І. СВОБОДА (ЧССР)

Прилад призначений для зняття деяких стандартних параметрів електроакустичних пристроїв як в лабораторних умовах, так і безпосередньо там, де ці пристрої встановлені. Оскільки при вимірах поза лабораторією важливими чинниками є маса і габарити приладу, уже давно з’явилися різні комбінації деяких, самих основних вимірювальних приладів, змонтованих найчастіше у вигляді стійок або візків.

З появою та розвитком напівпровідникової техніки стало можливим створювати портативні універсальні прилади, що дозволяють. вимірювати велике число параметрів. У ЧССР, на жаль, такі прилади не випускаються, між тим їх переваги абсолютно очевидні. Універсальний прилад має звичайно одне джерело живлення, один кожух, зменшується матеріаломісткість і трудомісткість при його виробництві, відповідно знижується та обсяг вимірювального комплекту і, в кінцевому підсумку, вартість приладу.

В аматорських ‘умовах виготовлення такого універсального приладу не менш вигідно. У зв’язку з можливістю об’єднання декількох приладів в одному кожусі значно знижується обсяг механічних робіт. Такий прилад легкий і займе мало місця, що теж важливо. Тому комплект вимірювальних приладів в одному кожусі. невеликих розмірів – безумовно, найбільш вдале рішення. Проте головною причиною виготовлення комплексу вимірювальних приладів власними силами залишається те, що прилади, що виготовляються промисловістю, випускаються малими серіями І дуже дороги, а тому недоступні більшості радіоаматорів.

Зазвичай радіоаматорові, що займається конструюванням високоякісної звуковідтворювальної апаратури, цілком достатньо мати у своєму розпорядженні такі прилади: НЧ генератор з інтервалом частоти від 30 Гц до 16 кГц, НЧ мілівольтметр з діапазоном вимірювань від 3 мВ до 30 В, вимірювач гармонійних спотворень, осцилоскоп з верхньою межею смуги пропускання до 100 кГц і лабораторний джерело живлення.

Об’єднувати в одному блоці краще Усього перші чотири приладу. Лабораторний джерело живлення потрібно виконувати в · вигляді окремого блоку, так як при роботі він зазвичай виділяє багато тепла, яке може стати причиною появи похибок у показаннях вимірювальних приладів. Вбудовування в комбінований прилад осцилоскопа має сенс тільки в .Тому випадку, якщо для управління ним можуть бути використані ті чи інші вузли інших складових приладів, наприклад якщо тимчасову розгортку зробити автоматично керованою частотою звукового генератора або на вертикальний підсилювач подавати сигнал з входу низькочастотного мілівольтметра або вимірювача спотворень так, щоб на екрані було видно форма сигналу одночасно з інформацією про його напрузі на шкалі стрілочного приладу. Зручно також, якщо діапазон вимірювань буде встановлюватися однією ручкою відразу для всіх приладів блоку. З усіх • органів управління в осцилоскопі тоді залишаться тільки ручки • Фокусування і Яскравість. При цьому необхідно враховувати, що цілий ряд вузлів осцилоскопа значно ускладнюється.

Основою пропонованого увазі читачів комбінованого вимірювальних приладів є НЧ генератор з перетворювачем синусоїдального сигналу в прямокутний, використовуваний для контролю і дослідження перехідних процесів в налагоджує апаратурі, а також НЧ мілівольтметр і активний фільтр для вимірювання гармонійних спотворень на фіксованих частотах звукового спектра.

Для живлення всіх приладів використаний одне джерело стабілізованої напруги, який іноді можна використовувати і для живлення досліджуваного об’єкта, якщо споживаний їм струм невеликий. Це дає можливість живити прилад від батареї елементів або акумуляторів.

Низькочастотний генератор охоплює інтервал частоти від 30 Гц до 16 кГц при коефіцієнті гармонік не більш 1%. Вихідна напруга можна регулювати в межах від 1 мВ до 1 В; вихідний опір – близько 600 Ом.

Формувач прямокутного напруги дозволяє плавно регулювати вихідний сигнал (за рівнем) від нуля до 4 В .. В інтервалі · частоти від 40 Гц до 15 кГц форма вихідного сигналу ‘практично не відрізняється від прямокутної.

ν Низькочастотний мілівольтметр призначений для вимірювання напруги частотою від 20 Гц до 20 кГц. Шкала приладу – лінійна. Чутливість – не гірше 1 мВ на всю шкалу. Похибка вимірювання не перевищує ± 0,5 дБ. Піддіапазони вимірювання напруги-1 мВ, 3 мВ, 10 мВ, 30 мВ, 100 мВ. При включенні вхідного дільника напруги з загасанням 60 дБ значення поддиапазонов збільшуються в 1000 раз. Вхідний опір приладу – не менше 1 МОм.

