Прокачиваем измерительные раритеты! От 6-ти разрядов и выше.

[TEKTRON]

Понял, спасибо.
Придётся другой делать. Сейчас масштабирующий и повторитель в общем корпусе спаренного ОУ, питание не разделить.

[TEKTRON]

HP34401А в плане переменки.

1. Отказ от гарантий.
Никого не призываю повторять изложенные в тексте 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. Мультиметр 34401А давно и хорошо известен в любительском сообществе.
Имеется множество публикаций по его ремонту и другим вопросам, потому, дабы не повторяться, сферу измерений постоянки и сопротивлений оставлю в стороне.
Расскажу историю одного экземпляра, доставшегося мне в наихудшем состоянии, и оттого послужившего объектом наибольших издевательств с моей стороны. Тем не менее, некоторые его показатели оказались лучше, чем даже у 7-разрядного Keithley 2001.

3. Прибыл он в полностью нерабочем состоянии более 10 лет назад.
По постоянке неисправность оказалась достаточно типичной – пробиты стабилитроны в цепях питания операционников. Возможно, погорели и ОУ AD706 (подзабылось уже), но факт налицо – вместо пары из них стоят MAX44246.
Много позже был заменён и «затарахтевший» опорник LM399 на б/у-шный LM199. На этом постояннотоковая часть заработала.
Были попытки внедрить строенный опорник для повышения стабильности по примеру НР3456А, но заметного результата получено не было. Откатил обратно.
Надо сказать, что в те времена переменка не интересовала ни в малейшей степени – все ресурсы уходили на LTZ-шные дела.
Работал себе аппарат далее без замечаний, но вот угораздило же однажды сразу после протирки кинескопа своего тогда ещё CRT-монитора полезть переключать на приборе входные кабеля. Слегка кольнуло разрядами кончики пальцев, и на дисплее мультиметра появилось множество новых светящихся точек:

Рис.1.
Как вам светящийся указатель 4-проводного режима при измерении переменного напряжения?
Собственно, новый 34401 и был приобретён в качестве донора дисплея, отсутствие на нём зелёного светофильтра было в плюс, т.к. снижало цену. Но для нового диплея нужна была новая фирмварь, его поддерживающая.
Сам себе проблему создал – попытался перезалить прошивку от новой модели, а калибровочные константы не сохранил. Естественно, всё слетело и пристойный аппарат превратился в тыкву. Вот с тех пор и начались раскопки в сторону переменки.

В скобках отмечу, что новый 34401 вполне бескровно починился, показал неплохие результаты и за это остался полностью комплектным и удостоился светофильтра от старого 34401. Донор стал реципиентом. В пустое окошко старичка вклеил саморучно выпиленный из подходящего поддона для документов кусок. Потому и цвет стал синий.

Засада оказалась в том, что в переменнотоковой части старика то ли совсем не работал, то ли работал плохо узел коррекции АЧХ на ОУ U301 (LF356) – не проходила калибровка ACV. Видать, за это его и забраковали на заокеанской родине.
Вот этот ОУ на схеме:

Рис.2.

И на плате:

Рис.3.

Сначала попытался отремонтировать, естественно, как тогда предполагалось, с улучшением.
Прошерстил дейташиты, заказал у китайцев несколько типов ОУ. Более-менее подлинными оказались только ADA4077-1, остальные грелись и не вели себя как ОУ. Деваться некуда, поставил её. Калибровка прошла, всё вроде заработало. Правда, позже выяснилось, что АЧХ не горизонтальна: в районе 50 кГц горб, а выше 100 кГц – завал. Опытным путём подобрал оптимальную частоту калибровки на ВЧ – 65 кГц для максимальной ровной АЧХ. Правда, при этом завал начинался уже на частотах не доходя до 100 кГц ( в оригинале полоса измерений должна быть до 300 кГц). Тем не менее, в последующие годы мирился с этим, до недавнего времени.

4. Вернуться к вопросу заставила ситуация, когда одни и те же источники переменного напряжения показывали различное поведение (в плане температурной зависимости) при измерении разными приборами. Закралось подозрение, что наблюдаемый дрейф обусловлен кривизной не столько проверяемого источника, сколько считаемых мною непогрешимыми измерителей. Косвенная проверка по осциллографу лишь укрепляла подозрения. Мне это надоело, и для проверки было задействовано всё, что есть.

Взял свой строенный источник после доработок (о сути доработок как-нибудь отдельно, если кто заинтересуется), и подал его выходные сигналы:
10 Гц – на 34401 старый (о котором и ведётся речь);
1 кГц – на 34401 новый (с овальными кнопками, в нём родной тракт ACV);
100 кГц –на упомянутый выше К2001.
Температурный датчик – на 3456А

Логгирование велось не вполне одновременно, но параллельно по всем 4-м приборам с интервалом 10 с. Т.е. моменты снятия показаний с различных приборов могли различаться на несколько секунд при строго нормированном периоде повторения.
Результат:

Рис.4.

ТКН округлённо:
10 Гц (34401стар.)= 1,5 ppm/K
1 кГц(34401нов.)= -34 ppm/K
100 кГц (К2001)= 35 ppm/K
Формула расчёта видна в верхней строке скриншота. Усреднялось в данном случае по 50-ти замерам (из-за резких изменений температуры) обычно же по 100. Сам график без усреднений, только из абсолютных значений вычтена неизменная часть и пересчитано в ppm.
Так, и с каких же пор самый худший (в первоначальном варианте) 10-герцовый канал стал самым стабильным? А 1 кГц – наоборот?
Меняем измерители этих частот между собой, К2001 без изменений:

Рис.5.

Дополнительно пишем напряжение сети с интервалом 1с через ТХ3 – графики в нижних двух окошках (больше 32000 точек эксель не принимает).
ТКН округлённо:
10 Гц (34401 нов.)= -37 ppm/K
1 кГц(34401 стар.)= 2,6 ppm/K
100 кГц (К2001)= 33 ppm/K
Волшебным образом «стабильность» перекочевала из канала 10 Гц в 1 кГц. Ясное дело, виноваты измерители.
Дополнительная проверка, теперь с единственным источником – Fluke 510A 1 кГц; измерители – оба 34401 и 3456.

Рис.6.

ТКН:
34401 нов. = -49 ppm/K
34401 стар.= -12 ppm/K
3456 = -20 ppm/K
Опять латанный-перелатанный старичок лучше всех.

Меняем источник – второй переделанный Г3-118(v2), частота 10 Гц:

Рис.7.

ТКН округлённо:
34401 нов. = -36 ppm/K
34401 стар.= 1,8 ppm/K
3456 = -5,5 ppm/K
То же самое. Отметим, что 3456 тоже выглядит пристойно.
Повышенная шумность отмечается на всех 3-х приборах, стало быть она присутствует уже на выходе генератора. Не исключено влияние вентилятора.

Тот же источник, частота 1 кГц:

Рис.8.

ТКН округлённо:
34401 нов. = -35 ppm/K
34401 стар.= 1,9 ppm/K
3456 = -8 ppm/K
Пока тенденция сохраняется, только шумность понизилась примерно вдвое.

100 кГц:

Рис.9.

ТКН:
34401 нов. = 55 ppm/K
34401 стар.= 3042 ppm/K
3456 = 55 ppm/K
А вот и приехали. 3042 ppm/K!
График старичка в окно не влез, поместил его отдельно:

Рис.10.

