3. Ю. ГОТРА, В. И. МАТВИИВ, П. П. ПАСКУР
регулировщика радиоэлектронной аппаратуры
Издание второе, переработанное
Львов • Издательство «Каменяр» • 1987
ББК 32. 844я2
Г74
УДК 621.396.69(083)
В справочном пособии содержатся сведения о регулировке, настройке, проверке радиоэлектронных приборов и устройств, о технических средствах, предназначенных для выполнения этих операций Описываются также требования техники безопасности труда при регулировке и настройке радиоэлектронной аппаратуры.
Для регулировщиков радиоэлектронной аппаратуры, может быть использовано учащимися системы профессионально-технического образования, радиолюбителями.
Рецензент: кандидат технических наук
О. И. Чайковский
2403000000-050 е „„
I ----------------Б3.16.5.87
М214(04)-87
© Издательство «Каменяр», 1984
© Издательство «Каменяр», 1987, с изменениями
ВВЕДЕНИЕ
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1985—1990 годы и на период до 2000 года предусмотрено всемерное ускорение научно-технического прогресса, повышение эффективности и качества общественного производства. Радиоэлектроника во многом определяет развитие научно-технического прогресса. Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) широко используется во всех сферах научной и производственной деятельности. Ее применение в значительной мере способствует механизации и автоматизации различных отраслей народного хозяйства.
Нормальная работа РЭА обеспечивается при соответствии параметров всех ее блоков, изготовленных в отдельности, заданным техническим требованиям. После изготовления узлов, блоков радиоэлектронных устройств их необходимо отрегулировать, поскольку параметры конденсаторов, резисторов, полупроводниковых элементов, электровакуумных приборов и других элементов обычно имеют отклонения от тех значений, которые принимаются при расчетах радиоэлектронных схем. Также нужно исправить ошибки монтажа. Каждый блок перед включением в совместную работу с другими блоками регулируют для обеспечения заданных выходных параметров и контролируют его функционирование. Поэтому регулировка элементов, узлов, блоков является одной из основных операций в технологическом процессе изготовления РЭА. Обычно регулировку осуществляют при помощи регулировочных элементов (переменных резисторов, конденсаторов переменной емкости и т. п.), не изменяя схемы и конструкции элемента, узла, блока.
Постоянно возрастает сложность РЭА, применяемой как в научных исследованиях и промышленности, так и в быту. Современная радиоэлектронная аппаратура содержит огромное количество дискретных элементов и различных взаимосвязанных узлов и блоков. Процесс регулировки такой аппаратуры представляет сложную техническую задачу, для решения которой необходимы квалифицированные кадры регулировщиков РЭА, умеющие применять известные типовые методы регулировки РЭА, а также разрабатывать новые перспективные методы и приемы регулировки, что позволяет сократить время регулировки и ускорить выпуск аппаратуры. От качества выполнения регулировки, одной из завершающих
з
операций производства РЭА, зависит и качество изделия в целом.
Поэтому регулировщик радиоаппаратуры должен в совершенстве знать основы радиоэлектроники, владеть измерительными приборами, уметь безошибочно разбираться в радиоэлектронных схемах, иметь навыки в определении и устранении неисправностей. Для правильной организации процесса регулировки ему необходимы соответствующие сведения об электро- и радиоизмерительной аппаратуре, методике контроля и точности применяемой измерительной аппаратуры, которая, как правило, должна превышать на порядок заданную точность настройки.
В пособии даются основные понятия об измерении и измерительной технике, рекомендации по методам поиска неисправностей, рассмотрены основные функциональные узлы. Особое внимание уделено аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователям и методам их регулировки, которые еще недостаточно отражены в литературе, а также описаны методы подгонки пассивных элементов узлов в микроэлектронном исполнении.
Цель справочника — оказать помощь регулировщикам РЭА в их повседневной работе, в повышении производительности труда и качества аппаратуры.
Авторы благодарят рецензентов и читателей за ряд полезных замечаний и пожеланий, высказанных после выхода первого издания справочника. Они учтены при подготовке настоящего издания.
Глава I
ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РЭА
Радиоэлектронное устройство — это изделие, состоящее из отдельных электронных функциональных узлов, каждый из которых выполняет определенную операцию. Функциональный узел состоит из пассивных, активных элементов, соединение которых образует электрическую схему. Активные элементы способны усиливать, обрабатывать и преобразовывать сигналы. Пассивные — накапливать или расходовать энергию сигнала. Элемент электрической схемы, имеющий определенное функциональное назначение и имеющий выводы для соединения с другими элементами, называется деталью радиоэлектронного устройства, или радиодеталью. Радиодетали входят в состав комплектации аппаратуры, поэтому их еще называют комплектующими изделиями, являющимися элементной базой РЭА.
При регулировке РЭА часто приходится проверять исправность пассивных и активных элементов, а также их параметры.
1.1. Пассивные элементы
Резисторы — пассивные элементы, в которых происходит необратимый процесс поглощения электрической энергии и превращения ее в тепловую. Основное функциональное назначение резисторов — оказывать известное (номинальное) сопротивление электрическому току с целью регулирования тока и напряжения. Различают постоянные, переменные и подстроечные резисторы. Резисторы, сопротивление которых нельзя изменять в процессе эксплуатации, называют постоянными. Резисторы, изменением сопротивлений которых осуществляются различные регулировки в процессе работы аппаратуры, называют переменными. Резисторы, сопротивление которых изменяют только в процессе налаживания аппаратуры, называют подстроечными.
В зависимости от материала, из которого изготовляется токопроводящий слой резисторов, их разделяют на проволочные и непроволочные. В проволочных резисторах токопроводящим слоем служит проволока с определенным удельным сопротивлением, намотанная на цилиндрические или плоские диэлектрические каркасы. В непроволочных резисторах токопроводящим слоем является слой резистивного материала, нанесенного на керамический стержень.
5
К основным параметрам резисторов относятся: номинальное значение сопротивления, допустимое отклонение от номинального значения, номинальная мощность рассеивания, температурный коэффициент сопротивления, уровень шумов, собственная индуктивность и емкость.
Сопротивление резисторов измеряют в омах (Ом), килоомах (кОм), мегаомах (МОм) и т. д. Номинальное значение сопротивления определяет силу проходящего через него тока при заданной разности потенциалов на его выводах. Резисторы широкого применения выпускаются с номинальным значением сопротивления от долей ома до сотен мегаом, согласно стандартной шкале сопротивлений. Номинальное значение сопротивления указывается на корпусе резистора.
Допустимое отклонение от номинального значения зависит от класса точности. Различают три основных класса точности: I класс точности с отклонением от номинального значения сопротивления ±5%; II класс — ±10%; III класс — ±20%. В табл. 1.1 приведены ряды номинальных сопротивлений трех основных классов точности.
