Техника измерений
Нашли ошибку? Сообщите нам ...Комментировать: Калибратор напряжений высокочастотный Н5-4Распечатать: Калибратор напряжений высокочастотный Н5-4

Калибратор напряжений высокочастотный Н5-4



Приведены основные характеристики, особенности построения и рекомендации по применению нового измерительного прибора, используемого в качестве высокостабильной многозначной меры переменного высокочастотного напряжения, работающего в диапазоне частот от 0,1 до 50 МГц при уровнях сигнала от 0,166 до 30 В.

В измерительной технике и технике связи широкое применение находят калибраторы переменных напряжений. Калибратор является многозначной мерой высокостабильного переменного напряжения, частота и уровень которого могут изменяться в широких пределах. Основным достоинством калибратора, позволяющим повысить производительность измерений, является поддержание с высокой точностью заданного уровня сигнала в условиях изменения частоты, величины нагрузки, а также других влияющих факторов.

В наибольшей мере достоинства калибраторов проявляются при использовании их в качестве эталона для поверки средств измерений: вольтметров, измерительных преобразователей переменного напряжения в постоянное напряжение, осциллографов, анализаторов спектра, аттенюаторов, измерителей ослаблений и других приборов. В эксплуатации поверочных служб находятся отечественные калибраторы В1-9; В1-20; В1-27; В1-28; Н4-6; Н4-7; В1-16; В1-29; Н5-3, а также многочисленные зарубежные калибраторы таких известных фирм, как Fluke, Datron, Avago Technology и других.

Однако частотный диапазон большинства калибраторов переменного напряжения ограничен частотой 100 кГц, а высокочастотные калибраторы, работающие в диапазоне до 50–100 МГц (В1-16, В1-29; Н5-3), имеют ограниченный максимальный выходной уровень сигнала (3–3,5 В), недостаточный для комплексной поверки приборов этого диапазона частот. При этом погрешность выходного уровня калибраторов, работающих в диапазоне частот до 100 кГц, составляет ±(0,002–0,05) %, а работающих в диапазоне частот до 100 МГц составляет ±(0,1–1) %.

Можно было бы использовать в качестве источника калиброванного сигнала повышенного уровня высокочастотные промышленные генераторы стандартных сигналов (Г4-153, Г4-154 и др.), если контролировать их уровень с помощью эталонных вольтметров. Однако невысокая стабильность и значительный уровень нелинейных искажений выходного напряжения генераторов, невозможность его плавного регулирования вместе с проблемой приобретения эталонного вольтметра и существенного усложнения процедуры измерений зачастую вынуждают отказаться от такого использования.

Поэтому разработка промышленного калибратора, работающего в диапазоне частот до 50–100 МГц, обеспечивающего выходной уровень напряжения до 30 В, является весьма актуальной задачей.

При разработке калибратора рассматривался вариант создания самостоятельного блока измерительного усилителя с большой глубиной обратной связи, имеющего повышенный уровень выходного напряжения, предназначенного для использования в комплекте с промышленными калибраторами В1-16, Н5-3 и В1-29, которые рассчитаны на максимальный уровень выходного сигнала 3 В. Однако чрезвычайно высокие требования к глубине обратной связи, сохраняемой в широкой полосе частот при значительном выходном напряжении и большом токе нагрузки, не позволили создать такой усилитель.

Был выбран вариант построения калибратора на основе генератора с встроенной следящей системой автоматического регулирования уровня выходного напряжения.

Чувствительным элементом системы автоматического регулирования уровня, реагирующим на среднеквадратический уровень выходного сигнала и определяющим метрологические характеристики калибратора, является блок термоэлектрического преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение (БПТЭ), построенный на основе специализированной микросхемы дифференциального многоэлементного пленочного термопреобразователя ДТПС (рис. 1) [1; 2]. По сравнению с чувствительными элементами других типов, реагирующими на амплитудный или средневыпрямленный уровень сигнала, выбранный тип чувствительного элемента обладает несомненным преимуществом, заключающемся в отсутствии реакции на паразитные гармонические искажения сигнала [3; 4; 5].