Отсюда вывод – надо что-то делать.
Вскрыл аппарат, ткнулся осциллом на выход U301- а там на этой частоте близкий к идеальному ТРЕУГОЛЬНИК размахом на четверть больше нужного. Убеждён, что это следствие нехватки скорости нарастания на большом сигнале.
Порылся в феврале на ad.com, определился с выбором и заказал по фирмам нужное (по утроенным ценам , уже в марте).
Пока же попытался поставить что-то из имеющегося.
По частотным свойствам вроде AD8597 неплох, тем более, он у меня в выходных каскадах клонов F510A 100 кГц качает с полным размахом и без искажений – только в путь.
Поставил. На осцилле правильная синусоида, правда, размах-таки не дотягивает. 8,5 В показывает на 10 В сигнале.
Калибровка на ВЧ не проходит.
В справочных данных указано серьёзное сужение полосы пропускания на большом сигнале. Понижением частоты нахожу практическую верхнюю частоту в режиме большого сигнала – около 20 кГц. Хорош для аудио, но здесь не подойдёт, надо не менее 45 кГц для калибровки.
От безысходности, поскольку исходный ADA4077 уже потерялся , впаял TL082 одним каналом. О чудо, калибровка прошла! Правда, ТКН стал раза в 3 хуже, чем у нового 34401, так что даже данные собирать не стал.

Пару дней назад прибыла AD711J, поставил её.

Рис.11.

Калибровка прошла, причём на 100 кГц (F510A), без вопросов.
Результат на 100 кГц от F510A:

Рис.12.

ТКН:
34401 нов. = 67 ppm/K при расчёте от минимума температуры слева до максимума в середине и
95 ppm/K при расчёте от максимума в середине до минимума справа;
34401 стар.= 84 и 103 ppm/K для тех же расчётов. Не так уж плохо, в сравнении с 3-мя тысячами ppm/K, верно?
1 кГц:

Рис.13.

ТКН:
34401 нов. = -42,3 ppm/K и -41,5 ppm/K;
34401 стар.= -3,2 и -3,0 ppm/K, расчёты аналогичны.

Улучшение заметно по любым меркам. Рискну даже считать такие результаты вполне приемлемыми.
Но нет предела совершенству, продолжения работ в этом направлении не исключаю.

09.04.2022 Tektron.

[TEKTRON]

5. Продолжение.
Заинтересовала реальная полоса пропускания обоих приборов. После первого же прогона глаза на лоб…
Судите сами. Источник – НР3314А в режиме свипирования с логарифмической шкалой частоты. Начинал со скромных 5 Гц-500 кГц, но, заметив некоторые расхождения на ВЧ, поставил частоту начала 0,2 Гц, финальную – 2 МГц. Размах сигнала 10 Вп-п, без 50-Омной нагрузки соответствует 20 Вп-п или примерно 7,07 В RMS:

Рис.14

Картина маслом…
Рассмотрим подробнее низкочастотный выброс:

Рис.15

Видим, что ниже 2,7 Гц ОБА аппарата ведут себя одинаково. Поскольку гарантированная полоса начинается с 3 Гц, претензий к ним быть не может. Но на ус мотать надо, дабы в работе какая-нибудь инфразвуковая насадка не искажала результаты замеров.

Теперь ВЧ часть:

Рис.16

Помимо резкого выброса на доработанном старом приборе в районе 1100 кГц, у нового тоже этот подъём заметен. Спад ЧХ, начавшийся за пределами графика (примерно с 250…300 кГц, как видно на Рис.14) прекращается там же, где у старого выброс. Появилось подозрение на «звон» незаглушенных кабельных соединений.
Повторяем с 50 Ом – заглушкой на старом мультиметре. Новый подключен полуметровым «хвостиком» 75-Омного кабеля. (Забегая вперёд скажу, что позднее этот хвостик от тройника на входе старичка отключался – никаких изменений не замечено.) Поскольку размах уменьшился вдвое из-за нагрузки, теперь это около 3,5 В RMS.

Рис.17

Видим, что выброс теперь примерно на 1,5 МГц, но никуда не делся.
Второе отличие – у нового аппарата не просто спад приостановился, но тоже появился реальный выброс.

Выводы?
Скорее, предположения. Возможно, ошибочные. Буду рад прочитать поправки от более сведущих в ВЧ людей.

Первое – наблюдаем явный паразитный резонанс входных цепей мультиметра по типу параллельного контура. Возможно, в связке с внешним переходником с BNC на штыри.

Второе – у оригинального прибора этот резонанс приходится на спад ЧХ ОУ U301, оттого и такая вялая реакция. У AD711 это вполне рабочая частота, которую он добросовестно и передаёт на выход. – Так можно было бы утверждать , ориентируясь только на данные графиков. А вот справочные данные от производителей:
LF356:

AD711:

Рис.18
Что называется, с точностью до наоборот…
Справочные графики тоже ясности не вносят:

Рис.19. Справа – AD711.
Разве что на зависимостях максимального размаха от частоты можно найти подтверждение этому тезису:

Рис.20. Справа – AD711.

Третье. Входной ток AD711 от 15 pA (тип., 50 pA max) при 25 гр.С до 1100 pA при Tmax, тогда как у оригинальной LF356 – от 30 pA (тип. , 200 pA max) при 25 гр.С до 8000 pA при Tmax. Чем выше сопротивление (меньше входной ток), тем добротнее контур и острее и выраженнее резонанс.

Четвёртое, как следствие предыдущего: цепь подстройки АЧХ рассчитывалась и настраивалась под конкретный ОУ, и с другим корректно работать не станет.

Ждём поставки остальных компонентов, дабы ручками пощупать…

P.S. Частоту оцифровывал через ТХ3, по паспорту он до 1 МГц. Выше на дисплее появляется индикация перегрузки, но по оптоинтерфейсу данные продолжают исправно поступать.

[TEKTRON]

VAC для нас. Эпилог.

1. Отказ от гарантий.
Никого не призываю повторять изложенные в тексте 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. Краткий итог по работам в данном направлении будет подведён в хронологическом порядке, т.к. полезные наработки одного изделия далее применялись и в других. Потому сначала – о Г3-118 второй версии.
«Тушкой» послужил один из двух аппаратов, чей ремонт был упомянут где-то на форуме. По сравнению с первой версией получил следующие отличия:
А) Усилено экранирование плат переключаемых резисторов и ёмкостей моста, а также интегратора;
Б) Введена компенсация падения напряжения ИОН на проводах, сами провода экранированы;
В) Вместо жёсткого диодно-транзисторного дешифратора применена простейшая оперативно перестраиваемая цифровая плата управления с нулевыми наводками на основе электрически стираемых ПЗУ;
Г) Частотный диапазон «синусоидальности» (т.е. отсутствие видимых глазом на осцилле срезок вершин синусоид) расширен вниз до физически минимальной частоты в 0,1 Гц;
Д) Поскольку данный аппарат оказался первых выпусков, пришлось на нём вводить механические заводские доработки (включая новую, перекомпонованную плату коммутируемых резисторов и укорочение осей декадных переключателей), иначе банально не хватало места;
Е) Для питания реле и цифири был введён дополнительный стабилизированный БП со своим полностью экранированным и вынесенным наружу трансформатором;
Ж) Установлено стандартное компьютерное гнездо сетевого питания.
Всё это, кроме пункта «Д», было применено и к первой версии доработанного генератора.
Ещё одно отличие – теперь и генераторы, и мультиметры запитаны через советский бесступенчатый стабилизатор; плюс к этому при замерах регистрируется не только температура, но и выходное напряжение этого стабилизатора. К сожалению, в последующем выяснилось, что этот стабилизатор не только искажает форму питающего сетевого напряжения, но и добавляет импульсную насадку («иголку»). На это очень нервно реагирует именно первая версия Г3-118. Добавление сетевого фильтра и изолирующего трансформатора проблему ослабило, но полностью не устранило. В чём засада – пока непонятно. Или в фазировке дополнительного транса относительно родного, или сама конструкция транса так влияет, или ещё чего – вопрос открыт.
Тем не менее, что получено на данный момент?
По искажениям существенных изменений не зафиксировано.
Термостабильность проверялась одновременно двумя 34401 (старый с AD711 и новый). Их поведение отличается, но разница рассчитанных ТКН для одних и тех же частот от различных источников сопоставима. Эта разница составляет усреднено
49 ппм/К на 10 Гц,
39 ппм/К на 1 кГц,
17 ппм/К на 100 кГц.
Приблизительно и очень грубо можно принять, что собственный ТКН старого 34401
от -8 до +2 ппм/К на 10 Гц и 1 кГц,
от +69 до +99 ппм/К на 100 кГц.
Для нового 34401
от -47 до -37 ппм/К на 10 Гц и 1 кГц,
от +42 до +72 ппм/К на 100 кГц.
Прикинуто по замерам оригинальных F510A, которые по паспорту должны иметь ТКН не более ±5 ппм/К на 10 Гц и 1 кГц, и до ±15 ппм/К на 100 кГц. Понятно, что вымерять их реальный ТКН нечем, потому от этих граничных значений и танцуем:

Рис.1. 10 Гц и 1 кГц от F510A.

Рис.2. 100 кГц от F510A.
Стало понятно, почему ранее для разных частот получались различные ТКН, порой с различным знаком. Это у мультиметров внутри…
Теперь к 118-м:


Рис.3. 10 Гц, 1 и 100 кГц от Г3-118v1.


Рис.4. 10 Гц, 1 и 100 кГц от Г3-118v2.
Как видно, у первой версии (Рис.3) на 10-ти герцах ТКН понизился с 345 ппм/К до примерно 44…54 ппм/К. На других частотах тоже меньше.
У второй версии на всех частотах получше.
Надо напомнить, что до февраля текущего года замеры делались единственным прибором без контроля напряжения сети. Потому к нынешним результатам лично у меня доверия больше. В самое последнее время, вследствие упомянутых проблем со стабилизатором, с интервалом 1 с регистрировалась питающая сеть ДО стабилизатора. Все остальные параметры, напомню, снимались каждые 10 с. После того, как применение AD711 однозначно показало улучшение, новый 34401 стал применяться для контроля опорного напряжения Г3-118.

0,1 Гц стал допиливать из чистого хулиганства, в расчёте на то, что это поможет выправить ситуацию с 10-ю герцами. Так оно и вышло. Пришлось нарастить кое-какие конденсаторы, но главное не в этом. Ведь уже было выжато из него 0,3 Гц после ремонта, ещё до переделки. Проблема была в том, как известить плату управления, что частота установлена менее какого-то порога (в данном случае, 1,25 Гц). На дешифратор-то по-прежнему заведена только старшая декада. Вышел из положения с частотным дискриминатором на 2-х таймерах 555 из инета (давным-давно я её видел в каком-то учебнике, правда, забыл уже в каком. Потому искал целенаправленно).
Вот что получилось:

Рис.5. 0,1 Гц от Г3-118v2.
Конечно, искажения тут оценить сложно. Поэтому применил тот же приём, которым 3458 измеряет переменку до 100 кГц - настроил 34401 на минимальную разрядность и потоковый замер. Уже лучше:

Рис.6. 0,1 Гц от Г3-118v2. Форма.
Ну и финал – разложение в спектр силами надстройки Excel по методу БПФ:


Рис.7. 0,1 Гц от Г3-118v2. Спектр.
Уровень второй гармоники 10%, третьей – 5%. Не фонтан. Но тому есть объяснение – попавшая в выборку синусоида (Рис.6) не совсем с нулевой амплитуды начинается, и совсем не нулём заканчивается. Т.е. в преобразовании участвовал НЕ полный период. Отсюда и результат.

3. Тройной источник с общим опорником тоже переделан. ИОН и БП теперь идентичны тем, что применены в Г3-118-х (на трёх LM199A, с делителем на 10 ступеней). Также введена раздельная компенсация падения напряжения ИОН на экранированых проводах на каждый из 3-х каналов. Интеграторы дополнительно заэкранированы. Делители на 10 и 100 буферизованы. Вместе с переключателем опорного напряжения 1…10 В теперь можно выдавать от 10 мВ до 10 В с шагом 10мВ/100мВ/1В.

Рис.8. 10 Гц, 1 и 100 кГц от 3х510.
Термостабильность гораздо лучше 118-ых, близко к оригинальным F510А. По искажениям чуть им уступает, но лучше 118-х.

4. Источник с переключаемыми частотами переведён из состояния макета в законченное изделие. Ничего мудрить не стал:
оставил 3 базовые частоты,
перевёл всю коммутацию на РЭС49 вместо РЭС55,
заэкранировал все узлы,
поставил вентилятор со своим БП ( родной не потянул),
от этого же БП запитал обмотки реле.
Работает чуть лучше 118-х, но хуже тройного, если смотреть на ТКН:

Рис.9. 10 Гц, 1 и 100 кГц от переключаемого.
По искажениям хуже всех. Но зато легкий и относительно компактный. Для каких-нибудь стрелочных или трёхразрядных девайсов сойдёт, полагаю.

5. Выводы, исключительно для себя:
Лучше всего иметь три F510A. Но коли не повезло, из прочих лучше всех строенный источник. Думаю, его можно будет использовать для калибровки 34401, надо только один раз его измерить как следует по переменке более серьёзными приборами.
Дальше в табели о рангах идёт источник с переключаемыми частотами – для наиболее простых применений.
Оба доработанных Г3-118 оказались в самом низу. Причина (на лично персональный взгляд):
тесный корпус с недостаточной жесткостью, из-за чего возникают механические напряжения, приводящие к деформации плат и ухудшающие стабильность. Особенно на ВЧ. Тем не менее, доработка им помогла стать заметно лучше, да и с силовым блоком работать умеют только они, так что труд не напрасен.
В далёкой молодости имел дело с Г3-123 (если не путаю) – агрегат размером с Ч3-64. Там и частота, и напряжение галетниками ставятся. Если звёзды сойдутся и он когда-нибудь попадётся в руки – поэкспериментирую с ним. Может быть. Если место для него найдётся.
А пока на этом всё.
Удачи!

[TEKTRON]

Счетверённый аттенюатор на PE4302 без наводок.
Давно хотелось попробовать энкодеры в деле, и вот подходящий повод. Собственно блочки аттенюаторов китайского изготовления скопились случайно – брал для ремонта, а он не потребовался. С другой стороны, в хозяйстве завёлся генератор ВЧ, имеющий всего 4 градации выходного уровня – захотелось расширить его возможности.

Принятые допущения:
1. Один экземпляр PE4302 имеет 6 двоичных ступеней – от 0,5 до 16 dB. Следующая ступень двойки – 32 – соответствует максимальному подавлению одного модуля (в реальности 31,5 dB). Т.е. седьмым разрядом системы управления должно включаться полное подавление второго модуля – все его линии управления можно объединить. Аналогично следующий, восьмой разряд, будет «весить» 63 dB – третий и четвёртый модули с объединёнными линиями управления. Получается первый модуль с раздельным управлением каждым разрядом и остальные 3 модуля с объединёнными разрядами. Можно обойтись двумя реверсивными ТТЛ счётчиками ИЕ7.
2. Младший разряд может напрямую выводиться на индикацию, поскольку имеет единственное значение 0,5 dB.
3. Самый надёжный способ борьбы с наводками от тактового генератора – исключить таковой из схемы. Следовательно, микроконтроллеры и любой вид динамической индикации применять нельзя. Остаётся либо жёсткая (на диодах), либо гибкая (на статическом репрограммируемом ПЗУ) дешифрация декад (преобразование двоичного кода со счётчиков в двоично-десятичный). Выбрана последняя.
4. Блок питания вынесен из корпуса.