Таблица 1.1. Ряды номинальных сопротивлений резисторов
Допускаемые отклонения, %
±5 | ±10 | ±20 | ±5 | ±10 [ ±20 [ ±5 | ±10 j ±20 | ±5 [ ±10 | ±20
Номинальные значения сопротивлений
Ом			Ом,		кОм,	МОм.	ГОм				
0,10	0,10	0,10	1,0	1,0	1,0	10	10	10	100	100	100
0,11			1,1			11			НО		
0,12	0,12		1,2	1,2		12	12		120	120	
0,13			1,3			13			130		
0,15	0,15	0,15	1,5	1,5	1,5	15	15	15	150	150	150
0,16			1,6			16			160		
0,18	0,18		1,8	1,8		18	18		180	180	
0,20			2,0			20			200		
0,22	0,22	0,22	2,2	2,2	2,2	22	22	22	220	220	220
0,24			2,4			24			240		
0,27	0,27		2,7	2,7		27	27		270	270	
0,30			3,0			30			300		
0,33	0,33	0,33	3,3	3,3	3,3	33	33	33	330	330	330
0,36			3,6			36			360		
0,39	0,39		3,9	3,9		39	39		390	390	
0,43			4,3			43			430		
0,47	0,47	0,47	4,7	4,7	4,7	47	47	47	470	470	470
0,51			5,1			51			510		
0,56	0,56		5,6	5,6		56	56		560	560	
0,62			6,2			62			620		
0,68	0,68	0,68	6,8	6,8	6,8	68	68	68	680	680	680
0,75			7,5			75			750		
0,82	0,82		8,2	8,2		82	82		820	820	
0,91			9,1			91			910	1	
6
Постоянные резисторы, обычно используемые в измерительной аппаратуре, имеют допуски ±0,01%; ±0,02%; ±0,05%; ±0,1%; ±0,2%; ±0,5%; ±1%; ±2%.
Номинальная мощность резистора Р,|1)М — это максимально допустимая мощность, рассеиваемая на сопротивлении резистора в течение длительного времени при непрерывной нагрузке и определенной температуре окружающей среды, при которой параметры резистора сохраняются в установленных пределах. Значения номинальной мощности рассеивания, в ваттах, регламентируются и равны 0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 5 Вт для непроволочных резисторов и 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 5; 8; 10; 16; 25; 40; 80 Вт для проволочных.
Исходя из номинальной мощности, максимально допустимые для резисторов значения силы тока и напряжения равны
При этом значение t/,,;,KC не должно превышать регламентированного значения напряжения пробоя для данного резистора.
Относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1К называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Он определяется по формуле:
где R — сопротивление резистора при номинальной температуре; Л R — алгебраическая разность между сопротивлением, измеренным при заданной температуре, и сопротивлением, измеренным при нормальной температуре; Д/°— алгебраическая разность между заданной и нормальной температурами.
Для резисторов обычно приводится ТКС для определенного интервала рабочих температур. В зависимости от типа резистора ТКС может быть положительным и отрицательным. Для непроволочных резисторов ТКС составляет ±(100...2000) X 10“6 1/К и для проволочных — ±(50... 1000) • I01' 1/К-
Шумовые свойства резисторов характеризуются уровнем собственных шумов Um и определяются случайными колебаниями разности потенциалов, возникающими на резистивном элементе вследствие флуктуации объемной концентрации носителей заряда и флуктуации его сопротивления постоянному току. Для непроволочных резисторов уровень собственных шумов определяется по формуле
Ци=0.125^ЛД?, мкВ, где ДГ—полоса рабочих частот, кГц; R — номинальное значение сопротивления резистора, кОм.
7
Собственная индуктивность и емкость, определяемые конструкцией резисторов, обуславливают их частотные свойства.
Специфическими параметрами переменных резисторов являются функциональная характеристика и разрешающая способность.
Функциональная характеристика — зависимость сопротивления от перемещения (угла поворота) подвижной системы. По характеру функциональной зависимости переменные резисторы разделяются на линейные (тип А) и нелинейные: с логарифмической (тип Б) и обратно логарифмической (тип В) зависимостями. Выпускаются резисторы и с другими зависимостями.
Для переменных резисторов общего назначения допуск отклонения от заданной кривой составляет 5...20%, для прецизионных — 0,05...1 %.
Разрешающая способность показывает, какие наименьшие изменения угла поворота или перемещения подвижной системы резистора могут быть различимы. Она характеризуется минимально возможным изменением сопротивления при минимально возможном перемещении подвижного контакта. Для переменных резисторов общего назначения разрешающая способность составляет 0,1...3%, для прецизионных — тысячные доли процента.
Обозначение резисторов широкого применения состоит из прописных букв — краткой характеристики резистора (например, резистор ВС — влагостойкий, МЛТ — металлопленочный лакированный теплостойкий) — с дальнейшим указанием мощности, номинала и допускаемого отклонения, разделяемых дефисом. Например, резистор МЛТ-0,125-5,1 кОм ±5%.
В новых типах резисторов введена новая система обозначений. Буква С обозначает резистор постоянного сопротивления, СП — резистор переменного сопротивления. Далее следует цифра, указывающая на специфическую особенность резистора в зависимости от материала токопроводящего слоя: 1 — непроволочные тонкослойные углеродистые и бороуглеродистые; 2 — непроволочные тонкослойные металлодиэлектрические и металлоокисные; 3 — непроволочные композиционные пленочные; 4 — непроволочные композиционные объемные; 5 — проволочные; 6 — непроволочные тонкослойные металлизированные. После первой цифры через дефис ставится вторая цифра, обозначающая регистрационный номер даного типа резистора; далее следуют цифры, указывающие мощность, номинальное значение, допускаемое отклонение. В обозначении переменных резисторов после цифр регистрационного обозначения может стоять буква, указывающая на конструктивные особенности и вид исполне
8
ния. Например: резистор С4-1-0,5-30 ± 10%; резистор С2-7Е-0.5 Вт-8,2 Ом ± 5%; резистор СП-39А-0,5Вт-4,7кОм ± ± Ю%.
Конденсатор — пассивный элемент, обладающий способностью запасать электрическую энергию. Количество электричества q, накопленного в конденсаторе, прямо пропорционально его емкости С и приложенному напряжению U
q = С  U,
где q — в кулонах, Кл; С — в фарадах, Ф; U — в вольтах, В.
В цепи переменного тока реактивное сопротивление Хс конденсатора (в омах) зависит от частоты и равно
Хс = —— , с 2л/С
где / — частота, Гц; С — емкость, Ф.
. По характеру изменения емкости различают постоянные, переменные, подстроечные конденсаторы.
Конденсаторы, емкость которых постоянна и не изменяется в процессе эксплуатации, называют постоянными (постоянной емкости). Если емкость конденсаторов изменяется в процессе эксплуатации (например, настройка радиоприемников) , то конденсаторы называют переменными (переменной емкости). Конденсаторы, емкость которых изменяют периодически в процессе эксплуатации (например, первоначальная настройка контуров при их сопряжении), называют подстроечными.
К основным электрическим параметрам, характеризующим конденсатор, относят номинальное значение емкости, ь допускаемое отклонение от номинального значения, номинальное рабочее напряжение, сопротивление изоляции (ток утечки), тангенс угла потерь, температурный коэффициент емкости.
Номинальное значение емкости указывается на корпусе конденсатора. Допустимое отклонение действительного значения емкости от номинального значения регламентируется классом точности конденсатора. Для конденсаторов различают три основных класса точности в зависимости от отклонения от номинального значения: ±5% — I класс; ±10% — II класс; ±20% — III класс.
