Что мерить, чем мерить, как мерить. И, естественно - зачем мерить...

При поддержке компании ПРИСТ


Ответить

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Вт апр 25, 2017 06:13:46

В общем за пол года HP3456A уплыл на -4 LSD на 10 вольт диапазоне. из 3 приборов только он один показывает меньшее значение. Я им в основном и пользуюсь, 2 остальных на полке ...

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Пн май 08, 2017 16:10:11

Долой батарейки из 3457!
Часть 2.

Я ничего не обещаю и никаких гарантий не даю! Вы свои действия предпринимаете на ваш собственный страх и риск.

За истекшие 3 месяца вышеописанная переделка доказала свою работоспособность при эксплуатации в круглосуточном режиме, или 24/7, как теперь принято выражаться. Пришло время озаботиться аналогичной доработкой второго, контрольного экземпляра 3457. Измерительный тракт этого прибора оставлен в оригинальном состоянии, только была добавлена подсветка. В силу некоторых причин и соображений (подробнее в конце текста), было решено установить в него не RAMTRON, а STK12C68, разработанный фирмой SIMTEK. Заодно будет возможность проверить собственные рекомендации, изложенные в первой части.
Однако, поскольку прибор контрольный, необходимо во что бы то ни стало перенести калибровочные параметры без потерь. Один из дней был потрачен на пробы и тестирования разных способов записи и чтения оригинальной TC5564ALP.
В результате стали понятны главные требования.
Первое, провода резервного питания не должны отрываться от чипа даже при расплавлении припоя.
Второе, резервное питание должно быть повышено до 5 В и обеспечивать работу микросхемы независимо от программатора.
Третье, питание должно быть заблокировано конденсатором.
Четвёртое, надо не допускать прямого контакта резервного питания с любым контактом программатора. Это опасно для сохранности инфы в чипе и для работоспособности программатора.

Теперь очевидно, что в первый раз у меня не было ни единого шанса прочитать калибровочные коэффициенты корректно. Даже если бы при выпаивании чипа из платы не отвалился от перегрева проводок резервного питания, свою подножку не преминул бы подставить программатор. Во время простоя он интенсивно притягивает все контакты своей панельки к земле, не делая исключений для вывода питания.
Пришлось пойти на усложнение резервной обвязки. Процедура извлечения чипа с платы тоже усложняется, это необходимо. Вот работоспособная схема обвязки:
Изображение

Напряжение резервного питания повышено до 5 В (4 никель-металлогидридных аккумулятора последовательно).
R1 – для самоуспокоения и защиты от экстратоков (аккумуляторы не слабые…). После установки чипа в программатор, R1 закорачивается выключателем S1.
Выпрямительный диод Шоттки VD1 развязывает программатор от батареи GB1. К аноду VD1 припаян кусок одножильного облуженного медного провода диаметром 0,5 мм, на него надет подходящий кембрик и этот провод будет подключен к программатору.
Поскольку дополнительный вход разрешения EN1 (вывод 26) активен при высоком уровне, он подключен к питающему выводу ПРОГРАММАТОРА (точнее, к только что изготовленному дополнительному выводу от анода VD1), чтобы при всех подготовительных манипуляциях содержимое памяти не было повреждено.
Этим же целям служит подтяжка к земле через R2.
C1 – стандартная блокировка для скоростных цифровых устройств.
Всё это собрано вокруг чипа на проводочках и выводах, вид имеет непрезентабельный, но свою функцию выполняет. А это главное.

Нумерация выводов программатора показана условно, по номерам ног чипа. Собственно разъём программатора имеет больше контактов, но лишние не используются.

Выпаиваем U603 в следующем порядке:
1. Любым доступным методом (вакуум, оплётка) удаляем припой из контактных отверстий под все выводы, КРОМЕ 14 И 28. Шевелим пинцетом каждый из выводов и убеждаемся, что он свободен. Для верности можно последовательно поддеть чип со стороны 1-го и 15-го выводов и слегка, осторожно, буквально на миллиметр оттянуть каждую из сторон чипа от платы. Дальние от оставшихся впаянными выводы должны перемещаться вдоль отверстия.

2. Провода (МГТФ-0,07) от кассеты резервного питания (в которую аккумуляторы пока НЕ вставляем) зачищаем примерно на 8 мм, слегка изгибаем и заводим ПОД чип в просвет между 13-14 и 27-28 ногами соответственно для минусового и плюсового проводов. Задача – сделать проводом полный оборот вокруг вывода возле самого корпуса, остаток оголённого участка по возможности обернуть вокруг этого же провода. Соединение тщательно пропаиваем.
Изображение

Этим мы добились того, что даже если эта пайка расплавится, провод за счёт сделанной нами петли не оторвется от вывода и продолжит контачить через расплавленный припой. Убедитесь, что не наделали соплей и не коротнули на соседний вывод. Также убедитесь, что S1 пока разомкнут. Проверьте полярность подключения кассеты.

3. Выдохните и успокойте сердцебиение … Можно вставлять аккумуляторы в кассету и проверять, появились ли 5 В на 28-м выводе U603. Если да, поочерёдно выпаиваем 28 и 14 ноги чипа из платы и кладём его на ИЗОЛИРОВАННУЮ поверхность.

4. Пинцетом отгибаем выводы 26 и 28 вверх, чтобы они не касались контактов программатора:
Изображение

5. Монтируем в соответствии с приведённой схемой. У меня получилось так:
Изображение Изображение Изображение Изображение


6. Настраиваем программатор для работы с FM1608 и вставляем чип. Визуально проверяем, что 28-й вывод чипа не касается соответствующего контакта программатора. Потому что если он хоть раз коснулся – пиши пропало, все труды насмарку, и калибровочные коэффициенты утеряны. И есть вероятность выхода из строя программатора. Вот так-то.

7. Если с 28-й ногой порядок (и на ней наблюдается +5В относительно 14-й ноги), проверяем, что 26-ая нога не коротит на СВОЙ контакт программатора, названный мной 26-ым. Если и здесь ОК, замыкаем S1 (я просто зачистил провода, подходящие к R1 в сантиметре от паек и спаял их между собой. Разрывать-то цепь нельзя, а заранее S1 припаять не сообразил):
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

8. Читаем инфу в буфер и несколько раз верифицируем.
Изображение

Если без ошибок, сохраняем файл на диск, но пока не расслабляемся. Чип с программатора снимаем, но оставляем под резервным питанием до полного завершения доработки. У меня на всё про всё, от распаковки прибора до обратной запаковки уже доработанного ушло часов семь (включая пару часов на не относящиеся к делу грабли и часовой прогон после завершения работ).
Тараписса не нада! (с) т.Саахов .

9. Дорабатываем плату А11/A31 (03457-66531)...
Изображение Изображение

... в полном соответствии с рекомендациями первой части (пункты c, ei) за единственным исключением – диод Шоттки CR636 НЕ ВЫПАИВАЕМ! Поскольку новый чип представляет собой значительную ёмкостную нагрузку (68 мкФ), без этого диода будет вечный RESET. (Есть предположение, что его можно заменить тупой перемычкой, но было решено не плодить сущностей и не искать добра от добра, работает с диодом – и славно.)

Изображение

10. Устанавливаем в программатор заранее подготовленную микросхему STK12C68 и заливаем в нее инфу. Подготовка заключается в распайке оной на адаптер, обвязке согласно кривоватому дейташиту (параллельные 68 мкФ и 0,1 мкФ с 1-й ноги на землю, и 10 кОм между 27 и 28 ногами; в адаптер НЕ впаиваем контакты 1 и 26).
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

11. Дорабатываем WatchDog в полном соответствии с пунктами l, m и n первой части статьи.
Изображение Изображение Изображение Изображение

12. Проверяем, чего натворили, вставляем новый чип в панельку, монтируем А11 в прибор, включаем и прогоняем селфтест. При появлении вожделенной индикации SELF TEST OK можно откупорить бутылку молока и отпраздновать это событие, но прежде не забудьте сделать несколько копий калибровочной инфы на разных носителях, бережённого и Бог бережёт.
Набор фоток по теме:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

13. Резоны, почему для этого прибора посчитал STK12C68 предпочтительнее FM16W08. Здесь, начиная с платы А11, ОЗУ и CalRAM физически объединены в одном чипе. Соответственно, все обращения на запись в ОЗУ при обычной работе, расходуют ресурс ферроэлектрической памяти. Этот ресурс хоть и огромен, но не бесконечен, а запись выполняется в одни и те же адреса, динамически там ничего не передислоцируется. А STK работает иначе, пока питание в пределах нормы – работает обычное статическое ОЗУ и ресурс ПЗУ не расходуется. Как только питание начало спадать – за 10 мс выполняется резервное копирование содержимого ОЗУ во встроенное ПЗУ за счёт энергии, запасенной в конденсаторе. При последующем включении питания ещё до первого внешнего обращения в ОЗУ восстанавливается прежнее содержимое считыванием из встроенного ПЗУ и далее продолжается работа как с обычным статическим ОЗУ. Т.е. число записей/считываний в/из ПЗУ равно числу отключений/включений питания прибора. Для данного конкретного случая (круглосуточная работа) выбор очевиден. Именно поэтому были заготовлены две STK, при первом же вскрытии прибора с RAMTRONом он будет заменён на STK (с добавлением ранее снятого CR636 или перемычкой вместо него). Идентичные доработки были нужны для проверки взаимозаменяемости FRAM и STK.

STK12C68 datasheet

Полный набор картинок в архиве

Выражаю благодарность участнику форума eevblog.com e-pirate за полезную информацию.


08.05.2017. TEKTRON.

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Вс авг 04, 2019 22:55:35

ПРАВИЛЬНОМУ ПРИБОРУ - ПРАВИЛЬНЫЕ ЩУПЫ. ПОДРУЖИМ DE-5000 С ТВОРЕНИЕМ ЛОРДА КЕЛЬВИНА!

Не совсем раритет и не совсем 6 разрядов, но для иммитанса и 4,5 разрядов - это много (у Е7-14 даже чуть меньше, максимально 16000 отсчётов против 20000 у данного прибора). Не сочтём за офтоп :).

Речь пойдёт о щупах для LCR-измерителя DE-5000. Точнее, о подключении к этому прибору уже имеющихся в хозяйстве полностью Кельвиновских щупов с кабелями различной длины (100 и 600 мм), изготовленных для применения с самодельными измерителями ESR и LCR.
С наладкой последнего возникли сложности, и за нехваткой времени работы приостановлены.
Однако единый конструктив щупов хотелось сохранить для применения с любым из своих приборов.
Попутно было нескромное желание проверить свои же собственные неоднократно высказанные в данном форуме рекомендации относительно оптимальной (на мой субъективный взгляд, естественно) конструкции Кельвиновских щупов.
Собственно конструкция данных щупов доступно и подробно описана примерно в середине статьи о модернизации ESR-метра с синхронным детектированием и в дополнительных комментариях не нуждается.

Я просто изготовил их.
Сначала - в коротком варианте, кабель – МГТФ, причём каждый из 4-х проводников в собственной ОТДЕЛЬНОЙ экранной оплётке, снятой с отечественного 75-Омного коаксиального кабеля, выброшенного в чулан после перевода локальной сети на Ethernet/UTP.
Другого применения тонкому кабелю такого сопротивления не нашлось, уж извините.

А в текущем году был изготовлен длинный вариант, кабель – половинка от VGA, списанного из-за проблем с контактом в земляном проводе. Там как раз 4 экранированных проводника (R, G, B, Y) плюс несколько неэкранированных, которые не понадобятся. Плюс общий экран поверх всего набора. С центральных жил для подключения экран снят не более чем на 10 мм с каждой из сторон.

Неспроста акцентирую внимание на помещении каждого проводника в отдельный экран и заземлении металлической части крокодилов – на ВЧ это имеет большое значение. На этом о щупах всё, переходим к собственно адаптеру.

Прибор пришёл с крокодильчиками и пинцетом именно с прицелом на переделку. Но «хорошая мысля приходит опосля».

Соображения были следующие:
1. Даже если получится изготовить плоские контакты из тонкого (нет в наличии) 2-стороннего фольгированного стеклотекстолита, остаётся проблема защиты контактов от окисления. Покрыть жёлтым металлом – так ни его, ни соответствующей технологии нет. Залудить припоем – будет окисляться. Вывод - те контакты, что задействованы для заводских адаптеров, для самоделок не очень-то пригодны.
2. Поскольку круглые гнёзда прибора тоже поддерживают 4-проводное подключение, можно попытаться задействовать их.
3. А ведь хочется использовать позолоченные контакты. Ой как хочется! Попробуем совместить с п.2.

В моём конкретном случае с круглых гнёзд требуется перейти к магнитофонному (советских времён) 5-контактному гнезду (DIN DN-5J1 по каталогу «Бурого медведя»). Весь ход работ подробно проиллюстрирован фотками при минимальных комментариях. Все фото в виде кликабельных превьюшек. У кого фото не грузятся - в конце ссылка на архив.

Потребуются: полуторамиллиметровый двусторонний фольгированный стеклотекстолит, старая негодная материнка и маленький алмазный диск.
Респиратор лишним не будет, если вы тоже считаете, что вдыхание эпоксидно-стеклянной пыли с вкраплениями медных опилок не способствует укреплению здоровья…

Сначала выпиливаем и подгоняем по ширине заготовки под «двусторонние штыри». В окончательном виде они имеют длину 30 мм и ширину 3,6 мм, но лучше оставить небольшой запас и затем подогнать по размеру. Выпиливать лучше алмазным диском, т.к. использование ножниц или гильотины снижает прочность заготовки.
Изображение Изображение Изображение

Добываем позолоченные упругие контакты из короткого коричневого разъёма неизвестного назначения, в изобилии встречающегося на древних материнках ниже PCI и ISA слотов. Дабы ускорить процесс и не дышать лишним дымом, я действовал по рабоче-крестьянски, без сантиментов: плоской отвёрткой поддел корпуc разъёма и по частям снял его с контактов. После чего обычным паяльником по одному выпаял нужное количество контактов. Лишние загнутости выпрямляем, оставив только профиль жёлтой части.
Изображение Изображение Изображение Изображение

Дальше совсем просто. Накладываем по 2 контакта на заготовку, желтыми сторонами к концу заготовки. Прижимаем кранцангами и пропаиваем те стороны контактов, которые исходно были впаяны в материнку. Затем переставляем кранцанги и пропаиваем оставшийся кусок. Непропаянной должна оставаться только желтая часть. Паяльник должен быть хорошо прогрет и паять надо короткими прикосновениями.
Изображение Изображение Изображение Изображение

Проводники платы с разъёмом лучше развести на нижней стороне, оставив на верхней только пятачки для крепления штырей и полосу земли, находящуюся строго над землёй нижней стороны. Над проводниками от штырей землю или полигоны располагать нежелательно, т.к. это увеличит паразитные параметры. Межцентровое растояние прорезей под штыри примерно 19,5 мм.
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

Почти всё. Вставляем штыри в гнёзда прибора до упора, сверху на концы штырей прорезями надеваем плату с нужным разъемом. Ориентируем, подравниваем по вкусу.
Аккуратно прихватываем пайкой каждый из штырей к площадкам на верхней стороне.
Потом пропаиваем уже капитально. Извлекаем из гнёзд и пропаиваем снизу, на стороне проводников. Лишние концы укорачиваем сверху.
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

На этом был бы финал, если б не всплыло ещё кое-что позабытое.

А именно, при использовании круглых гнёзд DE-5000 надо РАЗОМКНУТЬ его плоские контакты. Для этого можно вырезать пластиковый Ш-образный изолятор («размыкалку») из подходящей упаковки (в моём случае – от наушников, можно и из бутылки). Размеры – по месту. Использование волокнистых материалов (электрокартон, ватман, шпон и т.п.) не рекомендуется во избежание загрязнения контактов. В дальнейшем всегда при подключении Кельвиновских шупов к круглым гнёздам предварительно надо разомкнуть плоские контакты «размыкалкой».
Изображение Изображение Изображение Изображение

Теперь кратко о результатах проверок на частоте 100 кГц (здесь наибольшая чувствительность к наводкам и паразитным ёмкостям).

1) С родными короткими крокодильчиками TL-21:
- Сразу после калибровки при близко расположенных (около 10 мм) щупах показания 0,03 пФ.
Изображение

-При тех же условиях и разведённых на 60 мм щупах – 0,46 пФ.
Изображение

2) С самодельными короткими (100 мм) щупами и адаптером:
- После калибровки и при близко расположенных (2 варианта – примерно 15 и 30 мм) щупах – 0,00 пФ.
Изображение Изображение Изображение

- При разведённых на 150 мм щупах – 0,00 пФ.
Изображение

3) С самодельными длинными (600 мм) щупами и адаптером:
- После калибровки и при близко расположенных (примерно 10 мм) щупах – 0,00 пФ.
Изображение

- При разведённых на 150 мм щупах – 0,00 пФ.
Изображение

Влияния от приближения рук или металлических предметов не выявлено, во всяком случае до расстояния 100 мм. А насчёт рук на фото видно – в одном случае щупы свободные, в другом я их рукой сближаю – ноль влияния.
Делайте выводы, господа. Делайте выводы…

Архив с полным набором фоток (5,36 МВ, 76 фото)

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Сб апр 25, 2020 12:34:00

VAC для нас,
или чем калибровать 34401А по переменке.
Начало.



1. О чём эти статьи.


Предлагаемый вниманию читателей небольшой цикл статей (так сказать мини-сериал с числом серий сильно менее 10-ти) структурирует и обобщает опыт, наработанный автором за последние три с половиной года в попытках решить вынесенную в заголовок проблему. Сроки завершения цикла и выхода отдельных статей неизвестны.
Будут рассмотрены как готовые промышленные изделия (и их доработка, порой весьма трудозатратная), так и изготовление самодельных устройств.
Схемы на последние будут приведены в финальном на момент написания состоянии, чего нельзя сказать о чертежах печатных плат. С этим у автора хроническая беда – в любую более-менее серьёзную плату он умудрялся ещё на этапе проектирования внести столько ошибок, что для их устранения приходилось тратить метры МГТФа. А те платы, которые получились почти без ошибок и запустились без проблем, вошли в состав устройств, которые не удалось довести до ума. Так что не обессудьте.
Традиционно никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.

2. Вступление.


Уважаемые владельцы крутых современных калибраторов ценой во многие килобаксы, а также счастливчики, имеющие к ним хотя бы эпизодический доступ – эта статья скорее всего не для вас :) .
Зато замечательным, недавно снятым с производства мультиметром HP/Agilent/Keysight (HPAK) 34401A может владеть и не метролог. И хорошо, если удалось раздобыть метрологически безупречный экземпляр с пробегом и не очень древней официальной калибровкой – такие аппараты могут годами оставаться в пределах оговоренных изготовителем допусков и не отягощать владельца дополнительными заботами. Но ведь всё хорошее в нашем мире стоит и денег «хороших».

По постоянному напряжению, току, сопротивлению и частоте калибровка проблемы не составляет – схемы соответствующих приспособлений и источников многократно публиковались в ветке о калибровке. Минимальный необходимый набор имеется в распоряжении автора, кое-что даже опубликовано.

Но вот с переменными напряжением и током совсем плохо.
Имеются или схемы с микропроцессорами, за которые браться боязно в силу того, что «ну не программист я!». Или точность недостаточно высокая.
Несколько лет назад ещё была возможность приобрести подержанный FLUKE 5200A, однако это решало проблемы только по напряжению и только до ста Вольт. Модуль же высоковольтного усилителя для него и стОит от полутора килобаксов, и весит как паровоз. Не наш метод однозначно.
Что ещё можно найти наeBay по запросу «AC Voltage reference/standard/etalon/source» с ограничением цены ниже $100?
В декабре 2016-го за $68 был куплен Fluke 510A на 19200 Гц. Ровно через год второй, на 1000 Гц за $65. На этом везуха закончилась, а работа началась…

3. Обзор F510A

.

Как говорит нам заводское руководство [1], данный прибор является прецизионным стандартом переменного напряжения с гарантированной точностью +-0,01% за 24ч и +-0,015% за 30 суток для частот 50; 60; 400 Гц; 1; 2.4; 5 19.2 кГц.
Для частоты 100 кГц точность в разы хуже: +-0,04% за 24ч и +-0,05% за 30 суток.
Частота в приборе единственная, не переключаемая, она задаётся установкой специальной платы, и после замены этой платы необходима перекалибровка.
Прибор обеспечивает выходное напряжение 10 В среднеквадратического значения (СКЗ, англ. RMS), максимально допустимый выходной ток 10 мА. Имеется светодиодная индикация перегрузки. Частоту сигнала можно подстроить отверткой с лицевой панели в пределах +- 1% без вскрытия крышек.
В качестве опций возможны:
- перезаряжаемое аккумуляторное питание;
- синфазный блок согласования для совместной работы нескольких приборов (model 510A/AD);
- распределительный выходной трансформатор на 400 Гц, 8 выходов, с понижением точности и ограничением сопротивления нагрузки не менее 100 кОм на каждый выход (model 510A/AA);
-плата на любую из следующего стандартного ряда частот: 50; 60; 400; 1000; 2400; 5000 19200; 100 000 Гц.
- комплекты для монтажа в стойку.
Технические характеристики гарантированы для температуры 23+-2°С.
Изменение напряжения питания на +-10% вызывает изменение выходного напряжения не более чем на 10ппм.
Изменение тока нагрузки от 0 до 10мА вызывает изменение выходного напряжения не более чем на 20 ппм для частот 10 кГц и ниже, и до 80 ппм на частоте 100 кГц.
Гармонические искажения не более 0,005% на частотах 10 кГц и ниже, и до 0,015% на частоте 100 кГц.
Кратковременная нестабильность амплитуды за 1 минуту в полосе 1 Гц не превышает 20 ппм п-п ( на соответствующем рисунке указан размах для значения 2 ппм, и размах собственно сигнала составляет примерно 0,8 от него. И чему верить? :) Позже проверим…).
Изображение
Рис.0.

Нестабильность, вызываемая изменением температуры не превышает значений от 5 до 22 ппм/°С в зависимости от частоты и окружающей температуры.
Долговременная стабильность частоты составляет не хуже 500 ппм за месяц.
В зависимости от температуры частота не может отклоняться более чем на 150ппм/°С.
При калибровке по более точному эталону постоянного напряжения возможно достижение лучших параметров.

Достаточного ли этого для калибровки 34401А хотя бы на базовом (10 VAC) диапазоне?
Обратимся к сервисному руководству [2] на мультиметр.
Из таблицы на стр.63 очевидно требование от используемых мер пятикратного «запаса точности» по сравнению с 24-часовыми характеристиками калибруемого прибора.
На стр.14 в соответствующей таблице видим, что наивысшая точность мультиметра достигается в диапазоне 10 В для частот от 10 Гц до 20 кГц и составляет +-(0,04% от отсчёта + 0,02% от диапазона).
Таким образом для входного напряжения, равного верхнему значению диапазона 10 В (а не 12 В, т.к. это уже “overrange”, т.е. перегрузочная способность – см.стр.22 в [2]) точность мультиметра составит +-(0,04+0,02)= +-0,06%. О том, что слагаемые следует суммировать именно алгебраически, сказано на стр.21 в [2].
Итого требуемая точность эталона получается +-0,06%/5 = +-0,012%.
В базе у свежеоткалиброванного F510A чуть лучше (0,01%), а в течение месяца после калибровки чуть хуже (0,015%). Но это если его калибровали по выходному (переменному) напряжению. Если же откалибровать по качественному (точнее чем +-15 ппм, а это достижимо даже с единственным LM399) источнику постоянного напряжения, то можем получить +-0,01% уже для 30 дней.
Вывод – прибор для заявленных целей в принципе годится. С оговорками, что для полноценной калибровки мультиметра по переменке:
а) Требуется ряд переменных напряжений: 10мВ(только 1кГц); 100мВ; 1В; 10В; 100В; 195…770В.
б) Требуется ряд частот: (10+-1) Гц [только 10 В]: (1+-0,1) кГц; (45…100) кГц
в) Требуется источник переменного тока на 10 мА частотой 1 кГц.
1 А и 2 А непосредственно по переменке в 34401 не калибруются, но для проверки (verification) применяются. А в 3457 так прямо-таки необходимы для калибровки (у меня их 2, и у одного заводская калибровка была прибита, как рассказывалось в соответствующей статье).

Допущения:
- напряжения ниже 10В можно получить делителем 1/10/100/1000 на безындукционных (не проволочных!) резисторах. Отличные результаты даёт применение С5-61.

- 10 мА потребуются только после ремонта в цепях АС-тракта (достаточно частая ситуация), после замены CALRAM U505 (редкая ситуация). На практике можно извернуться и обойтись единственным безындукционным эталонным резистором 1000,000 Ом (или от 900 до 1100 Ом с известными 6-ю знаками) и вычислениями по закону Ома. Правда, высокой достоверности ожидать не стоит. Или использовать последовательно включённый образцовый прибор.
Замена прошивки 34401А тоже может привести к очистке CALRAM. На эти грабли приходилось наступать.

4. Обобщённый анализ схемы F510A и что у него внутри.


Fluke 510A выдает особостабильные 10 В СКЗ (VAC RMS) фиксированной частоты. Обратимся к приведённой в [1] блок-схеме.
Изображение
Рис.1.
Собственно переменное напряжение вырабатывается непосредственно в выходном усилителе, охваченном двумя цепями обратной связи (ОС) – частотозависимой отрицательной (ООС) через половинку двойного Т-моста на инвертирующий вход «ОУ», и частотонезависимой положительной (ПОС) на неинвертирующий вход «ОУ». Кавычки потому, что здесь аналог ОУ выполнен на 10-ти дискретных транзисторах и занимает пятую часть площади платы.
Т-мост в данном включении обеспечивает подавление в выходном сигнале всех частот кроме резонансной. Т-мост ведёт себя как параллельный колебательный контур – на резонансной частоте его сопротивление максимально. Если же частота отличается в любую сторону от резонансной – сопротивление резко падает. Поскольку Т-мост включен между выходом и инвертирующим входом, любые нерезонансные частоты свободно на него (вход) поступят и подавят сами себя. Наоборот, резонансная частота на инвертирующий вход не пройдёт и не будет подавлена.
Другим необходимым условием генерации является ПОС. Она должна очень точно регулироваться для поддержания неизменной амплитуды выходного сигнала. Регулирующим элементом является переменное сопротивление канала полевого транзистора.
Помимо клемм, выходное напряжение поступает на пиковый детектор (ПД).
Он вырабатывает напряжение, пропорциональное превышению (по модулю) отрицательной амплитудой опорного постоянного напряжения, равного 14,14214 В.
Это принципиальный момент, и его надо себе чётко уяснить. Имеется равноплечий делитель - один из всего трёх прецизионных компонентов, на которых держатся точностные характеристики всего прибора. Делитель этот состоит из последовательно соединённых резисторов, равных по величине и согласованных по ТКН, имеющих общий корпус. Средняя точка делителя (т.е.место соединения этих резисторов между собой) подключена на вход ОУ с низким входным током.
На одно из плеч делителя (свободный вывод одного из этих резисторов) подано постоянное напряжение 14,14214 В – легко догадаться, что это корень квадратный из 2, умноженный на 10. А как соотносятся действующее (среднеквадратичное) и амплитудное значения синусоидального сигнала? Правильно, амплитуда в корень из двух раза больше действующего.
Что мы получили в средней точке после такого подключения? Да практически всё опорное напряжение целиком туда и поступит. На положительное напряжение ПД не среагирует, так уж он спроектирован. На блок-схеме это изображено диодом от входа к выходу (которого на самом деле нет). Да и не важен способ, важнее результат – ПД усиливает ТОЛЬКО ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ напряжение. А пока что оно у нас положительное.
И прежде чем стать отрицательным, оно неизбежно должно пройти нулевое значение. Рассмотрим этот момент подробнее. Кстати, не смотрите на кружочек в левом верхнем углу блок-схемы - это деза. Актуален именно ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ полупериод. И отсутствие сетевого трансформатора – тоже деза. Он (рис.3) есть! Работает от сети частотой от 50 до 500 Гц и имеет переключатель 115/230В.
Как же получить в средней точке делителя нулевое напряжение? Верно, надо подать на другое плечо напряжение, равное опорному, но с ПРОТИВОПОЛОЖНЫМ знаком! Если опорное напряжение положительное, значит на противоположном плече должно быть равное ему отрицательное и наоборот.
Что произойдёт, если противоположное напряжение станет чуть-чуть больше по абсолютной величине? Очень просто, напряжение в средней точке делителя примет полярность большего из напряжений, т.е. в данном случае станет отрицательным. А отрицательное напряжение наш ПД бодренько ПРОИНВЕРТИРУЕТ, усилит и через схемы выборки-хранения (УВХ) и интегратора (он здесь НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ, т.е. в итоге при понижении входного напряжения ПД выходное интегратора растёт) оперативно передаст на затвор того самого полевика, который регулирует глубину ПОС, причём это будет вызывать его ОТКРЫТИЕ (уменьшение сопротивления канала) и, соответственно, уменьшение глубины ПОС. Что, в свою очередь, приведёт к УМЕНЬШЕНИЮ амплитуды сигнала. Так и работает замкнутая цепь регулирования амплитуды. УВХ нужна здесь потому, что более 97% длительности периода ПД закрыт положительным напряжением на входе от опорного напряжения, и только в какие-то 20…30 микросекунд, когда будет достигнут отрицательный максимум выходной синусоиды (равный или на микровольты превысивший опорное), на его выходе появится пропорциональный превышению сигнал (см.рис.2), который должен будет поддерживать постоянное напряжение на затворе полевика в последующие 97% времени периода до очередного отрицательного максимума.
Кстати, давайте оценим, на сколько амплитуда имеет право превысить опорное. В [1] на стр.1-2 указана наивысшая стабильность за 24 часа +-0,002%. Это 20 ппм. Тогда, похоже, что опечатка на рис.0 была в тексте, а на осциллограмме мы видим реальное значение кратковременной нестабильности 1,6 ппм п-п.
Чисто интуитивно очевидно, что чувствительность ПД должна быть в несколько раз выше нестабильности. Тут уже пошла зыбкая область предположений, но, думаю, десятикратный запас чувствительности не станет чересчур оптимистичным, если вспомнить, что 1,6 ппм п-п это за 60 с. С другой стороны, в ПД использован ОУ с типовым усилением 300 000 [3]. Плюс на выходе ОУ подключен дифкаскад на рассыпухе. Общий Ку легко может превысить пару миллионов (для этого достаточно, чтобы дифкаскад усиливал всего в 7 раз – отнюдь не запредельное значение). Далее, забегая вперед сообщу, что амплитуда импульса на выходе ПД должна составлять несколько сот миллиВольт. Если поделим это даже на один миллион, получим несколько сот наноВольт – буду считать это оптимистической оценкой. Коли сильно неправ – прошу сведущих в этом вопросе меня поправить.
Если же отталкиваться от нестабильности, получаем примерно 0,16ппм от 14,14214 В – это 2,26 мкВ. Буду считать это пессимистической оценкой. Предположительно, реальная величина стимула, на который должен отреагировать ПД, находится где-то между этими оценками, т.е. от нескольких сот наноВольт до пары микроВольт.