Описание схемы управления.

Рис.1. Схема.

На DD1 и DD2 с обвязкой выполнен дешифратор энкодера (схема типовая из инета).
DD3 и DD4 – реверсивный счётчик. В момент включения счетчики устанавливаются в состояние «все единицы» импульсом параллельной загрузки от R6C7. В состояние «все нули» счётчик можно установить кнопкой S3, использовалось только при отладке. В работе такой резкий скачок уровня может повредить исследуемое устройство. Из этих же соображений заблокировано переполнение счётчика при нарастании, т.е переход из состояния FF в 00. Точнее, импульсом переполнения через VD2 осуществляется принудительная параллельная загрузка единиц во все разряды. Переполнение при уменьшении работает обычным образом.
DD5 и DD6 – любое электрически репрограммируемое ПЗУ, у которого в дэйташите заявлена «полностью статическая работа» (Fully static operation). DD6 понадобился только для индикации единицы в старшем разряде. Разряд d4 ПЗУ DD6 используется для гашения незначащего нуля. Для трёхмодульного варианта DD6 не нужна. «Минус» в старшей декаде и десятичная точка включены жестко, минуя дешифраторы.
DD8…DD11 – дешифраторы двоично-десятичного кода для управления индикатором. В младшем разряде либо есть 5-ка, либо нет (ноль).
На VT1…VT4 с обвязкой выполнен костыль - умощнитель двух старших выходов счётчика для управления объединёнными входами модулей. При использовании серии 1554/АС не нужен. В принципе, серия 1533 (мой случай) тоже тянет на пределе, костыль на работу не повлиял. А вот 555-я серия не потянула.
4-х декадный индикатор от почившего промышленного прибора, энкодер и ПЗУшки тоже из ящика с хламом.

Конструкция.

Рис.2. Внешний вид.


Рис.3. Внутри.

Изначально модули не экранированы и имеют по маме SMA на входе и выходе. По одному из них заменены с мам на пап, что позволило максимально укоротить линейку модулей.

Рис.4. SMA.

Экранировка самодельная напайкой медной фольги, без этого пролезание гораздо выше.

Рис.5. Линейка модулей.

Все питающие и управляющие проводники намотаны на раздельные ферритовые стержни М10000. Провода от вынесенного БП намотаны на ферритовое же кольцо М2000. Корпус из оцинковки; вход слева, выход справа. Ещё 2 отверстия в верхней крышке под индикатор и энкодер. Индикаторное окошко прикрыто металлизированной полупрозрачной плёнкой с целью ослабления излучения наружу. На ручку энкодера надето тонкое резиновое кольцо для исключения попадания чего-нибудь внутрь.

Результаты.
Собственно управление работает нормально.
С ВЧ-частью вышло веселее.
Сначала пробовал замерять методом генератора-спектроанализатора на разных частотах и подавлениях, но это потребовало кучу времени. Причина в том, что имеющийся рабочий спектроанализатор tinySA не имеет трекинг-генератора. Там или спектроанализатор, или генератор. А в том, где это возможно (PLZ-SA354400A) - высокая шумовая полка и никакого доверия к результатам. А калибровке он не поддаётся. Собственно, он и будет работать генератором в паре с данным аттенюатором.
Потому АЧХ сняты векторным анализатором цепей LiteVNA, откалиброванным на кончиках кабелей подключения. Шумовые свойства этого прибора позволили работать до ослабления -60 dB. Для замеров более сильного ослабления попытался использовать один или два малошумящих усилителя с усилением +17 dB каждый и полосой частот от 50 МГц до 4000 МГц. Но у них оказалась далеко не идеальная АЧХ и шумы не такие уж низкие.

Рис.6. LNA.



Рис.7. АЧХ при ослаблении 0,0 dB на частотах до 100 МГц.


Рис.8. АЧХ при ослаблении -60,0 dB на частотах до 100 МГц.



Рис.9. АЧХ при ослаблении 0,0 dB на частотах от 100 МГц до 5 ГГц.


Рис.10. АЧХ при ослаблении -60,0 dB на частотах от 100 МГц до 5 ГГц.

Из приведённых иллюстраций видно, что начальное (при заданном нуле) ослабление линейки из 4-х модулей составляет примерно 5 dB. (В дальнейшем для себя принял частоту 111 МГц как опорную, на которой показатели наиболее стабильны. Выбор такого «некруглого» числа обусловлен некоторыми особенностями спектроанализатора.)

В конце концов, пришлось просто сместить шкалу в ПЗУшке на начальные -5 dB, и тогда аттенюатор оказался линеен с допуском +-1 dB от -5 до – 100 dB. А это означает, что надо было ограничиться тремя модулями (100-5=95=3х31,5+0,5). Четвёртое лишнее, хотя максимальное ослабление получено -112 dB при управляющем коде FF.
Поведение аттенюатора предсказуемо примерно до 1 ГГц, выше АЧХ неравномерна - возможно, сказывается пролезание.
В принципе, данный аттенюатор можно приспособить для работы с любым источником, надо лишь разместить нужную таблицу дешифрации в ПЗУ и задействовать её джамперами Х5…Х12.

Для примера приведено 10-минутное видео работы данного устройства на частоте 111 МГц с контролем по tinySA.
Вначале аттенюатор обесточен и видно пролезание генератора. Потом питание подаётся. Затем проводится замер с подключенной вместо аттенюатора двусторонней мамой SMA. Потом кабели возвращаются на устройство и проводятся замеры при некоторых кратных и некратных уставках ослабления. В конце демонстрируется блокировка переполнения счётчика в сторону увеличения и работа в сторону уменьшения.

Полный набор скриншотов доступен в архиве

Добрым людям добра в наступившем году!

[TEKTRON]

Пара нестандартных фильтров, полезных при калибровке наладонного спектроанализатора tinySA4_ULTRA.

Счастливые обладатели данного прибора в курсе, что для его калибровки для частот выше 5,34 ГГц требуется подать на его вход сигнал строго определённой частоты (те же 5,34 ГГц) амплитудой от -50 до -10 dBm. Не то, чтобы мои интересы простирались столь высоко, но некий дискомфорт от осознания неполной калибровки присутствует.
Имея образец более мелкого варианта (с дисплеем 2,8 дюйма по диагонали) tinySA, не составляет труда использовать его ВЧ выход для генерации прямоугольного сигнала 890 МГц. 6-я его гармоника как раз и будет требуемой частоты. Но имеют место особенности. В режиме «ULTRA» в нём отключен фильтр, соответственно, наличие низших гармоник с более высокой амплитудой нарушит корректную работу прибора.
Мне, с нулевыми познаниями в области ВЧ, никаких идей на ум не приходило. Понятно, что LC-художества на этих частотах не прокатят, а с микрополосковой технологией не знаком от слова «абсолютно».
К счастью, в тематической группе радиолюбитель Джон Канлиф (John Cunliffe W7ZQ) поделился опытом создания простого фильтра из сантехнического медного колпачка-заглушки. И привёл ссылку на статью другого радиолюбителя (Paul Wade W1GHZ), осветившего технологию более подробно. Яндекс-переводчик, к слову, переводит этот текст вполне приемлемо, рекомендую.
При первой возможности после новогодних каникул несколько колпачков были закуплены.