Конденсаторы с более высоким классом точности (±0,1 %, ±0,2%, ±0,5%, ±1%, ±2%) обычно используют в измерительной радиоаппаратуре.
Ряды номинальных значений емкости, значения допускаемых отклонений конденсаторов приведены в табл. 1.2.
Номинальное рабочее напряжение —1 наибольшее напряжение, при котором конденсатор может надежно работать в течение всего срока службы. Для большинства видов конден-
9
Таблица 1.2. Ряды номинальных значений емкостей конденсаторов
Допускаемые отклонения, %
±5	±10	±20	±5	±10	±20	±5	±10 1	±20
		пФ	10л /п=0, 1	2, 3/				
1.0	1,0	1,0	2,2	2,2	2,2	4,7	4,7	4,7
1,1	—	—	2,4	—	—	5,1	—	—
1,2	1,2	—	2,7	2,7	—	5,6	5,6	—
1,3	—	—	3,0	—	—	6,2	—	—
1,5	1,5	1,5	3,3	3,3	3,3	6,8	6,8	6,8
1,6	—	—	3,6	—	—	7,5	—	—
1,8	1,8	—	3,9	3,9	—	8,2	8,2	—
2,0	—	—	4,3	—	—	9,1	—	—
.	мкФ								
0,010	0,010	0,010	0,068	0,068	0,068	2,2	2,2	2,2
0,012	0,012	—	0,082	0,082	—	3,3	з.з	3,3
0,015	0,015	0,015	0,1	0,1	0,1	4,7	4,7	4,7
0,018	0,018	—	0,15	0,15	0,15	6,8	4,7	6,8
0,022	0,022	0,022	0,22	0,22	0,22	10	10	10
0,027	0,027	—	0,33	0,33	0,33	15	15	15
0,033	0,033	0,033	0,47	0,47	0,47	22	22	22
0,039	0,039	—	0,68	0,68	0,68	33	33	33
0,047	0,047	0,047	1,0	1,0	1,0	47	47	47
0,056	0,056	—	1,5	1,5	1,5	68	68	68
саторов указывается только напряжение постоянного тока. Переменное рабочее (действующее) напряжение должно быть в полтора—два раза меньше указанного постоянного напряжения. При работе конденсатора в цепи пульсирующего тока сумма максимального значения напряжения постоянного тока и амплитуды импульса не должна превышать максимально допустимого значения по постоянному напряжению.
Сопротивление изоляции конденсатора, характеризующее качество его диэлектрика, обычно измеряется в мегаомах (МОм) при напряжении 100 В. При емкости конденсатора более 0,1...0,25 мкФ указывают постоянную времени конденсатора
Т = RK3  С, МОм • мкФ.
Тангенс угла потерь tg 6 характеризует потери в конденсаторе, вызванные рассеиванием энергии в диэлектрике и на активном сопротивлении обкладок. Чем больше потери, тем больше tg 6. Наименьшие потери у керамических, стеклоэмалевых и пленочных конденсаторов (tg 6 = 0,001 ...0,0015); у слюдяных конденсаторов tg 6 = 0,01; у бумажных и металлобумажных— tgS = 0,015; в сегнетокерамических — tg 6 = 0,04; электролитических — tg 6 = 0,15 ... 0,35.
Величина, обратная тангенсу угла потерь, называется добротностью конденсатора.
ю
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) определяется относительным изменением значения емкости конденсатора при изменении температуры окружающей среды на 1 К.
В зависимости от значения ТКЕ конденсаторы постоянной емкости делятся на группы (табл. 1.3). Маркировка конденсатора в зависимости от габаритных размеров может быть полной или сокращенной (кодированной).
Таблица 13 Группы конденсаторов постоянной емкости
Обозначение группы	ТКЕ- 10““ 1 /к	Допускаемое отклонение емкости, %	Маркировка	
			цвет корпуса (цвет первого маркировочного знака)	цвет второго маркировочного знака
Слюдяные конденсаторы
А	не нормируется		—	—
Б	±200		—	—
В	±100		—	—
Г	±50		—	—
	Керамические конденсаторы			
П120	+ 120		синий	синий
П100	+ 100		синий	черный
пзз	+33		серый	синий
мпо	0		голубой	черный
мзз	-33		голубой	коричневый
М47	—47		голубой	голубой
М75	-75		голубой	красный
Ml 50	-150		красный	оранжевый ~
М220	— 220		красный	желтый
МЗЗО	—330		красный	зеленый
М470	-470		красный	синий
М750	-750		красный	красный
Ml 500	— 1500		зеленый	зеленый
НЮ		±10	оранжевый	черный
Н20		±20	оранжевый	красный
НЗО		±30	оранжевый	зеленый
Н50		±50	оранжевый	синий
Н70		— 70	оранжевый	оранжевый
Н90		-90	оранжевый	белый
Примечание Если цвет корпуса совпадает с цветом второго маркировоч-ного знака, второй маркировочный знак не ставят, если цвет корпуса не соответствует цвету первого маркировочного знака, тогда ставят первый маркировочный знак, площадь первого маркировочного знака вдвое больше площади второго маркировочного знака
Полное обозначение включает тип конденсатора, номинальное значение емкости и допустимое отклонение от номинального значения, значение номинального напряжения, товарный знак предприятия, дату выпуска (месяц, год).
Обозначение типа конденсатора для ряда конденсаторов
и
состоит из начальных букв (краткой характеристики конденсатора). Например, ЭТО — конденсатор электролитический танталовый объемнопористый, МБМ — конденсатор металлобумажный малогабаритный.
В выпускаемых в настоящее время конденсаторах обозначение их типа состоит из буквы К (конденсатор) и двухзначного числа, являющегося краткой характеристикой (табл. 1.4), порядкового номера разработки через дефис, после которого может стоять буква, указывающая на особенности применения: У — универсального применения (в цепях постоянного, переменного, пульсирующего токов и в импульсных режимах); П — для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов; Ч — для работы в цепях переменного тока; И — для работы в импульсном режиме.
Номинальное значение емкости до 10 000 пФ обозначается числом без указания единиц, от 10 000 пФ и выше — выражается числом с указанием единицы — мкФ.
Таблица 14 Краткая характеристика конденсаторов
Вид диэлектрика номинальное напряжение
К10
К15
К20
К.21
К22 К23 кз1 К32 К40
К41
К42
К50
К51
К52 К53 К60
К61
К70
К71
К72 К73
К74
К75 К76 К77 К78
Керамический, (7Н0М < 1600 В
Керамический, 1/ном^ 1600 В
Кварцевый
Стеклянный
Стеклокерамический
Стеклоэмалевый
Слюдяной малой мощности
Слюдяной большой мощности
Бумажный с фольговыми обкладками, (7НОМ<1600 В
Бумажный с фольговыми обкладками, (7НОМ>1600 В
Бумажный с обкладками, нанесенными на диэлектрик в виде слоев металлизации (металлобумажный)
Оксидный алюминиевый
Оксидный танталовый фольговый
Оксидный танталовый с объемно-пористым анодом
Оксидно-полу проводниковый
Вакуумный
Г азонаполненный
Полистироловый с фольговыми обкладками
Полистироловый с обкладками, нанесенными на поверхность пленки в виде слоев металлизации
С диэлектриком из фторопластовой пленки (фторопласт — 4)
С диэлектриком из полиэтилентерефталатной (лавсановой) пленки и обкладками в виде металлизации
С диэлектриком из полиэтилентерефталатной пленки и фольговыми обкладками
С комбинированным диэлектриком
Лакопленочный
Поликарбонатный
Полипропиленовый
12
Допускаемое отклонение емкости от номинального значения обозначается числом, соответствующим отклонению в процентах. Если конденсаторы какого-либо типа выпускаются с одним допускаемым отклонением или их емкость измеряется только в микрофарадах, то соответствующая этим данным маркировка не указывается (например, для электролитических конденсаторов).