Изображение
Рис.2.
Таким образом схема регулирования поддерживает на входе ПД напряжение не отрицательнее опорного. С другой стороны, если напряжение на входе ПД никогда не переходит через ноль, то импульсы не вырабатываются, УВХ на входе интегратора постепенно разряжается, что приводит к закрытию регулирующего полевика и увеличению глубины ПОС, т.е. к увеличению выходного сигнала. И ведь что характерно, всё время, пока разбирался с работой этой схемы, не покидало чувство, что где-то я уже это видел и в чём-то подобном давным давно приходилось ковыряться… Ну да ладно, продолжим.
Параметры интегратора определяют динамические характеристики системы, т.е. скорости нарастания и спада управляющего полевиком напряжения.
Блок питания (БП) вырабатывает +18 В и – 18 В, причем опорным для +18 В является -18 В, а опорным для -18 В является тот же самый ИОН, что и для ПД. А питается ИОН от +18 В, получаемых… Правильно, от БП!
Нехило закольцовано, верно? Процесс включения похож на Мюнгхаузена, руками вытягивающего себя вместе с лошадью из болота за волосы на собственной же голове :) .
Что ещё мы не рассмотрели? Ах да, конечно же индикатор перегрузки. Эта «сложнейшая» схема, состоящая из резистивного датчика тока, ЭК с резисторами и целого ОДНОГО транзистора со светодиодом, должна подавать сигнал при превышении выходного тока 10 мА. Фактически пороговое значение чуть выше, около 12-13 мА, т.к.на делитель в ПД ответвляется 1 мА, ну и запас на нагрев ключевого транзистора.
Переходим к внутренностям.
Силовой трансформатор расположен снизу от основной платы ближе к задней стенке прибора, что логично, см. Рис.3.
Изображение
Рис.3.
Собственно БП находится на основной плате над трансформатором (см.рис.4.)
Изображение
Рис.4.
Кстати, обратите внимание на боковые экраны из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Проводящие поверхности по обе стороны боковушек гальванически изолированы. Если вспомнить об алюминиевом корпусе, боковая экранировка покажется трёхслойной, но нет – наружная поверхность боковушек контачит с корпусом, так что только двухслойная и лишь по электрической составляющей.
Следом, если двигаться от задней панели к передней, расположены ИОН и ПД (рис.5.)

Изображение
Рис.5.

В ИОН содержатся два оставшихся из трёх прецизионных компонентов, на которых всё и держится, это конечно же SZA263 (рис.6.)
Изображение
Рис.6.

И входящая в его обвязку нумерованная резистивная цепь, определяющая ТКН ИОНа (рис.7.)
Изображение
Рис.7.
Поскольку ПД должен работать с менее чем микровольтным сигналом, его дополнительно экранировали – сверху железный кожух (снят перед съёмкой), снизу слой металлизации (указан синей стрелкой на рис.8. Там же красной стрелкой указан тот самый равноплечий делитель на входе ПД).

Изображение
Рис.8.

Сменная частотозадающая плата (тоже с номером) установлена на внутреннем боковом экране под основной платой (рис.9.), электрические соединения обеспечиваются через 19 контактных пар «штырь-гнездо» с базовым шагом 5,08мм. Эта подробность нам понадобится позднее.
Изображение
Рис.9.
Вид спереди-снизу:
Изображение
Рис.10.
Вид сзади-снизу
Изображение
Рис.11.
Вид сверху-сбоку:
Изображение
Рис.12.
Вид снизу:
Изображение
Рис.13.

Ну и достаточно. На данном этапе в дебри не полезем. Вместо этого попытаемся разобраться в довольно-таки несложной процедуре калибровки.

5. Методика калибровки F510A в любительских условиях.


Чем в основном привлёк меня этот эталон? Да именно тем, что для его калибровки можно обойтись следующими приборами:
- Осциллограф (желательно 2-канальный/2-лучевой, но не обязательно);
- Частотомер (у меня он встроен в осцилл, но подойдёт любой цифровой типа Ч3-33, Ч3-54 или в составе других приборов);
- Вольтметр (34401А, нормально откалиброванный по постоянке, 3456А, Fluke 8842A);
- Калибратор постоянного напряжения, способный выдавать 14,14214 В с точностью не хуже +- 15ппм (доработанный Fluke 343 или даже заточенная сугубо на это напряжение самоделка на LMx99/LTZ1000[A], уже на прогоне и подстройке ТКН; будет опубликована позднее),
- Детектор нуля типа Fluke 845AB/AR очень желателен, но не обязателен (у меня его всё ещё нет), с этой работой может справиться 3456А или 34401А с низким дрейфом нуля. 3457А не подойдёт – шумит изрядно. Fluke 8842A может и не подкачать в силу наличия у него расширенного вниз поддиапазона 20 мВ. При своих 5,5 цифрах индикатора он имеет равную с 34401А разрешающую способность. Во всяком случае, в теории.
И на этом все! Никаких термопреобразователей, дифференциальных стандартов и т.п. Ничего, связанного с переменным напряжением!
Порядок, изложенный в руководстве [1], таков: Перед выполнением операций прибор должен быть подключен к сети с напряжением питания (для страны происхождения – 115В, для нас – 230В) и прогрет в течение 10 мин.
А. БП.
Подключаем вольтметр между контрольной точкой TP2 (рис.14, красный кружок) и общим проводом (там же, синий кружок) и подстроечным резистором R9 (красная стрелка) выставляем +18 В +-0,2 В. По моему опыту, лучше ставить ближе к верхнему порогу, будет запас по амплитуде, а он не лишний. В своих конструкциях я вообще ставлю 18,5 В…18,8 В. Но здесь будет достаточно 18,2 В.
Изображение
Рис.14.
Затем проверяем напряжение на TP4 (желтый кружок) и убеждаемся, что там имеется -18 В +-0,5 В.

Б. ИОН.
Здесь самая сложная процедура. Напрямую опорное напряжение подключать ко входу вольтметра с сопротивлением 10 МОм нельзя – опорное просядет. А высокоимпедансный вход с нужным диапазоном (20 В) у меня имеется только в Keithley 2001. Но там дрейф 1 ппм/К, потому с абсолютными измерениями сложно. 8842А не дотягивает по разрядности (5,5 цифр). Вероятно, мог бы выручить Fluke 8808A или Keithley 2002, да где ж их взять?! Вернее, кто ж мне их даст?! Так что придётся помучиться.
Сооружаем установку (рис.15) из образцового ИОНа с выходным напряжением 14,14214 В [ещё не заучили наизусть эти волшебные циферки? :) А я уже. И даже более точный набор 14,142135 В…], хорошо прогретого индикатора нуля, включенного в режим максимально точного измерения (6 DIGIT 100 plc для 3456А, SLOW 6 DIGIT для 34401А). Он должен быть или со свежеоткалиброванным по закоротке с низким EMF (рис.17..19.) нулем ( для 34401А), или в режиме относительных измерений относительно такой закоротки (для 3456А или 8842А). Минус образцового ИОНа соединяем с кожухом ПД (синий кружок на рис.16) медным проводом без полуды и наконечников. Плюс образцового ИОНА таким же проводом соединяем с минусовой клеммой индикатора нуля. Плюсовую клемму индикатора нуля подключаем к контрольной точке TP10 (красный кружок на рис.16). Оставляем установку в покое минут на 5 для выравнивания температур контактных соединения. Затем регулировкой R27 (красная стрелка на рис.16) добиваемся минимальных показаний индикатора нуля (не более +-50 мкВ).

Изображение
Рис.15.

Изображение
Рис.16.

Изображение
Рис.17.

Изображение
Рис.18.

Изображение
Рис.19.
По окончании разбираем установку.

В. Ток покоя ВУ.
В нарушение очерёдности по [1], следующим шагом я устанавливаю ток покоя выходного каскада 2,5 мА. Для этого надо сначала сорвать генерацию замыканием TP13 (жёлтый кружок на рис.20) на общий провод (кожух ПД, синяя стрелка на рис.20). Минус вольтметра подключаем к ТР4 (синий кружок на рис.20), а плюс – к ТР11 (красный кружок на рис.20). Вращением R100 (красная стрелка на рис.20) выставляем +0,25 В по вольтметру.
Изображение
Рис.20.
Отключаем вольтметр и снимаем закоротку с ТР13. Оставляем калибруемый прибор включенным на стандартные 10 минут для установления стабильного режима после возобновления генерации.

Г. Рабочая точка полевика.
Подключаем минус вольтметра к общему проводу (кожух ПД, синяя стрелка на рис.21), а плюс – к ТР5(красный кружок на рис.21). Вращением R90 (красная стрелка на рис.21) выставляем –2,5 В +-0,2 В по вольтметру.
Изображение
Рис.21.

Д. Балансировка ПД и интегратора.
Оставляем минус вольтметра на прежнем месте (см. п.Г.)
а) ПД. Подключаем плюс вольтметра к ТР6(красный кружок на рис.22). Вращением R49 (красная стрелка на рис.22) выставляем 0 В +-100 мкВ.
б) Интегратор. Подключаем плюс вольтметра к ТР7(желтый кружок на рис.22). Вращением R72 (желтая стрелка на рис.22) выставляем 0 В +-100 мкВ. Надо сказать, что в своих конструкциях я использовал только многооборотные подстроечники и без проблем укладывался в допуск +-30 мкВ.
Изображение
Рис.22.
По окончании процедуры отключаем вольтметр.

Е. Рабочая точка детектора.
Имея многолучевой осцилл, я выполняю эту регулировку следующим образом. На один из основных входов осцилла подаю выходной сигнал 10 V RMS с калибруемого прибора. Ставлю синхронизацию по спаду, подбираю чувствительность и смещение луча канала, а также уровень синхронизации таким образом, чтобы наблюдать на экране отрицательный максимум выходного сигнала с экстремумом в районе центральной вертикали сетки (наглядный пример на рис.2). Другой основной вход через делитель 1:10 подключаю к ТР8 (красный кружок на рис.23). Все дальнейшие манипуляции именно с этим входом.
Внимание! В такой конфигурации общий провод делителя со стороны наконечника НИКУДА ПОДКЛЮЧАТЬ НЕ НАДО, дабы не создавать земляную петлю и не собирать весь мусор из эфира!
Далее по доке [1], ставлю чувствительность канала 10 мВ/дел, заземляю вход и выставляю горизонталь луча по центральной горизонтали сетки. Затем переключаю вход на делитель и наблюдаю требуемый импульс. Его вершина должна на одно деление превышать центральную горизонталь сетки (в обоих полученных эталонах имелась настройка на 2 с половиной деления, такой же практики стал придерживаться и я, но в [1] говорится об ОДНОМ делении). Вращением R60 (красная стрелка на рис.23) добиваемся требуемого результата.
Изображение
Рис.23.
Если же в наличии лишь одноканальный осциллограф, тогда придётся выполнить эту процедуру стандартным способом по [1].

Ж. Балансировка компаратора.
Так это называется в документации. Ну а для себя я считаю её балансировкой делителя на входе ПД, поскольку нигде в описании схемы ПД никакой компаратор не то что не упоминается, но даже не обнаруживается при любом вооружении глаз. Чисто личное мнение. Но желающие могут считать компаратором многократно помянутый равноплечий делитель. Реальность от этого ничуть не изменится. Впрочем, от слов к делу. Ввиду наличия за бортом 21-го века, данную регулировку также можно выполнить без блокнота с карандашом, более современными приборами и с бОльшим удобством.
Подключаем к выходу калибруемого прибора более-менее стабильный вольтметр переменного напряжения (3456А, 34401А или лучший), настроенный на наиболее точные измерения – максимум plc, максимум цифр и наиболее низкочастотный фильтр.
Ожидаем некоторое время для стабилизации показаний и нажимаем кнопку относительных измерений («NULL» для 34401А или «MATH» + «3(NULL)» для 3456A). Переводим переключатель S4 (красный кружок на рис.24) в противоположное состояние и считываем показания вольтметра. Подстроечником R37 (красная стрелка на рис.24) добиваемся, чтобы отличия напряжений в разных положениях S4 не превышали 50 мкВ (это 5 ппм).
Изображение
Рис.24.
По завершении регулировки ставим переключатель в положении с видимой белой точкой .

З. Частота генерации.
Самая бесполезная регулировка, поскольку стремление к круглым цифрам будет приводить к максимальной интерференции с гармониками питающей сети со всеми вытекающими. Но если подстроечником с лицевой панели не удаётся добиться желаемой частоты, то процедура элементарна.
Подключаем частотомер, ставим подстроечник на лицевой панели на середину и вращением R95 (красная стрелка на рис.25) подводим частоту генерации максимально близко к целевому значению.

Изображение
Рис.25.
Данная регулировка может слегка повлиять на положение рабочей точки полевика, т.к. баланс Т-моста немного меняется. Потому будет не грешно проверить и при необходимости повторить п.Г.
На этом калибровка завершена. Получаем одно напряжение одной частоты. А частот нам надо три. Время сделать следующий шаг.

6. Сменные частотозадающие платы - изготовление.


Забегая вперёд скажу, что при работе над одной из самоделок был найден способ наладки, позволяющий менять частотозадающие платы без рекалибровки прибора. При особо тщательной и терпеливой отладке плат даже грубый регулятор частоты R95 трогать не понадобится. Не забываем, что допуск на частоту калибровочных напряжений от широких +-10% для 10 Гц и 1кГц до вселенских +122% (от 45 кГц до 100 кГц).
Однако о наладке в следующем разделе. Сначала – изготовление, затем наладка. Иное есть не наш метод :) .
Что необходимо для изготовления этих плат и на перспективу помимо набора комплектующих, фольгированного материала и некоторой химико-механической технологической оснастки? Мне понадобились:
- фотошаблон (сделал сам по образцу);
- перечень номиналов (большей частью взят из перечня элементов в [1], на нестандартные частоты рассчитан по простейшей пропорции);
- более-менее адекватный измеритель ёмкости от пФ до тысяч микроФарад (первоначально я использовал Tektronix TX3, позднее парк пополнился DE5000 и XJW_LCR_3.0);
- омметр на 5…6 разрядов (использовались 3456А, 8842А, 34401А, подойдут 3457А, 8840А и т.п.) .
Для изготовления фотошаблона даже схему рисовать не пришлось – просто взял линейку, образец (рис.26) и в редакторе плат нарисовал всё, что нужно. PDF-файлы с фотошаблонами прилагаются в архиве статьи.
От себя расширил печатные проводники и внёс некоторую универсальность: большинство посадочных мест обзавелись SMD-дубликатами, под конденсаторы предусмотрены варианты с различным межвыводным расстоянием, контактные площадки под соединитель расположены на обеих сторонах платы (рис.27).
Изображение
Рис.26.
Изображение Изображение
Рис.27.
Так пришлось поступить из-за отсутствия правильных гнёзд соединителей с двумя выводами на каждое (рис.28).
Изображение
Рис.28.
Поэтому первые экземпляры плат изготовлены в двустороннем варианте с напайкой выдранных из старых кабелей гнёзд прямо на фольгу контактных площадок. Контакт с разводкой на нижней стороне – пропайкой переходных отверстий (рис.29).
Изображение
Рис.29.
В дальнейшем были приобретены подходящие соединители, и платы стали односторонними (рис.30,31).
Изображение
Рис.30.
Изображение
Рис.31.
В прилагаемом архиве содержатся фото почти всех изготовленных плат с обеих сторон.
Перечень рассчитанных номиналов:

Изображение
Рис.32.
Тут необходимы важные оговорки.
1. Приведённые в таблице рассчитанные номиналы для нестандартных частот скорее всего подойдут для работы в исправном или правильно откалиброванном (с родной частотозадающей платой) после ремонта F510A. Исключение – та пара-тройка компонентов, которые придётся подбирать для возможности бескалибровочной замены плат. С самодельными конструкциями гораздо сложнее, необходимые пояснения будут приведены в нужное время.
2. Об обозначениях – в оригинале заводская нумерация компонентов была самостоятельная для каждой платы. Т.е. R3 присутствует на основной плате, частотной плате, плате сопряжения с аккумуляторами и плате фазовой синхронизации. Согласитесь, не очень-то это удобно. Поэтому было решено обозначения компонентов частотной платы дополнительно оснастить апострофом. Т.е. здесь и во всех своих конструкциях на тему F510A я старался в сходных участках схемы сохранять родную, флюковскую нумерацию, дополняя компоненты частотной платы апострофом. Например, С1 и С2 находятся в блоке питания, а С1’ и С2’ входят в Т-мост и определяют частоту.
3. Для конденсаторов ноль в таблице означает его отсутствие, т.е. ничего не впаиваем. А для резисторов ноль означает перемычку, т.е. вместо резистора впаиваем кусок провода. Строка J9-J17 особенная, для неё N означает пустоту - ничего не впаиваем, а Y означает перемычку. Наличие/отсутствие этой перемычки отключает/включает УВХ.
4. Не спешите тратиться и покупать за безумные деньги танталовые электролитические конденсаторы (ЭК) большой (>100 мкФ) ёмкости – как показывает практика, обычные алюминиевые ЭК прекрасно работают и не вносят заметных искажений на частотах от 5 Гц до 100 кГц. Надо только зашунтировать каждый такой разделительный ЭК качественным пленочным. Подтверждающие объективные данные будут приведены в нужное время.
5. Конденсаторы небольшой ёмкости (кроме блокирующих по питанию) тоже лучше использовать плёночные, с минимальными потерями. Тут-то и пригодится специализированный измеритель иммитанса типа DE5000, XJW_LCR или Е7-14. Коли уж применение керамики в сигнальных цепях неизбежно, я использовал SMD варианты NP0 с допуском 1% на вспомогательных мини-платах или вовсе на самодельных выводах. Вообще, при работе над проектом было стремление по возможности предотвратить возникновение проблем по причине использования некачественных комплектующих или материалов. Такой перфекционизм мне ещё боком выйдет, но не на этом этапе.
6. Расположение деталей на плате соответствует оригиналу, позиционные обозначения продублированы на фотошаблонах обеих сторон.
7. Крепёжные отверстия могут не совпасть (у меня не совпали ни разу) поэтому их следует сверлить после монтажа соединителя и прикидки по месту.
На плату монтируем все компоненты кроме R1’. Не следует впадать в крайность и согласовывать C1’ и C2’ лучше 1…5%. На эти грабли тоже наступал, кашу маслом тут испортить очень легко.

7. Отладка для замены плат почти «на лету».


Предполагается, что F510A у вас таки есть, иначе и говорить не о чем. Второе предположение, что в его составе имеется родная частотная плата. Так вот, сначала прибор должен быть откалиброван со своей родной платой.
Вместо R1’ впаиваем последовательно соединённые постоянный резистор 1 кОм класса точности не хуже 1% и многооборотный подстроечный резистор 2 кОм. Сделать это надо так,
чтобы после установки платы в прибор был свободный доступ к шлицу подстроечника.
Изображение Изображение
Рис.33.

Приготовьте диэлектрическую отвёртку (у меня она самопальная из пустого стержня от гелевой ручки и пары кусочков какой-то тонкой плоской пружины).

Изображение Изображение
Рис.34.
Предварительно следует установить общее сопротивление этой подмены R1’ согласно таблице для данной частоты.
Устанавливаем плату в [выключенный] прибор, включаем его, осциллографом и частотомером проверяем наличие колебаний с близкой к номиналу частотой на выходе. Синус должен быть чистый, без размытостей и утолщений, амплитуда скакать не должна. Если эти условия не выполнены или частота отличается в разы – надо найти и устранить допущенные на предыдущих этапах ошибки (никакие регулировки в приборе НЕ МЕНЯЕМ, проверяем только плату). Если же всё заработало нормально, даём прогреться 10 минут, после чего подключаем вольтметр к ТР5 (см. п.5.Г) и изменением R1’ загоняем напряжение на затворе в допуск -2,5 В +-0,2 В. Эта регулировка очень сильно повлияет на частоту. Если подстройкой с лицевой панели добиться нужной частоты не получается, придётся подбирать С1’ и C2’, после чего снова подстроить R1’. Вот так, методом последовательных итераций добиваемся нужного результата. Прежде чем заменять составной R1’ на последовательную цепочку резисторов с равным общим сопротивлением, имеет смысл закрыть крышку и оставить прибор на ночь на прогон. Наутро при необходимости вносим коррективы и приводим всё к постоянному виду. Резисторы, входящие в R1’ должны быть класса 1% или лучше, отклонение суммарного сопротивления от подмены не более +-5 Ом или даже точнее. Измерять подмену надо ДО выпайки, прямо на плате, установленной в прибор. Только обесточьте его. Поскольку к «горячему» выводу R1’ подключены лишь конденсаторы, утечки через схему искажать результат измерений не будут. А нагрев платы в руках или от паяльника влияет очень заметно.
Такую отладку надо будет выполнить с каждой изготовленной платой в приборе, для которого она предназначена. Для хранения незадействованных плат я приспособил подходящие коробочки. На донышко положил пенополиэтилен, к боковушкам приклеил укороченные пластиковые салазки от крейта «КАМАК» - подобрал перед сдачей в металлолом, вот и пригодились.
Изображение Изображение
Рис.35.
Главное, чтобы бумажная или бытовая пыль не попадала в соединители.

8. Меры безопасности.


Получив от каждого из своих F510A по чувствительному удару напряжением 230 В, считаю своим долгом предупредить читателей о следующем. Удивительный прокол со стороны уважаемой фирмы, но места пайки сетевых проводов к выключателю НЕ ИЗОЛИРОВАНЫ кембриками (рис.36, обведены красным).
Изображение
Рис.36.
Самое простое решение проблемы – налепить поверх кусок изоленты, можно в 2 слоя. Результат – на рис.37, 38 (пардон за качество).
Изображение
Рис.37.
Изображение
Рис.38.

9. Результаты.


ТКН опорного напряжения около -5 ппм/К (рис.39)
Изображение
Рис.39.
Выходное напряжение 1 кГц показало ТКН на одном 34401 (далее будем именовать его старым) – те же -5 ппм/К (рис.40), а на другом (новом) - менее -2 ппм/К (рис.41).
Изображение
Рис.40.

Изображение
Рис.41.
С другими частотами много хуже. Возможно, виноваты мои измерители, ни разу не подвергавшиеся после ремонта полноценной калибровке по переменке от метрологически достоверных источников. Но уж что есть, то есть.

10 кГц: -13 ппм/К на старом (рис.42)
Изображение
Рис.42.

ВЧ: -60 ппм/К для 62 кГц на старом (выше, увы, не тянет – ремонт был как раз в тракте АС, а найти оригинальные ОУ не удалось; рис.43)
и +150 ппм/К для 100 кГц на новом (рис.44).
Изображение
Рис.43.

Изображение
Рис.44.
И как это понимать? ТКН на ВЧ таки положительный или отрицательный?
Не переживайте, всё в допуске на 34401А, причём с запасом. Подробнее в конце третьей статьи цикла.
Данные по искажениям сведены в таблицу (рис.45)
Изображение
Рис.45.

Замеры выполнены прибором, находящимся в далёком от идеального состоянии, не прошедшим калибровку. К тому же, прибор этот был выпрошен у доброго человека на выходные (а задержался гораздо дольше в связи с самоизоляцией). Электромагнитная обстановка тоже далека от безэховой камеры: компы, мобильники, светодиодные светильники. Вентиляторы и сквозняки. Однако, если и вкралась ошибка, то только в худшую сторону. Измерительная установка по THD будет обсуждена в одной из следующих статей. Набор скриншотов помещён в архив.

Вывод – самодельные частотные платы работают удовлетворительно.

10. Эпилог.


Всё хорошо. Но хочется-то лучшего. Все 3 частоты сразу, например. Да ещё и с нисходящим набором напряжений.. Как оно, неплохо бы? И оно уже есть…
Заседание продолжается, господа…
To be continued…


11. Литература.


1. Fluke Model 510A/AD AC reference standard Instruction manual rev.2 10/75.
2. Agilent 34401A 6.5 Digit Multimeter Service Guide.
3. LM308 datasheet

10.04.2020. Tektron.

Картинки в полном разрешении и пдф-ки в архиве. ВНИМАНИЕ, большой размер: 62 МБ
https://yadi.sk/d/JAhKee0XtkdlMg

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Пн апр 27, 2020 04:00:58

VAC для нас - 2,
или чем калибровать 34401А по переменке.
Три в одном. Часть теоретическая.



1. Отказ от гарантий.


Никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.


2. Вступление.


Несмотря на то, что заменой плат можно более-менее сносно снять часть вопросов калибровки 34401А по переменке, было бы странно, если бы не появились новые.
Во-первых, каждый монтаж-демонтаж платы вносит новые механические напряжения, никак не способствующие повышению стабильности.
Во-вторых, вновь установленная плата должна будет войти в тепловое равновесие с остальным прибором, как и самому прибору нужно время для стабилизации на новой частоте. А это ожидание.
И в-третьих, забавная штука выяснилась. Вернее, подозрение, поскольку доказать не смогу. Короче, highly likely, что ТКН ИОНа на заводе регулировали уже в составе готового устройства, ориентируясь на выходное переменное напряжение. Я на эти грабли напоролся, когда попытался заменить R27 (100 Ом, ±10%) на цепочку из многооборотника на 20 Ом и пары параллельных С5-61 152 Ом с ТКН менее 1 ппм/К. И в результате получил почти УДВОЕНИЕ результирующего ТКН по переменке!

Т.е. в идеале желательно иметь 3 экземпляра F510A, каждый на свою частоту. Купить третий не удаётся, потому было решено изготовить прибор 3 в 1 самостоятельно. Блок питания и ИОН было решено оставить общим для всех трёх частотных каналов. На выходных клеммах каждого канала распаян свой делитель на 10/100. Т.е. сразу получаем набор напряжений и частот для калибровки трёх младших поддиапазонов мультиметра. Об этом и пойдёт речь далее.

3. Разбираемся со схемой.


Оригинальную схему желающие найдут в руководстве [1], а мы обратимся к специально подготовленному варианту. Он:
- склеен в один лист;
- подчищен;
- компоненты частотной платы интегрированы на свои места в основную схему – так нагляднее;
- исправлена зловредная ошибка, из-за которой была потеряна масса времени. О чем речь? Смотрите, ниже на рис.1 приведены сканы перечня элементов на пару деталей и как они изображены на схеме. При попытке скопировать недостающий знак от СR19 к СR16 выяснилось, что в равном масштабе он туда не влезает – мешает близкая надпись. Т.е. заложена она была ещё чертёжницей(ком).

Изображение Изображение Изображение
Рис.1.


Вот полный вариант схемы:

Изображение
Рис.2.



Перед изготовлением неплохо бы разобрать работу подсистем на более глубоком, компонентном уровне. Начнём, как полагается, с питания.

4. БП+ИОН


Изображение
Рис.3.



На рис.3 модуль А3 – зарядно-защитное устройство для аккумуляторов – нас никоим образом не интересует, из рассмотрения его исключаем.

БП выдаёт стабилизированные напряжения +18 В и -18 В. Стабилизаторы обоих напряжений выполнены по одной схеме на комплементарных транзисторах и работают по одному принципу. Однако основной из них – отрицательный. Резисторы R17 и R18 рассчитаны для приложенных к ним противоположных полярностей (-[18 В – 0,6 В] к R17 и +[14,14 В-1,2 В + 0,6 В] к R18) таким образом, чтобы в установившемся режиме при выходном напряжении -18 В транзистор Q6 начинал открываться. Его коллектор подключен к базе Q5 и R16. Ток, протекающий через R15 и R16, поддерживает в открытом состоянии Q5, а его коллекторный ток, в свою очередь, открывает регулирующий транзистор Q4. Но часть тока, протекающего через R16, ответвляется в коллектор Q6. Какая это будет часть – зависит от тока базы Q6.
Теперь ясно, что если -18 В станет более отрицательным (вырастет по модулю) – через R17 более отрицательным станет и потенциал базы Q6. Тот откроется сильнее, и станет отбирать себе в коллектор бОльшую часть тока R16 чем раньше (будет сильнее шунтировать эмиттерный переход Q5), а это приведёт к уменьшению коллекторного тока Q5. Q4 тоже прикроется, тем самым вернув выходное напряжение к норме.

В обратной ситуации, если выходное напряжение снизится по модулю, то потенциал базы Q6 станет менее отрицательным и этот транзистор прикроется. Раз в коллектор Q6 теперь ответвляется меньше протекающего через R16 тока, его больше поступает в базу Q5. Увеличившийся коллекторный ток Q5 сильнее открывает регулирующий транзистор Q4, что опять же возвращает выходное напряжение к норме.
Кремниевые диоды CR5 и CR6 – выполняют термокомпенсацию переходов база-эмиттер Q6 и Q4.
R12 служит для запуска стабилизатора при включении и должен обеспечивать при закрытом Q4 выходное напряжение, достаточное для открытия Q5.
С7 – фильтрующий и обеспечивает плавный запуск.
С8 – глубокая ООС по переменному напряжению, служит для подавления пульсаций.
С9 – выходной сглаживающий конденсатор.