Вимірювач гармонійних спотворень працює на трьох частотах: 40 Гц, 1 кГц і 12,5 кГц. На цих частотних точках зазвичай вимірюють більшість найважливіших параметрів апаратури. Точне вимірювання – до 0,1% при мінімальному вхідному напрузі 100 мВ. Слід зазначити, що можливість вимірювання малих спотворень насамперед залежить від власних спотворень генератора, які повинні бути але принаймні в 10 разів менше, ніж найменша вимірюване значення. Тому слід прагнути до мінімуму власних спотворень генератора.

Генератор має самостійний вихід, крім того, його вихідна напруга постійно докладено до входу формувача прямокутних імпульсів. Мілівольтметр і вимірювач гармонійних спотворень мають самостійні входи, причому значення спотворень при їх вимірі відраховують за шкалою мілівольтметра. До блоку харчування постійно підключені лише генератор і. мілівольтметр, формувач прямокутних імпульсів і вимірювач гармонійних спотворень підключають до ‘, блоку живлення тільки’ тоді, коли це необхідно. Вихідна напруга блоку живлення вибрано рівним 15 В з тим, щоб можна було, якщо буде потрібно, живити прилад від автомобільної батареї, акумуляторів.

Генератор (його схема показана на рис .. 1) зібраний за широко відомою схемою з мостом Вина в ланцюзі позитивного зворотного зв’язку.

Рис. 2. Схема формувача прямокутного напруги.

В якості органу Перебудови моста Вина обраний порівняно високоомний здвоєний змінний резистор. Це спричинило за собою необхідність високого вхідного опору підсилювача генератора. Виходячи з цих міркувань, підсилювач ‘побудований за схемою ОІ-ОЕ-ОК. Високий вхідний опір досягнуто використанням на вході нульової транзистора, а низьке ‘вихідна, необхідне для нормальної роботи генератора, · Включенням вихідного транзистора підсилювача за схемою емітерного повторювача.

Роль нелінійного елемента, стабілізуючого амплітуду генерації, грають лампи розжарювання Л \, Л2, Включені в ланцюг негативного зворотного зв’язку. Режим транзисторів по постійному струму встановлюють підлаштування резистором Я5. Для забезпечення низьких гармонійних спотворень сигналу генератора необхідно підібрати здвоєний змінний резистор До2 з мінімальним неузгодженістю окремих секцій. Від точності їх узгодження сильно залежить і нерівномірність амплітудно-частотної характеристики генератора. Щоб шкала генератора була рівномірною, а значить, більш точної установка частоти, обидві секції резистора І2 повинні мати логарифмічну характеристику. Вихідна напруга генератора можна плавно регулювати змінним резистором або стрибкоподібно – перемикачем В у

Схема формувача сигналу прямокутної форми зображена на рис. 2. На транзисторах і Т2 зібраний тригер Шмітта. При відсутності сигналу транзистор закритий, а в ланцюзі бази транзистора Т2 при цьому через резистори R4 і R5 протікає струм, що утримує транзистор Т2 відкритим. Як тільки на базу транзистора Τι надійде сигнал позитивної полярності і достатньої амплітуди, транзистор відкриється, а Т2 закриється. При зменшенні сигналу нижче порога перемикання тригер повернеться у вихідне з-, стояння.

Чутливість тригера і шпаруватість формованих імпульсів залежать від зсуву на базі транзистора Ту встановлюваного підлаштування резистором Ry Транзистор Ту включений за схемою із загальним колектором, забезпечує низький вихідний опір формувача і виключає вплив навантаження ‘на форму і шпаруватість імпульсів. Амплітуду імпульсів можна регулювати змінним резистором JR9. Вихід формувача – відкритий (без розділового конденсатора), що виключає спотворення форми сигналу. Час спрацювання формувача не перевищує · .1 мкс. Крім основної функції – перевірки електроакустичної апаратури – формувач можна використовувати для налагодження цифрових пристроїв.

Схема мілівольтметра показана на рис. 3, Вхідний дільник ‘частотно компенсований конденсаторами і С’2. Високий вхідний опір забезпечено включенням на вході мілівольтметра польового транзистора за схемою із загальним стоком. З витоку через перемикач В2 роду роботи Мілівольтметр – Вимірювач спотворень сигнал надходить на резисторний дільник JR6 —R12 і перемикач піддіапазонів В3, Вимірювальний підсилювач на транзисторах Т2 – Т4, Включених за схемами ОЕ, ОК, ОЕ відповідно, забезпечує високу початкове посилення ‘, необхідне для лінеаризації роботи випрямляча Дх – Д4. У діагональ моста випрямляча включений стрілочний вимірювальний прилад – мікроамперметр ΗΠχ зі струмом повного відхилення стрілки ‘100 мкА.