Отклонения от оригинала с целью упрощения следующие:
1. Вместо круглого основания применено квадратное – проще некуда, и центровка вполне себе доступна. К тому же, на выступающих углах проще прихватывать пайкой.
2. Использованы разъемы SMA-мамы для установки на край платы, снятые ранее с плат аттенюаторов. Пришлось сверлить по 5 отверстий на каждый, но зато не надо 2 месяца ждать доставки из Поднебесной.
3. Вместо гайки под винт припаяна стойка М3. Это не из-за отсутствия гаек, а для соблюдения максимальной соосности винта оси колпачка. Резьбу в колпачке проходил только первым метчиком в надежде на лучший контакт с винтом, но после первого же прохода винтом усилие резко снизилось. Ну хоть люфта лишнего не будет. Для пущей фиксации винта завернул его с кусочком ПВХ в резьбе, а после настройки капнул секундного клея. При необходимости винт можно будет стронуть с места даже без нагрева (проверено на следующий день), но сопротивление вращению останется высоким.
Зонды (стойки из оголённой медной жилы) диаметром 1 мм высотой примерно до половины высоты колпачка припаяны прямо на центральные проводники разъёма. Выступающие из пайки земляные штыри откусаны.
Настройка велась с использованием наладонного же векторного анализатора цепей LiteVNA и никаких трудностей не составила. Единственно, надо начинать с максимальной полосы обзора, т.к. полоса пропускания фильтра получилась довольно широкой. Тем не менее, все низшие гармоники оказались ниже -50 dBm, а основная придушена с -25 до -62,7 dBm.

Целевая же гармоника имеет уровень -35,1 dBm:

Этого вполне достаточно для проведения калибровки, после чего ступенька, присутствующая (в красном кружке) на скриншоте выше, исчезает:

На всё вышеизложенное ушла половина субботы, и пришла мысль победить другую похожую проблему. На ютубе в своё время наткнулся на методику калибровки по частоте от GPSDO-источника на 100-й гармонике от опорных 10 МГц, т.е. на 1 ГГц. Источник есть, правда, синусоидальный, переделать на работу от него имеющийся формирователь перепада недолго. Но вот вопрос- выходной прямоугольник имеет амплитуду 5 Вп-п, а это слишком много. Напрашивается изготовление ещё одного колпачка.
Через 2 часа всё было готово:


На этот раз зонды оказались высотой с три четверти высоты колпачка, и рзъёмы почему-то оказались ближе друг к другу. Тем не менее, разъёмы надеваются без больших трудностей.
При настройке на реальном сигнале оказалось выгоднее выделить частоты в районе 2 ГГц, чем изначально планировавшиеся 3 ГГц. Почему не выше? Дело в том, что ещё до того выяснилось, что при переходе с гармоники на гармонику своего внутреннего опорника, tinySA4_ULTRA слегка смещает частоту от кратной. Не знаю, с чем конкретно это связано, но факт – при настройке на 3 ГГц также настроенными остаются и 2, и 1 ГГц. На 4 ГГц уже чуть смещено, на 10 ГГц смещение больше. Пробовал настраивать на 10 ГГц-ах, но при этом сползало на 1 ГГц. В общем, 2 или 3 ГГц – оптимальный максимум для калибровки частоты. Но при попытке вывести на максимум гармоники в районе 3 ГГц, резко снижалось подавление основной и других низших гармоник. Потому остановился на этом:


Как видно, основная гармоника не превышает -76 dBm.


А 210-я гармоника (2,1 ГГц) имеет уровень -61,5 dBm.


Частота отклоняется от образца всего на 3 Гц (выделено красной рамкой). Т.е. на 10 МГц отклонение составляет 3/210=0,0143 Гц. Мне достаточно .

Самым главным преимуществом данной технологии считаю то, что положительного результата удалось добиться не подкованному в ВЧ человеку, т.е. мне, соответственно повторяемость очень высокая.

[TEKTRON]

Как обеспечить работу наладонных спектроанализаторов TinySA basic и TinySA Ultra на частотах ниже 100 кГц? Способны ли они дополнить возможности компа со звуковой картой? Который из них лучше подходит для таких применений? Ответы на эти вопросы я надеялся получить в ходе работы, изложенной далее. Некоторые результаты оказались неожиданными.

Никого ни к чему не призываю, никаких гарантий не даю. Вся ответственность за последствия своих действий лежит на читателе.

Крайне не рекомендуется проводить опыты с единственным имеющимся экземпляром такого прибора. Лучше иметь их два. Как поступил и автор – приобрёл прошлым летом пару TinySA basic с дисплеем 2,8 дюйма. Через полгода к ним добавилась Ультра с дисплеем 4 дюйма (далее – девайсы). Над одним бесчеловечно издевался, а другой служил нетронутым образцом. Только когда убедился в заметной полезности и отсутствии вредных последствий от доработок, часть из них применил и во втором, контрольном экземпляре.

Доработки следующие:
1.Добавление керамического конденсатора 22мкФ по питанию сразу после выключателя;
2.Добавление четырёх керамических конденсаторов 10мкФ параллельно имеющимся по питанию процессора;

Рис.1, 4.
3.Добавление двух керамических конденсаторов 22(10)мкФ параллельно имеющимся по входу и выходу аттенюатора PE4302 в цепи низкочастотного (LOW – от 350 МГц и ниже) входа.

Рис.2, 3.
К настоящему моменту 2-й пункт выполнен на всех девайсах, и базовых, и ультре. Пункт 1 для ультры оказался не актуален, т.к. там на общем питании уже есть несколько блокирующих кондёров, разделённых хитровымудренными фигурами-полигонами из металлизации. Полагая, что узрел микрополосковую магию во плоти, решил не вмешиваться в то, чего не понимаю, и оставил как есть.

С пунктом 3 сложнее, он выполнен только на базовых моделях (22 мкФ на первом и 10 мкФ на втором. В испытаниях участвовал именно второй экземпляр, так что и 10 мкФ оказалось достаточно.). В Ультре этому мешает следующее:
- Высокочастотность до 6 ГГц и выше, тогда как свойства имеющихся конденсаторов 22 мкФ вызывают вопросы уже на частотах от 400 МГц и выше (проверял на LiteVNA);
- Наличие в схеме коммутатора между аттенюатором и входным гнездом;
- Банальное отсутствие места – экран входных цепей здесь низкопрофильный в отличие от базовой версии.

Какой у автора интерес в этом деле?
Частоты до 10 кГц можно спокойно наблюдать на НР3580А, чья полоса от 5 Гц до 50 кГц. Т.е. до 5-й гармоники на нём видно. Но уже 20 кГц только со второй гармоникой – 3-я и последующие вылетают за пределы диапазона. С компом ещё хуже – полоса 22 кГц со всеми вытекающими. Потому требуется, чтобы доработанные девайсы подхватывали хотя бы с 10 кГц и до 200 кГц(основная гармоника).
Амплитуда сигнала у Г3-118 и самоделок может быть 10 В скз (28,2 В п-п). Напрямую такой сигнал подавать на девайсы НЕЛЬЗЯ от слова совсем. Причины:
- Наличие на входе защиты от статики в виде диода между входной клеммой и землёй;
- Входное сопротивление 50 Ом – генераторы просто не потянут такую нагрузку;
- Ограничение входного уровня +6 dBm от производителя.
Если нельзя в лоб, пойдём в обход. Как решили похожую проблему создатели Г3-118? Сделали режекторный фильтр и анализировали продукты искажений после подавления основной частоты. Кто нам может помешать поступить так же?