Для примера проведём пробный расчёт:
К R17 (57,6 кОм) приложено -[18 В – 0,6 В]= -17,4 В,
К R18 (45,3 кОм) приложено +[14,14 В-1,2 В + 0,6 В] =13,54 В.
Решая пропорцию, получаем для R17: 45,3*(17,4/13,54)=58,2 кОм. Очевидно, что реально поставлено чуть меньшее сопротивление, потому, что через него должен протекать ещё и базовый ток Q6.

Положительное плечо стабилизатора работает аналогично, только вместо R17 стоит цепочка R8R9, а вместо R18 - R10. К R8R9 приложено: [18-0,6]= 17,4 В,
а к R10: [-18-0,6]= -18,6 В.
При помощи R9 можно в небольших пределах изменять выходное напряжение положительного плеча для компенсации погрешностей резисторов R17, R18, R8 и R10.
Запуск здесь обеспечивает втрое меньшее сопротивление R3 (1,8 кОм). Видимо, сопротивление нагрузки положительного плеча втрое ниже. Или он должен запуститься раньше, чтобы раньше стартанул и ИОН, который от него питается. Или и то, и другое :).

Схема очень понравилась полным отсутствием пульсаций на выходе (кроме случаев пониженного сетевого питания, но это устраняется существенным увеличением фильтрующих ЭК С2 и С3), и теперь я её применяю в самоделках с небольшой коррекции номиналов. Только ИОНы другие, поскольку оригинальному SZA263 требуется настройка термокомпенсации, что не для домашних условий. Поэтому оригинальный ИОН также оставим без комментариев.

Для текущего применения, учитывая утроенный ток нагрузки, по факту внесены следующие изменения:
- ИОН на LTZ1000 с соответствующей обвязкой вместо SZA263;
- На каждый частотный канал свой буфер опорного напряжения на LT1013;
- Регулирующие транзисторы КТ814/815 с небольшими теплоотводами;
- Стартовые резисторы R3 и R12 уменьшены в разы;
- Фильтрующие конденсаторы выпрямителя увеличены на порядок;
- Конденсаторы С6 и С8 также увеличены;
- Из-за повысившегося тепловыделения БП с ИОН пришлось отпилить от платы 1 кГц, где он первоначально находился, и поместить в свой отдельный экранированный отсек (LTZ чувствительна к помехам!).

Помимо этого на каждом частотном канале вход опорного напряжения заблокирован параллельной парой электролитического и плёночного конденсаторов для снижения помех. Питающие и опорное напряжения и общий провод разведены на каждый канал своим набором проводов; питание также заблокировано индивидуально. Клемма общего провода каждого канала подключена на общий провод СВОЕГО канала. ОС на ПД взяты непосредственно со своих выходных клемм «10 В» экранированными проводами. Плата каждого канала находится в собственном полностью экранированном отсеке вертикально друг над другом (этажеркой), для вентиляции сделаны отверстия в экране. Экраны изолированы друг от друга и от шасси фторопластовыми проставками. Наружный металлический корпус представляет собой второй экран (Guard), полностью изолированный от схемы. Всё по фэншую. :)

5. Выходной усилитель (ВУ)


Изображение
Рис.4.



На вид всё достаточно просто. Входной дифкаскад Q19Q21, нагруженный на токовое зеркало Q18Q20, эмиттерный повторитель Q22, усилительная двойка ОЭ-ОК Q23Q24 и выходной каскад Q27Q28 с термокомпенсацией Q25 (эти 3 транзистора на общем теплоотводе) и местной ООС в виде эмиттерных сопротивлений R102 и R104. Обычный трёхкаскадный ОУ с частотной компенсацией C33. Просто, понятно, вольготно. Разве что вольтодобавка С35; элементы Т-моста С1’,С2’,R1’,R2’; неполярная гальваническая развязка С4’С5’ да Q26 с обвязкой. На низкой рабочей частоте шунтирует паразитные ВЧ составляющие С10’.
Q26 включен с неинвертирующего входа «ОУ» на землю через R89+R90, резистор ПОС R94 подаёт на тот же вход выходное напряжение. R89+R90 ограничивают минимальную глубину ПОС (при полностью открытом Q26), а R89+R90 и R93 ограничивают максимальную ПОС (при полностью закрытом Q26). R92R91С32 – линеаризующие, снижают искажения от модулятора Q26. Переменное напряжение на ТР13 не превышает примерно 33 мВ СКЗ (RMS) в зависимости от Ку ВУ и добротности Т-моста, пример см. рис.15. Где-то я всё это уже видел! Дежавю, так его…
Сигнализатор перегрузки из датчика тока R106, сглаживающей RC цепочки R107C39, порогового ключевого устройства на транзисторе Q29, балластного R108 и индикатора CR1 с шунтом R113. Для канала 10 Гц С39 надо довести до 100 мкФ, иначе индикатор будет вам подмигивать. Оригинальный F510 на этой частоте под нагрузкой 10 мА подмигивает, но работает :) . Помните, что изначально С39 рассчитан на частоты не ниже 50 Гц.

6. Пиковый детектор (ПД).


Изображение
Рис.5.



ПД довольно подробно был разобран в предыдущей статье. R40 и R41 – это и есть тот самый равноплечий делитель, к которому с противоположных сторон приложены опорное и выходное напряжения. То, что к нему прилеплено с обоих концов в виде R42 внизу и R37..R39 вверху, требуется исключительно для возможности симметрировать делитель. Если подсчитать суммарное сопротивление R37..R39 при среднем положении ползунка, получается 50||100=33,3(3) Ом, что удивительным образом равно R42 (33,2 Ом).
CR8 защищает инвертирующий вход ОУ U3 от повышенного положительного напряжения на случай неполадок в остальной схеме.

Детектирование происходит следующим образом.
Большую часть периода инвертирующий вход U3 смещён в положительную полярность, следовательно его выход смещён в отрицательную. Q10 открывается, Q9 закрывается. Q11 открывается ровно настолько, чтобы через германиевый диод CR9 оттянуть инвертирующий вход в отрицательную сторону, но не переходя через ноль. При этом прикрывается и выходной транзистор ПД Q12. Когда же отрицательный максимум выходного напряжения уравновесит положительное опорное и чуть-чуть его превысит, выход ОУ станет смещаться в положительную сторону. Q10 прикрывается, а Q9 приоткрывается. Q11 закрывается (в динамике всё это в обход CR10..CR12 и R60, через С26), на его эмиттере появляется положительное напряжение. CR9 закрывается и перестаёт влиять на схему. А Q12 открывается, заряжает С7’ и через R110 противодействует дальнейшему понижению потенциала инвертирующего входа U3. Для того, чтобы скомпенсировать до нуля этот избыточно отрицательный потенциал, на эмиттере Q12 ( а значит, и на С7’) должно присутствовать напряжение, вчетверо превышающее текущую разницу между опорным и выходным напряжениями. Это следует из закона Кирхгофа и того факта, что эмиттерное сопротивление R110=56 кОм ровно вчетверо больше R41=14 кОм.
Есть предположение, что С25 – форсирующий, ускоряющий переходные процессы в схеме.

Изумительная схема, и тут моё дежавю молчит в тряпочку – такого симпатичного детектора я точно раньше не видел. Но вот сколько он кровушки у меня попил… Ладно, о грустном позже.
Чрезвычайно важную роль выполняет делитель 1: 6 R52R53 и конденсатор(ы) C16 – компенсация входной ёмкости ПД (и паразитной индуктивности R41) и связанной с ней потери части сигнала переменного напряжения. Для наивысшей частоты потери больше – для более точной подстройки добавляется подстроечная ёмкость, показанная пунктиром.

7. УВХ и интегратор.


Изображение
Рис.6.



Коммутирующим элементом УВХ является полевик Q17. В отсутствие импульсов, нулевое напряжение на затворе (и, следовательно, открытое состояние) поддерживает узел из R79, C40, CR13, CR24 и R77. Его главная задача – разрешить сколь угодно отрицательное напряжение на затворе, и в то же время сбрасывать в C40 через CR13 превышающие нулевой уровень излишки коротких положительных управляющих импульсов. С другой стороны, через CR13 протекает довольно большой зарядный ток С8’ (С8’ – разделительный конденсатор в цепи управляющего затвором импульса) при нарастании напряжения на эмиттере Q16, а разрядный ток оказывается на порядки меньше, т.к. ему доступен только путь через R77=2 МОм. Т.е. имеет место стандартная схема переноса заряда «charge pump», хорошо известная по советским телевизионным умножителям напряжения. Уже после нескольких импульсов на нижней обкладке С8’ накапливается отрицательный потенциал, лишь немного уступающий отрицательному напряжению питания -18 В. Таким образом получается, что ключ Q17 97% времени периода закрыт накопленным в С8’ отрицательным потенциалом и открывается специальным импульсом только на короткое время (20 мкс, задано постоянной времени дифференцирующей RC-цепочки С29R69). Формируется импульс так:
- Сигнал, синхронизированный с отрицательным максимумом переменного выходного напряжения с ТР8 (рис.7) поступает на формирователь Q13 Q14.
На приведённых осциллограммах выходной сигнал подан на второй вход без делителя, плавная дуга внизу сетки – это и есть его растянутый отрицательный максимум. На первый вход через делитель 1:10 подаются сигналы с контрольных точек (реальный коэффициент отклонения в 10 раз больше показанного на экране). Параметры развертки и синхронизации одни и те же во всех случаях, вертикальные маркеры также не передвигались. Благодаря этому видно расположение импульсов во времени. Прошу не обращать внимания на «двугорбую» форму импульса – всё из-за применения LT1008 вместо LM308H. С другой стороны, это даже оттеняет безупречную работу формирователя.
Изображение
Рис.7.

- На его выходе (коллектор Q14) получается прямоугольный сигнал (рис.8. ).
Изображение
Рис.8.

- По его заднему фронту (спаду) запускается одновибратор С29 R69 Q15, собственно и вырабатывающий импульс (рис.9). Длительность импульса одинакова для частот ниже 20 кГц: 20 мкс. В течение этого импульса открыт ключ УВХ Q17, для 1 кГц это 2% от периода. От 20 кГц и выше УВХ полагается отключать.
Изображение
Рис.9.

- Q16 – эмиттерный повторитель, выход которого (рис.10) и подсоединён к С8’.
Изображение
Рис.10.

- На затвор Q17 поступает вот такой импульс (рис.11):
Изображение
Рис.11.


По форме сигнала на С7’ (ТР9) видно (рис.12), что его заряд происходит только во время импульса, показанного на рис.7.
Изображение
Рис.12.

А зарядка «запоминающей» ёмкости С9’- в следующие за ним 20 мкс (рис.13).
Изображение
Рис.13.

С С9’ напряжение, равное учетверённой разнице между амплитудой выхода и опорным, поступает на интегратор U4.
Q7 с C11 призваны скомпенсировать заряд, проникающий с затвора в исток. К сожалению, до нуля это сделать не удаётся. Видимо, под другие полевики Q17 надо подбирать С11 заново.
А пока этот нескомпенсированный выброс при должном увеличении можно обнаружить даже на затворе модулятора Q26 (рис.14). Сорри за зашумленность.
Изображение
Рис.14.

А вот на стоке его выявить уже не так легко (рис.15).
Изображение
Рис.15.

Размах сигнала на инвертирующем (база Q19, рис.16) и неинвертирующем (база Q21, рис.17) входах ВУ в нормальных условиях визуально одинаковы.
Изображение
Рис.16.

Изображение
Рис.17.

На этом подробный разбор теоретических основ можно считать завершённым. О конструкции, компонентах, наладке и результатах поговорим в следующей статье.

8. Литература.


1. Fluke Model 510A/AD AC reference standard Instruction manual rev.2 10/75.
2. Agilent 34401A 6.5 Digit Multimeter Service Guide.
3. LM308 datasheet


13.04.2020. Tektron.

Добавлено after 47 minutes 13 seconds:
Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и выше.


VAC для нас-3,
или чем калибровать 34401А по переменке.
Три в одном.
Часть практическая.



1. Отказ от гарантий.


Никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.

2. Вступление.


Переходим к практической реализации задуманного. Нумерация рисунков продолжена.

3. О конструкции или история ошибок.


Как было сказано ранее, схема виделась несложной ни в изготовлении, ни в наладке (хе-хе, скажут более опытные товарищи. И будут правы). Чтобы максимально снизить влияние дестабилизирующих факторов, было решено использовать ФАФ (фольгированный армированный фторопласт), разводку вести на нижней стороне, а верхний сплошной слой металлизации использовать в качестве экрана (ну-ну, хмыкнут те же товарищи. И не поспорю теперь уж). Транзисторы – малошумящие 2SA970[5]/2SC2240[6] с высоким усилением (~450) (товарищи гомерически хохочут. Краснею и молчу..). Подстроечники только многооборотные. ОУ – LT1008 [4] в пластмассе, усовершенствованный вариант LM308. И т.д., и т.п. Затруднения были только с германиевыми диодами – вы не представляете, насколько трудно их найти в современную эпоху. Для 10 Гц даже применил транзисторы серии МП в диодном включении (рис.18). И ведь работали же! Другой вопрос, как..
Изображение
Рис.18.

Расположение деталей на плате решено было сделать максимально близко к оригиналу (конструкция-то проверенная десятилетиями!), частотозадающие компоненты удалось втиснуть за счёт применения SMD-резисторов и конденсаторов. В качестве отсеков применил отрезки строительного короба 100х50 из оцинковки толщиной 0,5 мм, специально купленного на строительном рынке. Крышки – тот же короб, надетый сверху.

И вот включаю я всё это великолепие. Боже ж мой, как оно генерило! Как ГЕНЕРИЛО!!!
Генерило ВСЁ – ПД своё, интегратор своё, а ВУ вообще нечто невообразимое. Короче, самовозбуд изо всех углов. Даже БП генерил что-то невнятное (туда те же транзисторы изначально заряжались). ТАК фэйсом о тэйбл я ещё не получал.. :).

Со временем удалось побороть БП (поставил менее скоростные транзисторы, буферы на опорное, радиаторы на регулирующие транзисторы, ну и отделил в свой отсек, как сообщал ранее).

С генераторной частью – сплошное мучение. В конце концов взял всё это хозяйство и понёс к товарищу – радиолюбителю. Там выяснилось, что ВУ генерит на 11-12 МГц (это не опечатка – МегаГерц). Много чего пробовал, давил емкостями, менял по кругу все транзисторы (КТ3102/КТ3107, затем КТ502/КТ503, потом КТ315/КТ361). Даже удалил фольгу над ВУ (рис.19)… Как на мыло в бане наступать...
Изображение
Рис.19.

Потом вынужден был сделать то, с чего по уму-то и следовало начинать – сделал макет (БП+упрощённый ИОН отдельно, ПД+УВХ+Интегратор отдельно и ВУ разных вариантов отдельно). На нём уже и обкатывались все последующие решения.

Урок первый усвоен – категорический отказ от экранирующего слоя по всей плате.

С учётом этого сначала взялся за ВУ – перерасположил и переразвел ВУ (рис.20,21; слева – первоначальный вариант, справа - переразведённый).
Изображение
Рис.20.

Изображение
Рис.21.

Первоначально, на тех же 2SA970/2SC2240. Из принципа. Ну чтобы убедиться, что проблема была не в схеме и не в транзисторах, а в собственной лени и сотворении себе кумира. Получилось, запустилось и заработало!
Попробовал в следующем экземпляре ВУ (переразводить не понадобилось, цоколёвка совпала) КТ315/КТ361 (рис.22-25). Результат аналогичный, и даже меньше склонность к самовозбуду. Неожиданно даже зауважал эту советскую парочку :) .
Изображение
Рис.22.

Изображение
Рис.23.

Изображение
Рис.24.

Изображение
Рис.25.

Позднее перепробовал ещё несколько вариантов ВУ, в т.ч. на ОУ и комбинированных, речь о них пойдёт в рассказах о других конструкциях.
Но вот в ПД 2SA970/2SC2240 стабильно работать отказались категорически, за единственным исключением – в качестве Q8 отлично работает 2SA970. Остальным цепям высокое усиление и широкополосность категорически противопоказаны.

Урок второй – не перебарщивать с усилительными свойствами, как транзисторов, так и ОУ.
Схема, видимо, рассчитана на средние параметры.

ПД был тоже переразведён на КТ315/КТ361, Q10 поставлен вплотную к U3, рядом Q9 (для термостабильности - дифкаскад всё-таки). В миллиметрах от кожуха ПД расположил Q11. Вместо фторопластовых стоек – мини-платка из ФАФ с удалённой с нижней стороны фольгой. Для микросхем и полевиков – панельки. Результат нормальный.
Впоследствии был сделан вариант на SMD-транзисторах и LT1008 (рис.26.1-26.4) – с оговорками, но заработал.
Изображение
Рис.26.1.

Изображение
Рис.26.2.

Изображение
Рис.26.3.

Изображение
Рис.26.4.

В данный момент этот ПД установлен в макет и активно тестируется, поскольку надёжный вариант на КТ315/КТ361 и LM308H поселился в пробном варианте другого устройства на ту же тему (рис.27-29).
Изображение
Рис.27.

Изображение
Рис.28.

Изображение
Рис.29.1.

Изображение
Рис.29.2.

Урок третий – расстановку компонентов и разводку надо было сразу делать самому,
ориентируясь на критерии минимизации таких паразитных параметров, как взаимная ёмкость и взаимная индуктивность.


На вариант ВУ с КТ315/КТ361 привожу печатку (рис.30-32), качественные PDF-варианты в архиве.
Изображение
Рис.30.

Изображение
Рис.31. Вид снизу.

Изображение
Рис.32. Вид сверху.

В процессе тестирования, многочисленных проб и ошибок постепенно сложились личные критерии для компонентов. Ведь методики заводского подбора никто не публиковал.
Итак:
А. КТ315Г/КТ361Г:
- для БП с усилением 100..120,
- для ПД, УВХ и ВУ – 150..180.
КТ814В/КТ815В в БП с усилением 80..120.
Б. О германиевых диодах уже говорилось, 3 шт. Д311 и Д9. Остальные диоды – 1N4148. Подбор стабилитрона VR16, тесно связанный с параметрами Q26, будет изложен в следующем разделе.
В. Полевик в ПД (Q17) – практически любой n-канальный JFET с напряжением отсечки менее 2 В и начальным током стока более 10 мА, КП302А, например. С Q26 всё гораздо, гораздо сложнее. Потребуется серьёзный подбор. Оснастка и критерии – ниже.

Урок четвёртый - стабильность работы интегратора на 80% зависит от Q26 с VR16 и они должны быть согласованы.

Г. Все неэлектролитические конденсаторы лучше ставить плёночные, даже блокирующие. В качестве танталов менее 15 мкФ ставил и SMD с усопших материнок, и металлические цилиндрические от советских времён – все варианты применимы. Как сообщалось выше, обычные китайские алюминиевые ЭК прекрасно работают и на 5 Гц, и на 100 кГц, если их зашунтировать пленочными на 2 мкФ. Не грешно будет измерителем иммитанса провести отбор тех и других по минимальным потерям (максимальному углу).

Д. Резисторы – от 1% (SMD) для малоответственных цепей до 0,05%(C2-29В) и лучше (С5-61) для ответственных. Исключение – относительно «безответственные» цепи вроде сигнализации перегрузки (кроме R106), R44-45 и т.п., для которых 5% допуска достаточно.

4. О подборе Q26.


Намного раньше, ещё в период работы над улучшением НР3457А, был изготовлен простенький тестер/характериограф для снятия ВАХ полевых транзисторов (рис.33).
Изображение
Рис.33.

Из 22-х компонентов схемы 10 выполняют защитные функции.
VD1 – защита от ошибочной полярности питания;
R3 – последняя защита от экстратоков (публикуемые кривые снимались ещё при величине этого резистора 100 Ом, что приводило к плавному ограничению тока на уровне 9,5…10 мА);
DA2 с VT1 и обвязкой – штатный ограничитель тока на уровне 13 мА (12 мА через R7 + 1 мА через R8 и DA2) ;
DA4 с VT2 и обвязкой – стабилизатор напряжения 10 В для питания стоков испытуемых полевых транзисторов VT3 и VT4;
R15 + DA3 R9 R10 – формирователь искусственной земли на уровне +5В от GND. Т.о. между стоком и истоком приложено стабильное напряжение 5 В.
RP1 – случайно доставшийся многооборотный переменный резистор, который здесь используется для ручного задания смещения на затворе в пределах от -5 В до +5 В относительно истока;
R6 и R14 совместно с диодами – защита затворов;
А1 и А2 – внешние миллиамперметры, падение напряжения на которых не должно превышать прямого падения напряжения на защитных диодах, включенных параллельно им.
V – внешний же вольтметр для измерения напряжения на затворах;
Г3 – внешний задающий генератор линейно нарастающего напряжения (НР3314А) для автоматического снятия зависимоcти тока стока Id от напряжения затвор-исток Vgs. При автоматической работе ручной регулятор RP1 должен быть поставлен в среднее положение, т.е. при отключенном ГЗ вольтметр V должен показывать максимально близкое к нулю напряжение.

Первоначально устанавливалось по 2 полевика, частота задающего генератора задавалась очень низкой (0,04 Гц), а сбором данных с миллиамперметров и вольтметра занимался комп. Затем по наборам данных в Экселе строились соответствующие кривые. Это было довольно точно, но уж очень медленно.
Поэтому теперь используется только одно место под полевик, вместо миллиамперметра А1 подключается шунт 10 Ом (показан пунктиром) и сигнал с него подаётся на один из каналов цифрового осциллографа THS720. Другой, ИЗОЛИРОВАННЫЙ от первого, канал подключен к клеммам для вольтметра V.
Не зря слово «изолированный» выделено размером, жирным шрифтом и подчёркиванием, т.е. всеми возможными способами, потому что такие фокусы можно вытворять только с по-настоящему изолированными входами. Т.е. и «общий», и «сигнальный» провод одного из входов должны быть изолированы по постоянному и переменному току и от другого входа, и от индикатора осциллографа.
Если же у вас обычный осциллограф с общей землёй на всех входах, то придётся точки измерения тока перенести в цепи истоков. Внеся тем самым искажения в результаты измерений за счёт падения напряжения на шунте, которое в этой схеме по-хорошему бы надо вычитать из измеренного напряжения затвор-исток Vgs.
Частота ГЗ теперь 0,51 Гц, т.е. на каждый полевик тратится около 5..7 с, включая его установку в панельку.

Слеплен «характериограф» был на скорую руку, на макетке (рис.34-36).
Изображение
Рис.34.

Изображение
Рис.35.

Изображение
Рис.36.

Но работает – и слава Богу.

Нашлось применение и сделанному давным давно универсальному шунту (рис.37-39).

Изображение
Рис.37.

Изображение
Рис.38.

Изображение
Рис.39.

Теперь наконец-то мы можем приступить к отбору полевика. Первым делом в медленном, но точном режиме были сняты характеристики как оригинальных Q26 из обоих F510A (благо, они там на панельке), так и нескольких других типов, которые я пытался применить в самоделках (рис.40).
Изображение
Рис.40.

Здесь по горизонтали отложен Vgs, а по вертикали Id. Как видим, шансов особо и не было. Излом главных кривых на уровне 9,5..10 мА обусловлен, как упоминалось выше, влиянием завышенного защитного резистора R3. Если продолжить прямыми отрезками линейные части этих кривых, то увидим, что они пересекут ось ординат примерно в районе 12,5..13 мА. А с осью абсцисс они практически сливаются около [-6,5..-6,0 В].

Ну вот они, критерии подбора – начальный ток стока 13 мА и напряжение отсечки -6,5 В.
Легко заметить, что напряжение пробоя стабилитрона VR16 (6,2 В) должно быть приблизительно равно напряжению отсечки Q26. Вот вам критерий подбора этого стабилитрона.

Осталось только найти компоненты с такими параметрами. Были закуплены полевики КП302А,В и Г по 100 шт. и подвергнуты отбору. Примеры ниже (рис.41-44).
Изображение
Рис.41. КП302В.

На примере рис.41 рассмотрим полученные результаты подробнее.
Развёртка здесь не X-Y, а по времени. Прямая диагональная линия слева снизу вверх вправо есть линейно нарастающее напряжение на затворе. Соответственно помечена она Vgs. Все пометки, к ней относящиеся, сделаны синим или зелёным цветом. Синими стрелками и цифрами указаны пределы изменения этого напряжения, от минус 8 В внизу до нуля Вольт вверху. Как видно на осциллограмме, этот канал №1 (Ch1) имеет чувствительность 1 В/дел. Всё логично, на 8 делений 8 Вольт.
Вторая линия, по-настоящему кривая, отображает падение напряжения на шунте 10 Ом. Помечена она Id красного цвета. Чувствительность канала №2 (Ch2) составляет 20 мВ. Какое падение напряжения создаст ток 1 мА на сопротивлении 10 Ом? Правильно, 10 мВ. Тогда 20 мВ соответствуют току 2 мА, т.е. окончательно имеем чувствительность 2 мА/дел. 8 делений – 16 мА. Вот эти пределы регистрации тока и указаны красными стрелками – от нуля внизу до 16 мА вверху.

Нас интересуют две ситуации:
- напряжение на затворе, при котором ток стока приближается к нулю;
- ток стока при напряжении на затворе, приближающемся к нулю.
Первая ситуация отслеживается легко. Восстанавливаем из точки, где кривая Id почти слилась с нижней горизонталью сетки, вертикаль (зелёного цвета) до пересечения с прямой Vgs. Из этой точки, в свою очередь, откладываем горизонталь до ближайшей боковой вертикали сетки с делениями. Сверху отсчитываем деления – чуть меньше, чем 6,8 делений. Т.е. имеем право записать, что напряжение отсечки данного полевика около -6,75 В.
Со второй ситуацией сложнее из-за действия защитных ограничителей. Однако, если продолжить линейную часть кривой Id отрезком (красного цвета), приблизительно можем определить возможную точку пересечения кривой с линией 16 мА (верхней горизонталью сетки). Опускаем из этой точки вертикаль до пересечения с прямой Vgs, и уже из этой точки, в свою очередь, откладываем горизонталь до ближайшей боковой вертикали сетки с делениями. Отсчитываем сверху: 2,4 деления. Делаем вывод, что мы не сможем определить начальный ток стока, т.к. уже при смещении на затворе -2,4 В ток стока достигает 16 мА, а это уже больше требуемых 13 мА. Что же имеем в результате? Если мы используем этот транзистор в качестве Q26, при напряжении на выходе интегратора от -2,4 В до нуля регулировка амплитуды практически не будет осуществляться, т.к. полевик будет слишком сильно открыт (на самом деле, вместо -2,4 В надо брать значение, при котором ток достигает 13 мА, а не 16 мА. По данному графику вы можете определить это самостоятельно, в качестве домашнего задания. У меня вот получилось около -3,6 В. Не ошибся ли я? Проверьте, плз.).

Если включить здравый смысл, внимательно рассмотреть рис.40 и принять, что по логике вещей рабочая точка должна располагаться ПОСЕРЕДИНЕ рабочего участка, можно сделать следующее предположение: рабочему участку модулятора в оригинале соответствует диапазон тока стока от 1 мА (при -5 В на затворе) до 13 мА (при нуле на затворе). Применив эти же критерии к замеренному полевику получим, что рабочий участок модулятора составит от -6,4 В (проверите?) до -3,6 В. Середина участка -[3,6+(6,4-3,6)/2] = -5,0 В. Т.е. при настройке рабочей точки интегратора придётся настраивать не -2,5 В, а -5,0 В.
Ничего страшного, просто надо быть к этому готовым и действовать не наобум, а осмысленно.

Посмотрим ещё несколько транзисторов:
Изображение
Рис.42.

Изображение
Рис.43.

Изображение
Рис.44.

Легко видеть, что ни один из обмеренных экземпляров не сможет полноценно заменить оригинальный Q26, главным образом из-за слишком высокой крутизны. Надо отобрать наиболее подходящие, рассчитать по приведённой методике новую рабочую точку и подобрать стабилитрон VR16 по приведённому выше критерию.
О последнем ещё пару слов. НЕ ГОДЯТСЯ двуханодные экземпляры, даже с шунтированием диодом в правильном направлении – слишком большая утечка. По той же причине не работают в этом месте и составные (например, 3,3 В+3,3 В) стабилитроны. Надо стараться подбирать экземпляры с минимальной утечкой.

5. Наладка БП и ИОНа.



Похоже, мы до сих пор не видели актуальной схемы устройства? Исправляем это упущение (рис.45).
Изображение
Рис.45.

Схема довольно большая (хотя показан там только один частотный канал), но, несмотря на высокое разрешение, детали мелковаты. Поэтому легче будет применять её поблочно.
Начнём с ИОНа (рис.46)
Изображение
Рис.46.

Наладка опорников на основе LTZ1000 – это отдельная большая тема, достаточно подробно рассмотренная во множестве материалов. Не будем здесь повторяться. Отмечу только, что в масштабирующем усилителе (МУ) с 7 В до 14,14214 В следует применить не LM301 (как в оригинале), а более приличествующий случаю LT1013. Всего их понадобится 2 корпуса/4 ОУ. Один ОУ будет работать в собственно МУ и источником опорного для БП, а оставшиеся три будут служить буферными повторителями на каждый канал. Это развяжет опорные напряжения друг от друга и от БП, т.к. нагрузка на них довольно заметна (1 мА в пике) и меняется с частотой канала. Без бУферов получили бы интерференцию трёх частот на выходе МУ и на делителях всех ПД, что не есть хорошо.

Первым делом подключаем ИОН к внешнему источнику +18 В и, согласно уже изложенной в первой статье методике, с помощью R27 устанавливаем выходное напряжения 14,14214 В. При нехватке пределов регулирования придётся подобрать R20_4.
Регулировать следует, ориентируясь именно на выход МУ. Затем из трёх бУферов выбираем один с наименьшим отклонением от выхода МУ и задействуем его для канала 1 кГц, как самого точного. Средний по точности буфер подойдёт для канала 10 Гц, и оставшийся - для 100 кГц. Напряжения на выходах бУферов имеет смысл измерить с максимально доступной точностью и записать на будущее.

Имея в активе отлаженный ИОН, можно приступать к наладке БП (рис.47) (ИОН по-прежнему питается от внешнего источника).
Изображение
Рис.47.