Мікроамперметр з доданими мостом включений в ланцюг ■ негативного зворотного зв’язку, яка ще більше лінеарізует шкалу мілівольтметра, особливо на її початковій ділянці. Чутливість приладу встановлюють підстроєним резистором JR17. Використовувані в мілівольтметрі транзистори (особливо Т) і 7¾ повинні бути підібрані по мінімуму власного шуму. На вході вимірювального підсилювача включена jRC-ланцюг RnC4, Переважна перешкоди від

сигналів місцевих середньохвильових радіостанцій / які можуть вплинути. на точність вимірювань.

Вимірювач гармонійних спотворень · сконструйований як додатковий пристрій до милливольтметру. Схема вимірювача зображена на .ріс] 4. Змінний резистор служить для установки рівня вхідного сигналу. Транзистори Т \ і Т2 утворюють усілітелазовращатель з мостом Вина в ланцюзі зворотного зв’язку, ‘який пригнічує основну частоту. Обидва плеча моста харчуються сигналами з фазовим зрушенням в 180 °. При точному збігу частоти вхідного сигналу з однієї з трьох вимірювальних частот і при установці рівності амплітуди сигналу на обох плечах змінним резистором Я9 на виході моста основна частота .буде пригнічена і на підсилювач, зібраний на транзисторах і J4, пройдуть тільки вищі гармонійні складові, які і є продуктом спотворення сигналу. Після посилення напруження цих складових через перемикач роду роботи вони надходять на перемикач піддіапазонів мілівольтметра, який дозволяє в цьому режимі вимірювати спотворення в піддіапазонах 0/1, 0,3, 1, 3, 10 ‘, 30%. відповідно. Транзистори Τχ · і ‘Т $ слід також підібрати по мінімальному рівню власного шуму, інакше це може вплинути на точність вимірювання. Коефіцієнт передачі вимірювача гармонійних спотворень підлаштування резистором Я6 встановлюють рівним 10.

Четверте положення перемикача Βχ служить-для калібрування пристроїв при установці перемикача піддіапазонів мілівольтметра в нижнє за схемою положення (див. Рис. 3). Змінним резистором Κχ встановлюють такий рівень сигналу на вході вимірювача спотворень, при якому стрілка мілівольтметра встановлюється на кінцеве поділ шкали. Далі змінним резистором

R9 і ручкою настроювання генератора домагаються мінімальних свідчень мілівольтметри, перемикаючи його послідовно на все більш чутливі піддіапазони перемикачем By

Схема мережевого блоку живлення показана ‘на рис. 5. Трансформатор Τρι повинен забезпечувати на висновках обмотки II напруга 18 В при струмі навантаження 100 мА. Стабілізатор зібраний на мікро-; схемою МСУ а підсилювачем струму служить транзистор Ту Якщо відмовитися від резерву по струму (до 50 мА), необхідного для живлення вимірюваного об’єкта, в підсилювачі струму можна використовувати менш .мощний транзистор (Наприклад, KF508 зі зірчастим радіатором). ‘Вихідна напруга стабілізатора встановлюють рівним 15 В підбіркою резистора (або В4). Обмеження по струму задано опором резистора В2. При зазначеному на схемі номіналі цього резистора максимальний струм навантаження дорівнює 100 мА. ‘Збільшуючи опір резистора В2, Можна знизити поріг обмеження.

Якщо необхідно живити прилад від гальванічної батареї напругою близько 24 В, її можна підключити через захисний діод безпосередньо до конденсатора фільтра Су В цьому випадку. будуть працювати стабілізатор напруги і обмежувач струму. Гальванічний джерело напругою 15 В (наприклад, автомобільна батарея акумуляторів) слід підключати через захисний діод безпосередньо до навантаження. Використання захисного діода необхідно для виключення пошкодження приладу при помилковому підключенні батареї у зворотній корисності.

Всі вузли комбінованого вимірювальні прилади Зібрані на окремих друкованих платах. Креслення плат і розташування на них деталей показані на рис. б-10. Розміри плат залежать від використовуваного кожуха. Краще всього .’іспользовать готовий невеликої кожух від якого-небудь приладу. Розміри передньої панелі визначаються в основному типом використовуваного мікроамперметра і формою і розмірами шкали генератора. Описуваний прилад зібраний в кожусі .з габаритами 300x200x200 мм. Мікроамперметр застосований типу МР120, що дозволяє вільно розмістити всі вузли приладу і зробити зручною його лицьову панель.

Рис. б. Креслення друкованої · плати генератора.

Рис. 7. Креслення друкованої Плати формувача прямокутного напруги.

