лампочки (її реєструють фоторезисторів) однозначно пов'язана з СКЗ доданого до неї змінної напруги. Щось подібне застосовувалося (та й зараз інколи застосовується радіоаматорами) для реєстрації потужності високочастотного сигналу [2].

Щоб виключити нелінійність перетворення "змінну напругу – опір резистора", доцільно Фоторезистор використовувати лише для реєстрації деякої, заздалегідь встановленої при калібрування приладу яскравості світіння лампочки. При цьому вимірювання СНЗ зводиться до встановлення коефіцієнта передачі попереднього підсилювача таким, щоб лампочка світилася із заданою яскравістю. СКЗ вимірюваної напруги відраховують за шкалою змінного резистора, яким регулюють коефіцієнт передачі пристрою.

Практична схема вихідного вузла вольтметра СКЗ наведена на рис. 1, Він складається з підсилювача, оптронного перетворювача і мостового індикатора. Підсилювач виконаний на ОП DA1 і транзисторах VT1 і VT2 (Двотактний емітерний повторювач). Початкове зміщення транзисторів задає резистивна ланцюг R7-R10. Резистори R11 і R12 обмежують при перевантаженнях струм через транзистори VT1 і VT2, також через лампочку Оптрон VL1, яка є навантаженням підсилювача. Коефіцієнт передачі підсилювача регулюють змінним резистором R3 (на його осі закріплена шкала, по якій відраховують СКЗ). Для мінімізації похибки вимірювань істотно, щоб постійна напруга на виході підсилювача в відсутність сигналу дорівнювало нулю. Добиваються цього установкою режиму роботи ОУ по постійному струму змінним резистором R6.

Фоторезистор Оптрон VL1 включений в бруківку схему, баланс якої реєструють мікроамперметра РА1 з нулем посередині шкали. Резистор

R14 в поєднанні з діодами VD1 і VD2 обмежує струм через мікроамперметр при значному разбалансе мостовий схеми. Перемикачем SA1 мікроамперметр РА1 підключають до виходу підсилювача для його балансування по постійному струму.

Вимірюється напруга з попереднього підсилювача надходить на неінвертуючий вхід ОП DA1. Слід зауважити, що якщо виключити конденсатор С1, то на вхід приладу можна буде подавати змінну напругу з постійної складової. І в цьому випадку показання приладу будуть відповідати істинному значенню СКЗ сумарного (постійне-(-змінна) напруги. Цією якістю, до речі, не володіють багато більше складні середньоквадратичне вольтметри. Зрозуміло, в такому варіанті виконання приладу попередній підсилювач також має представляти собою УПТ.

Тепер про деякі особливості цього пристрою і про вибір елементів для нього. Оптрон ОЕП-2 мається на Посилторге, і, зрозуміло, краще всього використовувати саме його. Любителі поекспериментувати можуть, проте, виготовити аналог Оптрон на основі лампочки накалювання і фоторезистора. Їх поміщають в якій-небудь підходящий корпус, що виключає попадання зовнішнього світла на фоторезисторів. Оскільки на його опір помітно впливає і температура навколишнього середовища, то слід мінімізувати передачу тепла від лампочки розжарювання. Яскравість її світіння при СКЗ напруги на ній не більше 1,5 В повинна бути достатньою, щоб вивести фоторееістор в робочу точку, відповідну балансу мосту (опір приблизно 10 кОм). Таке обмеження обумовлене необхідністю забезпечити максимальний пік-фактор приладу – відношення максимально допустимого значення амплітуди вимірюваного сигналу (до початку його обмеження в підсилювачі) до СКЗ. При номіналах елементів, наведених на схемі рис. 1, пік-фактор буде близько 18 дБ, що цілком прийнятно для більшості вимірювань.

Струм лампочки розжарювання в робочій точці не повинен перевищувати 10 мА, інакше доведеться умощніть вихідний каскад підсилювача, Він повинен забезпечувати піковий струм, приблизно в 10 разів більший, ніж струм, споживаний лампочкою в робочій точці.

До фоторезистора саморобного Оптрон особливих вимог не висувають, Але якщо у радіоаматора є можливість вибору, то бажано знайти екземпляр, який буде мати необхідне значення опору в робочій точці при меншій напрузі на лампочці розжарювання. Це підвищить пік-фактор приладу.

У вихідному вузлі вольтметра СКЗ можна застосувати практично будь-який сучасний ОУ (як з зовнішньої корекцією АЧХ, так і з внутрішньої). Оскільки балансування по постійному струму в цьому пристрої обов'язкове, то слід віддати перевагу ОУ, що мають для цього спеціальні висновки. Інакше її доведеться забезпечувати штучними прийомами (подачею на вхід ОП напруги зсуву), що ускладнить прилад.