Обозначение конденсатора в документации содержит название элемента, тип, конструктивные особенности, группу ТКЕ, номинальное напряжение, допускаемое отклонение.
Порядок следования обозначения определяется нормативными документами на данный тип конденсатора, например: конденсатор К50-6-16-100— конденсатор электролитический — К50, номер разработки — 6, номинальное рабочее напряжение — 16 В, номинальное значение емкости — 100 мкФ; конденсатор ФТ-1-600-0,01 ± 10% — конденсатор фторопластовый термостойкий, конструктивные особенности (габаритные размеры увеличены) — 1, номинальное рабочее напряжение — 600 В, номинальная емкость — 0,01 мкФ, допускаемое отклонение ± 10%.
Для маркировки малогабаритных резисторов и конденсаторов (при их выпуске) используют кодированное обозначение, которое состоит из трех (четырех) знаков, включающих две (три) цифры и букву. Буква кода обозначает множитель, составляющий значение сопротивления (Ом) или емкости (Ф), и определяет положение запятой десятичного знака (табл. 1.5).
Примеры кодированных обозначений номинальных сопротивлений приведены в табл. 1.6; разрешается применять обозначения, указанные в скобках. Примеры кодированных обозначений номинальных емкостей приведены в табл. 1.7; разрешается применять обозначения, указанные в скобках. Кодированные обозначения допускаемых отклонений (в процентах) для сопротивлений и емкостей приведены в табл. 1.8. Для малых емкостей обычно нормируют отклонение в пФ. Кодированные обозначения допускаемого отклонения емкости (в пФ) приведены в табл. 1.9.
Таблица 15 Обозначение множителей
Be пичина	Сопротивление					Емкость				
Обозначение	R	К	м	G	Т	р	п	в	m	F
Множитель	1	103	106	109	ю12	10'2	10'	КГ"	10-3	1
13
Таблица 1.6. Кодированное обозначение номинальных сопротивлений
Номинальное сопротивление	Кодированное обозначение	Номинальное сопротивление	Кодированное обозначение
0,11 Ом	/?11	1,1 МОм	1М1
0,562 Ом	/?562	5,62 МОм	5М62
1,1 Ом	1/?1	11 МОм	НМ
5,62 Ом	5/?62	56,2 МОм	56М2
11 Ом	Н/?	НО МОм	HOM(Gll)
56,2 Ом	56/?2	562 МОм	562М
НО Ом	НОЖКИ)	1,1 ГОм	1G1
562 Ом	562/?	5,62 ГОм	5G62
1,1 кОм	1К1	11 ГОм	11G
5,62 кОм	5К62	56,2 ГОм	56G2
11 кОм	НК	ПО ГОм	HOG(TH)
56,2 кОм	56 К2	562 ГОм	562G
110 кОм	иок(ми)	1,1 ТОм	1Т1
562 кОм	562К	5,62 ТОм	5Т62
Таблица	1.7. Кодированное обозначение		
номинальных	емкостей		
Номинальная	Кодированное	Номинальная	Кодированное
емкость	обозначение	емкость	обозначение
0,11 пФ	pH	1,1 мкФ	1 Ц 1
0,562 пФ	р562	5,62 мкФ	5ц62
1,1 пФ	1р1	11 мкФ	Иц
5,62 пФ	5р62	56,2 мкФ	56ц2
11 пФ	Ир	110 мкФ	110ц(т 11)
56,2 пФ	56р2	562 мкФ	562 ц
НО пФ	HOp(nll)	1,1 мФ	1ml
562 пФ	562р	5,62 мФ	5m62
1,1 нФ	1п1	11 мФ	11т
5,62 нФ	5п62	56,2 мФ	56т2
11 нФ	1 1п	110 мФ	110т(/Ч1)
56,2 нФ	56п2	562 мФ	562т
110 нФ	Н0п(ц11)	1,1 Ф	1Л
562 нФ	562п	5,62 Ф	57'62
Таблица 1.8. Кодированные обозначения Таблица 1.9.
допускаемых отклонений				Кодированные	
				обозначения	
Допускаемое	Кодированное	Допускаемое	Кодированное	допускаемых	
отклонение, %	обозначение	отклонение, %	обозначение		
				отклонений	
				емкостей	
±0,001	Е	±2	G	—	
±0,002	L	±5	/	Допускаемое	Кодированное
±0,005	R	±10	К	отклонение, пФ	обозначение
±0,01	Р	±20	м	—	
±0,02	и	±30	N	±0,1	в
±0,05	X	— ю+зо	Q	±0,25	с
±0,1	в	— 10+50	Т	±0,5	D
±0,25	с	— 10+100	Y	±1	F
±0,5	D	-20+50	S		
±1	F	— 20+80	Z		
14
Кодированное обозначение номинального значения и допустимого отклонения маркируют одной строчкой; разрешается допустимое отклонение помещать во второй строчке.
Если в состав маркировки входят кодированные обозначения других параметров, они размещаются после обозначения допустимого отклонения.
1.2. Активные элементы
Активные элементы — электронные приборы, работа которых основана на электронных эффектах, возникающих в газах, жидкостях, твердых телах при воздействии на них электрических, магнитных, световых и других видов полей.
П р и е м н о-у силительные (ПУЛ) и генераторные лампы — электронные лампы (радиолампы), предназначенные для усиления, преобразования и генерирования сигналов. Радиолампы классифицируют по числу основных электродов. Радиолампы, имеющие два электрода (анод и катод), называются диодом. Трехэлектродная лампа, наряду с анодом и катодом имеющая управляющий электрод-сетку, называется триодом. Четырехэлектродная лампа называется тетродом, пятиэлектродная — пентодом и т. д. Многоэлектродные ПУЛ (число сеток свыше трех-четырех) применяются в преобразователях частоты в качестве смесителей. Применяются также комбинированные ПУЛ, которые имеют в одном баллоне несколько отдельных ламп (двойной триод, триод—двойной диод, двойной пентод и др.).