Всі перемикачі приладу – кнопкові, типу «Ізостат», проте можна застосувати і галетні перемикачі. Входи і виходи виведені на панель у вигляді екранованих гнізд 6AF28000, які призначені для магнітофонів. Штирьова частина до цього гнізда має позначення 6AF89541. Корпуси гнізд повинні бути ізольовані від лицьовій панелі; з’єднувати їх. про загальним ‘проводом приладу слід в одній точці, найкраще на виході блоку живлення. Потужний транзистор підсилювача струму блоку живлення розміщений на дюралюмінієва профільованому радіаторі, який на стійках може бути закріплений на друкованій платі або окремо від неї.

Налагодження приладу починають, як завжди, з блоку живлення ·. Спочатку, підбираючи резистори R3 (Або R4), Встановлюють на виході блоку напруга 15 В. Потім перевіряють роботу обмежувача струму. Обмеження має наступати при струмі навантаження трохи більшому, ніж 100 мА.

Далі в генераторі встановлюють режим підсилювача підлаштування резистором Я5 і глибину зворотного зв’язку підлаштування резистором М9 по мінімуму спотворень форми вихідного сигналу. Підключивши до виходу генератора осцилоскоп і обертаючи ручку резистора, контролюють форму вихідної напруги на екрані у всій смузі настройки. Якщо при перебудові спостерігається непостійність амплітуди, – це є ознакою неточного збігу значень опору секцій здвоєного резистора М2.

Формувач налаштовують при подачі на його вхід синусоїдального сигналу від звукового генератора. .Необхідно Встановити шпаруватість імпульсів. Для вимірювань в електроакустиці найбільш зручною є шпаруватість 2, яку і встановлюють підлаштування резистором R3.

Низькочастотний мілівольтметр вимагає .установкі режиму вимірювального підсилювача підбіркою резистора R2\ · На вхід подають сигнал від звукового генератора, до колектора транзистора Т4 підключають вхід осцилоскопа, на екрані якого спостерігають форму вихідного сигналу. Обмеження обох напівхвиль вихідного сигналу при перевантаженні має бути симетричним. Коефіцієнт розподілу вхідний дільник встановлюють за допомогою звукового генератора і точного широкосмугового мілівольтметра, найкраще цифрового. Спочатку ставлення 60 дБ (1: 1000) встановлюють на частоті 100 Гц підлаштування резистором Л3, А потім на частоті 15 кГц -подстроечним конденсатором Cj.

Резистори дільника поддиапазонов бажано підібрати на омметра з точністю не гірше 1% з тим, щоб були гарантовані необхідні коефіцієнти поділу.

У вимірювачі спотворень також слід підібрати елементи моста Вина з точністю 1%. Посилення вимірювального підсилювача встановлюють · рівним 20 дБ (в 10 разів) підлаштування резистором Л $ в колі зворотного зв’язку при включеному мосту в положенні Калібрування (в показаному на схемі положенні перемикача By). Змінний резистор Л у встановлюють на максимум вхідного сигналу. Частота сигналу повинна бути 1 кГц, а напруга на вході 100 мВ. Обертаючи движок резистора Л & домагаються того, щоб вихідна напруга була дорівнює 1 В. Для градуювання шкали генератора слід користуватися точним, найкраще цифровим вимірником частоти. Надалі для налагодження можна використовувати вбудований генератор приладу.

Зразковий широкосмуговий мілівольтметр підключають паралельно входу мілівольтметра налагоджуваного приладу і встановлюють підлаштування резистором Л17 па основному піддіапазоні 1 мВ стрілку приладу на кінцеву позначку шкали при напрузі на вході мілівольтметра 1 мВ. Змінюючи напругу на вході, перевіряють узгодження шкал на піддіапазонах 1 і 3 мВ.

Точність вимірювача спотворень приладу можна перевірити тільки за допомогою промислового вимірювача вищого класу точності. Вихідний регулятор формувача прямокутних імпульсів можна відкалібрувати по осцилоскоп.

Комбінований вимірювальний прилад дає можливість знімати частотні характеристики, вимірювати рівень посилення або Затухання, відсоток спотворень на трьох точках частотної характеристики, відношення сигнал / шум у досліджуваного об’єкта, перевіряти параметри звукознімачів електрофонів за допомогою вимірювальних грамплатівок, налаштовувати магнітофони та електрофони за допомогою осцилоскопа, контролювати передачу перехідних процесів через підсилювальні тракти і виробляти різні спеціальні вимірювання. Завдяки малим розмірам і масі прилад зручний також для проведення поточного ремонту пристроїв на місці їх установки.

Джерело: Конструкцій радянських і чехословацьких радіоаматорів: Зб. статей.-Кн. 2.-М .: Енергоіздат, 1981, – 1.92 с., Іл. – (Масова радиобиблиотека; Вип. 1032).