Микроэлектронные пленочные многоэлементные дифференциальные термопреобразователи ДТПС-2 [1; 2; 5] представляют собой микросхему, выполненную в цилиндрическом корпусе диаметром 20 мм, высотой 18 мм. В качестве подложки микросхемы использована слюда толщиной 40 микрон. На подложке симметрично расположены два идентичных блока многоэлементных термопар с косвенным подогревом. Нихромовые полоски подогревателей напылены на одной стороне подложки. С другой стороны подложки напылены два термоэлектрических блока, содержащих по 25 штук последовательно включенных термопар (теллурид свинца – железо).

Рис. 1. Пленочный модуль дифференциального пленочного многоэлементного термопреобразователя ДТПС-2: 1 – подложка (слюда); 2 – контактные площадки выводов термопар; 3 – контактные площадки выводов подогревателей; 4 – ветвь многоэлементной термопары с положительным потенциалом (железо); 5 – ветвь многоэлементной термопары с отрицательным потенциалом (теллурид свинца); 6 – подогреватель (нихром)

"Горячие" спаи термопар расположены прямо под подогревателем, а холодные – прямо под металлическими выступами корпуса, отводящего тепло. Подогреватели соединены с входными выводами микросхемы, а термопары – с выходными. Сопротивление входов термопреобразователя составляет (50±1) Ом, а сопротивление выходов – около 1,5 кОм. Коэффициент преобразования составляет около 2 мВ/мВт. Максимальная допустимая мощность, подводимая к подогревателям – 40 мВт. Тепловая постоянная времени – около 40 мс.

Высокая степень идентичности характеристик двух составляющих блоков, сохраняемая при долговременной работе и в условиях действия климатических факторов, достигнута отработкой технологических режимов изготовления термопреобразователя.

Блок термоэлектрического преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение (БПТЭ) построен на основе термопреобразователя ДТПС по методу взаимообратных преобразований [3; 4; 5] (рис. 2). Схема преобразования во многом повторяет схему, использованную в промышленных приборах В9-25 и В9-27 [6; 7].

Рис.2. Функциональная схема блока БПТЭ: R1; R2 – сопротивления подогревателей 1-го и 2-го термопреобразователей соответственно; Т1; Т2 – многоэлементные термопары 1-го и 2-го термопреобразователей соответственно; R3, R4 – масштабные резисторы 1-го и 2-го термопреобразователя соответственно; УПТ – однополярный дифференциальный усилитель

Внешний вид разработанного калибратора Н5-4 приведен на рис. 3, а структурная схема приведена на рис. 4.

Рис. 3. Внешний вид калибратора напряжений высокочастотного Н5-4

Рис. 4. Структурная схема калибратора напряжения Н5-4

Калибратор работает в диапазоне частот от 0,1 до 50 МГц и обеспечивает выдачу высокостабильного переменного напряжения точно заданного уровня в диапазоне значений от 0,166 В до 30 В при токе нагрузки до 20 мА.

Предусмотрен режим работы калибратора в режиме управления уровнем внешнего задающего генератора, подаваемого на разъем "Вход" измерительного блока.

Калибратор состоит из блока измерительного БИ Н5-4, блока РС разветвителя сигнала, блока БПТЭ преобразователя термоэлектрического и двух делителей напряжения ДН1(1:10) и ДН2(1:30). Разветвитель сигнала РС подключается к выходному разъему калибратора. Один из разъемов РС используется для подсоединения к выходу калибратора входного разъема блока преобразователя термоэлектрического БПТЭ системы автоматического регулирования выходного уровня калибратора. Два других разъема РС используются для подключения внешней нагрузки.

Измерительный блок в генераторной части содержит источник сигналов дискретных частот, которые через электронный аттенюатор с аналоговым управлением (ЭА) поступают на выходной усилитель мощности. В измерительной части БИ Н5-4 имеется источник постоянных опорных напряжений (ИОН) и дифференциальный усилитель постоянного напряжения ДУ, принимающий выходные сигналы БПТЭ и ИОН и управляющий коэффициентом деления электронного аттенюатора ЭА через буферный усилитель БУ1 до тех пор, пока выходное напряжение калибратора не будет соответствовать заданному опорному уровню.

Основные технические характеристики калибратора приведены в таблице.