Сначала был опробован режектор из комплекта Г3-118 – в принципе что-то видно, но полной уверенности нет. Всё же нагрузка 50 Ом. Тогда был задействован когда-то сделанный повторитель с батарейным питанием. Получилось!
Но у этого режектора 2 недостатка – фиксированный набор частот режекции и низкая нагрузочная способность. Пришлось опять делать самоделку (счастливые владельцы измерителей/анализаторов искажений типа С6-11/СК6-13/VP7722A могут не заморачиваться – у них автоматический режектор уже есть в этих приборах, надо только подключиться к выходу гармоник максимум через повторитель).
Нам же автоматика не нужна, настроить можно и вручную. За основу был взят режектор от С6-11 (работал с ним на заре туманной молодости) с ухудшением параметров. По чисто прагматическим соображениям. Там резисторы сплошь 0,1 % допуска, конденсаторы диковинных номиналов с 0,5% допуском – любителю такие не достать. А если кондёры плюс минус лапоть, то смысл тратиться на прецизионные резисторы? Никакого. Потому резисторы 1% СМД. Младшие в декадах из 4-х последовательно-параллельных, более старшие из паралльно 2-х, 4-х и 8-ми того же номинала (дабы ограничить типономиналы, всё равно каждый номинал минимум по 500 шт. отпускают).
Базовых номиналов 4 по числу резистивных декад: 1к, 10к, 100к, 1М.
Исходно в приборе 2 одинаковых фильтра последовательно, но макетирование показало, что при ручной настройке вполне достаточно и одного. Усилители-повторители сначала были собраны на рассыпухе по оригинальной схеме, но результат не впечатлил – шумно и горячо. В итоге были задействованы высоколинейные ОУ LME49860, второе плечо моста и резисторы местной ОС оставлены оригинальные. Общую ОС пришлось отключить, т.к. усилители в неинвертирующем включении. На входе поставлен делитель из резисторов 1к и 300 Ом с делением в 4,3 раза для ограничения амплитуды – на большом сигнале даже такие ОУ испытывают трудности со скоростью нарастания. А так получился неискажённый сигнал до 1 МГц без завалов, т.е.до 5-й гармоники на максимальной частоте 200 кГц должны проходить без проблем. После некоторых заморочек при отладке всё заработало, правда, пока без корпуса и с упрощённой системой управления. Отсутствие корпуса (экрана) пока не мешает, т.к. фон 50 Гц девайсы не способны отобразить даже в страшном сне, поскольку наилучшее разрешение по частоте (RBW) составляет 3 кГц у базовой версии и 200 Гц у ультры.

При проверках использовались 2 источника – функциональный генератор НР3314А (предполагается некоторое наличие гармоник) и Г3-118 (доработанный по циклу о VAC; предполагается минимум гармоник). Помимо этого функциональный генератор в режиме свипирования использовался для выравнивания АЧХ при калибровке девайсов. Подтверждение линейности 3314 в этом режиме было получено зимой на серьёзном промышленном спектроанализаторе с исправной самокалибровкой. Обратите внимание на масштаб по вертикали – 1 dB/дел.

Рис.5.

Вот чего удалось достичь по равномерности АЧХ девайсов базовой модели. На рис. 6 экземпляр №1, с доработками по п.1 и 3:

Рис.6.
Не забываем обращать внимание на масштаб по вертикали, тот же 1 dB/дел. на всех скриншотах про АЧХ. При последующей работе по анализу гармоник масштаб по вертикали оставлен стандартным, 10 dB/дел.
На рис.7 в тех же условиях экземпляр №2, контрольный, на тот момент без доработок.

Рис.7.
На выбросы можно внимания не обращать, девайс находится в режиме удержания максимума без усреднения и сглаживания. Общение с разработчиком на эту тему ситуацию не исправило (тем не менее искренне благодарен ему за интересное общение, быструю реакцию и желание помочь) – сложилось мнение, что это какие-то внутренние проблемы использованных чипов. В реальной работе это не мешает, что и покажет дальнейшее изложение. Именно после сравнения этих двух скриншотов и были применены все доработки на этом, контрольном экземпляре. Доработка по п.2 была предпринята в целях борьбы с выбросами. Тем не менее, обращаем внимание на явный спад АЧХ ниже 20 кГц. А вот картина этого же девайса после доработок:

Рис.8.
Как видим, АЧХ выровнялась.

При пониженном уровне проблема выбросов в значительной мере снижается:

Рис.9.

А при прежнем уровне хорошо справляется встроенная функция удаления спуров/ложных выбросов (предположительно, именно за счёт двукратного снятия отсчёта):

Рис.10.
Но мы отвлеклись от основной темы.

Возвращаемся к режектору. При анализе последующих скриншотов держим в уме наличие входного делителя, что приводит к ослаблению и основной частоты, и гармоник примерно на 12 dB. Т.е. не так уж важно, насколько подавится основная гармоника, пока она не вредит работе девайса, а к измеренным уровням гармоник надо будет добавить упомянутые 12 dB. Исходный уровень сигнала для Г3-118 был приведен выше, он соответствует +30 dBm. У 3314 размах 10 В п-п, в отсутствие нагрузки 50 Ом он становится 20 В п-п. Что в 1,4 раза (на 3 dB) меньше, или +27 dBm.
Итак, пойдём от высшей частоты к низшей. Сначала частота 209 кГц с 3314, т.е. с заметными гармониками (рис.11) и с 118-го, т.е. уровень гармоник должен быть ниже (рис.12) на Ультре, как более продвинутом девайсе (здесь мы больше проверяем линейность ОУ в режекторе):

Рис.11.

Рис.12.
Во втором случае для различения гармоник на уровне шумов, пришлось дополнительно включить повтор 8, т.е. каждая точка замеряется 8 раз и в отображение идёт усреднённый результат. Это дополнительно к штатному усреднению 4, которое автоматически включается при включении режима измерения гармоник. В данном случае применён так называемый многополосный (multiband) режим, когда измерение ведётся в узкой окрестности требуемой основной частоты и её гармоник. Это позволяет быстрее выполнять развёртку с высоким разрешением. Частотные полосы разделены на экране синими вертикалями.

На рис.11 получили уровень 2-й гармоники -58 dBm (-70,1+12,1=-58). Добавляем 12, получаем -46 dBm. Относительно исходного уровня получаем –(46+27)=-73 dB. Это для 3314.
На рис.12 получили уровень 2-й гармоники -86,7 dBm (-76,5-10,2=-86,7). Добавляем 12, получаем -74,7 dBm. Относительно исходного уровня получаем –(74,7+30)=-104,7 dB. Это для Г3-118.
Вполне правдоподобно, не находите? При прямых замерах 118-го на промышленном спектроанализаторе не удалось различить гармоник на шумовой полке (-67 dBm при дополнительном делителе -22 dB) даже при усреднении 50. Теперь стало понятно, почему.

По линейности ОУ (да и по их шумам, скорее всего) вопросов не осталось.

Теперь почти то же самое на базовой модели, просто для сравнения с ультрой. Частота 200 кГц с 3314 (рис.13) и с 118-го (рис.14):

Рис.13.

Рис.14.

Считаем по рис.13: -65,5+7,9=-57,6 dBm. Дальше можно не считать, т.к. ультра от этого же источника показала -58 dBm для второй гармоники близкой, но всё же ДРУГОЙ частоты. Другая частота означает перестройку режектора. Т.е. имеем повторяемость результатов на разных версиях девайсов. В спеках девайсов указана точность +-2 dBm, АЧХ вы видели. Интересно.

По рисунку 14 и сказать нечего – ну, не шмогла… На то и модель БАЗОВАЯ.

Переходим к частоте 108 кГц для ультры (рис.15, 16) и 100 кГц для базовой (рис.17, 18):

Рис.15.

Рис.16.

Рис.17.