Для одноканального варианта критерием для меня служит надёжный запуск стабилизаторов при подключенных на выходах мощных (5…10 Вт) нагрузочных резисторах 500..600 Ом. Для питания трёх каналов, возможно, придётся использовать 430 Ом. Если запускающий резистор становится слишком малым, можно уменьшить R6 и R16 до 91 кОм.
Напряжение -18 В загоняем в допуск подбором R18, а пределы регулирования +18 В задаём подбором R8. Затем устанавливаем при помощи R9 +18 В, равное по модулю напряжению в отрицательном канале.
После этого, при снятых напряжениях, переключаем питание ИОНа с внешнего источника на родные +18 В и проверяем работу в таком виде. При необходимости, корректируем регулировку.

6. Наладка ВУ.


Изображение
Рис.48.

Я обычно поступаю следующим образом:

А) извлекаю из панельки VT26, к напряжениям питания и к точке ТР12 подключаю вольтметры.

Б) Кратковременно подаю питание. Если одно из напряжений не стартует, или в ТР12 появляется напряжение питания – тут же выключаю и ищу косяки в монтаже.

В) В отсутствие ошибок напряжение питания не просаживается, ничего не дымится, не стреляет, не шипит. На выходе (ТР12) имеет право появиться небольшое постоянное напряжение (в районе пары Вольт) из-за того, что ВУ переходит в режим генерации с ограничением, т.е. осциллограф покажет нечто, напоминающее меандр.

Г) Соединяем ТР13 с землёй и убеждаемся, что ГЕНЕРАЦИЯ СОРВАЛАСЬ. Это очень важно. Если генерация продолжается, значит или частотозадающие ёмкости С1’ и С2’ подобраны слишком идеально, или подмена R1’ слишком далека от табличного значения (забыли о подмене? См. первую статью цикла). Ещё причина – транзисторы со слишком высоким усилением. Конденсаторы С1’ и С2’ надо расстроить, подмену R1’ настроить, транзисторы заменить. Пардон за каламбур.

Д) ТР13 закорочена на землю. ВУ не генерит. Можно выставлять ток покоя с помощью R100, добиваясь падения напряжения 0,25 В на R105.

Е) Не обязательная, но прикольная часть наладки :).
Вставляем VT26, вынимаем DA4. От внешнего источника подаём в ТР5 регулируемое отрицательное напряжение, равное рассчитанной для имеющегося полевика рабочей точке. Выход ВУ подаём на осциллограф.
Включаем БП.
Ждём несколько секунд.
Если генерация не началась – очень плавно делаем напряжение на ТР5 более отрицательным (канал 10 Гц бывает ну о-о-о-чень ме-е-е-дленным) до появления колебаний.
В ином случае, если на осцилле наличествует синусоида со срезанными вершинами, плавно меняем напряжение в ТР5 в менее отрицательную сторону до уменьшения амплитуды.
Если всё ведёт себя как надо, первичную наладку ВУ можно считать выполненной.

7. Наладка ПД и интегратора.


Изображение
Рис.49.

Отключаем от ТР5 внешний источник и подключаем к нему вольтметр. Вставляем на место DA4. Другой канал осциллографа через 1:10 делитель подключаем к ТР8.
Подаём питание и смотрим на осцилл. Выход должен стать чисто синусоидальным. Если предыдущие этапы наладки выполнены правильно, нет ошибок в монтаже ПД и неисправных компонентов – так и будет. Если же ПД потащил модулятор не в ту степь, срывая колебания или загоняя в ограничение – ищите косяки.

Свежий пример - последние пару-тройку дней мне весь загривок изгрыз SMD – вариант ПД. То работает, то как выдаст +2,5 В на ТР5 (не опечатка – ПЛЮС) – естественно, всё в глухом отрубе.
Чуть согнёшь плату по одной диагонали – работает идеально, красивый импульс на ТР8, стабильный синус на выходе.
Отпустишь – импульс на ТР8 еле заметен и зашумлен, выход соответственно неустойчив и дёргается.
Чуть согнёшь по другой диагонали – полный отруб с указанными выше симптомами.
Я ему уже и дорожки продублировал тонкой жилкой, и транзисторов пожжённых при случайных КЗ поменял с дюжину – ноль эмоций.
При подпайке очередной дублирующей жилки к чип-конденсатору 47н тот взял, и прилип к паяльнику! А второй, даже не нагретый его контакт, так и остался на плате. Вот же ж :%;»!
И ещё парочка подобных отловилась. Поставил вместо них плёночные (на рис.26.1-26.3 хорошо видно, что они не к месту там пристроены) – и всё как рукой сняло. Работает, радует.. :)


Какие ещё коленца можете увидеть?
А) Может прыгать или дёргаться амплитуда.
Если на С3’ выходное напряжение исправно поступает, то это верный признак отказа УВХ. Тут возможны 2 варианта.
Либо это неправильный VT17 со слишком большим напряжением отсечки (заменить).
Либо отсутствующий или неправильный импульс на его затворе. Последнее может быть из-за низкого усиления VT15 или VT16. Осциллограммы правильных импульсов по всей цепочке УВХ приведены выше - щупайте, ищите.

Б) На ТР8 может наблюдаться самовозбуждение, из-за чего впоследствии искажается импульс в УВХ и, соответственно, сбивается стабильность амплитуды синуса. Возможные причины – слишком шустрый ОУ DA3, или он в пластмассе - ловит наводки (помогает экран сверху, рис.50).
Изображение
Рис.50.

Или, опять же, транзисторы со слишком высоким усилением (менять). И последняя, самая неприятная причина – неудачная разводка. Тут остаётся только вздохнуть, ненормативно выразиться и переразвести платы. Детали со старых пойдут в новый вариант, а сами они станут напоминанием о приобретённом опыте.
У меня их три… (рис.51-56).
Изображение
Рис.51.

Изображение
Рис.52.

Изображение
Рис.53.

Изображение
Рис.54.

Изображение
Рис.55.

Изображение
Рис.56.

Когда всё заработает как надо, это будет означать завершение первичной наладки. Далее просто выполните все регулировки по разделу «Калибровка» первой статьи цикла.

8. Результаты и выводы.


В отсутствие идеальных в метрологическом смысле приборов в первую очередь будет интересно сравнить результаты оригинала и клонов.
По искажениям всё в ажуре (рис.57). На 1 кГц проиграли одну десятитысячную процента, на 10 Гц отыграли 7 тысячных процента, а на 100 кГц практически вдвое превзошли. Приятно. Правда, надо сказать, что на момент замера выходные усилители уже НЕ транзисторные. Вообще, некоторые из вариантов ВУ (включая данный) будут рассмотрены в следующей статье.
Изображение
Рис.57.

По термостабильности ожидаемо хуже (рис.58-61).
Изображение
Рис.58. Опорное напряжение.

ТКН опорного специально корректировался максимально в минус, дабы вытянуть канал 1 кГц в приличные границы. Один из минусов единого опорного – не ожидал, что у каналов окажется настолько разный «характер».
Изображение
Рис.59. 10 Гц.

Изображение
Рис.60. 1 кГц.

Изображение
Рис.61. 100 кГц.

Тут как сказать. Для 10 Гц 4 ппм/К – неплохо по любым меркам. Хотя в данном случае скорее всего имеет место противоход ТКН источника и измерителя. Для 100 кГц у оригинала показало 149 ппм/К, а у самоделки всего на 8 ппм больше. И я по-прежнему не уверен, что измеренный ТКН относится к источнику. Скорее это ТКН вольтметра..
1 кГц подвёл конкретно. Хотя на первом варианте платы было в разы меньше:
Изображение
Рис.62. 1 кГц. Старая плата.

Но стОит ли принимать так близко к сердцу полученные результаты? И вообще, насколько достоверны АС измерения на 34401А?
Обратимся к официальным спецификациям [2]. Вот таблица:
Изображение
Рис.63.

Красным подчёркнута строка, в которую входят частоты 10 Гц и 1 кГц. В верхней точке диапазона температурный дрейф ТОЛЬКО ВОЛЬТМЕТРА может составить 80 ппм/К.
И старые, и новые платы, и оригинальные F510A в этот допуск уложились с запасом.
Для 50 кГц (подчёркнуто синим), если брать оптимистическую оценку диапазона 20кГц-50кГц, температурный дрейф вольтметра может достигать 160 ппм/К. Опять уложились, правда, почти без запаса.
Если же брать оценку пессимистическую, для диапазона 50кГц-100кГц, то тут допуск - как ворота ангара для велосипеда – 680 ппм/К. Как и для 100 кГц.

Ситуация приблизительно как с частотой рубидиевого стандарта – видеть можно, а померить нечем. Только цезиевым стандартом. Или по GPSDO, но там со стабильностью всё равно похуже, чем у рубидия – то спутник за горизонт ушёл, то мистер Допплер своё слово сказал. Остаётся только верить…

В общем, пока у меня не появится доступ к каким-то более серьёзным измерителям, повода для паники не вижу, нос не вешаю, изыскания продолжаю.
To be continued…

9. Литература.


1. Fluke Model 510A/AD AC reference standard Instruction manual rev.2 10/75.
2. Agilent 34401A 6.5 Digit Multimeter Service Guide.
3. LM308 datasheet
4. LT1008 datasheet
5. TOSHIBA 2SA970 PNP transistor datasheet.
6. TOSHIBA 2SC2240 NPN transistor datasheet.

15.04.2020. Tektron.

Картинки в полном разрешении и пдф-ки к обеим статьям в архиве. ВНИМАНИЕ, большой размер: 71 МБ
https://yadi.sk/d/UKq1bvM_0kKSqg

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Пн апр 27, 2020 05:51:34

Спасибо TEKTRON!
Тоже озадачен калибровкой своего стада :)) по переменке.
Но ТАКОЙ проект мне конечно не осилить...... :(
Но несколько заметок для из статьи для себя сделал(по подбору полевых).
А ранее по внедрению FRAM, правда не DMM, а в электронную нагрузку KEISOKU GIKEN 3315.
Еще раз СПАСИБО!

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Пн апр 27, 2020 20:10:04

У меня нет слов. Я восхищаюсь целенаправленностью, системностью, скрупулёзностью проделанной работы по совершенствованию меры напряжения. Я трижды перечитывал статью и каждый раз с сожалением осознавал, что сделал ошибку, недооценив возможности классических аналоговых решений и выбрав DDS в качестве основы AC калибратора. Мне так и не удалось довести кратковременную нестабильность хотя бы до того порядка величины, которую даёт Fluke 510A.

Изображение Изображение Изображение

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Вт апр 28, 2020 00:52:40

сделал ошибку, недооценив возможности классических аналоговых решений и выбрав DDS в качестве основы AC калибратора. Мне так и не удалось довести кратковременную нестабильность хотя бы до того порядка величины, которую даёт Fluke 510A.

Можно где нибудь про это узнать побольше? Что стало узким место в решении с DDS?

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Вт апр 28, 2020 10:58:34

TrexREXX, Mickle - спасибо за добрые слова!

TrexREXX, Рад, что пригодилось.Вообще-то я ввязался в это дело только потому, что оно показалось не сложным. Проще, чем с нуля осваивать ЦАПЫ с процессорами.

Mickle, справедливости ради должен уточнить, что о совершенствовании речи не идет. Попытка улучшения привела к ухудшению :) .
Я был бы очень рад просто сравняться с оригиналом, и доволен, что не очень сильно от него отстал в поделках.

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Сб май 02, 2020 03:00:01

VAC для нас,
или чем калибровать 34401А по переменке.
Стабилизатор и другие мелочи.


Мы управляем, а производят пусть другие?

1. Отказ от гарантий.


Никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.

2. Вступление.


Идея следующая.
А почему обязательно управлять генератором, и при этом зависеть от частоты, добротности Т-моста и т.п. Почему бы просто не управлять усилителем? Т.е. подаём на вход чёрного ящика синус, да хоть бы от Г3-118, а на выходе получаем калиброванное стабильное переменное напряжение.
И зачем нам ещё один ИОН внутри, когда их и так полно? Быть может внутри оставить только масштабирующий усилитель с Ку=1,414214? А постоянное опорное подавать снаружи?
Реализуемо? Проверим..
Но сначала, как было обещано, рассмотрим варианты ВУ.

3. Схемы ВУ на ОУ и комбинированных.


В предыдущих статьях мы видели, что фактически ВУ построен по схемотехнике ОУ. Так почему бы не сделать его на микросхеме? То, чего не существовало в природе в 1975 году, теперь свободно продаётся всюду, выбирай - не хочу.
Что же требуется от ВУ?
- Низкие искажения при выходном сигнале до 11 В RMS,
- широкая полоса частот,
- выходной ток не менее 13 мА RMS,
- малошумность приветствуется.
Естественно, первый кандидат из не самых дорогих – LM4562 [7]. Про его исчезающе низкие искажения и шумы не читал, поди, только ленивый. Типовой выходной постоянный ток ±26 мА (18,5 мА RMS). Типовой размах выхода ±13,6 В на нагрузке 600 Ом (при питании ±15 В).
Будем пробовать!
Схема упростилась до неприличия (рис.1).

Изображение
Рис.1.
Макетирование показало отличную работоспособность нового ВУ. Из-за большего тока покоя (10..12мА на 2 ОУ) пришлось вчетверо уменьшить датчик тока R106 и, для симметрии, R105.
Обратил на себя внимание ощутимый нагрев микросхемы. Лечение на скорую руку – приклеенный секундным клеем к «спинке» ИС кусок теплоотвода от северного моста древней материнки. Несмотря на то, что проблема была таким способом полностью решена, захотелось разгрузить микросхему подключением выходного каскада на дискретных транзисторах.
В своё время собирался улучшить Г3-118 заменой в его ВУ К544УД2 на LM4562 (собственно, чипы с тех времён и остались). Даже новую плату ВУ делал. Кое-что получилось, но на ВЧ стало хуже. Отложил это дело, а оказалось, что зря. Один человек с никнеймом Renepry на форуме Вегалаба проявил настойчивость и нашёл верное решение [8]. Сам я его целиком ещё не проверял, но насчёт «все промежуточные каскады выкинуть, а оставить только выходной каскад на транзисторах Т22, Т23, Т24 . Выход с операционного усилителя припаять к резистору R91» - идея отличная! Спасибо тебе, добрый человек!

Благодаря [9] cхема сложилась мгновенно (рис.2).
Изображение
Рис.2.

Пришлось добавлять +-24 В питание, но учитывая, что на конденсаторах фильтра в БП макета +-36 В, затруднений это не вызвало.
Первоначально выходной каскад был добавлен прямо на пробную плату с LM4562 навесным монтажом, благо площадь позволяла (рис.3).
Изображение
Рис.3.

VT2 и VT4 – BD139 [10], VT6 – КТ315Г.
Дабы от второго канала микросхемы помимо поедания 5-ти мА был хоть какой-то прок, на плате был разведён делитель (рис.4). Второй канал был назначен буфером для выхода 1:10. Другой выход 1:100 имеет выходное сопротивление 101 Ом и прекрасно обойдётся без буфера.
Изображение
Рис.4.
На время отладки попытался установить в панельку TL082 – не потянула. При том, что в первой схеме (рис.1) работала нормально, только нагрузочная способность слабая. Ладно, поставил LM4562 с радиатором. Отладил, заработало. Нагрузочная стала чуть лучше. Но ИС всё равно греется.
Стал пробовать другие типы ОУ, даже одноканальные - с небольшой перепайкой. Выяснил:
AD8597 и AD8599 работают не хуже LM4562 и при этом не греются!
Отключил дополнительный выходной каскад – то же самое, LM4562 греется, а АД-шкам хоть бы хны. Ладно, видимо, это какая-то особенность. Махнул рукой и для устройства 3-в-1 развёл простые плАтки (рис.5-7), без умощнения, только мЕста под радиатор оставил побольше. Всё-таки отсеки крышками закрыты.
Сделал, поставил, месяцами гонял в круглосуточном режиме, работают. Все параметры для предыдущей статьи снимались именно с ВУ на LM4562 без умощнения. Думаю, именно с этим связан выигрыш по THD на 100 кГц. В том канале LM4562 работает. В остальные каналы поставил AD8597 (кончились ЛМ-ки, а заказ из Китая почти два месяца шёл. И прислали, как уже бывало, – задёшево, но туфту :( … Закупился в Москве).
АД-шки, конечно, выступают не так шедеврально, но всё равно достойно. Даже нет желания лезть внутрь и ставить ЛМ-ки.
Приведу фотошаблоны для обеих плат.
А. Голая ИС без умощнения - на рис.5-7.
Изображение
Рис.5.
Изображение
Рис.6.
Изображение
Рис.7.
Перемычка JNC3 и некоторые другие детали (делитель, С1002, R104 и т.п.) – факультативные. Они упрощают переход с 2-канального (JNC3 НЕ ставим) ОУ на 1-канальный (JNC3 впаиваем, а дорожку от 1-й ноги отрезаем). С1002 остался от попыток применения LM308 в ВУ. Не фонтан, надо прямо сказать…
Огромная площадь выделена под С1’ и С2’, зато можно размещать от чип-корпуса 1206 до пленочных К73-17 для НЧ вариантов.

Б. ИС с умощнением на рис.8-10.
Изображение
Рис.8.
Изображение
Рис.9
Изображение
Рис.10.
Примечания те же, что и для варианта «А», дополнительно надо разрезать дорожку в помеченном красным крестиком месте. Вообще, последняя плата универсальная – если не ставить умощнитель с обвязкой – остаётся предыдущий вариант, только с невостребованными дорожками вместо прямоугольных полигонов.

4. Стабилизатор.


А теперь следите за руками, никакого мошенничества :).
Если мы не ставим на платы частотозадающий Т-мост, отрезаем от R95 и R2 вывод R94 и подаём на этот вывод через неполярный ЭК внешний сигнал, будет что? Правильно, пока ничего. Компаратор получится с прямоугольником на выходе вместо синуса. Но если добавить пару резисторов для задания Ку, получится ВУ стабилизатора. Просто добавь ПД+УВХ+Интегратор :) (рис.11).
Изображение
Рис.11.
Использована универсальная плата «Б» с вручную внесёнными изменениями согласно приведённой схеме, переделки легко видны на рис.12 и 13.
Изображение
Рис.12.
Изображение
Рис.13.

5. Результаты.


По ВУ без вопросов – работают отлично. Никакой нужды в дальнейшем возиться с капризным транзисторным вариантом не вижу. Почти через год, в ходе работы над другим устройством, неожиданно выяснил причины нагрева LM4562 – оказалось, её номинальное питание +-17 В (семнадцать). +-18 В – верхний предел. А я на неё +-18,7 В подавал. Естественно, она греться стала.
Но год-то, с прошлого апреля, один экземпляр отработал! В канале 100 кГц! КРУГЛОСУТОЧНО! Да, при нагреве ресурс теоретически снижается, шумы растут, и это не есть хорошо. Но с другой стороны, не мешай технике работать и не чини исправное. Так что ничего не меняю, всё продолжает работать в прежнем режиме.

По стабилизатору – в принципе – работает. Но без «но» не обошлось.
Самое печальное – искажения и наводки выросли. Раньше-то гармоники подавлялись автоматически, а теперь, в отсутствие Т-моста, такой фокус не проходит. К тому же все наводки на соединительные кабеля, отдельно стоящий внешний генератор и т.д. добросовестно усиливаются.
И это бы ничего, но когда всплеск наводки приходится на амплитуду полезного сигнала – ПД моментально управляет модулятором в противоположном направлении. Соответственно, выходное напряжение становится «нервным». Для борьбы с этим логично поместить генератор в один корпус со стабилизатором. Но это же возврат к исходной точке.
Казалось бы, вся эта затея – пустая трата времени.
Но это совсем не так.
В активе остались протестированные отличные ВУ.
Проба с буферизованным делителем оказалась удачной.
Остался опыт, наконец.
Например, при тестировании стабилизатора выяснилось, что ПД довольно широкополосен, изменение частоты вдвое и даже более не требует замены R3’, R4’, С6’, С7’, С8’, С9’.
Можно также в довольно широких пределах менять опорное напряжение – выходное послушно следует за ним. Это пригодилось позднее.
Выходной неполярный ЭК можно сразу составлять из 2200+2200мкФ AL параллельно с 2 мкФ Film, теперь я так сразу и поступаю.
Как в той притче про учёного и его двух питомцев различного роста. Вместо прорезания в двери двух окошек по размеру каждого, можно ограничиться одним, чтобы больший проходил, а уж меньший – то и подавно пройдёт.
В оправдание стабилизатора следует сказать, что всё не так уж сумрачно вблизи. Тестирование проводилось в неэкранированном виде, провода от БП и ИОНа длиннее метра, от ВУ до ПД 25 см, провод на затвор Q26 неэкранированный, диапазонные конденсаторы ПД тоже подключались на проводках (рис.14).
Изображение
Рис.14.
Вполне вероятно, что надо было просто поместить всё в хороший корпус, дополнительно заэкранировать, и всё бы наладилось. Даже уверен в этом, потому что в другой поделке подобное двублочное устройство работает неплохо. Но об этом рассказ ещё впереди. А пока ВУ стабилизатора отложено до лучших времён (точнее, до подходящего корпуса).

Тем временем новые горизонты начинают манить… Постепенно начинает вызревать мысль – а может коммутацией нужных компонентов сделать генератор набора фиксированных частот?
Об этом – в следующей статье.

6. P.S. Решил включить сюда ещё пару устройств.


Универсальный делитель.
Схема составлена из номенклатуры имеющихся резисторов С5-61 (рис.15).
Изображение
Рис.15.
Питание внешнее, двуполярное, от +-5 В до +-18 В, поскольку максимальное выходное напряжение ОУ будет 1 В RMS. При напряжении питания ниже +-15 В стабилитроны VD3 и VD4 можно заменить перемычками.
VD1 и VD2 совместно с самовосстанавливающимися (длинное слово) FU1 и FU2 – защита от ошибочной полярности.
R11 || R12 и R15 || R16 – хоть какая-то защита выхода.

Плата:
Изображение
Рис.16.
Изображение
Рис.17.
Изображение
Рис.18.

Изготовление:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение
Рис.19.

Делитель помещён в подходящую алюминиевую коробочку от усопшего неизвестного автомобильного девайса.

Замер АЧХ под нагрузкой 1,1 кОм:
Изображение
Рис.20.
На НЧ амплитуду задирают все (оба :) ) досягаемые для меня аналоговые спектроанализаторы, делитель тут не виноват.
До 2 МГц АЧХ довольно ровно держится. Проседание в районе 11 кГц объяснить не могу. Возможно, фортели от трекинг – генератора. По возможности, проверю на другом приборе, но это будет не скоро.

КАЛИБРАТОР на 14,14214 В.
Схема (рис.21) традиционная, на основе использованного для HP3456A тройного ИОНа. Только добавлен многозвенный делитель для получения дольных напряжений (0,1; 0,2; 0,3; … 0,9 от номинального). Нужное дольное напряжение должно выбираться галетным переключателем и подаваться на буфер, которым служит второй канал ОУ LT1013, использованного в качестве масштабирующего усилителя (МУ) 7 В ->14,14214 В.
Изображение
Рис.21.
R14 и R15 первоначально в схеме отсутствовали и на плате (рис.22) не разведены. Добавлены в схему по вариантам наладки экземпляров с конкретными наборами LM199.
Всего сделано 2 устройства, одно - отдельным калибратором, другое служит в составе устройства, оставленного для завершающей статьи цикла.
Поскольку питание нагревателя и ИОН не развязано, пришлось встраивать дополнительный стабилизатор на LP2951. Схема в соответствии с дейташитом [11].
FU1 и VD2 – стандартная защита.
Поскольку С8 – MLCC (керамика), для добора необходимого ESR добавлен R20. Подробности в [11].
Этот стабилизатор сделан на отдельной плате (весь монтаж сверху), которая затем установлена на основную плату.
Изображение
Рис.22.
Изображение
Рис.23.
Изображение
Рис.24.
Изображение
Рис.25.
При необходимости использования меньшего количества LMx99 надо просто не устанавливать на плату пары резисторов от выхода и входа ОУ, относящиеся к незадействованным посадочным местам ИОНов. С чуть бОльшей шумностью всё будет исправно работать даже на единственном ИОНе.

Изготовление:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение
Рис.26.
Монтаж:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение
Рис.27.

Наладку я выполнил в 2 этапа:
1. Сначала добился нужного напряжения на выходе комбинированием резисторов делителя и подстроечником RP1.
2. Затем измерил его сопротивление и добавил несколько бОльшее сопротивление в нижнее плечо. Замер RP1 дал 4,3 Ом. Я добавил проволочные, намотанные самостоятельно на высокоомных резисторах, 4,0 Ом, 0,1 Ом и 0,3 Ом.
Суммарно 4,4 Ом.
RP1 включил параллельно 0,3 Ом и подстроил выходное более плавно.
Естественно, всё это делалось после 10-суточного непрерывного прогона.
Результат:
Выявлено заметное влияние питающей сети, особенно всплесков и провалов. Ничего не поделаешь, неразделённое питание… И онлайн бесперебойника у меня нет. А имеющийся переключает скачками на 22 В.
ТКН калибратора, учитывая заводской допуск +-50 мкВ (+-3,5 ppm) на настройку ИОН в F510A, в 8…10 раз меньше. Это с лихвой перекрывает необходимый 5-кратный «запас точности» для образцовых мер, прописанный в [1].
Изображение
Рис.28.
Время сбора данных чуть меньше 18 ч. Где-то после 8000-го отсчёта мне надоело ждать изменения температуры, и я положил на блочок пакет с сыпучим продуктом, предварительно выдержанный в морозилке для такого случая.
Почему не лёд? Причин 3:
1. Кусок льда плохо прилегает к поверхности.
2. Лёд тает и может потечь через случайно повреждённый пакет.
3. У льда слишком высокая теплопроводность, он может охладить устройство до отрицательных температур, чего мне не нужно. Сыпучий продукт действует мягче и дольше, полученный перепад в 8-10 градусов абсолютно достаточен для расчётов.

Дрейф пока несимметричный, потому через какое-то время, вероятнее всего, придётся повторить настройку.
Наработка нужна…

7. Литература.


1. Fluke Model 510A/AD AC reference standard Instruction manual rev.2 10/75.
2. Agilent 34401A 6.5 Digit Multimeter Service Guide.
3. LM308 datasheet
4. LT1008 datasheet
5. TOSHIBA 2SA970 PNP transistor datasheet.
6. TOSHIBA 2SC2240 NPN transistor datasheet.
7. LM4562 datasheet.
8. http://forum.vegalab.ru/showthread.php? ... ost2064667
9. Г3-118. РЭ с приложениями.; Схемы.; Формуляр.
10. Г3-118_ремонт_Радиокомпоненты_2_2005_page30.pdf Прямая ссылка на файл содержит квадратные скобки: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/R/''Radioko ... ',2005,N02.[pdf].zip
11. LP2951 datasheet

16.04.2020. Tektron.

Картинки в полном разрешении и пдф-ки к статье в архиве. ВНИМАНИЕ, большой размер: 26 МБ
https://yadi.sk/d/VVHQlS-V6PLQ5g

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Пн май 04, 2020 11:27:54

 VAC для нас,
или чем калибровать 34401А по переменке.
Генератор с переключаемыми частотами.

А это возможно?


1. Отказ от гарантий.


Никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.

2. Вступление.


Как было показано в предыдущих статьях, изготовление блока питания (БП) с опорником (ИОН), пикового детектора (ПД) с УВХ и интегратором, а также выходного усилителя (ВУ) вполне возможно. При изготовлении строенного источника удалось обойтись одним БП+ИОН на несколько каналов генерации. Следующий логичный шаг – попытка сделать одноканальный источник переменного напряжения с переключаемой частотой. Минимальный набор частот прежний – 10 Гц, 1 кГц и 100 кГц. Далее рассказ об этой работе.

3. Первый блин. Концепция.


Первоначально предполагалось поступить следующим образом. Берём три блока – БП+ИОН, ПД+УВХ+Инт и ВУ, устанавливаем их в общий корпус, дополняем пассивным делителем на 10 и на 100 и ставим коммутатор частотозависимых компонентов. Изготавливать пришлось только первый из перечисленных узлов (рис.1).
Изображение
Рис.1.
ВУ на транзисторах остался непристроенным после обкатки на макете, как и SMD – экземпляр ПД. Изначально комплект уже содержал на платах вариант 100 кГц, а для оставшихся частот недостающие ёмкости подключались галетными переключателями. Резисторы же просто коммутировались.
Изображение
Рис.2.
Двуполярный стабилизатор остался неизменным и потому не комментируется.
ИОН же, памятуя о сложностях, доставленных температурным градиентом от термостата, решено было сделать на LTC6655 (рис.2).
Для повышения стабильности LTC6655 рекомендуется снижать рассеиваемую мощность, т.е. уменьшить ток нагрузки и понизить входное напряжение.
Первое условие выполнено без телодвижений – в нагрузке только вход ОУ масштабирующего усилителя (МУ).
А для понижения входного напряжения до величины, лишь на 0,3 В..0,5 В превышающей выходное, служит предстабилизатор DA1 на LP2951. Схема типовая. МУ тоже без особенностей. С2 и С12 играют ту же роль, что С7 и С8 в основном стабилизаторе – подавление пульсаций и других колебаний выходного напряжения.
На рис.1 попал один из этапов отладки – легко видеть, что пока не впаян делитель ОС МУ и отсутствует его ОУ. Потому что прежде чем его монтировать, надо знать точное выходное напряжение LTC6655. Но без опорного не запустится стабилизатор БП. Чтобы разорвать этот замкнутый круг, на проводках, временно, подвешен 7818, от которого запитан предстабилизатор. Помните, говоря о наладке БП в 3-й статье, упоминалось внешнее питание ИОНа? Ну вот это один из вариантов. После расчёта и монтажа МУ 7818 была отпаяна. [Правда, теперь дополнительный стабилизатор 18 В на проводочках опять вернулся туда, да ещё с теплоотводом. Теперь этот БП снабжает питанием парочку полезных устройств на прогоне. При положительных результатах рассказ появится в одной из следующих статей.]
Хронологически, за коммутируемый генератор я взялся после того, как руки опустились добиться чего-то вменяемого от самого первого варианта тройного источника. Тогда ещё не было у меня ни критериев отбора компонентов, ни понимания важности параметров полевика Q26 для стабильности всего генератора. Да и отбирать их было не из чего – закупки случились много позже.
Неудивительно теперь, что добиться нормальной работы источника не удалось. 1 кГц и 10 кГц получилось отладить, а на 10 Гц и 65 кГц раскачку победить не удалось.
А ведь сделано было всё капитально – двойная экранировка, хороший корпус (рис.2а), этапы фотографировались…
Изображение
Рис.2а.
Когда дней 10 назад поднялась рука пустить его на органы, в ПД обнаружились не только бракованные чип-конденсаторы, но и ошибка монтажа. Тем не менее продолжаю считать, что даже если бы перечисленных косяков не было, в таком виде устройство бы не заработало на всех диапазонах. Причина – значительная взаимная ёмкость из-за большого количества проводов межблочного монтажа, а LT1008 из-за них охотно возбуждается в силу широкополосности.
В общем, опять есть опыт, сын ошибок трудных. А результата нет.