Вибір операційного підсилювача однозначно визначає чутливість вихідного вузла вольтметра (точніше, комбінацію двох його параметрів: чутливості і смуги пропускання). Визначити, їх можна, скориставшись амплітудно-частотною характеристикою обраного Про У. На рис, 1 приведена АЧХ операційного підсилювача К140УД6А (вона типова для багатьох ОП з внутрішньої корекцією). Якщо верхню межу Fmax АЧХ приладу вибрати 20 кГц (що логічно для вимірювань параметрів звукотехнічне апаратури), то, як випливає з рис. 2, максимальний коефіцієнт передачі вихідного вузла Kmax може бути більше 36 дБ (тобто більше приблизно 60 разів). Оскільки, як уже зазначалося, в робочій точці напруга на лампочці розжарювання близько 1,5 В, то мінімально реєстроване напругу в цьому випадку буде приблизно 23 мВ. Наведені на рис. 1 номінали резисторів R2-R5 забезпечують кілька менший максимальний коефіцієнт підсилення (близько 15). Він був обраний з міркувань зручності градуювання шкали – межі вимірювань вихідного вузла вольтметра в цьому випадку будуть 0,1 … 1 В. Подальше розширення меж вимірювання в бік менших значень забезпечується відповідним попередніми підсилювачем.

Використовуючи більш широкополосні ОУ (наприклад, К574УД1А), мінімально реєстроване напруга цього вузла можна довести до одиниць мілівольт (при верхній межі АЧХ 20 кГц).

Якщо в приладі будуть застосовані ОУ, що вимагають ланцюгів зовнішньої корекції, то схему слід відповідним чином модифікувати. Параметри елементів корекції вибирають виходячи з стійкої роботи всього підсилювача при заданих коефіцієнтах передачі,

До решти елементів вольтметра особливих вимог не висувають. Відзначимо лише, ярмо максимально допустимий робочий напруга для транзисторів VT1 і VT2, в також для фоторезистора Оптрон VL1 має бути не менше 30 В. Втім, для фоторезистора воно може бути і меншим, але тоді міст слід живити зниженою напругою.

Перед першим включенням вольтметра движок змінного резистора R6 встановлюють у середнє положення, резистора R3 – в ліве, а резистора R5 – в крайнє праве. Рухливі контакти перемикача SA1 повинні бути в лівому, за схемою, становищі. Подавши напруга живлення не пристрій, змінним резистором R6 (в закінченому приладі його ручка повинна бути виведена верб передню панель) встановлюють стрілку мікроамперметра РА1 на нульову позначку. Потім движки резисторів R3 і R5 переводять відповідно в праве і крайнє ліве положення і уточнюють балансування підсилювача. Перекладаючи SA1 в праве, за схемою, положення (контроль балансі мосту), приступають до калібрування приладу. Зауважимо, що

а відсутність сигналу міст завжди розбалансований і стрілка мікроамперметра наводитимуть в одному з крайніх положень.

На вхід вольтметри подають напругу синусоїдальної форми від звукового генератора. Його середньоквадратичне значення контролюють будь-яким вольтметром змінного тону, які мають необхідні межі вимірювань і частотний діапазон. Встановивши вхідна напруга трохи менше нижньої межі вимірі (приблизно 90 мВ), підрядковим резистором R5 домагаються балансу мосту. Движок змінного резистора R3 при цьому повинен бути у правому, за схемою, положенні Потім його переводять а ліве положення і збільшують вхідна напруга до тих пір, поки не відновиться баланс мосту. Якщо це буде досягнуто при вхідній напрузі, помітно відрізняється від 1,1 В (в ту чи іншу сторону), то слід уточнити номінал резистора R2. Після цього процедуру встановлення меж вимірювання повторюють знову. Власне калібрування приладу очевидна – Подавши на його вхід напруга в межах 0,1 … 1 В, обертанням движка резистора R3 домагаються нульових показань мікроамперметра РА1 і наносять на шкалу відповідне значення.

При вимірі СКЗ сигналів з великим пік-фактором можливі помилки, зумовлені їх обмеженням в підсилювачі. Для контролю подібної ситуації вольтметр доцільно доповнити світлодіодними індикаторами пікових значень напруги на виході підсилювача (один для сигналів позитивної полярності, а інший для сигналів негативної полярності). Тут підійде пристрій, описаний в [3]. Індикатори налаштовують так, щоб світлодіоди починали світитися, коли напруга на виході підсилювача буде близько до максимально допустимого (до початку обмеження).

Вимірювання відношення сигнал / шум магнітофонів, підсилювачів та іншої звуковідтворювальної апаратури зазвичай виробляють з зважують фільтрами, які враховують реальну чутливість людського вуха до сигналів різних частот. Таким фільтром [4] доцільне доповнити і цей середньоквадратичний вольтметр.

Б. ГРИГОР'ЄВ, м. Москва.

ЛІТЕРАТУРА

1. Сухов М. середньоквадратичний мілівольтметр. Радіо, 1981, № 11, с.53-55; № 12, с. 43-45.

2. Меерсон A. Радіовимірювальні техніка .- М – Л.: Енергія, 1967, (МРБ, вип. 620).

3. Владимиров Ф. Індикатор максимального рівня. – Радіо, 1983, № 5, с. 35, 36.

4. Григор'єв Б. зважують фільтр, – Радіо, 1988, № 1 с. 56, 57.

Радіо , 1988, № 8, с. 56,57.

Розміщено на нашому сайті з офіційного дозволу Миколи Сухова.