Рис.18.
Пока без сюрпризов, Ультра впереди. Но это и не звуковой диапазон.

Переходим к частотам ниже оговоренных в спеках.
50 кГц с 3314(рис.19) и 118-го(рис.20) на базовом девайсе:

Рис.19.

Рис.20.

22,1 кГц с 3314(рис.21) и 118-го(рис.22) на Ультре:

Рис.21.

Рис.22.

Всё, начиная с этой частоты гармоники 118-го опустились ниже шумовой полки даже у Ультры. Далее оставляем только 3314, чтобы было, чего мерять.

Спуры ниже 40 кГц у ультры насторожили. Боремся – включаем подавление спуров (рис.23) или многополосный режим (рис.24), 20кГц с 3314:

Рис.23.

Рис.24.

На базовом девайсе таких проблем (спуров) не видно:

Рис.25.

Обращаем внимание, что на этих частотах шумовая полка у базового девайса (рис.25) с RBW 3 кГц на 10 dB НИЖЕ, чем у Ультры с RBW 1 кГц (рис.23), и даже при RBW 200 Гц (рис.24) некоторое преимущество над Ультрой сохраняется. О-ля-ля, какая неожиданность!

Сравним на частоте 10 кГц Ультру (рис.26) с базовым (рис.27):

Рис.26.

Рис.27.
Примерно на равных, и это при двукратной разнице в цене и 15-кратной в RBW!

Финальная частота, 5 кГц с 3314 на Ультре (рис.28) и базовом (рис.29):

Рис.28.

Рис.29.
И опять базовый вариант Ультру обошёл. Поразительно!

На всякий случай приведу последние 3 частоты на 3580, причём 5 кГц взяты сразу после наладонников, ничего не меняя в измерительной установке. Просто кабель переткнут. Поэтому можно сравнивать все гармоники, включая основную.
На 10 и 20 кГц режектор приходилось перестраивать, поэтому на уровень основной гармоники можно не обращать внимания, подавление чуть отличается.

Сначала полный фейс, чтобы видно было настройки:

Рис.30.

А далее скриншоты, 5 кГц (рис.31), 10 кГц (рис.32) и 20 кГц (рис.33):

Рис.31.

Рис.32.

Рис.33.

Возьмём 3-и гармоники на частотах 5 и 10 кГц – 3580 их отобразил как -61 и -60 dBm соответственно. Ультра их отобразила как -59,3 и -59,6 dBm соответственно. На базовом наблюдаем ровно по -63 dBm в обоих случаях.

На 20 кГц сравниваем 2-е гармоники. На 3580 это -68 dBm; на Ультре примерно -69 dBm (рис.24, без маркера); базовый показал -70,2 dBm. Достаточная это сходимость результатов, или нет – каждый пусть рассудит сам, исходя из своих потребностей. Мне прецизионные тракты не калибровать, потому вполне устраивает.

Маленькое дополнение из личных наблюдений – у Ультры есть опция включения LNA (МШУ) в тракт вместо входного аттенюатора. При измерениях искажений на звуковых (и примерно до 1 МГц) частотах включать его не рекомендуется, т.к. с ним гармоники вылезают как грибы после летнего дождя…

Какие же выводы сделаны для себя по результатам?
1.На частотах выше 100 кГц Ультра однозначно лучше базового варианта. Собственно, ничего нового.
2.На частотах примерно от 30 кГц и ниже базовый девайс С ДОРАБОТКАМИ выглядит предпочтительнее Ультры, во всяком случае по уровню шумов и скорости работы.
3.Для комфортной работы лучше иметь оба варианта девайсов, и продвинутая модель совсем не задвинула базовый вариант на дальнюю полку. Никаких сожалений о тратах на базовый вариант теперь нет.

[TEKTRON]

Проверка на калькуляторе выявила пару досадных ошибок в предыдущем посте. Напряжению 10 В скз (28,28428 В п-п) соответствует уровень +33 dBm, и 20 В п-п соответствует +30 dBm. А не +30 и +27. Результирующее отношение сигнал/гармоника получается на 3 dB лучше. Приношу извинения за допущенную неточность.

[bpf1]

Прочитал все. Вопрос как проверить точность в режиме постоянного напряжения и сопротивления fluke189

[Mickle]

bpf1 писал(а):

Вопрос как проверить точность... fluke189

Найти номер этого флюка в госреестре. Скачать из "Аршина" методику поверки. Прочитать в ней п.п. 5.3.1 и 5.3.2.

[bpf1]

Mickle писал(а):

Найти номер этого флюка в госреестре. Скачать из "Аршина" методику поверки. Прочитать в ней п.п. 5.3.1 и 5.3.2.

А попроще в домашних условиях ) без бумаг

[Mickle]

Легко. Найти того, у кого есть соответствующие эталоны напряжения и сопротивления (или универсальный калибратор), и подойти к нему со своим прибором. Или наоборот, пригласить к себе домой )))

[TEKTRON]

Или зеркальный вариант - выпросить_на_время/взять_в_аренду прибор классом выше с _действительной_ поверкой, далее в стабильных температурных условиях:

1. Для напряжения - подключить стабильный источник напряжения одновременно к образцовому и проверяемому приборам и сравнить показания;

2. С сопротивлением сложнее - лучше взять самый стабильный резистор из имеющихся и припаять к нему провода. Дать этому делу остыть и отлежаться, а затем _поочерёдно_ подключая провода к обоим приборам сравнить показания. Важно не касаться самого резистора руками (исключить нагрев от пальцев) и использовать в обоих случаях двухпроводную схему измерения (т.к. у 189-го нет 4-проводной).

[TEKTRON]

Вроде как удалось напрямую померить температурную зависимость показаний вольтметров True RMS на переменном напряжении. Предыдущие попытки, в отсутствие достоверных данных о дрейфе самодельных источников переменки, были сродни измерению расстояния резиновой рулеткой.
Был сооружен источник, изначально минимально подверженный температурному дрейфу. Светлая идея такого источника не очень давно была предложена одним из здешних форумчан. К сожалению, не удалось отыскать то сообщение для цитирования, но речь в нём шла о том, что для получения калиброванного переменного напряжения использовался генератор меандра на логике 74АС, запитанный от ИОН 5 Вольт.
Что меня до сих пор останавливало, это сложность получения низких напряжений, таких как 1 В или даже 0,1 В. Любой делитель повысит выходное сопротивление и внесёт свою ненулевую температурную зависимость.
Теперь эти трудности в значительной мере преодолены. Суть в подключении ИОН постоянного тока ко входу модулятора на четырёх МОП ключах, управляемого генератором двухфазного меандра и простейшего драйвера. Генератор и драйвер запитаны от внешнего БП ( в моём случае +12В и -12В взяты с компьютерного БП эпохи «до ATX». Да, весь такой с шумами, наводками и половиной сетевого питания на корпусе). Вот схема:


Рис.1. Схема модулятора на К190КТ2П.