4. Релейный вариант.


И всё же идея продолжала манить. Постепенно приходило понимание, что дёшево хорошо не бывает. Следующая инкарнация универсального генератора выглядит так (рис.3).
Изображение Изображение
Рис.3.

Поскольку ковыряние с перепайкой компонентов на лепестках галетников изрядно утомило ещё по первой версии (рис.3а), теперь было решено всю коммутацию перевести на реле.
Изображение Изображение Изображение
Рис.3а.

Из макета были взяты БП+ИОН, проверенный ПД и самый «лаконичный» (с наименьшим числом компонентов) ВУ на LM4562.
Ещё одно принципиальное решение – «крупноузловая» коммутация. Если ставить на каждый вывод сменного компонента по реле – их не напастись. Поэтому на плате формировались готовые Т-мосты, которые и подключались к ВУ (рис.4).
Изображение
Рис.4.
Применялись РЭС-55, т.к. их хватило в запасах и они экранированные. Всего предполагалось 5 частот, но позднее добавились ещё 2. На каждую дополнительную частоту ушло по 2 реле, т.к. добавлялись только конденсаторы. Итого набор выглядит так:
10 Гц, 20 Гц, 400 Гц, 1 кГц, 20 кГц, 65 кГц и 100 кГц.
Помимо основного предназначения (НР34401А) не помешала бы возможность проверять и ручные мультиметры. Для самых простых из них могут пригодиться 400 Гц и 1 кГц для проверки верхней граничной частоты. Аппаратам чуть серьёзнее (ТЕК ТХ3) подойдёт 20 кГц.
65 кГц – для старого, хроменького на АС, 34401. Эта частота была подобрана опытным путём по наилучшему результату калибровки.

Другой вопрос, что разные мультиметры имеют разные шкалы. Тут есть два пути – или делитель, или переключаемое опорное напряжение. Возьмём на заметку.

Во всех Т-мостах свой R1’ с подстройкой многооборотником.
На высших частотах применены подстроечные конденсаторы на случай, если понадобится расстройка для снижения добротности.
ПД выглядит аналогично (рис.5)
Изображение
Рис.5.
Ниже привожу платы (рис.6-9), только прошу принять во внимание:
- хоть они и были разведены «с запасом», дополнительные частоты добавлялись вручную, размещением реле на свободных участках платы;
- плата управления с диодным дешифратором на схеме не отражена, сразу рисовалась в PCB-редакторе. Галетный переключатель да горстка диодов – незачем было заморачиваться. Соответственно, тоже содержит доработки и исправления;
- для питания обмоток реле потребовалось отдельное питание +3,3 В, со своим стабилизатором и теплоотводом. Пришлось заменить трансформатор на более мощный.
Изображение
Рис.6.
Изображение
Рис.7.
Изображение
Рис.8.
Изображение
Рис.9.

Внешний вид на рис. 10-15.
Изображение
Рис.10.
Изображение
Рис.11.
Изображение
Рис.12.
Изображение
Рис.13.
Изображение
Рис.14.
Изображение
Рис.15.

5. Наладка.


В принципе, каждая отдельная частота должна настраиваться так же, как и отдельный канал в строенном варианте. Обычно первым отлаживается 1 кГц – и, как правило, проблем не возникает.
Они возникают позднее, с переходом на другую частоту.

Характерный пример – форма сигнала в ТР8 – там вылезает практически всё, что мешает получить результат. И зашумленность ИОН, и нестабильность амплитуды на выходе ВУ. После длительной отладки удалось заставить работать все частоты. В следующем разделе можно будет увидеть неплохие результаты. Но вот что можно увидеть на ТР8:
Изображение
Рис.16. 1 кГц.
1 кГц. Картина маслом. Самовозбуждение ПД очевидно. И даже видно, что генерация с запозданием затухает на фронте импульса и гораздо резче возникает на его спаде.
Но позвольте, ведь ПД был проверен на макете (и с этим ВУ тоже) и давал нормальный импульс при работе как с транзисторными ВУ, так и на ОУ.

Изображение
Рис.17. 400 Гц.
400 Гц. Ещё хуже, колебания на вершине усилились.

Изображение
Рис.18. 20 Гц.
20 Гц. Вершина выровнялась. Динамика нарастания и спада паразитной генерации стала одинаковой.

Изображение
Рис.19. 10 Гц.
10 Гц. Резко просела амплитуда импульса.

Изображение
Рис.20. 20 кГц.
20 кГц. Фронт завалился. Вообще, стойкое ощущение, что какой-то элемент в тракте ограничивает скорость нарастания. Ещё появилась возможность оценить частоту генерации – между вертикальными маркерами ровно 10 периодов. Приблизительно 6,6 МГц.

Изображение
Рис.21. 65 кГц.
65 кГц. Кошмар. Но ещё не ужас. Самовозбуд и затухнуть-то не успевает, частота до и после импульса явно разная. Генерация в двух местах?

Изображение
Рис.22. 100 кГц.
100 кГц. А это вот он и есть. Ужас-то.

При всём при том выходной сигнал отрисован чистой ровной линией, никаких признаков возбуда в ВУ не наблюдается.

Кстати, а что на выходе?

6. Результаты.


Проверять термостабильность смысла не имеет, т.к. в БП макета ИОН - тоже «макетный» - проще говоря, 7815 с несколькими диодами (рис.23-25).
Изображение
Рис.23.
Изображение
Рис.24.
Изображение
Рис.25.

А вот искажения замерены:
Изображение
Рис.26. THD.
Примерно в 2,5 раза хуже, чем в 3-канальном варианте, но искажения не выходят за пределы 0,03% (кроме 400 Гц). Не так уж плохо.
Есть 2 предположения о причинах возбуда:
А) неудача в земляном проводе;
Б) провода, соединяющие ПД с релейным коммутатором, совместно с печатными проводниками самой платы своими паразитными параметрами вносят задержку (читай – фазовый сдвиг), который и приводит к генерации. Судя по тому, что во время действия импульса она срывается, логично предположить, что генерит УВХ.
Возможно, в герконовых реле РЭС55 какая-то особенная индуктивность присутствует в цепи сигнала?
Вывод – блочно-модульный подход для этой схемы «не благословляется». ПД и всю коммутацию надо разводить на одной плате, чтобы сократить длину проводников. И с другими реле.
Но это когда ещё будет. Потому пока не разбираю, останется в виде макета. Послужит коммутируемым источником для обкатки некоторых новых идей.
Речь о них – в следующей статье.

7. P.S. Добавлю сюда описание измерительной установки по КГИ (THD).


Основа – выпрошенный у доброго товарища на первые выходные апреля HP3588A. Сами понимаете, почему он у меня теперь завис неизвестно на какой срок. Чем я беззастенчиво и пользуюсь :) .
Прибор хроменький на входной аттенюатор (был у меня в ремонте), владелец надеется поймать удачу и купить живую плату. Без оригинальных запчастей я ему ничем помочь не могу.
Поэтому самокалибровку прибор пройти не может, соответственно появляются «ступеньки» по уровням между разными диапазонами. Встроенный трекинг-генератор по той же причине мудрит со своим уровнем. Приходится пол дня гонять прибор, пока поймается удачное состояние. В этот момент запрещаю ему автокалибровку и автовыбор амплитудного диапазона – теперь с ним можно спокойно работать до очередного отключения. Вот и шуршит день и ночь.
Конечно, абсолютным цифрам доверия никакого, но спектральный состав он измеряет корректно. Ограничения следующие.
- Приходится работать только со входом 50 Ом. Высокоимпедансный вход ловит столько наводок, что гармоник просто не разглядеть.
- Такую нагрузку не тянут проверяемые эталоны.
- Такой вход перегружается уже при 1 В RMS.
Выйти из положения позволяет самодельный кабель-делитель:
Изображение
Рис.27.
Общее сопротивление делителя не должно быть меньше 1 кОм, чтобы не перегружать ВУ.
Взял кабель и пару корпусов с BNC-соединителями от отслуживших своё ТЕКовских осциллографических делителей. Всю начинку изъял, на одном из концов (он подключается к источнику) центральную жилу припаял прямо на соединитель, а с другого конца на кусочке ФАФ соорудил незамысловатую конструкцию. Там даже схемой нечего назвать – просто 4 SMD-резистора 3,3 кОм в параллель (дополнительный боковой контакт просто висит в воздухе):
Изображение
Рис.28.
Совместно с собственным сопротивлением центральной жилы в 237 Ом это даёт верхнее плечо делителя 1,052 кОм.
Нижнее плечо находится в приборе и равно 50 Ом.
Итого получаем Кд = (1052+50)/50 = 22,04 раза = 13,43 dB.
АЧХ кабеля иллюстрируют несколько скриншотов:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение
Рис.29.
Т.е. до 30 МегаГерц держимся в зазоре 0,6 dBm п-п или +-0,3 dBm. По моему, неплохо, как вы считаете? Будет интересно мнение опытных в ВЧ-тематике товарищей, поскольку я в этом деле только первые синяки и шишки набиваю :) .

Следствие – все замеры эталонов (фирменных и самодельных) по THD делались при практически максимальной нагрузке на выходе.

8. Литература.


1. Fluke Model 510A/AD AC reference standard Instruction manual rev.2 10/75.
2. Agilent 34401A 6.5 Digit Multimeter Service Guide.
3. LM308 datasheet
4. LT1008 datasheet
5. TOSHIBA 2SA970 PNP transistor datasheet.
6. TOSHIBA 2SC2240 NPN transistor datasheet.
7. LM4562 datasheet.
8. http://forum.vegalab.ru/showthread.php? ... ost2064667
9. Г3-118. РЭ с приложениями.; Схемы.; Формуляр.
10. Г3-118_ремонт_Радиокомпоненты_2_2005_page30.pdf Прямая ссылка на файл содержит квадратные скобки: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/R/''Radioko ... ',2005,N02.[pdf].zip
11. LP2951 datasheet

20.04.2020. Tektron.

Картинки в полном разрешении и пдф-ки к статье в архиве. ВНИМАНИЕ, большой размер: 72 МБ
https://yadi.sk/d/svSV7l5KBICZ0w

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Пт май 08, 2020 20:50:08

VAC для нас - 6,


или чем калибровать 34401А по переменке.


Высокое напряжение и переменный ток.


А он усиливал, усиливал, усиливал…(с) В.С.Высоцкий.



1. Отказ от гарантий.


Никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.

2. Вступление.


Ну ладно, с диапазонами напряжений 10 В и ниже уже можно работать. Но как быть с более высоковольтными диапазонами? Откуда брать переменный ток для калибровки амперметров? О силовом блоке эта статья.

ВНИМАНИЕ!
При наладке и работе с силовым блоком надо быть осторожным – переменные напряжения 100 В, 750 В и 1000 В опасны для жизни! Никогда не выполняйте внешнюю коммутацию при включенном устройстве! Соблюдайте все правила безопасности для устройств до тысячи Вольт!



3. Концепция.


Первоначально надо было проверить, можно ли подать выходное напряжение с ВУ на первичную обмотку трансформатора, а на вход ПД в качестве обратной связи подключить ВТОРИЧНУЮ обмотку. После предыдущих неудач уверенности уже не было ни в чём.
Подобрал небольшой разделительный трансформатор, который при подключении не перегружал ВУ макета. На осциллограф по привычке подключил выход ВУ и ТР8. Собрал схему, включил, смотрю.
Шок! Напряжение на осциллографе уменьшилось в 2 раза!
Не понял. Перегрузка не индицируется, опорное прежнее, синусоида чистая, только маленькая…
Ещё шок! Куда импульс с ТР8 подевался? Даже намёка на него нет.
Выключил-включил макет – не улучшилось. Правда, видно, как амплитуда входит в в режим стабилизации. Но без импульса на ТР8 это невозможно!
Уменьшаю скорость развёртки – ага, вот он. Теперь он появляется синхронно с положительным максимумом амплитуды. Ничего не понимаю, а как же равноплечий делитель на входе ПД, противоположность полярностей на его концах??? Да не может этого быть!
Беру ещё один пробник и подключаю к третьему входу осцилла сигнал с С3’.
Ага, мир не перевернулся, импульс по-прежнему появляется синхронно с отрицательным максимумом напряжения на нём. А почему на ВУ в этот момент положительный максимум?
Хлопаю себя по лбу. Это же трансформатор! Банально попутал фазировки обмоток!
А что, так тоже можно? Я, значит, за микросекунды беспокоился, а тут на пол периода сдвиг – и всё работает! Запомним, пригодится…
И что-то великоват сигнал для дополнительного входа, в экран еле вмещается. Переключаю его на основной вход и получаю обычную картину – размах 28,3 В п-п.
Ух, как здорово-то! Транс разделительный, с тремя одинаковыми обмотками. Одна подключена к ВУ, а две другие, соединённые внутри последовательно, выдают на выходе УДВОЕННОЕ напряжение. И ПД, обязанный поддерживать на выходе 10 В, ПОНИЖАЛ напряжение ВУ модулятором до тех пор, пока напряжение на вторичной обмотке не стало нужной величины.
Получается, какой бы я транс не ставил, на выходе всегда будет 10 В. А если возьму обратную связь (ОС) с ВУ, выход с транса перестаёт быть стабильным – начинают сказываться все дестабилизирующие факторы. Единственный выход – ставить делитель в цепь ОС.
Беру 2 одинаковых резистора и подаю на С3’ половину напряжения вторичной обмотки. Включаю...
Ура, заработало! На выходе железные 20 В!

Так, с этим уже можно жить. Надо только подготовиться. Требования следующие:
- Нужен мощный усилитель. Вернее, усилитель мощности (УМ). Родной ВУ совсем слабый. А ток вторичной обмотки умножается на коэффициент трансформации при переходе к первичной обмотке. Усилитель должен уметь выдавать от 10 Гц до 100 кГц. Не слабо..
- Нужны делители для напряжений 100 В, 750 В и 1000 В. Из-за нежелания нагружать выход слишком большим током (10 мА в цепи 1000 В – это 1 А в первичке, даже без учёта неизбежных потерь в магнитопроводе и паразитных ёмкостях), сопротивления верхних плеч делителей будут довольно высоки. Следовательно, потребуется буферизация.
- Чем-то всё это хозяйство придётся коммутировать, причём не столько по высокой стороне (на каждое напряжение свою клемму поставить – не велик труд), сколько по низкой. ПД - то у нас один, а сигналов ОС набралось уже 3. Значит, реле.
- Если в устройстве будет УМ, способный выдавать 1А или чуть больше, можно попытаться соорудить источник тока. Сигнал ОС в этом случае можно брать с шунта и дополнительно усиливать. Для каких токов шунт? Для целей калибровки 34401 достаточно 10 мА, более высокие токи пригодятся при его проверке и для калибровки 3457А. Потому добавим до кучи 0,1 А; 1А; 2А. И этот шунт тоже надо будет коммутировать.
- Значительные выделяемые мощности (особенно усилителем, шунтом и делителями 750 В и 1000 В) требуют принудительного обдува. Будем ставить вентилятор.

4. Схема.


Если на картинке (рис.1) слишком мелко, в архиве PDF-ки высокого разрешения на все схемы и платы. И весь прочий графический материал, значительно больше, чем в статье.

Изображение
Рис.1. Схема.
Схема содержит все узлы, за исключением усилителя и питающего сетевого трансформатора с выпрямителем и фильтром.

Блок питания (на рис.1 обведён жёлтой линией) выполнен по традиционной уже схеме. Единственное отличие – вместо дорогого ИОН простейший источник +15 В на TL431 (DA3) и КТ315Г (VT1). В предыдущих статьях цикла этот стабилизатор был рассмотрен подробнейшим образом, не буду повторяться.

Токовый блок (на рис.1 обведён зелёной линией) представляет собой многоступенчатый тОковый шунт, выполненный по принципам м-ра Хэммона – каждое меньшее сопротивление входит в состав бОльшего.
Шунт был рассчитан из следующих соображений.
А. Прибор предназначен для калибровки амперметров, а на них падение напряжения обычно довольно низкое. С другой стороны, на выходе усилителя будет присутствовать напряжение около 10 В. Большую его часть надо куда-то девать. Я с этим столкнулся по постоянному току – для пущей стабильности лучше последовательно с амперметром включить такое сопротивление, чтобы 0,9 всего падения напряжения приходилось на него, и только 0,1 – на амперметр. Пришлось даже блок шунтов соорудить 0,9 – 9 – 90 Ом (именно он участвовал в работе характериографа для подбора Q26). Так пусть уж эта большая часть и падает сразу на шунте – и зашумленность уменьшится, и с дополнительными устройствами связываться не придётся.
Б. Но нежелательно и делать падение напряжение слишком близко к 10 В – может не хватить запаса «модуляции» в ВУ эталона.
В качестве компромисса было выбрано напряжение 8 В RMS. Тогда:
- для тока 2 А потребуется 4 Ом (рассеивается 16 Вт);
- для тока 1 А потребуется 8 Ом (рассеивается 8 Вт);
- для тока 0,1 А потребуется 80 Ом (рассеивается 0,8 Вт);
- для тока 10 мА потребуется 800 Ом (рассеивается 0,08 Вт).
Первые 4 Ом составлены из 40 проволочных резистора R1-R40 по 0,1 Ом (на каждом будет рассеиваться по 0,4 Вт – это довольно много, поэтому плата с шунтом (рис.2-1) придвинута к наддувному вентилятору и интенсивно им обдувается.
Изображение
Рис.2-1. Шунт.
Следующие 4 Ом вместе с первыми образуют 8 Ом шунт для тока 1 А и содержит 4 одноомных проволочных резистора R41-R44.
Следующим должен идти шунт 80 Ом для тока 100 мА. Но 8 Ом уже есть, поэтому недостающие 72 Ом набраны комбинированным включением 33-х резисторов R45-R83 174 Ом.
Последние 720 Ом получены комбинацией R84-R91.

Тем не менее, обратно на эталон мы должны возвращать 10 В RMS, имея на шунте только 8. Следовательно, потребуется усилитель с Ку=10/8=1,25. Он собран на ОУ DA1.
В финале измерены следующие сопротивления.
Обстоятельства измерений:
Токр=22 С
Измеритель - HP3456A 10 plc с компенсацией EMF и без.
Код:
R номинальное, Ом   Измерено с компенсацией, Ом   Без компенсации, Ом
4                          3,995                         3,994
8                          7,991                         7,988
80                         80,041                        80,040
800                        800,033                       800,034

Рис.2-2.
ТКС проволочных частей шунта (4 и 8 Ом) [-10 ppm/K].

Блок высоких напряжений может выдавать:
- 10 В RMS с высокой нагрузочной способностью (например, на нагрузку 50 Ом; минимальное сопротивление 15 Ом). Это прямой выход с УМ. НС означает High Current – сильнотОчный;
- 100 В RMS низкочастотный (LF) с трансформатора TR1;
- 100 В RMS высокочастотный (HF) с трансформатора TR2;
- 750 В RMS или 1000 В RMS с трансформатора TR3. На самом деле TR3 – это не один, а 5 трансформаторов 220 В/6 В (рис.3).
Изображение
Рис.3.
Первичные 6-Вольтовые обмотки соединены параллельно, а вторичные – последовательно. Отвод 750 В взят с 4-го трансформатора, а 1000 В обеспечивают все 5.
На каждое напряжение свой делитель с буфером (рис.4). Только сильноточный 10 В выход обходится без них.
Изображение
Рис.4.
В канале 100 В один делитель переключается между LF и HF выходами, особенностей не имеет.
В высоковольтном канале переключаемый делитель. Об этом можно подробнее.
Прежде всего, чем славится делитель в цепи ОС? Для нас самое главное, что ток через него НЕИЗМЕННЫЙ, если не менять нижнее плечо Rн. Поскольку система регулирования поддерживает в средней точке делителя неизменное напряжение, и сопротивление нижнего плеча также неизменно – их отношение (Uос/Rн) тоже неизменное.
Допустим, мы настроили делитель на выходное напряжение 1000 В. Тогда на нижнем плече Rн будут падать те самые неизменные 10 В, а на верхнем Rв останутся 990 В. Пусть мы составили верхнее плечо из 2-х ОДИНАКОВЫХ резисторов Rв/2. Теоретически ничего не изменилось.
Теперь берём ещё один резистор сопротивлением, равным Rв/2, и подключаем его ПАРАЛЛЕЛЬНО одному из Rв/2 верхнего плеча. Какое общее сопротивление стало у верхнего плеча? Rв/2 + (Rв/2)/2 = Rв(3/4) , т.е. три четверти от прежнего. Но тогда и напряжение на нём станет 0,75 от прежнего. Ток-то неизменен. Вычисляем: 0,75*990=742,5 В. Не забудем про 10 В на нижнем плече, и в итоге имеем 752,5 В при идеальном делителе. А допуск на это дело прописан от 195 до 770 В RMS (стр.80 в [2]). Т.е. можно было вообще один из Rв/2 обходить и получать свои 505 В без особых хлопот. Но уж как сделал, так сделал. Вовремя надо было в доки смотреть. :)
Обратите внимание, все трансформаторы в автотрансформаторном включении – тем самым мы чуточку снижаем нагрузку на УМ.
По основным блокам вроде всё. Разберёмся с коммутацией.
С УМ сигнал приходит на реле К9 (красная стрелка), который выбирает между током и напряжением.
С током всё ясно, шунт замыкается на землю или после первых 4 Ом (К1-К3, ток 2 А), или после вторых (К4, 1 А). Для тока 0,1 А замыкается К5. Если же все реле отпущены – ток 10 мА.

В блоке напряжений через защитные 4 Ом (поставил после того, как один УМ спалил при работе на трансформатор на повышенной частоте) он поступает или напрямую на выход 10 В НС (и сразу на выход обратной связи FB, или на трансформаторы – выбирает реле К12.
Выбор между 750/1000 В и 100 В осуществляет К6.
Частотный диапазон выхода 100 В выбирает К7.

Напомню, каждый выход имеет свою клемму. Переключаются только цепи ОС.
К18 переключает ОС 1000 В (отпущен) и 750 В (замкнут). Дополнительно этот делитель подключается либо к выходной клемме 1000 В (К17), либо к клемме 750 В (К19).
Делитель ОС каналов 100 В подключает к нужному выходу К11.

Выбор сигнала ОС для выдачи на разъём (синяя стрелка) тоже похож на двоичное дерево:
К8 выбирает между током и напряжением;
К15 выбирает между прямым сильноточным выходом и трансформаторами;
К16 выбирает между буферами 100 В и 750/1000 В.

Усилитель мощности построен на TDA7293. Сначала помучился со схемой из родного дейташита [11], потом набрёл на сайт AudioKiller-а [12], где меня дожидался готовый к употреблению узел [13].
Спасибо тебе, добрый человек! Заработало вообще без пинков!

Вся информация для изготовления платы в архиве по ссылке [13]. На сайте есть ещё статьи полезные.
Усиление УМ надо снизить до 1,0 … 1,1 . Обратной связью этого не сделать – ИС станет неустойчивой. Значит, давим амплитуду на входе – заменяем С1 [13] на резистор 174 Ом, а сам С1 не ставим. Из неприятного - через какое-то время пропала вольтодобавка, так что пришлось брать её с основного выхода, перемычка в положении «7294».
Ради экономии объёма установил УМ на теплоотвод с принудительным обдувом от почившей видеокарты и разместил непосредственно около выходного вентиляционного отверстия (рис.5-1..5-2).
Изображение
Рис.5-1.
Изображение
Рис.5-2.
Дешифратор управления реле, полагаю, комментария не требует. Разве что напомню: если задействованы реле с разными напряжениями обмоток - развязывающие диоды обязательны. Сам на этом массу времени потерял и вынужден был добавлять их в уже собранную плату. Сейчас проверил – в плату эти диоды не внесены. Поэтому лучше использовать реле на одно напряжение.
У меня разносортица с распая. Только контакты проверял измерителем иммитанса – в токовые цепи не выше 10 мОм, в цепи напряжения и ОС – не выше 30 мОм. Сначала отбирал реле, и только потом в редакторе ставил в плату его посадочное место. Потому все реле подписаны.
А вот, собственно, и платы (рис.6-1..6-3).
Изображение
Рис.6-1.

Изображение
Рис.6-2.

Изображение
Рис.6-3.

5. Конструкция.


Все блоки размещены внутри рамы от списанного блока (рис.7). До покраски пока руки не дошли, как и до приличной лицевой панели. Займусь этим после обкатки, если устройство будет того достойно. Потому за ржавчину прошу не пенять. :)
Изображение
Рис.7.
Слева ближе к лицевой виден вентилятор. Он дует прямо на двухслойный «бутерброд» - на нижнем ярусе токовый блок с шунтом, на верхнем хорошо видна плата делителей ОС. К ней двумя винтами закреплён перевёрнутый проводниками и надписями вверх дешифратор переключателя режимов.
Вдоль задней стенки слева направо размещены силовой трансформатор питания, БП, УМ.
На правой боковушке на текстолитовой панели смонтированы трансформаторы канала 750/1000 В. Под ними на днище - ВЧ и НЧ трансформаторы канала 100 В.
ВЧ – самодельный, 11/200 витков МГТФ-0,2 на большом кольце М2000Н (рис.8. ).
Изображение
Рис.8.
На лицевой панели (рис.9) размещены все органы управления, вход и выходы.
Изображение
Рис.9.
Слева расположена сетевая и токовая часть (рис.10), справа – высокое напряжение (рис.11). Между ними – переключатель режимов.
Изображение
Рис.10.
Вдоль нижнего края панели установлены разъёмы BNC. Левый крайний – вход сигнала от эталона. Рядом с ним – выход ОС на эталон. Остальные дублируют выходные клеммы блока высоких напряжений.
Изображение
Рис.11-1.
Всего выходов напряжения 5. Земляная клемма в центре, потенциальные вокруг нее на расстоянии 19 мм. С переключателем режимов всё очевидно, влево от пунктира нарастание тока, вправо – напряжения. Положения 10 мА и 10V_HC сдвоены и являются самыми безопасными.
Начинать работу с прибором следует всегда с положения 10V_HC, даже если потребитель подключен к другому выходу.
Весит блок нехило:
Изображение
Рис.11-2. Взвешивание.
Ну ещё бы, всё-таки 8 трансформаторов, миллиметровый металл (кроме верхней крышки) и вентилятор 120х120мм.


6. Результаты.


Как упоминалось ранее, одной из целей построения силового блока являлась возможность работы на нагрузку 50 Ом. Следующий очевидный вариант – 10 кОм (большинство моих самодельных делителей имеют входное сопротивление 11 кОм). И третий вариант – наименьшее сопротивление нагрузки, при котором искажения ещё неразличимы визуально на экране осциллографа. Для частоты 20 Гц это 25 Ом, для всех остальных более высоких частот – 15 Ом. К сожалению, 10 Гц искажались даже на нагрузке 50 Ом, потому в замерах не участвовали (скорее всего, виновата малая ёмкость входного конденсатора УМ. С этим можно будет побороться позднее, при наличии времени). Итого набор тестовых частот: 20 Гц, 1 кГц, 20 кГц, 65 кГц, 100 кГц.
Для начала замерены искажения собственно УМ. Эталон включался на самостоятельный режим работы (ОС на ПД подавалась с его же собственного выхода), сигнал подавался на вход силового блока. Тот находился в режиме 10V_HC. С одноимённого выхода измерялись искажения.
Результаты, пересчитанные в проценты, сведены в таблицу и отражены на графике (рис.12). Более подробная таблица с данными по каждой гармонике – в архиве. Итоговый процент суммировался как корень из суммы квадратов отдельных гармоник (тоже в процентах), хотя мануал прибора советовал простое арифметическое сложение. Подкованных людей прошу указать, какой метод правильный.
Изображение
Рис.12.
Что можно сказать по этому поводу? Лёгкой жизни никто не обещал. Гарантированные допуски [11] не превышены (рис.13).
Изображение
Рис.13.
У нас и питание - нестабилизированные +-22 В вместо стабилизированных +-40 В.
И три частоты из 5-ти за пределами диапазона 20 Гц-15 кГц.
И 10 В на 15 Ом это 6,7 Вт, а не 5 Вт – превышение на 30%.
Микросхема отрабатывает честно, претензий нет. Другой конструкции УМ в объёме спичечного коробка с требуемыми параметрами обнаружить не удалось. Возможно, плохо искал. У кого получится девайс лучше – рад буду почитать ;) .
Другой вывод – работа на 50 Ом оказалась порой оптимальнее, чем на 10 кОм.