Обозначение ПУЛ состоит из четырех элементов. Первый элемент — число, соответствующее напряжению накала в вольтах (округленно). Второй элемент — буква, обозначающая тип прибора: Д — диоды; X — двойные диоды; Ц — маломощные кенотроны (выпрямительные диоды); С — триоды; Н — двойные триоды; Э — тетроды; П — выходные пентоды и лучевые тетроды; Ж — пентоды с короткой характеристикой; К — пентоды с удлиненной характеристикой; Р — двойные тетроды, двойные пентоды; Г — диод-триоды; Б — диод-пентоды; Ф — триод-пентоды; И — триод-гексоды, триод-гептоды; А — частотно-преобразовательные лампы и лампы с двумя управляющими сетками (кроме пентодов); В — лампы со вторичной эмиссией; Е — электронно-лучевые индикаторы настройки. Третий элемент — число, соответствующее порядковому номеру данного типа лампы. Четвертый элемент — буква, характеризующая конструктивное оформление лампы: А — стеклянный баллон диаметром от 5 до 8 мм; Б — стеклянный баллон диаметром от 8 до 10,2 мм; Г — стеклянный баллон диаметром более 10,2 мм; П — стеклянный баллон диаметром 19 и 22,5 мм; С — стеклянный бал
15
лон с цоколем или без цоколя диаметром более 22,5 мм; Н — нувистор, металлокерамический баллон; К — керамический баллон; Д — металлостеклянный баллон с дисковыми впая-ми. Лампы с металлическим баллоном четвертого элемента обозначения не имеют.
Добавочный элемент, который может добавляться к стандартному обозначению (через дефис), характеризует специальные свойства ламп: В — лампы повышенной надежности и механической прочности; Е — лампы повышенной долговечности (более 5 тыс. ч); Д — лампы особо долговечные (гарантированная долговечность 10 тыс. ч и более); И — лампы для работы в импульсном режиме; ЕВ — лампы повышенной надежности и долговечности.
Обозначение специальных мощных генераторных ламп состоит из трех элементов. Первый элемент — буквы, указывающие на тип лампы и область применения: ГК— генераторная лампа для работы на частотах до 30 МГц; ГУ — генераторная лампа для работы на частотах до 300 МГц; ГС — генераторная лампа для работы на частотах свыше 300 МГц; ГМ — модуляторная лампа; ГИ — генераторная импульсная лампа; ГМИ — модуляторная импульсная лампа; ГП — регулирующая лампа непрерывного действия. Второй элемент — порядковый номер разработки. Третий элемент — буква, обозначающая тип охлаждения; А — водяное; В — воздушное; П — испарительное. Отсутствие буквы указывает на естественное охлаждение.
Электронн о-л учевые трубки (ЭЛТ) — электровакуумные приборы, в которых энергия электрического тока преобразуется в двухмерное световое изображение.
Обозначение ЭЛТ состоит из четырех элементов. Первый элемент — цифровой указатель диаметра (размера по диагонали) экрана ЭЛТ в см (округленно). Второй элемент — буквенный указатель типа ЭЛТ: ЛО — ЭЛТ с электростатическим управлением; ЛК, ЛМ — с магнитным управлением (кинескопы). Третий элемент — цифровой указатель порядкового номера разработки. Четвертый элемент — буквенный указатель цвета свечения экрана ЭЛТ: А — синий; В, М — голубой, Д. — голубовато-зеленый (длительное послесвечение) ; Е — двухцветный; И — желто-зеленый; К — розовый; Ч — светло-зеленый; Р — сине-фиолетовый; С — оранжевый.
Диоды и транзисторы — полупроводниковые приборы, действие которых основано на электрических явлениях на границе раздела полупроводников с электронной и дырочной проводимостями.
Диод — полупроводниковый прибор с одним п-р переходом. В зависимости от назначения, принципов работы и
16
конструктивных особенностей различают следующие основные виды диодов: выпрямительные, стабилитроны, варикапы, туннельные.
Транзисторы — полупроводниковые электропреобразо-вательные приборы с управлением плотностью электрического тока. Различают биполярные и униполярные (полевые) транзисторы. Биполярные транзисторы — полупроводниковые приборы с двумя п-р переходами и двумя вилами проводимости: электронной (п) и дырочной (р). В зависимости от структуры транзисторы подразделяются на п—р—п и р—п— р типы. Полевые транзисторы — полупроводниковые приборы, работа которых основана на электронных эффектах на поверхности или в объеме полупроводника вблизи зоны п—р перехода при воздействии электрического поля. Полевые транзисторы делятся на канальные и с изолированным затвором, которые обладают большим входным сопротивлением.
Условное обозначение полупроводниковых приборов, разработанных до 1964 года, состоит из двух или трех элементов. Первый элемент — буква: Д — диоды; П — транзисторы. Второй элемент — число, указывающее область применения. Третий элемент — буква, указывающая на разновидность прибора Например: транзисторы П42А — транзистор германиевый низкочастотный, разновидность А; диод Д226Е — диод кремниевый плоскостной, разновидность Е.
Условное обозначение приборов, разработанных в период после 1964 года до 1978 года, состоит из четырех элементов. Первый элемент — указатель материала: Г(1) —германий; К(2) — кремний; А(3) — арсенид галлия. Второй элемент — указатель типа прибора: А — диоды СВЧ; Б — диоды Ганна; В — варикапы; Д — диоды выпрямительные, универсальные, импульсные; И — туннельные и обращенные диоды; К — стабилизаторы гока; Л - излучатели; Н — динисторы; П — полевые транзисторы; С — стабилитроны и стабисторы; Т — биполярные транзисторы; У—тиристоры, Ф — фотоприборы; Ц — выпрямительные столбы и блоки.
Третий элемент — указатель мощности, диапазона рабочих частот или разновидности прибора (трехзначное число). В частности, для биполярных транзисторов числа обозначают:
101. 199 — мощюсть менее 0,3 Вт. рабочие частоты до 3 МГц;
201...299 - мощнооь менее 0.3 Вг, рабочие частоты 3...30 МГц; 301. .399— мощность менее 0,3 Вт, рабочие час"оты выше 30 МГц; 401 ..499— мощность до 1,5 Вт, рабочие частоты до 3 МГц;
501...599— мощности до 1,5 Вт, рабочие частоты 3.. 30 МГц.
601 ..699 — мощность до 1,5 Вт, рабочие частоты выше 30 МГц; 701.. 779 — мощность более 1,5 Вт, рабочие частоты до 3 МГн;
80!.. 899— мощность более 1,5 Вт, рабочие частоты 3 ..30 МГц.
901...999 — мощность более 1,5 Вт, рабочие частоты выше 30 МГц
2 270 7
Четвертый элемент — указатель разновидности типа данной разработки. Например: транзистор КТ315Б — кремниевый маломощный высокочастотный, номер разработки — 15, разновидность Б.
Обозначение полупроводниковых приборов, разработанных после 1977 года, состоит из пяти элементов. Первый и второй элементы обозначения остались прежними. Третий элемент — указатель основной характеристики (однозначное число) данного типа прибора. Четвертый элемент — указатель порядкового номера разработки (трехзначное число). Пятый элемент — указатель разновидности данного типа (буквы от А до Я). Например: транзистор КТ3107А — кремниевый высокочастотный, номер разработки — 107, разновидность А.
Интегральная микросхема (ИС) — микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки соединенных элементов или кристаллов. ИС с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматривается как единое целое.
По виду обрабатываемых сигналов различают аналоговые и цифровые ИС. Аналоговая ИС — микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся непрерывно. Частным случаем аналоговой ИС является линейная микросхема, обладающая линейной характеристикой. Цифровая ИС — микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции. Частный случай цифровой ИС — логическая микросхема для выполнения логических операций с дискретными сигналами.