Наименование характеристики Значение характеристики
В режиме № 1 при работе от внутреннего задающего генератора В режиме № 2 при работе от внешнего задающего генератора
1 Нижний и верхний пределы диапазона частот сигнала, МГц
0,1-50 0,1-30
2 Частоты сигнала 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5; 10; 15; 20; 30; 50 В соответствии с частотой генератора
3 Нижний и верхний пределы диапазона среднеквадра-тических уровней напряжения основного выхода, В 5-30 5-20
4 Напряжения основного выхода, В 5; 10; 15; 20; 25; 30 5; 10; 15; 20
5 Номинальный коэффициент ослабления N сигнала при использовании придаваемых делителей N1=10; N2=30 N1=10; N2=30
6 Нижний предел и верхний пределы диапазона средне-квадратических уровней напряжения при использовании придаваемых делителей, В 5/N + 30/N 5/N + 30/N
7 Предел допускаемой основной погрешности основного выхода калибратора на опорной частоте, % ±0,1 ±0,1
8 Предел допускаемой основной погрешности делителей напряжения ±0,2 ±0,2
9 Изменение выходного напряжения основного выхода ±0,1 до 10 МГц; ±0,1 до 10 МГц;
при изменении частоты, % ±0,3 до 50 МГц ±0,3 до 30 МГц
10 Изменение выходного напряжения при работе с при- ±0,2 до 10 МГц; ±0,2 до 10 МГц;
даваемыми делителями при изменении частоты, % ±0,5 до 50 МГц ±0,5 до 30 МГц
11 Уровень гармонических искажений по 2-й и 3-й гар- Минус 30 до 10 МГц; Минус 25до 10 МГц;
моникам, дБ Минус 25 до 50 МГц Минус 20 до30 МГц
12 Допустимая активная нагрузка 0,5-1,5 кОм
13 Допустимая емкость нагрузки 10 пФ
14 Потребляемая от сети питания 220В мощность, ВА 80
15 Масса прибора, кг 5
16 Габариты, мм: 155х135х315
17 Условия эксплуатации Группа 2 ГОСТ 22261-94

Технические характеристики и конструктивное исполнение калибратора Н5-4 ориентированы в первую очередь на использование при поверке и калибровке широкополосных вольтметров среднеквадратических значений, а также при сличениях особо точных образцовых термоэлектрических компараторов напряжений (таких как ПНТЭ-6А, В9-25; В9-27), выполняемых в соответствии с ГОСТ 8.458-82. Отсутствие подобного калибратора существенно затрудняло выполнение рекомендаций этого стандарта при проведении измерений.

Используя вместе с калибратором Н5-4 преобразователи напряжения В9-25 и В9-27, можно получить измерительный комплекс, позволяющий проводить настройку, поверку, калибровку и диагностику значительного парка радиоаппаратуры и измерительных приборов, работающих в диапазоне частот от единиц герц до 50 МГц.

Калибратор найдет также широкое применение при научных исследованиях как высокочастотный генератор, обладающий высокостабильным уровнем выходного напряжения.

Литература

  1. Гуревич М.Л., Кудрявцев О.А., Русейкин П.Н., Рогов В.В., Гусаров В.А. Применение микроэлектронных термопреобразователей в широкополосных вольтметрах.// Техника средств связи, сер. РТ. – Вып. 1. – 1985.
  2. Гуревич М.Л., Кудрявцев О.А., Редькин Б.Е. Характеристики термоэлектрических дифференциальных преобразователей и методы их измерения. // Техника средств связи, сер. РТ. –Вып. 1. – 1985.
  3. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. – М.: Радио и связь – 1977.
  4. Губарь В.И., Туз Ю.М., Володарский Е.Т. Аналого-цифровые измерительные преобразователи переменного тока.– Киев: Техника. –1979.
  5. Грязнов М.И., Гуревич М.Л., Рябинин Ю.А. Измерение параметров импульсов.– М. :Радио и связь. – 1991.
  6. Гуревич М.Л Комплект широкополосных измерительных преобразователей напряжения В9-25.// Вестник метролога. – № 3. – 2005.
  7. Гуревич М.Л. Измерительный преобразователь напряжения В9-27.// Вестник метролога. – № 1. – 2007.

Источник: Журнал Радиоизмерения и электроника


Дата публикации: 27.03.2008

Мнения читателей
  • алекс / 05.01.2012 - 21:22
    сделайте микропроцессор на основе создания микронов

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:








 



RadioRadar.net - datasheet, service manuals, схемы, электроника, компоненты, semiconductor,САПР, CAD, electronics