Задающий двухдиапазонный генератор на DD1, формирователь двухфазного меандра на D-триггере DD2, драйверы наипростейшие на VT1VT2 и VT3VT4. Собственно модулятор на счетверённом ключе DA1 (К190КТ2П). Если кто возьмётся повторять, имейте в виду, что цоколёвки этой микросхемы в круглом металлостеклянном и прямоугольном пластмассовом корпусах различаются! На схеме приведён вариант пластмассового корпуса.
Стабилитроны и диоды VD1…VD6 введены в схему для защиты ключей от наводок и статики. Первая же попытка без этой обвязки подать на ключи опорное напряжение до включения питания привело к безвозвратному пробою микросхемы.
Внешний ИОН с соблюдением полярности подключается к клеммам GNDA и +UREF, напряжение может быть любым в диапазоне от 0 В до 12В (т.е. не выше положительного напряжения питания на 1-й ноге DA1). Некоторая привязка входного напряжения от ИОН к общему потенциалу БП осуществляется через R10. Вольтметр переменного напряжения подключается к выходным клеммам OUT1 и OUT2.
В принципе, абсолютная величина напряжения мне была не очень интересна, важна была только температурная и долговременная стабильность. А это в подавляющей степени определяется соответствующими параметрами подключенного ИОН и свойствами соединительных цепей (медная витая пара из Ethernet-кабеля и латунные клеммы). Какие ещё факторы могут повлиять? В открытом состоянии сопротивление ключей по спецификациям в районе 50 Ом. При сопротивлении нагрузки 1 Мом каждые 10 Ом, включенные последовательно, вызовут понижение показаний на 10 ппм (для 10 В это 0,1 мВ). Поэтому надо быть готовым к некоторому понижению выходного прямоугольного напряжения по сравнению с исходным постоянным. Таких ключей одновременно задействовано по 2, следовательно гарантировано снижение переменного напряжения на 100 ппм (1 мВ) минимум. Плюс неизбежная погрешность RMS-преобразователей вольтметра и небезграничная АЧХ (хотя последняя начнёт заметно сказываться на частотах в десятки килогерц).

Оборотной стороной простоты модулятора являются некоторые недостатки.
1. Приемлемо он работает только в диапазоне от 10 Гц до 1 кГц. Выше скважность меандра начинает уползать. Для проверки подключал вольтметр постоянного напряжения к выходным клеммам. При идеальном меандре скважностью 2 постоянная составляющая должна быть равна нулю. В реальности выяснилось, что постояннка на выходе становится ниже 0,1 мВ на частоте 566 Гц. На этой частоте и выполнялись замеры.
2. Результирующее прямоугольное напряжение снижено гораздо сильнее, чем ожидалось (около 410 ппм или 4,1 мВ). Но опять же, а чем его достоверно измерить с 6-ю знаками в отсутствие поверенного прибора?
3. Ограниченная на данном этапе полоса частот (хочется достать до 100 кГц);
4. На вольтметрах средневыпрямленного значения получается что-то около 11,34 В вместо 10 В (и китайский MY-64, и супостатский TEKDMM-251 в этом солидарны). Если для подобного поведения имеется строгая математическая формула, просьба подсказать её для определения потребного постоянного напряжения ИОНа .

Но и плюсы тоже имеются:
1. Как уже отмечалось, температурная и долговременная стабильность;
2. В разы меньшая шумность по сравнению с источником на основе Г3-118 (подтверждение чуть ниже);
3. Простота установки частоты по сравнению с заменами планок во Fluke 510A;
4. Простота установки выходного напряжения при использовании многозначного ИОН (имеется 6-разрядный калибратор EDC от 0 до 11,1110 В).

Теперь к результатам замеров.
Новый НР34401А ( с овальными кнопками) показал около -42 ппм/К, что полностью укладывается в спецификации (+-80 ппм/К):

Рис.2. НР34401А новый, 10 В, 1 кГц.

Благодаря собственной оплошности (забыл сменить адрес в Пролоджике, из-за этого первые 170 отсчётов принимались с другого прибора, к которому был подключен не модулятор, а Г3-118), появилась возможность сравнить зашумленность модулятора и переделанного Г3-118. Вот в равных масштабах по вертикали показания от этих источников (внизу – Г3-118):-

Рис.3. Сравнение зашумленности.

У старого НР34401А поведение оказалось сложнее. С одной стороны, дрейф показаний ниже на порядок, с другой стороны знак ТКН меняется:

Рис.4. НР34401 старый.

Видно, что от начала до вертикали с цифрой 1 ТКН положителен и по расчёту равен +2,6 ппм/К. Но в точке с внутренней температурой около 38 гр.Цельсия он становится отрицательным (-2,7 ппм/К) и остаётся таковым до нарастания температуры до примерно 39 гр.С (вертикаль с цифрой 2), где опять становится положительным до остывания до температуры 38,5 гр.С (вертикаль с цифрой 3), где опять становится отрицательным. Понадобилось 42-часовое непрерывное логгирование, чтобы выявить эти закономерности. Похоже, при манипуляциях внутри вольтметра перетянул плату крепежом, и она теперь копит напряжение термического расширения/сжатия и скачком сбрасывает его, проскользнув под винтом. Даже гистерезис у этого дела заметен. Или другая какая причина, но общий порядок ТКН понятен.
Для справки, в столбце D температура странспонирована (перемещена) ровно на 16 градусов вниз для удобства отображения вместе с окружающей температурой на одном графике.
Также упомяну о том, что старый прибор до сих пор не откалиброван на переменке после издевательств.

Всем удачи!

14.04.2024.

[TEKTRON]

Продолжение.
В процессе измерения на 10 герцах из хулиганских побуждений погрел корпус модулятора в руках минуту – показания чуть больше отклонились . На скриншоте ниже это место помечено курсором.

Рис.5.

Это значит, что предположение о термостабильности модулятора оказалось несколько преждевременным. Следовательно, настала пора заняться самим модулятором.
Чуть сдвинуть крышку корпуса и приладить в образовавшуюся щель раструб фена – дело нескольких минут.
Начинаем на частоте 566 Гц без нагрева, снимаем с интервалом 10 секунд около сотни отсчётов, затем включаем нагрев на минимальной мощности. С момента, когда температура более-менее устоялась, снимаем ещё сотню отсчётов (чтобы было, чего усреднять). Получилось около 60 гр.Цельсия. Тут не знаю, кто дёрнул добавить до 80-ти. А у фена только крутилка, цифровой индикации нет (тот фен, у которого имеется цифровой терморегулятор, меньше 100 не ставится). Короче, перестарался, температура выперла аж за 130 гр.С. Что характерно, генерация сорвалась. Предполагаю, сработала термозащита в 78L05. Вернул фен на минимум, дождался возобновления генерации и отключил нагрев. С момента, как температура внутри корпуса приблизилась к комнатной, собрал ещё сотню отсчётов. Вся эпопея на скриншоте:

Рис.6. 566 Гц.

Получилось -2,39 ппм/К при нагреве (слэш на скриншоте поставлен для намека на нарастание температуры, обратный слэш – на спад) и -2,36 ппм/К при убывании.
Далее -4,07 и -3,96 ппм/К на 1 кГц:

Рис.7. 1 кГц.

Почти минимальная частота на верхнем поддиапазоне – 300 Гц, -1,34 и -1,30 ппм/К:

Рис.8. 300 Гц.

Переходим на нижний частотный поддиапазон, его почти самый верх, 180 Гц и -0,72 ппм/К:

Рис.9. 180 Гц.

И почти самый низ поддиапазона, 10 Гц. +4,26 и +4,84 ппм/К:

Рис.10. 10 Гц.

Ну что сказать, опорные данные получены.

Спойлер

Температурный дрейф устройства, собранного из ширпотребовских деталей (а ключи вообще 1990г выпуска) и без каких-либо заморочек, да ещё питаемого от компьютерного БП, не превысило по модулю 5 ппм/К. Приемлемо?

С их учётом ТКН мультиметра новой модели около -38 ппм/К на 1 кГц и -40 ппм/К на 10 Гц.

Старая модель постабильнее:
на 566 Гц +5 ппм/К (Твнутр. выше 39 гр.С) или около нуля при Т внутр. ниже 38 гр.С.
На 10 Гц примерно +3 ппм/К при Т внутри ниже 38 гр.С; выше не поднялась, день был прохладный.

Всем удачи!