Затем эталон был переключен на ОС от силового блока и измерялись основные гармоники каждой частоты на каждом сопротивлении нагрузки. Тем самым проверили эффективность стабилизации амплитуды (или неэффективность использования УМ, не охваченного ОС по амплитуде :) )
Изображение
Рис.14.
Данные по УМ, не охваченному ОС, брались из замеров искажений (основные гармоники).
Единицы измерения – dBm.
Как видим на рис.14, большей частью стабилизированная амплитуда падала не более, чем на 0,01 dBm, тогда как нестабилизированная – на ~1,5 dBm. Единица, напомню, логарифмическая.
Единственное исключение – 100 кГц. Было замечено, что непосредственно после перехода на низкоомные нагрузки падение составляло те же 0,01 dBm, но затем оно увеличивалось. Наиболее вероятно влияние нагрева TDA7293, т.к. теплоотвод там хоть и вентилируемый, но с малой массой. Большое подозрение вызывает снабберная цепь, явно не рассчитанная на 100 кГц. Скорее всего, она грузит (6,8 Ом) УМ сравнимо с нагрузкой. Отказаться от неё нельзя, т.к нагрузка индуктивная – трансформаторы. Свою ничтожную часть внёс и магазин сопротивления, низкоомные декады которого имеют ТКС -10 ппм/К. Тоже можно будет попытаться побороться, но это непросто и не скоро.
Далее сделано примерно по 100 отсчётов на каждом дольном напряжении от 100 до 10 В с шагом 10 В (рис.15):

Изображение Изображение Изображение
Рис.15.
Поскольку использовался медленный фильтр в 34401, интервал времени между отсчётами 10с. Т.е. каждое напряжение контролировалось примерно по 1000с или около 16 мин. Температура измерялась внутри вольтметра 34401. Это в полной мере относится и к замерам силы переменного тока на рис.16-18.
Изображение
Рис.16.
Как видим, при сборе данных о токе 10 мА температура в измерителе держалась примерно на одном уровне. Так же держался и измеренный ток. Скачки и провалы за пределами средней шумности, как уже было сказано, вызваны колебаниями питающей сети. Если брать за кратковременную нестабильность участок прямо над надписью «200ppm», получаем нестабильность от пика о пик около 3 делений или 6 мкА п-п. Даже если взять полный размах 8 делений, это будет 16 мкА п-п. Допустимы же +-80 мкА или 160 мкА п-п. Пределы рассчитаны из требования по результатам данной калибровки уложиться в допуск +-400 мкА и общего требования применять впятеро более точные эталоны, чем допуск прибора. Здесь запас много больше.
Следующий предел, 0,1А, для калибровки или проверки 34401 не применяется, подойдёт для 3457. Температура продолжает падать.
А вот при подаче тока 1 А она начала заметно расти. К тому же ясно видно, что в первые примерно 20 отсчётов (200с) измеренное значение меняется быстро, после чего успокаивается и переходит в слабый дрейф. Очевидно, такое время требуется для установления термодинамического равновесия. Отсюда вывод – при проверке этих диапазонов переменного (да и при калибровке постоянного, полагаю) тока следует подавать ток загодя, хотя бы за 3 минуты до калибровки/снятия показаний.
Та же картина и те же замечания по току 2 А. Только если при токе 1 А внутренняя температура выросла за время измерения на примерно 0,5 К, при токе 2 А рост составил без малого 2 К. Наглядное подтверждение закона Ома для участка цепи :) .

Затем на 10 минут был подан 1 А для охлаждения, после чего начато ступенчатое уменьшение тока:

Изображение Изображение
Рис.17.
Следующее испытание – изменение частоты. Был выбран ток 0,1 А, как не вызывающий заметного нагрева. Первый участок на рис.18 остался от испытаний на рис.17 – это 0,1А на пределе силового блока 1 А, частота 1 кГц. Затем предел был переключен на 0,1 А и подана частота 100 Гц. Ясно видимую нестабильность склонен отнести на интерференцию с фоном 100 Гц. Напомню, питание УМ нестабилизированное.
Изображение
Рис.18.

Следующий участок 10 Гц – тоже не ахти. Но в обоих случаях это вина источника сигнала (оставлен на десерт), а не силового блока. Будем разбираться.
Далее были запланированы 10, 55 и 100 кГц. Повезло только с первой частотой. При подаче 55 кГц ток провалился ниже 99 мА. Последовательным понижением остановился на частоте, на которой показания превысили 100 мА, это 40 кГц.
Полез в спецификации:
Изображение
Рис.19.
Опаньки, а верхняя частота всего 5 кГц. Чего же я его мучаю?
Подал 5 Гц. Шесть с половиной минут всё работало идеально, даже лучше, чем 10 Гц. И затем – срыв стабилизации. Почему? Тоже надо разбираться.
Ну а на 5 кГц вроде нормально.

Дальнейшее повествование идёт почти в реальном времени. Блок высокого напряжения, зимой показавший нормальную работоспособность, в первые дни мая стал чудИть.
При испытании диапазона 750 В впервые в жизни увидел, как «вешается» 34401 – еле слышный щелчок и нули на дисплее. Срочно перешёл на 100 В – всё равно нули. 10 В – то же самое. Переключил кабель на осциллограф – есть сигнал!
Вернул на 34401 – нули. Перевёл на постоянку, попереключал диапазоны, вернул на переменку – ага, заработало, показало 10 В.
Стал разбираться. Выловились несколько косяков.
1. Коэффициент трансформации Тр3 слишком высок. Пришлось первичные обмотки включить так – 2 параллельно и 3 последовательно.
2. Следствие п.1 - из-за перегрузки по входу сгорел сдвоенный ОУ DA2 AD8599. Когда зимой блок тестировался сразу после изготовления, запас АДшек иссяк - поставил, что под руку попалось. Попалась TL082 – на фото в архиве видно обозначение от руки на радиаторе. Но в апреле, для снятия параметров, вместо ОР27 поставил AD8597, и вместо TL082 – AD8599.
Параметры по току, 10 В и 100 В снимались именно в такой комплектации. Да вот с высоким теперь не заладилось. Поставил обратно TL082 – заработало. На всякий случай выше 700 В забираться не буду.
3. При переключении ступеней напряжения срывается стабилизация. Но если в момент переключения держать источник на внутренней ОС, и только потом переводить его на внешнюю – всё подхватывается. Чья тут вина - источника, силового блока (СБ) или обоюдная, - требует разбирательства.
4. Стабилизация срывается и во время непрерывной работы. Видимо, это и есть первопричина отказа АДшки. Причём вся подлость в том, что пропадает сигнал ОС с СБ, но входной по прежнему проходит на УМ! А чего делает ПД в источнике, когда нет ОС по амплитуде? Увеличивает выходное до максимума, который ограничен напряжением питания +-18 В. Получаем прямоугольник 17 В RMS. После УМ он прикладывается к 6-вольтовым обмоткам. Не знаю, каков у этих трансов запас до насыщения, но с прежним Ктр его хватило, чтобы отрубить 34401. После уменьшения Ктр максимальное выходное напряжение не превышает 1048 В. Однако для устойчивой работы с ОС от СБ при напряжении выше 650 В всё равно чего-то не хватает.
Причиной срывов посчитал ложное срабатывание самовосстанавливающегося (слово-то как умиляет :). Может, другое придумать, покороче? Феникс-фьюз? Рестохран? Не, на ресторан похоже. Вечный предохранитель? Было же вечное перо… А потом стала Авторучка… О! Предлагаю АВТОФЬЮЗ или АВТОХРАН! :) ) предоХРАНителя, поставленного в цепи питания реле на всякий случай. Заменил на плавкий 2А – срывы вроде как прекратились.
5. Коэффициент трансформации ТР3 надо будет подстроить тщательнее, как можно ближе к требуемому. Избыточный так же вреден, как и недостаточный.
Опять пошли срывы стабилизации, уже при меньшем напряжении.
Судя по характерному поведению, имеет место пробой в каком-то из 5-ти трансформаторов ТР3. Накануне, при меньшей влажности, срыв случался при 700 В RMS. В данный момент, при более высокой влажности, это происходит уже при 400-500 В RMS. После снижения до 200 В и некоторой выдержки работа восстанавливается. Опять же, с утра, до повышения влажности, спокойно дошёл до 1050 В при внутренней ОС и быстром переключении (по 1-2 отсчёта на ступень). Т.к. первичные обмотки у всех трансов заземлены (с одного из концов), под наибольшим подозрением тот, к которому подключена клемма «1000V». Или придётся отказаться от этого диапазона, или надо найти трансы с изоляцией получше. Какие-нибудь анодно-накальные ТАНы поискать. И мегомметр на полтора-два киловольта. Высокое напряжение – своя специфика. Нахрапом взять не получается…

Ясно, блоку высокого напряжения нужны дополнительные телодвижения. Если получится до ума довести, выложу результат позднее.

Общий итог – идея силового блока вполне себе юзабельная и после приведения в чувство канала 750/1000 В радости не будет предела.
А вас ожидает завершающая статья цикла – тот самый десерт :) .
To be continued…

7. Литература.


1. Fluke Model 510A/AD AC reference standard Instruction manual rev.2 10/75.
2. Agilent 34401A 6.5 Digit Multimeter Service Guide.
3. LM308 datasheet
4. LT1008 datasheet
5. TOSHIBA 2SA970 PNP transistor datasheet.
6. TOSHIBA 2SC2240 NPN transistor datasheet.
7. LM4562 datasheet.
8. http://forum.vegalab.ru/showthread.php? ... ost2064667
9. Г3-118. РЭ с приложениями.; Схемы.; Формуляр.
10. Г3-118_ремонт_Радиокомпоненты_2_2005_page30.pdf Прямая ссылка на файл содержит квадратные скобки: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/R/''Radioko ... ',2005,N02.[pdf].zip
11. TDA7293 datasheet.
12. https://electroclub.info/tda7294/invert-7293-4-mini/
13. https://electroclub.info/wp-content/upl ... 3-mini.zip

28.04.2020. Tektron.

Картинки в полном разрешении и пдф-ки к статье в архиве. ВНИМАНИЕ, большой размер: 107 МБ
https://yadi.sk/d/0EdiAbqK_He_7g

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Вс май 10, 2020 17:25:06

VAC для нас - 7,
или чем калибровать 34401А по переменке.
Г3-118 + F510A = ?
100501-я модификация любимого генератора.


1. Отказ от гарантий.


Никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.

Все оценки и суждения, высказанные в данной статье, являются личном мнением автора, не претендующим на академическую полноту или истину в последней инстанции. Несогласные имеют такое же право на собственную точку зрения по любому вопросу. Автор не видит в этом повода для бесконечных словесных баталий.
Имеющим принципиальные возражения просьба воплотить свой собственный, несомненно, лучший вариант, провести сравнимый объем измерений и выложить конструкцию и результаты в общий доступ. Только тогда появится основа для предметной дискуссии по ФУНДАМЕНТАЛЬНЫМ вопросам.

В то же время КОНСТРУКТИВНАЯ критика приветствуется
.


2. Вступление.


М-м-м… Все предыдущие 6 статей могут считаться вступлением к этой :) .

Дежавю наконец-то прояснилось, я вспомнил, где всё это видел. Году эдак в 1990 приходилось ремонтировать Г3-118 и, соответственно, вникать в основы. Теперь придётся копать глубже, о чём и поведаю.
Заодно узнаете, что именно служило источником сигнала при снятии параметров силового блока из предыдущей статьи.
Наслаждайтесь…

ВНИМАНИЕ!
Настоятельно НЕ рекомендую подвергать переделкам ЕДИНСТВЕННЫЙ имеющийся в наличии агрегат. Для этого лучше приобрести другой, их можно отыскать по гуманной цене. Заодно будет возможность сравнить.



Я именно так и сделал – для чистоты эксперимента купил опломбированный экземпляр:

Изображение Изображение
Рис.1.

3. Сравнительный анализ схемотехники Г3-118 и F510A.


3.1. Взглянем на спартанскую блок-схему [9]:
Изображение Изображение Изображение
Рис.2.

В отличие от F510A, здесь генерацией занимается не ВУ, а отдельный Дифференциальный Усилитель (ДУ), функционально также являющийся ОУ на дискретных элементах. Но в принципе опять то же самое, что и в F510A.
Те же две цепи ОС:
– ООС через мост (пардон, через Активный Режекторный Фильтр АРФ, в который входит мост), не пропускающий на инвертирующий вход частоты основной гармоники и пропускающий все остальные. Я не упоминаю здесь об ООС по постоянному току, которая также имеется в F510A через R96, R95 и R2’ и поддерживает потенциал выхода по постоянному напряжению не более 80 мВ.
- ПОС через делитель с модулятором на полевом транзисторе ПТ в нижнем плече.
- Модулятором управляет Пиковый Детектор ПД, получающий сигнал от некоего загадочного «усилителя-ограничителя» УО.
Позднее, при анализе схемы, мы увидим, что это деза. Никакой это не УО и ничего он не ограничивает. «УО» и есть на самом деле ПД. Осмелюсь предположить - то, что в руководстве [9] названо ПД, на самом деле является пассивным ёмкостным интегратором с цепями ускорения и коммутируемыми интегрирующими конденсаторами.
Вам не кажется знакомой ситуация, когда на вход т.н. «УО» поданы через неназванные резисторы одновременно и постоянное опорное напряжение, и выходной сигнал? Вот смеху-то будет, если резисторы окажутся равными :Ь) … Впору будет назвать их «равноплечим делителем» и заявить, что дальше вы и сами знаете :) .

Далее, для продуктов искажений предусмотрен Усилитель Искажений УИ. С его выхода инвертированные отклонения от чистой синусоиды подмешиваются в основной сигнал, т.е. по сути вычитаются из него. Результат вычитания усиливается ВУ и подаётся на выход.
Легко видеть, что собственные искажения ВУ не могут быть выделены АРФ и потому не подавляются. Отсюда повышенные требования к линейности ВУ.

3.2. Обратимся к принципиальной схеме «ССРН» - попытаюсь расшифровать это как «Схема Стабилизации и Регулировки выходного Напряжения».
Изображение
Рис.3 [10].

Опорное поступает с регулятора R70 (синяя стрелка) на R63, а напряжение с выхода (красная стрелка) – на R64.
И таки да, они РАВНЫ! По 7,5 кОм каждый (стр.47 [9], и это не единственная опечатка в [10], будьте осторожны).
Для меня это послужило решающим аргументом, после которого приступил к реальной переделке.
Вот осциллограмма на выходе ОУ (точка Ф):
Изображение
Рис.4.

Вы здесь видите ограничение? Я – не вижу.
То, что отсутствует положительная полуволна, заслуга диода Д12 в цепи ООС. И ограничением это не называется. Выпрямление (однополупериодное) - да, детектирование – да, ограничение – нет.
То, что продетектирована только вершина полуволны, заслуга подачи опорного напряжения противоположной полярности. Где здесь ограничение? Не вижу я его.
Как вы помните, в F510A амплитуда импульса превышения над опорным уровнем после усиления составляла 100 мВ, здесь, тоже после усиления, она составляет 7,2 В при любой амплитуде.
Глубже в дебри не полезем.
Скажу только, что на моём конкретном экземпляре генератора вспомогательные подсистемы оказались не жизненно необходимы. Речь о схеме ускорения разряда интегрирующего конденсатора на Т16 и Т17 и о схеме переключения делителя ПОС на У3 и реле Р1. При отключении указанных подсистем всё продолжало работать без заметных отклонений. Однако следует помнить, что полный температурный диапазон проверять у меня возможности не было. Возможно, при +5 С всё это необходимо.
Так или иначе, вся плата 3.693 (ПД) подлежит изъятию, т.к. новый ПД на основе F510A надо где-то размещать.

4. Осмыслим предполагаемые изменения.


Чего планировалось-то, и что это повлечёт?
- Стабилизировать амплитуду подобно F510A, т.е. внедрить в Г3-118 ПД от него.
- У нового ПД сигнал управления модулятором противоположной полярности – придётся менять модулятор.
- Для работы ПД нужен приличный ИОН.
- Для питания ИОН и ПД нужен приличный стабилизатор.
- Хочется сохранить функционал генератора в родном диапазоне частот от 10 Гц до 200 кГц, значит в ПД надо предусмотреть коммутацию частотозависимых компонентов с помощью реле и разместить это на одной с ним плате.
- Неплохо бы иметь возможность использовать внешнюю ОС по амплитуде для работы с силовым блоком, следовательно, на лицевой потребуются лишнее гнездо BNC и тумблер. Тумблер будет управлять реле К29 (рис.5). Вместо коммутации конденсатора С10’, которого здесь нет, я его задействовал для выбора внутренней/внешней ОС по амплитуде.
- Для переключения реле нужны дешифратор и отдельный БП только для реле.
- Для управления дешифратором надо откуда-то брать информацию о текущем положении переключателя диапазонов и хотя бы старшей декады переключателя частоты.
- Хочется сохранить и плавную регулировку уровня. Потом посмотрел на свои наладонные мультиметры и решил, что нужен стабилизированный выход не только 10 В, но и 9 В, 8 В, … 1 В. Значит, 10 ступеней + плавная регулировка. Вот здесь и родился ИОН с дольными напряжениями, описанный в 4-й статье. Для этого на лицевой придётся найти место ещё и для галетного переключателя минимум на 11 положений.
При этом всё остальное принципиально оставляю в максимально исходном виде. Т.е. переделки только крайне необходимые.
Получилось 9 пунктов.

5. СХЕМЫ.


Схема (рис.5), по сравнению с описанной в 4-й статье, не изменилась. Только задействованы менее габаритные реле РЭС49 и узел целиком (кроме модулятора) размещён на одной плате.
Изображение
Рис.5.

К сожалению, фотошаблон приложить не могу, т.к. умудрился посадочное место реле ввести в зеркальном варианте. Выяснилось это аккурат после монтажа последнего реле, в связи с чем пришлось изрядно плату перелопатить. Делать новую не стал, т.к. второй выпайки реле могли не выдержать (и так с распая), а запасных практически нет.
Размещение – не вопрос:
Изображение
Рис.6. Реле отзеркалить!

Изображение
Рис.7. Реле отзеркалить!

Сплошной полигон под ПД на верхней стороне (в красной рамке) условно не показан для возможности видеть нижнюю сторону.
Основной принцип вы помните – из частотозависимых конденсаторов в основную часть схемы ставятся наименьшие, чтобы можно было добирать параллельным подключением через реле. Из частотозависимых резисторов ставятся наибольшие с той же целью.

Размещение в корпусе:
Изображение
Рис.8.

Здесь нужен небольшой экскурс в близкое прошлое. После первого вскрытия корпуса стало ясно, что условия хранения были крайне сырыми, вот пример увиденного:
Изображение
Рис.9.

Далее, при первичных тестах стала ясна причина списания прибора и продажи за недорого – максимальный уровень выходного сигнала не достигал даже 8 В при норме не менее 10 В (а фактически на более десяти виденных мной таких генераторах превышал 11 В). Поиски причины привели к наличию постоянного потенциала на … шасси! Точнее, на поворотной раме, на которой крепятся 4 основные платы, кроме БП и блока переключаемых резисторов.
Потенциал измерялся между этой рамой и остальным шасси.
Дальнейшие поиски показали, что провод с платы ПД на эту раму имеется:
Изображение
Рис.10.

А вот провода с рамы на землю НЕТ! Конструкторы понадеялись на механический контакт за счёт двух винтов М3 с боков. Если б не недопустимо влажные условия хранения – фокус бы удался. (Не зря ПУЭ требуют прокладывать заземление отдельным проводом или видимой глазом полосой. Ой, не зря…)
Снял боковушки, попытался выкрутить винты – один пошёл (весь покрыт белой солью), а второй прикипел намертво. Пришлось долго пропитывать ПМС и прилагать усилие. Оказался тоже с солью. Там ещё и шайба конусная, не то медная, не то латунная. Короче, элемент Вольта во всей красе: алюминий-медь-цинк-железо. Просто добавь сырости…
Изображение
Рис.11а.

Содрал на выступающей части рамы анодирование надфилем, залудил с паяльным жиром, да и прокинул провод с рамы (рис.11а) до точки звездообразного заземления возле разъёма БП, обозначена стрелкой на рис.11б. Туда же подключал земли всех добавляемых устройств.
Изображение
Рис.11б.

Поскольку в процессе монтажа и наладки эту раму придётся поворачивать не один десяток раз, а снимать для этого боковушки – то ещё удовольствие, переставил винты на внутреннюю сторону рамы (рис.12,13).
Изображение
Рис.12.

Изображение
Рис.13.

Теперь они раму не прижимают к бокам, а просто фиксируют от поворота с небольшим зазором.
Понятное дело, что вибростойкость устройства стала никакая, но поскольку я его использую не в БТР, не в Т-72, не в поезде/самолете/корабле и даже не в автомобиле, меня это не беспокоит. Стоит он себе на столе и не трясётся. В крайнем случае, когда станет ясно, что прибор в доводках не нуждается, винты можно будет вернуть на правильную сторону.

Возвращаемся в основное русло.
Блок питания взят традиционный, про него и ИОН уже рассказывал во всех подробностях, включая платы и наладку.
Изображение
Рис.14. ИОН.

Изображение
Рис.15. ИОН.

Изображение
Рис.16. ИОН.

Изображение
Рис.17. БП.

Изображение
Рис.18. БП.

Изображение
Рис.19. БП.

Обе платы установил на кусок дюралевого уголка, который уже и прикрепил к центральной перегородке. Влезло на тоненького, радиатор даже пришлось подрезать шлифмашинкой (рис.20).
Изображение
Рис.20. БП+ИОН. Размещение.

Запитал всё это хозяйство от родных +-24 В.

После установки платы ПД и проверки габарита по высоте пришлось ЭК по питанию ставить лёжа, укорачивать стойки крепления экрана ПД и применять винты с конусной головкой:
Изображение
Рис.21.ПД.

Изображение
Рис.22. ПД.

Изображение
Рис.23. ПД.

Габаритная высота над основной плоскостью платы около 23 мм (ближе к лицевой – меньше). И там ещё провода должны проходить. Вот в каком виде ПД сейчас:
Изображение
Рис.24. ПД.

Теперь дешифратор.
Проше всего с диапазоном – коммутация интегрирующих конденсаторов не нужна, значит можем задействовать галету В1-2. Только надо убрать закоротку между 9 и 10 контактами и пробросить 2 провода от освободившегося контакта и от 12-го.

Но вот на старшей декаде по частоте лишней галеты нет.
После серии проб и ошибок решено было сделать так. Одна из галет изначально переключает индикацию старших цифр, теперь эта цепь будет выглядеть так:
Изображение
Рис.25. В1-5.

Из-за того, что в переключении индикации участвует только последнее положение, пришлось на 10-й контакт потратить лишний оптрон.
Положение «0» тоже особое, в нём генератор как бы откатывается на предыдущий диапазон, а это требует обработки.
Положения 1 и 2 отделены, т.к. частота меняется вдвое, возможно в каких-то условиях потребуется что-то менять.
Положения 3…5 объединены, поскольку частота меняется менее, чем вдвое.
По той же причине объединены положения 6…9. Выход оптронов D4 и D5 запараллелен.
Максимально допустимый ток входной части оптронов 50 мА, а рабочий ток индикаторных лампочек 68 мА. Пришлось заменить на светодиоды. Сначала поставил белые 5 мм (рис.26а, слева вверху) – светили слабенько, поменял на оранжевый и зелёный 3мм:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение
Рис.26а. Индикация.

На рис.25 обведённое пунктиром есть костыль для корректной работы оптронов и индикации. Разместил на стенке:
Изображение
Рис.26б. Костыль.

Оптроны заработали, двойка тоже срабатывает штатно, а вот единица (HL1) горит постоянно. Разбираться пока некогда. На скорость не влияет - ну и пусть себе горит, не жалко.
Дешифрация происходит следующим образом (для примера на рис. 27 показана схема 2-х оптронных каналов.
Изображение
Рис.27.

Через переключатель диапазонов положительная полярность от БП реле подаётся на один из «столбцов» эмиттеров PNP транзисторов, объединённых подиапазонно. Т.е. все эмиттеры с флажком «Х1» гальванически соединены между собой и контактом 8 галеты В1-2. Эмиттеры с флажками «Х10» соединены между собой и контактом 9 (отделённым от 10-го !) галеты В1-2. И т.д.
Оптроны же подключают к отрицательной полярности БП реле базовые резисторы только тех транзисторов, которые отвечают за свою цифру, т.е. имеющие на коллекторах одинаковые флажки. Например, при частоте 5 кГц (цифра «5» на диапазоне Х100) откроется только транзистор VT10, потому что на его эмиттере присутствует напряжение от переключателя диапазонов, а ток базы течёт через открытый оптрон D3:2. Другие транзисторы, подключенные к этому же оптрону не откроются, т.к. на их эмиттерах нет напряжения. В свою очередь, на других транзисторах, чьи эмиттеры также подключены к цепи «Х100», отсутствует базовый ток, т.к. все другие оптроны закрыты. Поэтому эти транзисторы тоже останутся закрытыми.
Вот в принципе и всё, дальше с каждого коллектора можно диодами раскидать команды на включение любого реле. Если для нескольких положений настройки одинаковые, коллекторы можно объединять.
Надо сказать, что выбранные транзисторы оказались слабы, и впоследствии пришлось заменить их на КТ814В.
Полая схема дешифратора (вся графика в высоком разрешении, как всегда, в дополнительном архиве):
Изображение
Рис.28. Дешифратор.

Показана схема на текущий момент. Выбор вариантов дешифрации трудоёмок и проводится на полностью смонтированном устройстве. Поведение каждого отдельного генератора своеобразно и непредсказуемо, а увязывать надо работу на пяти поддиапазонах. К счастью, такая вероятность была предусмотрена, и каждый вход или выход имеет дублера в виде пина в плате, легко доступного для пайки. Сравните вид дешифратора сразу после изготовления (рис.29), и после наладки (рис.30) :) .
Изображение
Рис.29. Дешифратор.

Изображение
Рис.30. Дешифратор. Размещение.

Этапы изготовления:
Изображение
Рис.31. Дешифратор.

Изображение
Рис.32. Дешифратор.

Изображение
Рис.33. Дешифратор.

Изображение
Рис.34. Дешифратор.

Фотошаблон:
Изображение
Рис.35. Дешифратор. низ.

Изображение
Рис.36. Дешифратор. Верх.

Изображение
Рис.37. Дешифратор. Вид снизу.

Изображение
Рис.38. Дешифратор. Вид сверху.

БП реле собран на 7818 , питание для него взято с ОТРИЦАТЕЛЬНОГО плеча существующего фильтра (С14-С19). Кстати, в фильтры (до стабилизаторов) добавлены по 2200 мкФ 50 В в каждое плечо, в т.ч. в БП индикации. Минус взят потому, что плюс сильно нагружен подогревом ИОНа. А питание реле может быть развязано от всего. На фильтре примерно -36 В, этот потенциал подается на средний вывод 7818 и является цепью «-VCC_RELAY». Ноль вольт с этого же фильтра подаётся на вход 7818. Для защиты от случайностей лучше это сделать через самовосстанавливающийся предохранитель. Пару раз это меня здОрово выручило, отделался зарумянившимся резистором на плате родного БП.
Собственно 7818 с небольшой сделанной вручную платой размещен на задней панели.
Изображение
Рис.39. БП реле.

6. Модулятор.


Модулятор представляет собой кусочек основной схемы, размещённый на маленькой плате:
Изображение Изображение Изображение
Рис.40. Модулятор.

Полевик здесь следует подобрать по методике из 3-й статьи.
В контактные площадки ТР5, ТР8 и ТР9 впаиваются проволочные стойки, другая сторона которых впаивается в плату ДУ вместо Т13 – родного модулятора.

7. Механика.


Дополнительно к упомянутым выше гнезду, галетнику и тумблеру (рис.41), понадобилось ещё кое-что.
Изображение
Рис.41.

При наладке выявилось сильное повышение температуры внутри корпуса. Что неудивительно – потребление возросло, а условия конвекции внутри существенно ухудшились. Значит, ставим вентилятор, куда ж деваться. Ставить его лучше на правую сторону, чтобы обдувал теплоотводы ВУ самым холодным воздухом. Размещать его лучше по центру, чтобы часть потока попадала на плату родного БП – там тоже нагрев не слабый.
Пришлось поменять боковушки местами, т.к. ручку хотелось сохранить. Отверстия сделаны коронкой 80 мм, соответственно вентилятор 80х80х25 (питание снижено и взято с С20 в БП индикации). На вентилятор надет самодельный фильтр из высохшей спиртовой салфетки между двух металлических сеточек. Фильтр сделан куполообразной формы для увеличения площади воздухозабора (рис.42).
Изображение
Рис.42.

На противоположной боковушке, под ручкой, такой же фильтр, но плоский, а потому там 2 отверстия по 60 мм. Этот фильтр уже не от пыли, а против попадания внутрь всякой проводящей нечисти (рис.43).
Изображение
Рис.43.

В принципе, вроде как можно было противоположную сторону не дырявить, щелей для выхода воздуха полно, пришлось даже изолентой прикрывать (рис.44).
Изображение
Рис.44.

Но что отрезано коронкой, обратно не пришьёшь. В таком виде генератор отпахал непрерывно весь апрель в режиме 24/7.
Далее, было замечено существенное повышение фона при снятой верхней крышке. Решил проблему радикально – установкой двойного экрана из оцинковки в 5-ти мм над платой коммутируемых резисторов (рис.45).
Изображение
Рис.45.

Ровно такой же экран, только одинарный, был установлен над платой диапазонных конденсаторов (рис.46).
Изображение
Рис.46.

Проблему это решило, но привело к снижению частоты на 100 кГц со 99,3 до 97,5 кГц. Сначала-то экран поставил вплотную – получил 92 кГц в той же точке. Пришлось отодвигать.
Пока с перерегулировкой не спешу – во-первых, остальные диапазоны в пределах нормы, и во-вторых - всегда можно добавить декадными переключателями.
Изоляция экрана со стороны платы – лист из боковушки пластиковой бутылки на двустороннем скотче. Такой же изолятор под платами дешифратора и ПД.

Очень хотелось заменить сетевое гнездо на стандартное компьютерное, но место, увы, не позволяет.

8. Наладка.


Для наладки пришлось соорудить временные пульты управления реле. Хорошо, что все подключения к дешифратору на разъёмах.

Методика наладки изложена в третьей статье цикла. Начинать можно с того, что на частоте 1 кГц выставить пультами частотозависимые компоненты в соответствии с [1] и попробовать добиться стабильной работы. Но только органами подстройки на добавленных платах и относящихся к модулятору. Генераторно-усилительную часть лучше не трогать, т.к. для её наладки потребуется спектроанализатор, способный отобразить 3-ю гармонику сигнала 200 кГц. Не рядовой агрегат.
Если не получится (а скорее всего так и будет) – можно попытаться переключать компоненты. У меня вот получилась сильно отличающаяся от F510A таблица коммутации. Возможно, потому, что у Г3-118 другой мост, скорость «раскачки» ЗГ гораздо ниже, чем у F510A – совсем другие динамические параметры.
Общая цель-минимум наладки следующая: добиться того, чтобы на всех диапазонах во всех положениях старшей декады по частоте генерация была стабильной, и при этом надо иметь отрицательное напряжение на выходе интегратора. Этого надо добиться при выходном напряжении 10 В.
Второй этап – добиться, чтобы стабильность амплитуды приходила в норму при переключении частоты или диапазона – там могут быть закидоны (срывы стабилизации).
И самый трудный, третий этап – чтобы всё это продолжало стабильно работать на любом выходном напряжении, от 10 В до 1 В.