По конструктивно-технологическому исполнению различают полупроводниковые, пленочные и гибридные ИС. В полупроводниковых ИС все элементы и соединения выполнены в единой технологии. В пленочных ИС элементы и соединения выполнены в виде пленок. При изготовлении гибридных ИС в основном используют две технологии: пассивные элементы изготовляются по пленочной технологии, активные — по полупроводниковой.
В зависимости от количества N элементов (активных) на кристалле различают простые, средние, большие и сверхболь-.шие ИС. Для простых микросхем N 10, для средних — 10 < N 100, для больших — 100 < N 1000 и для сверхбольших — /V > 1000. Число содержащихся в ИС элементов является показателем её сложности, которая характеризуется степенью интеграции А = lg/V. Наибольшей степенью интеграции обладают полупроводниковые ИС. Наряду с
18
высокой технологичностью они имеют и ряд недостатков. К ним относятся паразитные связи между компонентами, ограниченный диапазон сопротивлений и конденсаторов. Гибридные ИС, обладая меньшей степенью интеграции, лишены недостатков полупроводниковых ИС. Аналоговые и цифровые ИС выпускаются в виде серий, представляющих собой совокупность выполняющих различные функции ИС, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного применения. Каждая из серий характеризуется степенью комплектности.
Условное обозначение интегральных микросхем состоит из четырех элементов. Первый элемент — цифра, обозначающая группу по конструктивно-технологическому признаку: 1, 5, 7 — полупроводниковые, 2, 4, 6, 8 — гибридные, 3 — пленочные, керамические, вакуумные и др. Второй элемент — цифры, обозначающие порядковый номер разработки серии от 0 до 999. Третий элемент — две буквы, обозначающие функциональное назначение и характеристику (табл. 1.10).
Таблица 1.10. Функциональное назначение ИС
Функциональное назначение	Характеристика	Буквенное обозначение
Генераторы	Гармонических сигналов	ГС
	Прямоугольных сигналов (в том числе автоколебательные мультивибраторы, блокинг-генераторы и др.)	гг
	Линейно изменяющихся сигналов	гл
	Сигналов специальной формы	ГФ
	Шума	гм
	Прочие	гп
Детекторы	Амплитудные	ДА
	Импульсные	ди
	Частотные	дс
	Фазовые	Дф
	Прочие	дп
Коммутаторы и ключи	Тока	кт
	Напряжения	кн
	Прочие	КП
Логические элементы	Элемент И-НЕ	ЛА
	Элемент ИЛИ-НЕ	ЛЕ
	Элемент И	ли
	Элемент ИЛИ	лл
	Элемент НЕ	лн
	Элемент И-ИЛИ	лс
	Элемент И-НЕ/ИЛИ-НЕ	ЛБ
	Элемент И-ИЛИ-НЕ	ЛР
2*
19
Продолжение табл. 1 10
Функ аномальное назначенье	Характеристика	Буквенное обозначение
	Элемент И-ИЛИ-НЕ/И-ИЛИ	лк
	Элемент ИЛИ-НЕ/ИЛИ	лм
	Расширители	лд
	Прочие	ЛП
Многофункциональные	Аналоговые	ХА
схемы	Цифровые	хл
	Комбинированные	хк
	Прочие	хп
Модуляторы	Амплитудные	МА
	Частотные	МС
	Фазовые	МФ
	Импульсные	ми
	Прочие	МП
Наборы элементов	Диодов	нд
	Транзисторов	нт
	Резисторов	ПР
	Конденсаторов	НЕ
	Комбинированные	нк
	Прочие	нп
Преобразователи	Частоты	ПС
	Фазы	ПФ
	Длительности	пд
	Напряжения	пн
	Мощности	пм
	Уровня (согласователи)	ПУ
	Код-аналог	ПА
	Аналог-код	пв
	Код-код	ПР
	Прочие	пп
Схемы вторичных	Выпрямители	ЕВ
ИСТОЧНИКОВ	Преобразователи	ЕМ
питания	Стабилизаторы напряжения	ЕН
	Стабилизаторы тока	ЕТ
	Прочие	ЕП
Схемы задержки	Пассивные	БМ
	Активные Прочие	БР
		БП
Схемы селекции	Амплитудные (уровня сигналов)	СА
и сравнения	Временные	СВ
	Частотные	СС
	Фазовые	СФ
	Прочие	СП
20
Продолжение табл. 1 10
функциональное назначение	Характеристика	Б\квенное обозначение
Триггеры	Типа JK Типа RS Типа D Типа Т Динамические Шмитта Комбинированные (типов DT, RST и др.) Прочие	ТВ ТР тм тт тд тл тк тп
Усилители	Высокой частоты Промежуточной частоты Низкой частоты Импульсных сигналов Повторителя Считывания и воспроизведения Индикации Постоянного тока Операционные и дифференциальные Прочие	УВ УР УН УИ УЕ УЛ УМ УТ УД УП
Фильтры	Верхних частот Нижних частот Полосовые Режекторные Прочие	ФВ ФН ФЕ ФР ФП
Формирователи	Импульсов прямоугольной формы (ждущие мультивибраторы, блокинг-генераторы и др ) Импульсов специальной формы Адресных токов (формирователи напряжения или токов) Разрядных токов (формирователи напряжения или токов) Прочие	АГ АФ АА АР АП
Элементы запоминающих устройств	Матрицы-накопители' ОЗУ ПЗУ ОЗУ со схемами управления ПЗУ (масочные) со схемами управления ПЗУ со схемами управления и с однократным программированием ПЗУ со схемами управления и с многократным программированием АЗУ со схемами управления Прочие	РМ РВ РУ РЕ РТ РР РА РП
21
Продолжение табл 1 10
Функциональное назначение	Характеристика	Буквенное обозначение
Элементы арифмети-	Регистры	ИР
ческих и дискрет-	Сумматоры	им
ных устройств	Полусумматоры	ил
	Счетчики	ИЕ
	Шифраторы	ИВ
	Дешифраторы	ид
	Комбинированные	ик
	Прочие	ип
Четвертый элемент — порядковый номер по функциональному признаку в данной серии.
Первые два элемента обозначают серию ИС. В ИС широкого применения перед первым элементом ставят букву К, после которой может стоять указатель типа корпуса — буквы М — керамический, металло- и стеклокерамический, Е — ме-таллополимерный, А — пластмассовый планарный и др. В некоторых сериях указатели типа корпуса размещены после четвертого элемента. Для аналоговых ИС буква после четвертого элемента указывает разновидность.
Например: микросхема КМ155ЛАЗ — полупроводниковая— 1, ИС широкого применения — К, корпус керамический — М, порядковый номер разработки серии — 55, логический элемент И-НЕ — ЛА, порядковый номер разработки по функциональному признаку в данной серии (155) —3.
Глава 2
ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ РЕГУЛИРОВКЕ
И НАСТРОЙКЕ РЭА
2.1.	Основные понятия об измерительной технике
Измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Средства измерений — это технические средства, которые имеют нормированные метрологические характеристики. При этом значение физической величины, отсчитываемое по отсчетному устройству средства измерения, строго соответствует определенному количеству физических единиц, принятых в качестве единиц измерения. К средствам измерения относятся: мера, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные системы, установки, комплексы.
