Решил написать еще несколько слов про усилитель этого "чудесного" прибора. Почему слово "чудесного" взято в кавычки - станет понятно чуть далее по этому посту и последующим (если конечно, мне будет не лень их написать и пройтись как по схемотехнике, в том числе и главного метрологического узла данного прибора - ЦАП. Так и по конструктивным особенностям).
Многие вещи, которые я описывал несколько ранее я просто не исследовал и боролся с последствиями, а не причинами. Почему так было - это отдельный вопрос, но основное, мне было скорее не интересно раскапывать данный прибор до сути.
Но пока вернемся к проблематике усилителя и что в нем хоть как-то можно улучшить:
1. Описанный ранее паразитный выброс в сигнале управления.
Прежде всего схема формирования сигналов управления:
С выходов 10,11 МС1 поступают сигналы управления открытием/закрытием оптопар на формирователях на базе МС2, которая является логическим элементом "И-НЕ"
На МС1-1 и МС1-2 сделана схема формирующая "мертвое время" (обведено), чтобы оптопары и ключи работали без перекрытия.
И все выглядит логично и красиво, но лишь до той поры, пока мы не начнем считать задержки.
В реалиях же выходит так, сперва приходит сигнал управления на формирователи, а затем, с небольшой задержкой прилетает сигнал формирования мертвого времени.
Выход формирователя сперва устанавливается в "1", затем тут же гасится, после снятия импульса формирования мертвого времени, снова взводится в "1". на выходе формирователей получаем короткий паразитный импульс. Я не думаю, что разработчики не знали про эту проблему, скорее всего - просто забили. ОЭП-16 в силу своей тормознутости и так "проглотят" его и не заметят, ну а демодулятор - уж как-то и так будет работать.
Как бороться - внести небольшую задержку в сам сигнал управления, поступающий на входы формирователей на базе элементов "И-НЕ". самым простым способом это сделать:
Разрезать дорожки и включить резистор на 100-200кОм, который в купе с входной емкостью КМОП логики сформирует небольшую задержку и позволит избавиться от паразитного импульса на выходе.
2. Вторая проблема данного усилителя заключается в следующем:
Демодулятор, построенный на базе сборки МОП транзисторов 168КТ2Б в силу большой емкости затворов (измеренная около 30пФ) дает весьма большую инжекцию заряда.
В частности амплитуда импульса при переключении транзисторов составляет примерно 0.6В. При условии, что вход демодулятора подключен к "земле", а параметры входа примененного скопметра составляют 1МОм входного сопротивления и 300пФ входной емкости. На мой взгляд, это огромный выброс, особенно при условии, что усилитель переменного напряжения имеет Ку=40дБ. А весь усилитель должен хорошо отрабатывать входные напряжения уровня в 1мкВ.
Более того, как бы там ни было, но данные выбросы от инжекции так же наблюдаются и на выходе усилителя. Или же на входе вольтметра, так как источник напряжения включается в цепь ООС данного усилителя и эти выбросы прилетают на измеряемый объект. Какие погрешности это может создать на источниках с высоким внутренним сопротивлением, думаю можно примерно прикинуть.
Как бороться, увы - никак, без серьезной переделки усилителя. Ситуацию можно попробовать лишь немного улучшить, уменьшив амплитуду управляющего импульса в затворах 168КТ2, которая по умолчанию равна 18В (вопрос зачем так было сделано). Что несколько уменьшит инжекцию, но не более того.
В силу того, что резисторы R8, R9 физически установлены рядом с транзисторной сборкой, это легко сделать, разрезав дорожки идущие от транзисторов Т1,Т2 к 168КТ2 и установив в разрыв резисторы на 10кОм.
После данных доработок и с оптопарами H11F1 (без резисторов в обвязке, но пары H11F1 были подобраны по фотоЭДС с точностью до 0.2мкВ) в модуляторе усилитель начинает работать куда лучше (возможно даже лучше оригинального, полностью исправного
) К слову, входной ток усилителя, после данных доработок удалось снизить до 5пА.
К слову о H11F1, они хоть и работают в модуляторе и надо сказать, достаточно хорошо, я не рекомендую закладываться на них при ремонте данного усилителя. Почему? Все просто, для того чтобы подобрать 2 пары этих оптопар с достаточно точно совпадающим фотоЭДС для пары, нужно перебрать/обмерить 20-30шт. КПД отбора - низкий, стоимость оптопар - достаточно высока.
Как пример цены в всем знакомом магазине:
С одной стороны, наверное и допустимо, когда надо сделать быстро и гарантированно. Но если подумать - можно дешевле и лучше.