9. Результаты.


Чего же удалось добиться? СтОила ли овчинка выделки? Уже сейчас могу себе ответить положительно на последний вопрос, при том, что путь ещё не пройден.
Пока я могу оценить степень успешности своих усилий в данном проекте процентов на 75-80.
Во-первых, сильно огорчает 10 Гц – 300…400 ppm/K (рис.48) - не являются объектом гордости.
Во-вторых, диапазон 10^4 работает стабильно только на 90% – на ступенях от 10 до 2 В.
На 1 В любое переключение частоты на этом диапазоне приводит к срыву стабилизации и к прямоугольнику 17 В RMS на выходе. На секунду включаешь 10 В, потом возвращаешь на 1 В – работает нормально, правда, после перегруза восстанавливается неторопливо. Да оно и к лучшему. Так что приходится сначала ставить частоту при большем уровне, и потом понижать до 1 В. Я думаю, это связано со слишком высокой добротностью моста на этом диапазоне.
Со временем постараюсь побороться и за этот диапазон, и за частоты на высшем диапазоне, и за 10 Гц. В этом же году весь отпуск ушёл на подготовку цикла :) .

Перейдём к цифрам.
В этот раз прибор был обмерен до переделки, так что можно понять, как было и как стало.

Искажения.
Изображение
Рис.47. THD.

Верхняя таблица на рис.47 – как было, нижняя – как стало.
В целом потери не велики.
Чуток (на 0,0012%) просели на 10 Гц, почти нос-в-нос (уступили 0,0002%) на 1 кГц и на 4 тысячные процента уступили на 100 кГц. В последнем случае виновата неизвестно откуда вылезшая 2-я гармоника (подозреваю, виноваты дополнительные экраны, но без них не обойтись).
Зато фон придавили на 3,26 dBm – это явно заслуга тех же экранов.

Термостабильность.
С этим получше. До переделки я замерил только 1 кГц. Увидел результат и понял, что остальное проверять бессмысленно:
Изображение
Рис.48. До переделки, 1 кГц.

А вот что получилось после:

Изображение
Рис.49. После переделки, 10 Гц.

Изображение
Рис.50. После переделки, 1 кГц.

Изображение
Рис.51. После переделки, 100 кГц.

Если б не отстойные 10 Гц, можно было б радоваться. А так не расслабляюсь, есть над чем поработать.

С понижением выходного напряжения растут искажения и падает стабильность амплитуды. Это логично – понижаешь полезный сигнал (опорное) – ухудшаешь помехоустойчивость системы. Некоторые замеры с раскладкой по дольным напряжениям добавлены в архив.

Вес тоже изменился.
Стандартный Г3-118:
Изображение
Рис.52. Вес стандартного.

Переделанный:
Изображение
Рис.53. Вес переделанного.

Энергопотребление для наглядности изображено на одном графике для обоих вариантов – сначала оригинального, затем модифицированного. Для каждого варианта проверялись напряжение питания и ток потребления начиная с момента включения на заранее установленной частоте 1 кГц, 100 кГц или 10 Гц. Нагрузка одна и та же – штатные 600 Ом из комплекта ЗИП Г3-118.
Изображение
Рис.54. Энергопотребление.

Под таблицей видны результаты подсчёта усреднённого энергопотребления на последних 40…60 отсчётах соответствующего отрезка.
Что видим?
1. У оригинального вариант старт без особого выброса, потребление меньше, но более нестабильное на горизонтальном участке. Среднее потребление около 28,5 +-0,5 VA с небольшими вариациями по частотам.
2. У доработанного генератора выброс при старте аж 20..25 VA. Причин несколько:
- дополнительные ёмкости в фильтре;
- старт вентилятора;
- холодный старт термостатов LM199 (при очередном вскрытии придётся всё же впаять балластное сопротивление R7 в цепи нагревателей, которое ранее поставить поленился. Заодно смещу пределы регулирования опорного, т.к. сейчас оно слегка завышено при крайнем положении подстроечника);
- холодные обмотки реле потребляют наибольший ток.
3. Разница по частотам возросла на порядок. Причины неясны.
4. На последней половине каждого из отрезков потребление ровнее, чем у оригинала. Отношу это на более стабильную амплитуду.
5. В среднем потребление возросло на 4,5..8,5 VA в зависимости от частоты.

На этом документальное повествование о путешествиях автора в переменный (переменчивый?) мир завершено.

Спасибо, что читали и комментировали!
Всем удачи!


THE END.

10. Литература.


1. Fluke Model 510A/AD AC reference standard Instruction manual rev.2 10/75.
2. Agilent 34401A 6.5 Digit Multimeter Service Guide.
3. LM308 datasheet
4. LT1008 datasheet
5. TOSHIBA 2SA970 PNP transistor datasheet.
6. TOSHIBA 2SC2240 NPN transistor datasheet.
7. LM4562 datasheet.
8. http://forum.vegalab.ru/showthread.php? ... ost2064667
9. Г3-118. РЭ с приложениями.; Схемы.; Формуляр.
10. Г3-118_ремонт_Радиокомпоненты_2_2005_page30.pdf Прямая ссылка на файл содержит квадратные скобки: http://publ.lib.ru/ARCHIVES/R/''Radioko ... ',2005,N02.[pdf].zip
11. LP2951 datasheet

01.05.2020. Tektron.

Картинки в полном разрешении и пдф-ки к статье в архиве. ВНИМАНИЕ, большой размер: 138 МБ
https://yadi.sk/d/8KSBatGUojOQ_A

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Вс июл 12, 2020 21:24:52

Возвращаясь к напечатанному


или работа над ошибками.


Дополнительная информация о подсветке дисплея НР3457А и новые пробники-пинцеты для DE5000.



1. Отказ от гарантий.
Никого не призываю повторять изложенные в статьях цикла действия и никому ничего не гарантирую - ни прямо, ни косвенно. Любые действия по результатам прочтённого вы будете предпринимать на свой собственный страх и риск, вероятный материальный или иной ущерб будет целиком на вашей собственной совести и за ваш собственный счёт.

2. О подсветке дисплея НР3457А.
В процессе 4-летнего непрерывного и круглосуточного использования опубликованной ранее подсветки плавненько нарисовалась неслабая проблема. Сначала побледнела вертикальная чёрточка в знаке показаний, т.е. плюс стал практически минусом. А за последний год деградация резко ускорилась, и потеряли контраст большинство сегментов старшей цифры и некоторые сегменты соседней. При этом справа всё в полном порядке, хотя подсветка двусторонняя.
Изображение

После вскрытия причины прояснились.
Первое – слева работало 3 светодиода, а справа только 2.
Второе – слева светодиоды были плотно прижаты к стеклу дисплея при монтаже, тогда как справа болтались достаточно свободно, не соприкасаясь с дисплеем.
Это, а также наблюдения того, что контраст пораженных сегментов понижался с ростом комнатной температуры и улучшался с похолоданием, привело к выводу, что виновата не собственно подсветка, а локальный перегрев области ЖКИ поблизости от прижатых к стеклу светодиодов.
Для устранения вредного эффекта был установлен микротумблер на 3 фиксированных положения.
Среднее положение – подсветка отключена;
Верхнее – подсветка в прежнем режиме;
Нижнее – подсветка через дополнительное балластное сопротивление 1 кОм.
Теперь подсветку можно включить на время считывания показаний и затем отключить.
Покупать ещё один 3457 ради дисплея оказалось дорого; отдельно дисплеи найти не удалось, поэтому была приобретена лицевая панель от близкородственного аппарата HP3488.
Изображение
Дисплей от неё встал вместо оригинального как родной.
Изображение
Приятной неожиданностью стало то, что переходнички для подключения ленточных кабелей к платам не впаяны, а вставлены в отверстия. Этакий своеобразный разъём.
Изображение Изображение

При перестановке левой подсветки и более свободной его фиксации один из светодиодов раскололся пополам, что уравновесило ситуацию – теперь слева и справа по 2 светодиода.
3457 продолжает работать в прежнем режиме. Марафон продолжается.

3. Пробники-пинцеты для DE5000.
Есть обновления и на эту тему.
Первое – изготовленный из видеокабеля пробник отказал недопустимо быстро – практически через месяц. Причина – повышенная ломкость как внутренних жил коаксиалов, так и их оплёток. Если вспомнить подозрительный серый цвет проводников, их плохую паяемость и причину, по которой кабель был списан из использования по прямому назначению (излом общего экрана кабеля), стало понятно, что кабель фекальный (стараюсь выражаться нормативно). Пришлось снимать медную оплётку с других, отечественных, кабелей, продевать в них МГТФ и затем по 2 этих самодельных МГТФЭ продевать через подходящие изолирующие трубки.
Изображение Изображение

Калибровка и опробование с новым кабелем показало отличные результаты и с тех пор уже почти год пробник используется без проблем.

Второе – всё-таки пробник на основе крокодилов хорош для выводных деталей, но абсолютно бесполезен для SMD – компонентов и внутрисхемных измерений.
На эту тему есть опыт отрицательный и положительный. Начну с неудачи, как это и было в реальной хронологии.

А. Попытка изготовления Кельвин-пинцета.
Был взят самый обыкновенный пинцет длиной 250 мм, который в силу своих габаритов не использовался ни разу по своему прямому назначению. Для заведения кабеля между губок было просверлено отверстие с одной стороны.
Изображение Изображение

Для кабеля взят закупленный с запасом для другого проекта МГТФЭ-ОС-0,07 (настоящий, советский).
Изображение

Для монтажа щупов вручную была изготовлена пара переходных плат вытянутой формы, вдоль длинных сторон которых была оставлена фольга в виде сходящихся к острому углу отрезков. Остальная фольга удалена. И здесь, и для других, более удачных конструкций важно, чтобы проекция губок на переходные платы приходилась на свободное от фольги пространство. Иными словами, проводящие отрезки должны располагаться за пределами габаритов губок пинцета. Тем самым снижается паразитная ёмкость измерительных цепей на землю – значение это имеет только на высшей частоте – 100 кГц.
Изображение Изображение

В качестве собственно щупов использовались выпрямленные контакты от PCI-разъёма типа тех, что были использованы для адаптеров.
В конце концов всё смонтировалось, зазор между контактами каждой из губок минимальный, сами контакты разных губок расположены точно друг напротив друга. Корпус пинцета заземлён на экраны кабеля.
Изображение Изображение

Калибровка прошла без проблем. Казалось бы – пользуйся и радуйся…
Как бы не так! Привет пришёл, откуда не ждали. При попытке зажать между губками деталюшки габарита 0603 или даже 0805, через непродолжительное время от одной до нескольких секунд или скрещивались губки (25 см длины!), или пружинили сами контакты. В любом случае это приводило к внезапному выстреливанию измеряемого объекта в неизвестном направлении и на неизвестное расстояние. Ни одна деталь затем найдена не была. После такого вот «запуска на орбиту» 5-ти или 6-ти свежевыпаянных деталей было признано, что факир был пьян, и фокус не удался. Кабель был использован для следующей, более вменяемой конструкции.

Б. Простой, не кельвиновский, пинцет.
Был взят пинцет длиной 150 мм.
Изображение

Отверстие не сверлилось, кабель решено было заводить сбоку. Губки пинцета были слегка согнуты друг к другу. Поскольку пинцет не кельвиновский и на каждой губке будет только один щуп, фольга на переходных платах была оставлена в форме удлинённой «галочки» (сильно вытянутой буквы «V»). По-прежнему стараемся не создавать паразитных ёмкостей.
Изображение

В качестве щупов теперь задействованы более толстые и менее пружинистые штыри от СНП-подобного иностранного разъёма. Правда, в оригинале они имели заострённую форму (типа наконечника стрелы), что не способствует надёжному удержанию деталей. Поэтому надфилем заострённая часть была сточена. При этом выявилась однородная структура штыря – по всему срезу он имеет нормальный для латуни жёлтый цвет. Заострённость была сделана иной – см. фото.
Изображение
Сначала был полностью выполнен монтаж (припаяны контакты на переходные платы, припаяны концы кабеля к платам), и только после этого платы были установлены на пинцет.
Губки пинцета подальше от рабочих концов были сжаты кранцангами, положение плат было тщательно отцентрировано друг относительно друга. Главная цель – щупы должны быть параллельны и строго друг напротив друга. Затем, не снимая кранцанги, по контуру рабочих концов губок пинцета был нанесён секундный акриловый клей. За счёт капиллярного эффекта клей втянется между губками и тыльной стороной плат. Клея должно быть достаточно, чтобы он показался с противоположной стороны губок. С другой стороны, не перестарайтесь – клей не должен собираться в большие капли или, тем более, затекать на сторону фольги (иллюстрации процесса можно подсмотреть в фотоматериалах к следующей, Кельвиновской версии пинцета). Оставим после этого пинцет на несколько часов для надёжного застывания клея, после чего можно осторожно надеть и осадить термоусадку (при измерениях руки не должны соприкасаться с любой из цепей, включая землю). Наконец-то можно приступать к калибровке.
Приспособления и замечания к процессу калибровки, а также результаты замеров, будут обсуждены в отдельном разделе.

В. Пинцет с Кельвиновским включением.
Был куплен ещё один пинцет длиной 150 мм и кабель МГТФЭ-0,07 без затей. Не устоял перед ценой...
Изображение
Изготовлены ещё один кабель и пара переходных плат.
Изображение Изображение


При этом, с учётом предыдущего опыта, платы сделаны несимметричными относительно собственной оси и зеркальными друг относительно друга.
Суть в том, чтобы места паек не располагались друг напротив друга. Для этого отрезки фольги сделаны разной длины, и длинный расположен напротив короткого соседней платы. Тем самым места паек разнесены вдоль продольной оси губок пинцета.
Изображение

Использованы 4 щупа вместо 2-х.
Изображение Изображение

Снова сначала припаиваем к платам щупы, затем провода,
Изображение
и только после этого монтируем всё на пинцет по методике из пункта «Б». Для более плотного прилегания плат к губкам, между платами временно можно разместить тонкий вспененный полиэтилен (обычно такой используется для упаковки мебели).
Изображение

Дальнейшее уже известно – центровка, проклейка, выдержка и изоляция.
Изображение Изображение Изображение Изображение

Г. Калибровка и измерение.
К сожалению, для пинцета добиться калибровки «на ноль в любом положении» невозможно по объективным причинам, обусловленным законами физики. Причина в параллельном расположении щупов и малом между ними расстоянии. При изменении расстояния между щупами (а зажать деталь и означает уменьшить это расстояние) объективно существующая между ними ёмкость неизбежно будет меняться. Увы, Кельвиновское включение не способно решить эту проблему. Но зато оно повышает достоверность измерения, особенно на ВЧ, потому игра стоит свеч.
Дополнительное ограничение накладывает именно Кельвиновский вариант пинцета - для калибровки разомкнутого состояния необходимо замкнуть между собой щупы каждой из губок, оставляя сами губки изолированными друг от друга.
Изображение
В случае с крокодилами такое состояние обеспечивается автоматически, за счёт пружин, но здесь фокус не проходит. Очевидное решение – использовать кусочек двусторонне фольгированного материала. Но ведь он будет иметь собственную ёмкость – два плоских проводника, разделённые диэлектриком по всем канонам есть конденсатор! Причём его ёмкость тоже зависит от толщины диэлектрика.
Изображение
Таким образом, для точных измерений малых ёмкостей появляется необходимость калибровки при расстоянии между щупами, равном габариту измеряемой детали. При этом следует учитывать собственную ёмкость калибровочного приспособления. Забегая вперёд скажу, что в моём случае наибольшее изменение показаний для не кельвиновского варианта пинцета от свободного состояния до сжатого на плёнке фторопласта толщиной 0,1 мм составило 0,54 пФ на частоте 100 кГц. Если величинами подобного масштаба можно пренебречь – не забивайте себе голову.
А мы продолжим.
Для калибровки замкнутого состояния было изготовлено универсальное (для обоих пинцетов) приспособление в виде свёрнутой на несколько оборотов медной фольги общей толщиной 0,2 мм.
Для калибровки разомкнутого состояния Кельвиновского пинцета было изготовлено несколько приспособлений – с расстоянием между обкладками 1,5 мм; 3 мм; 8,4 мм.

Ровно они же могут быть использованы для калибровки разомкнутого состояния не-кельвиновского пинцета на расстоянии 1,5 мм; 3 мм; 5 мм; 8,4 мм без внесения собственной емкости (используется изолированная часть приспособлений). Благодаря этому появляется возможность измерения этой самой собственной ёмкости с достаточной для практических целей точностью. Всё просто – калибруемся по изолированной части, а затем переходим на обкладки и измеряем параллельную ёмкость. Поскольку расстояние между щупами меняется мало (на 70 мкм при толщине фольги 35 мкм), вызванной этим ошибкой можно пренебречь, особенно на больших толщинах диэлектрика. А на малых толщинах растёт собственная ёмкость обкладок, и вклад ошибки всё равно остаётся мал.

Сначала берём не-Кельвиновский пинцет и калибруем его на полном раскрыве. На частоте 100 кГц показания 0,00 пФ.
Изображение
Сдвигаем щупы на расстояние 8,4 мм, показания 0,04 пФ:
Изображение
0,07 пФ на 5 мм:
Изображение

0,12 пФ на 3 мм:
Изображение

0,19 пФ на 1,5 мм:
Изображение

0,54 пФ на 0,1 мм:
Изображение

Это и есть собственная ёмкость пинцета, которую можно теперь учитывать без рекалибровки.

Следующим шагом будем каждый раз калиброваться на изоляторе нужного приспособления и измерять ЕГО собственную ёмкость (ёмкость пинцета будет исключена при калибровке).
0,02 и 0,02 пФ на 8,4 мм (слишком большие обкладки были разделены пополам на обеих сторонах):
Изображение Изображение Изображение

0,01 пФ на 3 мм (на фото видно, что площадь обкладок была доведена до минимума, отсюда результат):
Изображение Изображение

0,18 пФ на 1,5 мм (здесь обкладки не тронуты, чисто для иллюстрации. Позже можно будет обкорнать и их ради уменьшения собственной ёмкости):
Изображение Изображение

Таким образом, мы измерили приспособления для калибровки разомкнутого состояния Кельвиновской версии пинцета.

Теперь берём Кельвин-пинцет и калибруем его по наибольшему приспособлению:
Изображение Изображение

Затем измеряем каждое из меньших приспособлений и вычитаем из результата ранее измеренную их собственную ёмкость.
0,16-0,01=0,15 пФ на 3 мм:
Изображение

0,49-0,18=0,31 пФ на 1,5 мм:
Изображение

Теперь мы знаем собственную ёмкость Кельвин-пинцета в 2-х точках. При желании можно точек и добавить, вопрос лишь в количестве приспособлений различной толщины.
Сводим полученные данные в таблицу:
Код:
Расстояние, мм    Ёмк. приспособ, пФ      Не-Кельвин, пФ      Кельвин, пФ      Примеч.
   8,4                    0,02                0,04             ~0,05*          *-расчётное
   5                      -                   0,07             ~0,09*          *-расчётное
   3                      0,01                0,12              0,15           К=1,25
   1,5                    0,18                0,19              0,31           К=1,63
   0,1                    -                   0,54             ~0,88*          *-расчётное

Большая собственная ёмкость Кельвин-пинцета удивлять не должна – как минимум присутствуют 2 дополнительных параллельных друг другу щупа по сравнению с не-Кельвиновской версией.

Примеры реальных замеров:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

Дополнительно обогатился новым знанием того, чем визуально отличается особо стойкая версия МГТФЭ от обыкновенной. Почувствуйте разницу:
Изображение Изображение Изображение Изображение

Тот, что без шёлковых нитей – обычный, а с оными – ОС.

Всем удачи!

12.07.2020. Tektron
Расширенный набор фоток в архиве, 26 МБ.
https://yadi.sk/d/SwP70P4Me17_vA

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Вт апр 06, 2021 20:04:43

работа над ошибками.


О поверхностном сопротивлении фольгированного армированного фторопласта (ФАФ) в сравнении с фольгированным стеклотекстолитом (FR-4).



1. Отказ от гарантий.
Изучение вопроса проводилось на образцах:
ФАФ производства СССР (длительного срока хранения) и КНР (неизвестной марки);
Фольгированного стеклотекстолита неустановленной марки (марка FR-4 приведена как предположительная, никаких подтверждений этому нет).
Геометрические размеры испытуемых образцов не одинаковы.
Растворы, применяемые для травления, составлялись эмпирически, точная концентрация неизвестна.
При выполнении экспериментов применялось оборудование, не прошедшее процедуру государственной метрологической поверки.
Требования ГОСТ 6433.2-71 [1] и некоторых других не соблюдались ввиду ограниченности возможностей.
Ввиду вышеизложенного данная работа не претендует на какую бы то ни было достоверность или повторяемость. Никакие гарантии не предоставляются и не подразумеваются. Ни к каким действиям не призываю и не побуждаю. Выводы в данной работе были сделаны исключительно «для себя», их применимость для собственных условий каждый из читателей должен будет оценить сам. Любые действия по результатам прочтения данной работы читатель будет предпринимать сам, на свой собственный страх и риск. Автор не несёт ответственности за любой ущерб имуществу, здоровью и другим интересам читателей данной работы.


2. Общая теория.
ФАФ.
Сейчас уже не представляется возможным установить, на основании чего именно у меня сложилось твёрдое убеждение, что фторопласт (далее по тексту – Ф) является лучшим из доступных диэлектриком в плане утечек электричества. Быть может, в старших классах школы, когда добрые люди подкинули несколько индивидуальных носимых капсул – радиодозиметров (к ДП-5? Не вспомню уже..)? После разборки они по сути оказались конденсаторами со фторопластовым диэлектриком, которые полагалось подзаряжать то ли ежесуточно, то ли еженедельно… В общем, заряд там держался очень долго.
И уж с чего я был убеждён, что поверхность у фольгированного Ф будет иметь такие же свойства – совсем непонятно. Скорее всего, сказалось отсутствие твёрдых знаний в этой области. Когда знаний нет – срабатывает стереотип.
Заурядный поиск в интернете принёс поразительные данные – оказывается, поверхность Ф «может использоваться в качестве изолятора или проводника тока (при внесении модификаций в его молекулярную структуру)» [2]:
Изображение
Но вряд ли для ФАФ поверхность модифицируется в проводник – это было бы нелогично. Но вот на обратный вопрос – А как влияет подготовка поверхности Ф к фольгированию на его поверхностное сопротивление? - внятного ответа не обнаружено.
В интернете наблюдается разнобой в показаниях или в определениях этого параметра. Судите сами:
Изображение[3]
Изображение[4]
Изображение[5]
Изображение[6]
Изображение[7]

Объёмное (судя по размерности) сопротивление исходного, ещё не фольгированного и не армированного Ф-4 имеет порядок 10^17…10^18 Ом*м согласно [4]. Поверхностное сопротивление не указано. Портит картину?
Для ФАФ ещё веселее.
Источник [3]:
Объёмное сопротивление для н.у. - не менее 1*10^5 Мом*см[3] или 10^13 Ом*м.
Т.е. оно уменьшилось на 3…4 ПОРЯДКА (в 1000…10000 раз) относительно исходного материала! Это если метры означают расстояние между электродами, то есть с его увеличением сопротивление растёт. Для случая, когда метры – это длина электродов (продольная протяженность изоляционного зазора), тогда зависимость обратная, и показатель десятки упадёт ещё на 2 единицы.
Поверхностное сопротивление для н.у.- не менее 1*10^3 Мом [3] или 10^9 Ом. Пока без комментов. Запомним только, что здесь поверхностное меньше объёмного. Едем дальше.
Источник [5]:
Объёмное сопротивление для н.у. - не менее 5*10^5 Мом*см[5] или 5*10^13 Ом*м.
Поверхностное сопротивление для н.у.- не менее 5*10^3 Мом[5] или 5*10^9 Ом . Здесь оба показателя почему-то впятеро выше. Возможно, различаются условия измерений, но прямых указаний на это нет. И опять поверхностное меньше объёмного.
Источники [6] и [7]:
Объёмное сопротивление для н.у. - не менее 1*10^13 Ом*м[6,7].
Поверхностное сопротивление для н.у.- не менее 1*10^14 Ом [6,7].
Что??? WTF?! Поверхностное вдесятеро выше объёмного? Оказывается, так можно? А как же источники [3] и [5]? Ещё и в величине слегка ошиблись, раз эдак в сто тысяч?
Нет, в этом вопросе «невидимой руке рынка» у меня лично доверия нет. Обратимся к основам, т.е. к ГОСТам. Будет возможность выяснить, какими показатели быть ДОЛЖНЫ. А какие они есть в реале - попытаемся измерить.
Берём ГОСТ-21000-81 [8], и смотрим Приложение 2 (справочное) на стр.11-12 , п.5 и 9 для ФАФ-4Д:


Ну вот, оказывается, должно быть не менее 1*10^13 Ом*м для удельного объёмного сопротивления и не менее 1*10^14 Ом для удельного поверхностного. Требования есть, и они относятся уже к готовым листам ФАФ, а не к подготовленному к производству материалу основы. Но какие-то они… не шибко обязательные, что ли. Приложение-то справочное. «Справочное» не означает «ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ».
«Справочное» означает «информационное».
По другим поводам часто встречал такую формулировку – сведения ориентировочные, приведены для справки.
Такое складывается личное впечатление. Возможно, оно ошибочное.
Ещё одна любопытная информация:
Изображение[9]
Насколько помнится, явление смачиваемости имеет в основе в том числе и электрическую природу. При появлении разности потенциалов между жидкостью и поверхностью, смачиваемость УЛУЧШАЕТСЯ. Доступно об этом написано в [11]. Про дендритные структуры иллюстративно написано в [12]. Вот пара иллюстраций оттуда, сталь и чугун:
Изображение Изображение

А вот картина поверхности Ф после стравливания меди (увеличение 450 раз, максимально доступное):
Изображение
Даже цвет отличается от того, что обнажилось при процарапывании. А структура – один в один как у стали, верно?
Улучшение смачиваемости косвенно свидетельствует об изменении электрических свойств поверхности Ф, и, опасаюсь, не в сторону увеличения сопротивления.

Посмотрим теперь на изоляционные свойства фольгированного стеклотекстолита.

FR-4.
[13]
Объёмное сопротивление для н.у. - не менее 1*10^10 Ом*м[13].
Поверхностное сопротивление для н.у.- не менее 5*10^10 Ом [13].
Здесь требования обязательны и располагаются не в приложении, а аж на второй странице. Лучше – можно, хуже – нельзя. Просто, как мычание.
Сравниваем: для ФАФ требования в 2 тысячи раз (1*10^14 против 5*10^10) более высокие по поверхностному сопротивлению и в тысячу раз (1*10^13 против 1*10^10) более высокие по удельному объёмному сопротивлению. Казалось бы, вот оно! Всё правильно! Убеждённость в превосходстве ФАФ над FR4 прекрасно подтверждается!
Но если чему и учит жизнь, так это осторожности в выводах. Превосходство в ТРЕБОВАНИЯХ не обязано гарантировать превосходства в РЕАЛЬНОСТИ. Гладко бывает на бумаге, а как овраги? Пример из жизни – все помнят требование об обязательном ношении вне дома маскоперчаток. А в реальности?…
Так что будем проверять.

3. Оборудование.
В имеющихся условиях измерение сопротивлений выше гигаОма стало реальным только с появлением в арсенале восхитительных по возможностям и исполнению блочков трансимпедансных усилителей от уважаемого коллеги Mickle .
Пользуясь случаем, ещё раз выражаю свою искреннюю благодарность за высочайший класс, с которым разработаны, изготовлены, настроены и оттестированы эти блочки!

Фото изготовителя:
Изображение

В наличии блоки на 2 шкалы – до 4 пА=4*10^-12 А и до 4 нА=4000 пА=4*10^-9 А. Копию измерительной камеры со слегка увеличенными размерами пришлось изготавливать самому. Выручили традиционная оцинковка и обрезки листового Ф-4. Блоки было решено не менять, а установить на камеру постоянно, дабы менять пределы оперативнее. Вот как это выглядит:
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

На вход камеры подаётся 10 В от ИОН, параллельно входным клеммам подключен резистор 1 кОм. Это, во-первых, надёжно шунтирует ёмкость входных коаксиальных кабелей (а их там два – от ИОН и на НР34401 для контроля), и, во-вторых, позволяет включением в разрыв плюсового провода резистора в 9,09 кОм снижать входное напряжение до 1 В.
Изображение Изображение

Инверсия полярности выполняется переворотом вилки на 180 градусов. На данном фото как раз этот случай.
Выходное напряжение блочков измеряет старенький ТХ3, через оптоинтерфейс подключенный к компу.
Изображение
34401 через GPIB-USB Prologix тоже в него заведён. Ежесекундным сбором отсчётов занимается прога Terminal_by_Br@y [14] .
Т.к. пока что забить в ТХ3 правильные коэффициенты возможности нет, провёл его прямое сравнение с самым стабильным 34401 на точках 1 В, 100 мВ, 10 мВ, 1 мВ:
Изображение

Как видно, на младших поддиапазонах отклонение менее 0,05 мВ, а на 1 В – около 0,5 мВ. Не забываем, что шкалы этого прибора кратны 5, и при выходном напряжении блочков в пределах от -4,9 В до +4,9 В другие поддиапазоны не понадобятся.

