Вимірювачі нелінійних спотворень

А. Ліепіньш, Я. Сіксна

У комплект приладів для налагодження та вимірювання параметрів низькочастотних підсилювачів входить вимірювач нелінійних спотворень. Один з таких приладів описаний в опублікованій статті.

Зазвичай коефіцієнт нелінійних спотворень обчислюють як відношення суми ефективних напружень гармонік до ефективного напрузі основної частоти. У даному вимірнику з метою спрощення визначається ставлення середніх значень цих напруг. Точність вимірювань при цьому цілком достатня для радіоаматорських цілей.

Структурна схема приладу показана на мал. 1.

Основними вузлами вимірювача є регулятор вхідного напруги R1, попередній підсилювач У1, Режекторний фільтр Ф1, що затримує напруга основної частоти, вихідний підсилювач У2, мілівольтметр ІП1.

Каскади приладу охоплені глибокої негативним зворотним зв'язком, напруга якої подається з виходу підсилювача У2 на вхід попереднього підсилювача.

Застосування зворотного зв'язку дозволило вирівняти амплітудно-частотну характеристику приладу на частотах гармонійних складових сигналу (рис 2).

Принципова схема вимірювача нелінійних спотворень зображена на рис. 3. Регулятор вхідного рівня R1 і вимикач BI, шунтувальний додатковий резистор R2, забезпечують вимірювання сигналу амплітудою від 50 мВ до 20 В.

Попередній підсилювач У1 зібраний на транзисторах 77 – ТЗ і охоплений негативним зворотним зв'язком за постійним і змінному струму відповідно через резистор R8 і ланцюжок R9C4. Це дозволило істотно зменшити власну нелінійність підсилювача.

Режекторний фільтр виконаний по бруківці схемою на елементах R11 – R14, R15 – R26 і С5 – С7. Балансують міст змінними резисторами R13 (грубо) і R14 (точно), включеними в колекторному ланцюг транзисторів Т2, ТЗ. Необхідний частотний піддіапазон вибирають перемикачем ВЗ. Налаштовують Режекторний фільтр змінними конденсаторами С7.1 – С7.3.

Вихідний підсилювач У2 зібраний на транзисторах Т4 – Т6. Застосування польового транзистора КП103І (Т5) дозволило отримати високу вхідний опір підсилювача. Навантаження цього транзистора – динамічна, транзистор Т4 емітерний повторювач на транзисторі Т6 погодить вихід підсилювача з входом мілівольтметри.

На резистора R32 – R38 зібраний вхідний дільник, а на транзисторах Т7 – Т8 – підсилювач мілівольтметри. Всі три каскаду через ланцюг C13R46R42R41 охоплені глибокої негативним зворотним зв'язком. До виходу підсилювача підключений випрямляючий міст на діодах Д4 – Д7. В одну з його діагоналей включений вимірювальний прилад ІП1 і елементи R50, R51 і СП.

Харчується вимірювач від стабілізованого джерела напругою 22 В. Для поліпшення розв'язки з харчування у виборчому підсилювачі і в мілівольтметри є додаткова стабілізація і фільтрація живильного напруги.

В приладі застосовано блок змінних конденсаторів КПЕ-3 з верньером, що мають передавальне відношення 1:1,5. Корпус блоку змінних конденсаторів ізольований від шасі.

Всі резистори – МЛТ. Опору резисторів дільника напруги R32 – R38 не повинні відрізнятися від зазначених за схемою більше ніж на ± 3%.

Перемикачі В1, В2 і В5 – ТБ-2-1, ВЗ і В4 – галетним ПГ11П2Н.

Транзистор Т11 встановлений на радіаторі.

Трансформатор Tp1 виконаний на магнітопроводі Ш20 X 30. Первинна обмотка містить 2100 витків дроту ПЕВ-1 0,15, вторинна – 290 витків дроту ПЕВ-1 0,31.

Вимірювальний прилад ІП1 – мікроамперметр М24 зі струмом повного відхилення 100 мкА.

Налагодження приладу починають з перевірки напруг живлення вузлів вимірювача і напруги на виході стабілізованого випрямляча.

При налагодженні мілівольтметри конденсатор С10 відключають від вхідного дільника, перемикач В4 встановлюють у положення "10%". З зразкового генератора на вхід мілівольтметри подають сигнал напругою 100 мВ і частотою 1000 Гц. Підбором резистора R46 добиваються відхилення стрілки вимірювального приладу на останню відмітку шкали. Підключивши до гнізда Ш2 осцилограф, спостерігають форму напруги. До амплітуди 1,2 У вона повинна бути неспотвореної, в іншому випадку слід підібрати режими роботи транзисторів.

При постійному вхідному напрузі перевіряють частотну характеристику мілівольтметри. В інтервалі частот 32 Гц-160 кГц вона повинна мати нерівномірність не більше 1 дБ.

Градуіруют шкали звичайним способом: 1000 мВ буде відповідати 100%, 300 мВ – 30% і т. д.

Рівень шуму мілівольтметри складає близько 0,4 мВ, що визначає можливість вимірювання мінімальної нелінійності. Якщо шуми перевищують 0,4 мВ, слід замінити транзистор Т7.

При налагодженні режекторного фільтра на вхід вимірювача подають сигнал напругою 50 мВ і частотою 1000 Гц. Перемикач В2 встановлюють у положення "Калібр". Напруга на емітер транзистора ТЗ при цьому має бути близько 17 мВ, на його колекторі – 70 мВ, на резисторі R31-1000 мВ.

Глибину негативного зворотного зв'язку встановлюють підбором резистора R30. Одночасно з цим контролюють форму вихідної напруги. Режим роботи транзистора Т5 по постійному струму підбирають резистором R27.

Потім перемикач В2 переводять у положення "виміряти.". Настроюючи Режекторний фільтр і балансуючи міст резисторами R13 і R14, домагаються мінімального відхилення стрілки вимірювального приладу, яке і буде відповідати виміряної нелінійності.

Можна також перевірити нерівномірність проходження гармонік з другої по п'яту. Для цього після вимірювання нелінійності на вхід подають сигнали, частоти яких кратні основній частоті, і визначають відповідні напру-ня на приладі (рівень сигналів на вході – постійний). Відношення напруг другий і п'ятої гармонік повинно бути не менше 0,9.

Частотну шкалу вимірювача градуіруют по низькочастотних генератору при налаштованому режекторного фільтрі.

Працюють з приладом так. Перемикач В2 встановлюють у положення "Калібр", перемикач В4 – в положення "100%". Змінним резистором R1 встановлюють стрілку приладу на останню відмітку шкали. Потім перемикач В2 переводять у положення "виміряти." І налаштовують Режекторний фільтр на частоту першої гармоніки вхідного сигналу, домагаючись мінімального відхилення стрілки.

Отриманий результат і буде відповідати коефіцієнту нелінійності вхідного сигналу.