Тут могу сказать следующее - лучше посмотреть в сторону ключей на MOSFETах, управляемых от фотовольтаики. А так же, прежде всего ознакомиться с проблематикой выбора ключей для модуляторов усилителей построенных по топологии МДМ, там много интересного и взаимоисключаещего
Как один из вариантов:
Думаю, по цене весьма ощутима разница. 7380р против 464р
Насчет же приведенных примеров, можно использовать их, но если вдумчиво поискать, то можно подобрать и куда лучшее решение.
К слову, демодулятор можно так же переделать на подобные ключи с использованием фотовольтаики для управления ими. Всех проблем не решит, но ситуацию значительно улучшит.
В последующих постах так же напишу и про "магические" 55мкВ смещения усилителя устанавливаемые резистором на усилителе и нужные якобы для правильной работы ЦАП прибора. Как это описано в описании на прибор и выглядит абсолютно логично, но на мой взгляд - не является таковым. Забегая вперед резистор установки "0" - устанавливает именно 0 смещения усилителя. А не +55мкв, как описано в описании на прибор.
Вырезка из ТО:
Немного ошибся в уровне, запамятовал, но в данном случае, это совершенно не принципиально.
Добавлено after 2 hours 49 minutes 48 seconds:Решил забежать немного вперед и написать по поводу "магического" смещения усилителя в "+55uV"
Вот эквивалентная схема ЦАПа (сам ИДН и цепи на плате "Фильтра") прибора, при установленном выходном напряжении "0":
Тадам! симулятор показывает 56uV, реально измеренное значение на моем приборе 62uV. Поэтому возвращаясь к описанию В1-18 и словам про задание начального смещения усилителя в +55uV для корректной работы ЦАПа прибора стоит считать, как "установка нулевого смещения усилителя". Только так. Так же хочу отметить, что нулевое смещение усилителя лучше выставлять замкнув цепь обратной связи усилителя и повесив неинвертирующий вход (вход к которому подключен ЦАП) на землю.
P.S. все мои выкладками, это IMHO и не претендуют на абсолютную точность.
Добавлено after 1 hour 27 minutes 50 seconds:Выше я описал откуда берется начальное положительное смещение в ~ +55uV и откуда такая цифра взялась.
Предлагаю сейчас взглянуть уже на кусок схемы прибора:
Красным я обвел собственно делитель для формирования данного смещения и его схему питания. А так же подрисовал резистор номиналом в 184кОм - эквивалентное выходное сопротивление ИДН.
Так будет понятней описанное выше. Но основная цель этого дополнения - описать уже проблематику в плане погрешностей приборов.
Итак, питание для данного делителя формируется 2-я параметрическими стабилизаторами на базе стабилитронов 2С212Ж. Которые имеют температурную нестабильность в 0.1%, а так же дифференциальное сопротивление в 40Ом. И резисторов R1, R2 с номинальным сопротивлением 4,3кОм.
Если не рассматривать ТКО делителей и изменение выходного напряжения стабилизаторов от изменения напряжения в сети 220В (эти расчеты я оставлю для читающих, как факультатив).
То при изменении температуры на 1градус, напряжение начального смещения ЦАП, как и общее напряжение ЦАПа измениться на 0.55uV (выход прибора в режиме калибратора, или показания прибора в режиме вольтметра). А на 2градуса изменения температуры дрейф напряжения стабилизации стабилитронов даст погрешность прибора в 1.1uV, т.е. 1е.м.р. в режиме калибратора и 11е.м.р в режиме вольтметра в "виртуальном" 1В диапазоне.
Забавный момент, неужели в эту цепь было сложно поставить хотя бы 2С191Ф. Впрочем, почему было сделано именно так, мы уже никогда не узнаем.
P.S. соберусь духом и чуть позже опишу много интересного по поводу ИДН и т.д.
А пока спойлер, для тех, кто нетерпелив:
Добавлено after 7 minutes 52 seconds:Ах да, если усилитель не делать новый, есть еще один момент:
Надо посмотреть на схему питания логических микросхем, формирующих управление модулятором/демодулятором. Подумать. Ткнуться осциллографом на 7-ю и 14-ю ножки микросхем, прийти в ужас и повесить на питание микросхем конденсаторы
Добавлено after 15 minutes 20 seconds:Вот так выглядит усилитель после ремонта и доработок:
На втором снимке крупным планом показаны резисторы, которые вместе с входной емкостью КМОП логики вносят небольшую задержку и убирают паразитную "иголку" на выходе сигналов управления.
Резисторы для уменьшения управляющего напряжения на затворах 168КТ2 находятся с нижней стороны платы. Пытаться больше дорабатывать данный усилитель - не вижу смысла, ибо тут уже проще сделать новый, на базе zero-drift ОУ, или точно так же, МДМ усилитель на рассыпухе, кому как нравится.