4. Образцы.
ГОСТ 26246.0-89 [10] требует изготовления образцов с конкретными геометрическими параметрами:

А также оговаривается процесс подготовки образца: протирка со спиртом, сушка, нормализация, удаление фольги с обратной стороны и наклейка искусственного электрода из алюминиевой фольги. Последние 2 операции вызывают недоумение – зачем сначала удалять прекрасно прикреплённый слой медной фольги и затем на то же место на вазелине прилеплять слой фольги алюминиевой? Хотя вполне вероятно, что с точки зрения химика-технолога всё это очень даже осмысленно.
В любом случае, как уже упоминалось, данное требование не соблюдалось. Поэтому будем сравнивать образцы между собой. Образцы были изготовлены прямоугольной формы, параллельно длинной стороне на ОДНОЙ из поверхностей ЛУТовой технологией были сформированы по 2 электрода с зазором на шаблоне 1 мм. С другой стороны фольга либо отсутствует, либо удалена.
Образцы изготавливались в 2 приёма – сначала 10 шт. (FR4 разных цветов одно- и двусторонние, ФАФ-4Д СССР и ФАФ китайский). Образцы 9.1 и 9.2 представляют собой кусок платы, ранее изготовленной для проекта VAC for US. Много позднее были изготовлены ещё 2 образца из двустороннего ФАФ, материал для одного из них был любезно предоставлен коллегой Mickle. Второй, приблизительно в тех же габаритах (не считая толщины), - всё тот же ФАФ-4Д СССР. В данном случае электроды с прежним зазором сформированы на ОБЕИХ сторонах. Предполагались различные режимы обработки для каждой из сторон. Таким образом их можно считать за 4 образца.
Изначально на последних образцах были пронумерованы стороны: 1 и 2 –это приезжий образец, 3 и 4 – местный. В дальнейшем эти образцы будем именовать через двоеточие: ФАФ:1 или ФАФ:4. А те 10 образцов, что были сделаны в феврале, будем обзывать с цифрой впереди без разделителей: 1FR, 2FR или 4ФАФ. Ну чтобы как-то различать их в тексте, раз уж не подумал вовремя, что нумерация-то пересекается.
Получается, всего в испытаниях участвовали 14 образцов:
Изображение
С некоторыми из образцов выполнялись некие дополнительные операции с замерами после каждой из них. Кое-что обнадёживает, а кое-что улучшений не дало. Подробнее в разделах об измерениях и выводах. Все геометрические параметры образцов сведены в таблицу.
Изображение

Пояснений требуют пара образцов.
2FR сделан из огрызка, оставшегося после расщепления 1,5-миллиметровой двусторонней пластины на 2 односторонние. Причём первоначально нож попал слишком близко от одной из сторон, и начавшееся было расслоение пришлось остановить, начав заново с другого угла и более точно нащупав середину. Участок с начатым расслоением будет виден на фото травильной ванночки. После проведения первой волны замеров, для проверки одной гипотезы, этот слой был оторван полностью, что уменьшило толщину образца с 0,8 до 0,4 мм.
У образца 9 подсчитывались длины тех зазоров, где друг напротив друга находятся дорожки, непосредственно подключенные в схему измерения.
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение



5. Травление.
Первоначальное травление для формирования зазора между электродами выполнялось в растворе хлорного железа, часть в свежеприготовленном растворе, а часть в изрядно поработавшем (позеленевшем). Предполагалось выявить разницу в утечках. Увы, если раствор НЕ истощён до такой степени, что на поверхности всплывает сухой шлам, а медь осаждается обратно на плату – разницы обнаружить не удаётся. Разумеется, при достаточном времени травления. Раствор имел комнатно-чуланную температуру (около 16 С, дело было в феврале), потому время травления составило от часа для свежего раствора до полутора для бэушного. Образцы размещались на поверхности жидкости, что исключало необходимость принудительной циркуляции раствора. В процессе травления ванночка плотно прикрыта крышкой. Для приготовления раствора всегда применяю только дистиллированную воду из автомагазина.
Изображение Изображение


После травления образцы промывались водой с мылом, затем просто водой. Просушка в комнатных условиях в вертикальном положении. В первой партии образцов маска соскабливалась лезвиями для строительных ножей без применения шкурок. Предполагалось, что это позволит избежать повреждения поверхности основы в межэлектродном зазоре. Только для этой партии образцов зазор прочищался двумя-тремя движениями смоченной в спирте ватной палочки с осторожным нажатием.
2 (4) образца из последней партии предназначались для дотравливания в хлорсодержащей жидкости и потому маска с них не удалялась .
Изображение Изображение Изображение

Время травления около полутора часов. Специально взял поработавший зелёный раствор, чтоб хотя бы на образце от Mickle'а лицезреть наконец этот таинственный и неуловимый сплошной металлический подслой. Увы… Опять в зазоре не металл, а диэлектрик, тестер спокойно себе зашкаливает на мегаомах. Не даётся он в руки, зараза! К слову, толстенький приезжий образец плавать не захотел и утонул, а тоненький местный я сам утопил дрогнувшей рукой. Пришлось располагать их вертикально, прислонив к противоположным стенкам ванночки. А это ещё больше замедляет травление.
6. Результаты измерений.
Ради логичности придётся пожертвовать хронологией – сначала речь пойдёт о последних 2(4) образцах.
После травления и промывки (без протирки тампоном со спиртом!) проведены первые измерения. Оба трансимпедансника ушли в глубокий зашкал. KEITHLEY показал от 150 до 220 Мом, но показания были не очень устойчивы.
Следующий этап – дотравливание невидимого «подслоя» в соляной кислоте. Раздобыть её было реально трудно – продавцы как в местных магазинах, так и в окрестных близлежащих городах в один голос заявляли, что торговля сильными кислотами ныне запрещена. От безысходности закупил чистящее средство для сантехники, содержащее, судя по этикетке, от 5% до 15% соляной кислоты.
Однако в конце марта, будучи в Первопрестольной по вакцинно-ковидным делам, удалось посетить Митинку, где благополучно и купил пол-литра соляной кислоты Смоленского производства. Во всяком случае на этикетке было написано именно это.
Изображение Изображение

Вооружившись перчатками и очками, влил одну часть содержимого бутылки в 2 части воды, рассчитывая получить примерно те же 10%...12%. Если химичка в советской школе вбивала нам в головы верные знания, максимальная возможная концентрация данной кислоты около 37% при н.у., больше хлора в воду не впихивается. Отсюда и расчёт.
Показалось странным, что не наблюдались «спецэффекты», присущие сильным кислотам – ни резкого запаха, ни нагрева раствора… Хотя было явно видно, что смешиваются жидкости с различными плотностями. Ну да ладно.
Поскольку получить от знающих людей конкретных количественных рекомендаций по процессу (типа: при таких-то концентрации и температуре для полного стравливания подслоя необходимо столько-то минут) не удалось, был сделан маленький пробный образец .
Изображение

Леской его перевязал, чтобы не сдвигать полностью крышку с ванночки и не влезать туда руками. За леску образец извлекается или взбалтывается без проблем.
Каждые 5 минут проверялось состояние образца. Первая и вторая проверки прошли нормально, а при третьей вытянулась только леска… Образец остался на дне. Макросъёмка показала, что кончик лески стал настолько ЖИДКИМ, что её капля прилипла к фторопластовому стержню, служившему фоном при съёмке:

Изображение
Кто бы мне рассказал, что леска растворяется в соляной кислоте – не поверил бы.
Когда время выдержки пробного образца достигло получаса, а поверхность фольги даже не стала матовой, терпение лопнуло. Более тонкий, местный боевой образец был осторожно помещён на поверхность того, что я тогда считал кислотой.
Предполагалось размещать образцы НЕЧЁТНОЙ стороной К КИСЛОТЕ. Т.е. в данном случае с жидкостью соприкасалась ФАФ:3. Продолжалось это примерно 20 минут, после чего образец благополучно затонул, прижав ФАФ:3 к донышку. После 90 минут выдержки образец был извлечён, отмыт с мылом, недолго просушен и обмерен. Пробный кусочек пролежал там целых 2 часа, не показав никакой тенденции к травлению. Впоследствии я его перевязал проволочкой в ПВХ-изоляции и закинул в хлорное железо при травлении очередной партии плат. Как ни следил, момент проявления подслоя опять проспал и увидел чистый диэлектрик. Но под проволочкой обнаружились градиентные островки:
Изображение Изображение

Или увеличения не хватает, или подслой травится БЫСТРЕЕ меди, потому его и не видно. Встречный вопрос к тем, кто его наблюдал и замерял – вы точно уверены, что травили нормальным неистощённым хлорным железом? Вы САМИ это делали, или поручили студентам/аспирантам/стажерам/приятелям? Раствор сами готовили? Не понимаю, как такое может быть – у вас он не стравливается, а у меня или не проявляется, или стравливается очень быстро, при всём том, что травим в одном и том же реактиве:
Изображение
Чудес-то быть не должно.
Возвращаемся к образцам ФАФ:3 и ФАФ:4.
Каюсь, грешен, никогда специально не выполнял 6-часовое кондиционирование образцов. Пара часов просушки после контакта с водой – это максимум. Но некоторым могло повезти – если просушка начиналась поздним вечером, значит, до утра никто не побеспокоит. После протирки со спиртом специальной просушки вообще не делалось – спирт высыхает быстро. Несколько скомпенсировать такое варварство может то, что показания считывались не через одну минуту после подачи входного напряжения, как это прописано в ГОСТах, а ежесекундно в течение десятков минут (порой – нескольких часов). Есть возможность наблюдать процесс.
Второе неудобство состоит в том, что смена полярности входного напряжения переворотом штекера никак не отражается на полярности принимаемых компом значений. А выходная полярность блочков меняется. Поэтому на графиках входное напряжение выглядит ровной горизонталью кроме выброса в момент переворота штекера.
Изображение

Сторона ФАФ:3 зашкаливает на блочке со шкалой 4рА. Переходим на ФАФ:4, понижаем входное до 1 В и переключаемся на менее чувствительный блок.
Изображение Изображение Изображение

360 рА и 2,8 ГОм. Ужас.
Пробуем замерить объёмное сопротивление, для этого задействуем электроды, находящиеся непосредственно друг над другом.
Изображение Изображение

0,773 рА и 12,94 ТОм – совсем неплохо.
1,3*10^13 Ом – даже порядок величины соответствует требованиям ГОСТа.
Стало понятно, что с солянкой что-то не то. Переходим на резервный вариант – моющее средство, содержащее хлор.
Изображение


Запах у него соответствующий, что очень радует. Поскольку этот вариант последний, в бой пойдет главный объект исследования – приезжий ФАФ:1/ФАФ:2.
Дабы образец не утонул, на дно параллельно укладываем пару псевдосиликоновых трубок от водяного уровня. На них укладываем образец (стороной ФАФ:1 вниз) и, придерживая его и трубки, осторожно наливаем средство до смачивания нижней стороны. Поскольку предполагалось, что активность хлора в нём невысока, время выдержки составило чуть более 8 ч (восьми часов). Естественно, дабы снизить испарение хлора, ванночка была накрыта плотной крышкой с полукилограммовым гнётом. Итак, ФАФ:1 контачит с жидкостью, а ФАФ:2 – с парами хлора под крышкой.
Изображение

ФАФ:1. 320 рА и 31 ГОм. Не фонтан. А верхняя сторона?
Изображение

ФАФ:2. 56 рА и 177 ГОм. Вшестеро лучше!
Проверим объёмное.
Изображение

34 рА и 297 ГОм.
По сравнению с поверхностным – неплохо, а относительно объемного у ФАФ:3/ФАФ:4 совсем уныло.
Тем временем настала пора и местному образцу отправляться в ванну с хлорным средством. Всё повторяем: трубки, ФАФ:3 вниз, наливаем, накрываем крышкой, прижимаем гнётом. ФАФ:3 в жидкости, ФАФ:4 – в газообразном хлоре. Выдержка 7ч 41м. Достаём, моем, сушим. Спиртом пока ничего не протираем!
Изображение

ФАФ:3 опять зашкаливает.
Похоже, химия не очень-то помогает. Делать нечего, переходим к физике (механике). Протираем тампоном со спиртом. Нажимаем сильно.
Изображение Изображение
Тот же ФАФ:3. 2800 рА и 3,6 ГОм. Хоть что-то, уже не шкалит.
Изображение Изображение

ФАФ:4. 22 рА и 462 ГОм. Ого! В 100 раз лучше!
Попробуем усугубить и потрём поверхность в зазоре ФАФ:3 шкуркой – нулёвкой.
Изображение Изображение

ФАФ:3. 347 рА и 29 ГОм. Улучшение в 8 раз!
Последнее средство. На ФАФ:3 процарапываем иглой изолятор по всей длине зазора.
Игла:
Изображение
Борозда:
Изображение
Результат:
Изображение
ФАФ:3. 300 рА и 33 ГОм. Ещё чуток улучшили. Но всё равно обработанный газообразным хлором и протёртый спиртом ФАФ:4 на порядок лучше.

Промежуточные выводы (для себя):
если уж взялся делать плату из ФАФ, после травления её таки надо подержать несколько часов в ПАРАХ хлора, не допуская контакта с жидкостью. После чего промыть, просушить и с усилием протереть спиртовым тампоном. Если делать так, то применение шкурки и иглы может оказаться излишним, хотя польза от них, несомненно, имеется. Лучше уж так, чем иметь дело с сильными кислотами. То, что правильная солянка даст радикально лучший результат – это ещё доказать надо. Лично я - пас, дальше искать солянку не буду. Точка.

Переходим к февральскому набору из 10-ти образцов.
1FR и 3FR изначально односторонние стеклотекстолиты.
Про расщеплённый 2FR уже сообщалось выше.
У всех оставшихся ФАФ фольга со второй стороны удалялась механически.
5ФАФ потребовал перехода на менее чувствительный блочок. Осмотр выявил недотрав в зазоре. Пузырьки, всего скорей.
Изображение

Удалил скальпелем.
Изображение

Условия измерений:
Ткомн.=18 С, влажность 15%, входное напряжение 9,994 В.

Графики:
Изображение Изображение Изображение Изображение

Итоговые результаты сведены в таб.2:

Таблица 2.



7. Выводы. Для себя.

Ну что тут скажешь. Грустно.
ФАФ провалился по изоляционным параметрам.
Хуже всего у него с изоляцией (выше утечки) при наличии сплошного слоя на одной из сторон – как раз мой случай. Да, какими-то танцами с бубном в виде хлора, шкурки и иглы можно чуть поправить дело, но всё равно он будет на порядки уступать такому же ФАФ, но с механически удалённой фольгой на одной из сторон. Сравните удельные параметры у последних 4-х образцов после всех плясок (крайний правый столбец) с изначальными для образцов 6ФАФ…9.2ФАФ.
5ФАФ исключаем из сравнения – недотравы, а 6ФАФ без плясок выступил на равных с ФАФ:2 с плясками.
Но каков стеклотекстолит! Мало того, что в изначальном состоянии он не уступил ни одному из конкурентов из команды ФАФ, так он их ещё и сделал!
А расщеплённый образец вообще вырвался далеко (на ПОРЯДОК) вперёд! Видимо, у стеклотекстолитов основной путь утечек – через объём. Наблюдается прямая зависимость одного от другого. Толщина 1,5 мм – ток 4 фА (3FR); толщина 0,8 мм – ток 2,1 фА (2FR); толщина 0,4 мм – ток 0,55 фА (2FR).
Соответственно беру на заметку – для особо критичных конструкций лучше расщепить двусторонний лист стеклотекстолита даже при наличии одностороннего.
Было бы интересно узнать, ведёт ли себя этот материал аналогичным образом ещё у кого-то?

А у ФАФ, похоже, все утечки таки по поверхности.
Ещё раз посыпаю голову пеплом и признаю – был категорически неправ, когда заводил разговор о предпочтительности ФАФ для прецизионных схем. Реальность сурова, и от нее никуда не деться.

Материала набралось чуть больше, чем вместилось сюда, поэтому традиционный архив (92 MiB) доступен для скачивания: https://disk.yandex.ru/d/XVpSRCUe6CKozg

8. Литература.
1. ГОСТ 6433.2-71
2. https://www.kp.ru/guide/chto-takoe-ftoroplast.html
3. http://www.kriz.ru/catalogue/ftoroplast_list_folg
4. https://polimerinfo.net/ftoroplast/
5. http://sibpromizolit.ru/page15252.html
6. https://halogen.su/folgirovannyy-ftoroplast.html
7. http://www.moldavizolit.com/rus/1_mat_f ... faf4d.html
8. ГОСТ-21000-81 https://halogen.su/downloads/GOST-21000-81.pdf
9. https://ftorplast.com/pechatnaya-plata.html
10. ГОСТ 26246.0-89 http://gostrf.com/normadata/1/4294828/4294828227.pdf
11. ВСЕ ДЕЛО В СМАЧИВАНИИ. Кандидат физико-математических наук А. ЗАЙЦЕВА. Журнал «НАУКА И ЖИЗНЬ», 2005 №2. https://www.nkj.ru/archive/articles/879/
12. О металлах и неметаллах http://structure.by/index.php/studentam ... -metallakh
13. ГОСТ 26246.5-89. Материал электроизоляционный фольгированный нормированной горючести для печатных плат на основе стеклоткани, пропитанной эпоксидным связующим. Технические условия. http://pselectro.ru/file-storage/1604049683-u0004.pdf
14. https://www.sites.google.com/site/terminalbpp/
15. ГОСТ 23752.1-92 платы печатные методы испытаний. http://gostrf.com/normadata/1/4294830/4294830397.pdf
16. ГОСТ 23752-79 Платы печатные. Общие технические условия. http://gostrf.com/normadata/1/4294830/4294830396.pdf
17. ГОСТ 26246.0 http://gostrf.com/normadata/1/4294828/4294828227.pdf
18. ГОСТ 6433.1-71 Материалы электроизоляционные твердые. http://gostrf.com/normadata/1/4294823/4294823112.pdf
19. ГОСТ 6433.2-71. Материалы электроизоляционные твердые. http://gostrf.com/normadata/1/4294823/4294823111.pdf
20. ГОСТ 23752-86 http://gostrf.com/normadata/1/4294830/4294830398.pdf
21.

06.04.2021. Tektron.

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Ср апр 07, 2021 20:32:43

Квесты из моды вроде не вышли?
Тому, кто до подсказок угадает, какому прибору принадлежит эта задняя панель, получит тройной плюс в карму и мою пожизненную уважуху :).

Изображение

Подсказка - завтра днём.

P.S. Каракули на бумажке мои - пытался разобраться. У одного из форумчан шансы повыше...

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Чт апр 08, 2021 13:42:39

Никакого намёка на отгадку я не нашёл. Приведу лишь общие размышления и ассоциации.
1. Прибор скорее всего из прошлого тысячелетия. Об этом говорят цвет эмали и характер покраски корпуса, следы питтинговой коррозии на стальных фланцах разъёмов 1 и 3.
2. Прибор скорее зарубежный, чем советский. На это указывают нетипичные для советских приборов винты с фасонной головкой и крестообразным шлицем, похожие на аудиофильские цилиндрические резиновые ножки в металлической обойме, разъёмы 1 и 3 под стандарт XLR 3 и 4 pin, отсутствие обязательных шильдиков и надписей, зажима заземления (прибор не имеет двойной изоляции).
3. Вероятно, что прибор является выносным блоком, т.к. не имеет сетевого питания и отсека для элементов питания, а управляется внешними сигналами.
4. Нестандартный разъём 2 с фторопластовым изолятором наводит на мысль о коммутации малых токов, но не малых ЭДС. Точки HIGH, HIGH, LOW на схеме могут быть связаны с розеткой на лицевой панели.
5. Основание изготовлено из листа той же толщины, что и задняя стенка корпуса, следовательно не является несущим. Т.о. вряд ли прибор имеет большую массу. Не исключаю, что вся его начинка представляет собой плату с реле, которая закреплена консольно на задней стенке рядом с разъёмами.
6. Эскиз принципиальной схемы приводит к мысли, что прибор может являться измерительной камерой какого-нибудь винтажного электрометра. Однако против этой гипотезы отсутствие видимых механизмов для быстрого съёма или откидывания крышки корпуса.
7. Наклейки R рядом с разъёмами могут указывать на резистивный характер содержимого: высокоомный резистор (или два), делитель, магазин сопротивления.
А может это просто пустая коробка с реле и двумя гнёздами на лицевой панели :)

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Чт апр 08, 2021 23:36:32

Честно говоря, я сам бы не отгадал.
Когда 3 года назад получил его, подумал, что какой-то тестовый образец с производства увели, и мне продали. Но нет, это серийный образец, с вот такими доработками. Не только у меня руки чешутся чего-нибудь улучшить :)))
П.п. 1, 2, 4, 5, 7 - в яблочко!

Обещанная подсказка:
Изображение

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Пт апр 09, 2021 10:45:17

Fluke 720A

Re: Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и в

Сб апр 10, 2021 00:40:38

FLUKE 720A.
Восставший из небытия.



1. Отказ от гарантий.

Нижеследующий текст не является призывом к повтору изложенных действий, а всего лишь содержит описание шагов, предпринятых автором самостоятельно. Автор указанного текста не даёт никаких гарантий работоспособности или полезности модификаций для любого экземпляра прибора. Автор не несет никакой ответственности за реальный или предполагаемый ущерб, причинённый вашей собственности, данным или здоровью в результате прочтения нижеследующего текста. Читатель должен понимать, что любые свои действия он предпринимает на свой собственный страх и риск, полностью осознавая вероятность отрицательных последствий.

2. Предыстория

Продавец наeBay выставлял данный экземпляр как «поюзанный рабочий». По сравнению с аналогичными в состоянии «юзанный, питание включается, без дальнейших проверок» (это для прибора без сетевого-то питания!) предпочёл именно его, несмотря на завышенную раза в полтора стоимость. Хотелось получить хотя бы один прибор, работающий без заморочек, для использования в качестве калибратора для собственных самоделок.

Хотелось, да не смоглось.
Не учёл ампутацию совести у данного продавца под самый корешок. На освободившееся место ему пересадили модуль усиления абсолютной лживости. По классическим источникам, такой апгрейд способствует временному повышению продаж в бизнесе (А много ль корова даёт молока? - Не выдоишь за день, устанет рука!). Современный аналог: Не обманешь – не продашь.
К тому моменту, как чудо сие прибыло, дешёвые варианты благополучно раскупили более удачливые люди. Смысла в возврате уже не было – 2 пересылки через пол планеты по стоимости выше половины цены прибора. Придется жить с этим дальше.

3. Первый осмотр и диагностика.

На вид всё красиво.
Изображение

Обратная сторона завораживает.
Изображение

И оно даже как-то работает – декада А исправно рубит входные 10 В на дольки в 1 В, 2 В, … 9 В.
Но кроме «Opr», все остальные положения переключателя режимов НЕ работают.
Изображение

Декады от «В» и дальше не работают.
Короче – попадалово.

Вскрываю.
Изображение

Первое внимание – к пересаженным (точнее – к подсаженным) органам:
Изображение Изображение

Обратил внимание на профессиональную жгутовку. Если и не флюковцы это делали, то очень опытные люди.

Блок герконовых реле завораживает своими тепловыми якорями:
Изображение Изображение
На этом восхищение закончилось, начались разочарования.


4. Ремонт.

Увидев рассохшиеся и раскрошившиеся детали крепежа и управления из изолирующей прозрачной пластмассы так расстроился, что даже сфоткать забыл.

Разбирать конструктив не решился, попытался восстановить кустарным способом.
До этого уже был по работе опыт восстановления треснувших изоляторов намоткой бандажа из обычных ниток и пропиткой его секундным клеем. И прочность восстанавливается, и 7 кВ переменки (10 кВ амплитудного) не пробивают.
При помощи пинцета, ниток и какой-то матери что-то получилось.
Правда, до нижних опор не добрался, там плата подстроечников загораживала. И к сердечникам галетников с нитками не подобраться – окружающие резисторы мешают. Просто капнул клеем и дал засохнуть.

Два самых поганых фактора:
– несколько опорных изоляторов рассыпались на 4-5 частей – та часть, в которую крепёжный винт входит - целиком или пополам; промежуточная часть целиком; и та часть, что сидит на конце длинной шпильки галетника – всегда пополам.
- некоторые из отколовшихся от сердечников кусков найти не удалось – то ли у старого хозяина потерялись, то ли у меня куда закатились…

Но как бы то ни было, декадники заработали.

В оперативном режиме чего-то делят. Надо калиброваться, но ни одна самокалибровка не работает.
Осматриваю переключатель режима.
Изображение Изображение

Обнаруживается оторвавшийся провод:
Изображение

Припайка не помогает.

Отпаиваю все проводки и демонтирую переключатель.
Разбираю. Вот оно!
Изображение

То-то усилие поворота казалось слишком низким по сравнению с декадой «А», где стоит аналогичный переключатель с меньшим числом галет. Отломилась ось, посредством которой передаётся вращательное усилие на подвижные сердечники галетника. Причём до меня его кто-то уже эпоксидкой пытался склеить. Не помогло.
Способ ремонта подсказали воспоминания о визите к стоматологу. Решено было склеить со штифтами. Сначала попробовал два, но при опробовании без клея оказалось слишком хлипко, пришлось поставить третий.
На словах всё просто – сверлим отверстия под штифты, соединяем, проклеиваим и пользуемся.
Но в кустарных условиях ручной сверлилкой ни соосность, ни расположение относительно фаски надёжно проконтролировать не получается. Наибольшее число седых волос добавляет сверление отверстий во вторую половину вала – надо и фаску совместить, и соосность (отсутствие смещения оси вала от оси основания или отсутствие эксцентриситета) соблюсти, да ещё и направление выдержать, чтобы изгибов не было. Тот, кто подобное уже делал, меня поймёт.

В качестве штифтов использовались кусочки распрямлённой стальной пружинки:
Изображение

Соображения следующие – галет много, усилие неслабое, обязательно будут изгибающие усилия. Наибольшую усталостную прочность из доступных материалов должна обеспечивать именно пружинная сталь. Такое вот дилетантское мнение.

Сначала вставил штифты без клея в вал, затем залил клей в отверстия основания и вставил в них штифты. Вал служил направляющей и фиксатором.
На следующий день снял вал со штифтов, залил в отверстия клей и надел обратно на штифты с попутной коррекцией прямоты вала. Ещё через сутки капнул клея в собственно разлом.
После высыхания соскоблил всё, что вылезло наружу, и собрал галетник с легким поджатием контактов. Поставил на место, подпаял провода, опробовал.
Самокалибровка условно заработала. Условно, т.к исправного. микровольтметра-нульдетектора пока нет. А обычные вольтметры в режиме нуль-метра в требуемой области (1…10 мкВ) не шибко-то стабильны при открытом входе. При закороченном- то всё прекрасно.

Прибор был отложен на полку, т.к. всё свободное время было посвящено переменнотоковым делам. Попутно велась охота наeBay за декадами с разборки или донором по разумной цене. Увы, безуспешно.

На текущий момент эти надежды окончательно развеялись и решено было что-то предпринять.
Проблемой оставалось то, что те изоляторы, что не были укреплены, сильно ослабли. Трещины на всех поголовно.
Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

Снял 3 заземляющие клеммы, переднюю панель, демонтировал оси галетников. Отсоединил от боковушек и отодвинул поперечину, на которой держались все коммутационные элементы. Задние штыри галетников получилось вытянуть из задней поперечины – появилась возможность слегка развернуть галетники изоляторами к себе.

Результат:
Изображение Изображение Изображение
Главная цель – обеспечить некоторую свободу металлической детали внутри пластмассовой. Именно для этого использована прокладка из тонкого фторопласта.

Рассыпавшуюся на 4 части деталь собирал ступенчато. Сначала склеил верхние 2 куска:
Изображение

Потом намотал на него силовой бандаж с проклейкой. Пока сохло, склеил 2 половинки нижней части. Как схватилось – тоже одел в бандаж. Потом склеил всю деталь с коррекцией формы. Когда клей схватился, намотал бандаж потолще на место склейки и пропитал клеем.

Один из изоляторов восстановить не удалось – отсутствовал кусочек. Пришлось заменять фторопластовым стержнем. Со стороны галетника просверлено отверстие 4мм на глубину примерно 6 мм. Со стороны лицухи - отверстие 2 мм на такую же глубину. Поскольку металлической втулки с резьбой под винт теперь нет, ввинтил подходящий саморез. Высота изолятора 20…21мм. Не точно из-за того, что второй изолятор этой галеты был собран еще в 2018 не очень аккуратно и стал слегка повыше.

В 4-мм отверстие капаем клея и насаживаем на рифлёный конец шпильки. Посадка должна быть плотной.
Изображение

5. Результат.

Механически всё стало нормально.
Электрически – требуется калибровка. Проблема микровольтметра пока не решена.

Расширенный набор фоток, ПДФки и склеенная в один лист схема доступны в архиве (65 MiB): https://disk.yandex.ru/d/BSXXwBlIV7DQqg

6. Литература и полезные ссылки.

1. Fluke_720A_Kelvin-Varley_Voltage_Divider_Instruction_Manual.pdf Мануал от энтузиастов в хорошем качестве.
2. Fluke_720A_schematic_1974_restored.pdf Схема в отличном качестве.
3. 720A____imeng0206.pdf Содержит важные для калибровки исправления!
4. 720A____imeng0200_0.pdf Мануал от Fluke со схемой в среднем качестве.
5. fluke_720a.pdf Информационный листок.
6. https//xdevs.co/fix/f720a/ Гораздо более подробное и качественное описание с кучей классных фотографий, цивильные методы ремонта (3d-принтер для изломанных пластмассок) и более обширный список литературы. Все приведённые выше ПДФки загружены по ссылкам с этого сайта.

P.S. Неожиданное дополнение.

Текст написан, фотки ужаты до ширины 800 пикселей… А перед носом раскрытый Word с окончанием текста и последней фоткой на весь экран. Что-то цепляет взгляд.. Что-то неправильно в ней… Ну-ка, ну-ка..:
Изображение

Очень похоже на непропай!

Вскрываем прибор, делаем контрольный снимок (декада «D”):
Изображение

А должно быть так (декада «Е”):
Изображение

Для проверки попробуем отжать провод в сторону:
Изображение

и сравним с исходным:
Изображение

Картина маслом! Так, где мой большой паяльник?
Изображение

Не фонтан, конечно, но контакт – есть.

Вот теперь – точно всё.

PPS. Как полезно иногда тексты писАть…

09.04.2021. Tektron.
Ответить