22
Мера — это средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера. Меры бывают однозначные и многозначные. К однозначным мерам относятся катушки сопротивления, катушки индуктивности, нормальные элементы и др.; к многозначным — магазины сопротивлений, конденсаторы переменной емкости, калибраторы напряжения и тока и др.
Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для выдачи количественной информации об измеряемой величине в доступной для восприятия форме. По способу отсчета значений измеряемой величины измерительные приборы делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых измерительных приборах значение измеряемой величины определяется непосредственно по шкале со стрелкой или другими указателями. В цифровых измерительных приборах значение измеряемой величины определяется по цифровому индикатору прибора.
Измерител: 1ые приборы разделяют на показывающие и регистрирующие. Показывающие измерительные приборы предназначены для отсчитывания результата измерений в аналоговой или цифровой форме, регистрирующие — для регистрации результата измерения.
Измерительный преобразователь — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию. К измерительным преобразователям относятся делители напряжения, усилители, измерительные трансформаторы и др.
По метрологическому назначению средства измерений делятся на эталоны, образцовые и рабочие. Рабочие средства измерений применяются для измерений, не связанных с передачей размера единиц. Образцовые средства измерений предназначены для передачи размера единиц от эталонов к рабочим средствам измерения, то есть служат для их поверки. Эталон — средство измерений, обеспечивающее воспроизведение и храпение единицы физической величины для передачи ее размера средствам измерения, нижестоящим по поверочной схеме.
2.2.	Виды и методы измерений
В зависимости от получения результата — непосредственно в процессе измерения или после измерения путем последующих расчетов — различают прямые, косвенные и совокупные измерения.
23
Прямые измерения — измерения, при которых искомое значение физической величины определяется непосредственно из опытных данных. Например, определение значения протекающего тока в цепи при помощи амперметра.
Косвенные измерения — измерения, при которых измеряется не сама физическая величина, а величина, функционально связанная с ней. Измеряемая величина определяется на основе прямых измерений величины, функционально связанной с измеряемой, с последующим расчетом на основе известной функциональной зависимости. Например, измерение мощности постоянного тока при помощи амперметра и вольтметра с последующим расчетом мощности по известной зависимости Р = UI.
Совокупные измерения — измерения нескольких однородных величин, на основании которых значения искомой величины находят путем решения системы уравнений.
Сущность измерения физических величин измерительными приборами заключается в сравнении (сопоставлении) их с однородной физической величиной, принятой за единицу. И прежде, чем производить измерения, необходимо в зависимости от требуемой точности и от наличия измерительных приборов выбрать соответствующий метод измерения.
Метод измерения — совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Измерения производятся одним из двух методов: методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой.
Метод непосредственной оценки — метод, при котором значение искомой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора. Пример метода непосредственной оценки — измерение тока амперметром.
Метод сравнения с мерой — метод измерения, при котором измеряемую искомую величину сравнивают с однородной величиной, воспроизводимой мерой. Метод сравнения с мерой имеет ряд разновидностей: дифференциальный метод, нулевой метод, метод замещения и др. При дифференциальном методе на измерительный прибор воздействует разность между измеряемой и образцовой величинами, воспроизводимой мерой. Чем меньше разность, тем точнее результат. Предельным случаем дифференциального метода является нулевой метод, при котором разность доводится до нуля. При использовании метода замещения измеряемая величина замещается известной величиной, воспроизводимой мерой. При этом замещение измеряемой величины производят так, что никаких измерений в схеме не происходит, то есть показания прибора будут одинаковы в обоих случаях.
24
2.3.	Погрешности измерений
Результат измерений физической величины всегда отличается от истинного значения на некоторую величину, которая называется погрешностью. Классификация погрешностей в зависимости от источника возникновения, условий проведения измерений, характера проявления измеряемой величины во времени и способа ее выражения приведена на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Классификация погрешностей
Погрешность метода обуславливается несовершенством метода и приемов использования средств измерений. Например, при определении мощности постоянного тока по показаниям амперметра и вольтметра без учета мощности, потребляемой указанными приборами, возникает методическая погрешность.
Инструментальная погрешность (погрешность инструмента) обуславливается погрешностью примененных средств измерений. Например, погрешность из-за неточной градуировки измерительного прибора.
Субъективная погр е ш н о с т ь обуславливается несовершенством органов чувств оператора. Например, погрешность при измерении частоты методом биений со слуховым контролем.
Основная погрешность — погрешность, возникающая в нормальных условиях применения средства измерения (температура, влажность, напряжение питания и др.), которые нормируются и указываются в стандартах или технических условиях.
25
Дополнительная погрешность обуславливается отклонением одной или нескольких влияющих величин от нормального значения. Например, изменение температуры окружающей среды, изменение влажности, колебания напряжения питающей сети. Значение дополнительной погрешности нормируется и указывается в технической документации на средства измерения.
Систематическая погрешность — постоянная или закономерно изменяющаяся погрешность при повторных измерениях одной и той же величины в одинаковых условиях измерения. Например, погрешность, возникающая при измерении сопротивления ампервольтметром, обусловленная разрядом батареи питания.
Случайная погрешность — погрешность измерения, характер изменения которой при повторных измерениях одной и той же величины в одинаковых условиях случайный. Например, погрешность отсчета при нескольких повторных измерениях.
Грубая погрешность (промах) — погрешность измерения, которая существенно превышает ожидаемую в данных измерениях.
Статическая погрешность — погрешность при измерении постоянной по времени величины. Например, погрешность измерения неизменного за время измерения напряжения постоянного тока.
Динамическая погрешность — погрешность измерения изменяющейся во времени величины. Например, погрешность измерения коммутируемого напряжения постоянного тока, обусловленная переходными процессами при коммутации, а также ограниченным быстродействием измерительного прибора.
Абсолютная погрешность измерения А— разность между результатом измерения х и истинным значением х0 измеряемой величины:
А = х— х0
Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины.
Относительная погрешность измерения б — отношение абсолютной погрешности измерения А к истинному значению измеряемой величины хо:
6= А = ДДА. 100, %
Хо Хо
Относительная погрешность — безразмерная величина. Поскольку истинное значение измеряемой величины неизвестно, то практически используют действительное значе
26
ние измеряемой величины хд, и тогда погрешность определяется как разность между измеренным х и действительным значением хя:
А = х — хд.
Действительное значение находят экспериментально, путем применения более точных методов и средств измерений. Обычно за действительное значение принимают показания образцовых средств измерения.
Значение относительной погрешности б на практике определяется как отношение абсолютной погрешности к действительному значению:
хп хл
Приведенная погрешность измерения у — это отношение абсолютной погрешности А к нормирующему значению хч:
т=А.юо, %.
XN
Значение xN принимается равным: конечному значению диапазона измерений — для приборов с односторонней шкалой; сумме конечных значений диапазона измерений — для приборов с двухсторонней шкалой; разности конечного и начального значений диапазона — для приборов с безнулевой шкалой. При логарифмическом, гиперболическом и степенном характере шкалы прибора приведенную погрешность выражают в процентах от длины шкалы.
2.4.	Обработка результатов измерений
Результат измерения, под которым понимают значение величины, определенное при ее измерении, получают после соответственной обработки результатов наблюдений: определяют систематическую составляющую погрешности и исключают промахи. Систематическую составляющую исключают путем введения поправки АП. Значение поправки равно абсолютной систематической погрешности А, взятой с противоположным знаком:
АП = —Д
С учетом поправки результат измерения принимает значение
х = Хя + АП
Влияние случайной составляющей погрешности можно уменьшить многократным повторением одного и того же
27
измерения в одинаковых условиях (с последующей обработкой результата методами математической статистики). Так как вероятность появления положительных и отрицательных случайных погрешностей одинакова, то за результат измерений при достаточно большом их количестве принимают среднее арифметическое хср из всех полученных результатов Xi, х2, х3... Хп:
+ т'г +  -|-Хп
Хор	,
н	п
где п — количество измерений.
Случайную погрешность единичного измерения характеризуют среднеквадратичной погрешностью о, которая равна
=	(Х|—xcp)2 + te>—ХсрТ+  +(х„ — хс,,)2
п — 1
При этом максимальная случайная погрешность М равна
М — ± За.
С учетом систематической и случайной составляющих погрешности границы возможных значений измеряемой величины определяются следующими выражениями:
х = хср± (А + 2а) — с вероятностью 95%, х — хср± (А -|- За) — с вероятностью 99,7%.
При обработке результатов косвенных измерений, если искомая измеряемая величина х равна произведению нескольких величин, измеренных прямым методом:
х = Ак  Вт • Сп • • •,
где k, гп, п — постоянные числа,
то предельная относительная погрешность косвенного измерения определяется следующим выражением:
6. = | /г64 1	| тЬв \ + | м6с| + • • •.
Например, при определении мощности по известной формуле
Р = I2R {х = Р\ А = /; В = R- k = 2; т = 1)
относительная погрешность равна:
6р — 26; -|- 6^.
При обработке косвенных измерений, если измеряемая величина х равна сумме (разности) нескольких однородных величин х — Xi±X2±- -, предельная относительная погрешность определяется выражением
28
lx, -61 I + |x2-?2l 4-
0.,=---------------.
X
В результате обработки результатов наблюдений получаем числовое значение измеряемой искомой величины. Полученное значение погрешности измерения позволяет оценить числовые значения, которые являются достоверными.
Существуют следующие правила округления результатов обработки:
1.	В значении погрешности удерживается не более двух значащих цифр, причем последняя цифра округляется обычно до нуля или пяти.
2.	Числовое значение результата измерений должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение погрешности. Пример: 235,732 + 0,15 округляется до 235,73 + 0,15.
3.	Если первая из отбрасываемых цифр меньше пяти, то остающиеся цифры не изменяются. Пример: 442.741+0,4 округляется до 442,7 ±0,4.
4.	Если первая из отбрасываемых цифр больше или равна пяти и за ней следует значащая цифра, то последняя остающаяся цифра увеличивается на единицу. Пример: 37,268 + 0,5 округляется до 37,3 ±0,5; 37,252 ±0,5 округляется до 37,3±0,5.
5.	Если первая из отбрасываемых цифр равна пяти и за ней не следует значащих цифр, то округление производится до ближайшего четного. Пример: 21,35±0,2 округляется до 21,4±0,2; 21,45±0,2 округляется до 21,4 + 0,2; 21,55 + 0,2 округляется до 21,6 ±0,2.
Последнее правило затрудняет обработку результатов измерений при помощи ЭВМ. В связи с этим, если первая из отбрасываемых цифр равна пяти, предлагается увеличивать последнюю из оставшихся цифр на единицу.
Глава 3
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА
3.1,	Измерительная аппаратура для регулировки и настройки РЭА (классификация, обозначение)
Для регулировочно-настроечных работ используется стендовая, сервисная, стандартная электро- и радиоизмеритель-ная аппаратура.
Стендовая аппаратура включает источники питания, измерительные приборы, устройства коммутации, контроля и сигнализации. Регулировочный стенд, как прави
29
ло, полностью или частично имитирует работу регулируемого узла, блока в приборе, комплексе.
Сервисная аппаратура предназначена для регулировочно-настроечных работ в условиях эксплуатации РЭА. Это ее основное назначение, но она с успехом применяется для регулировочно-настроечных работ в условиях производства РЭА. Сервисная аппаратура — ряд самостоятельных, конструктивно законченных переносных многофункциональных приборов и блоков.
Стандартную измерительную аппаратуру можно разделить на две группы приборов — электроизмерительные и радиоизмерительные. Электроизмерительные приборы предназначены для измерений на постоянном токе и в области низких частот (20...2500 Гц) (измерений токов, напряжений, электрических мощностей, частот, фазовых сдвигов, сопротивлений, емкостей и других величин, характеризующих режим работы электрических цепей и параметры их элементов). Радиоизмерительные приборы применяются для измерения разнообразных электрических и радиотехнических величин и параметров как на постоянном токе, так и в широкой полосе низких, высоких и сверхвысоких частот, для исследования и наблюдения характеристик радиоэлектронных устройств, формы сигналов, а также для генерирования сигналов как синусоидальной формы, так и специальной.
Электро- и радиоизмерительные приборы получают свое наименование в соответствии с видом, родом и предельным значением измеряемых величин. Например, приборы для измерения напряжения. В зависимости от предела измерения различают милливольтметры, вольтметры или киловольтметры; универсальный прибор для измерения напряжения, сопротивления и емкости называют вольтфарадоомметром (тип Р385).
По принципу действия электроизмерительные приборы разделяются на подгруппы: магнитоэлектрические (М); электромагнитные (Э); электродинамические, ферродинами-ческие (Д); индукционные (И); электростатические (С); самопишущие (Н); термоэлектрические (Т); электронные, фотоэлектронные, фотокомпенсационные, цифровые (Ф); выпрямительные, комбинированные (Ц); меры, измерительные преобразователи, приборы для измерения параметров элементов электрических цепей: потенциометры постоянного и переменного токов, омметры, микрофарадоомметры и др. (Р).
Обозначение большинства электроизмерительных приборов состоит из буквы, характеризующей принцип действия, и числа, определяющего вид и тип прибора. Буквенное обо
зо
значение после цифр указывает на модернизацию (М) или конструктивные особенности. Например,.вольтфарадоомметр типа Р385, комбинированный прибор (тестер) типа Ц4312, вольтметр переменного тока типа Э309, амперметр типа М2001 и др.
Радиоизмерительные приборы по характеру измерений и виду измеряемой величины подразделяются на подгруппы. Приборы подгруппы по признакам основной выполняемой функции разделяются на виды, а приборы каждого вида — на модели (типы). Радиоизмерительные приборы разделяются на такие подгруппы: приборы для измерения силы тока (А); приборы для измерения напряжения (В); приборы для измерения параметров компонентов и цепей с сосредоточенными параметрами (Е); приборы для измерения мощности (М); приборы для измерения параметров и трактов с распределенными параметрами (Р); приборы для измерения частоты и времени (Ч); приборы для измерения разности фаз и группового времени запаздывания (Ф); приборы для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра (С); приборы для наблюдения и исследования характеристик радиоустройств (X); приборы для импульсных измерений (И); приборы для измерения напряженности поля и радиопомех (П); усилители измерительные (У); генераторы измерительные (Г); аттенюаторы и приборы для измерения ослаблений (Д); комплексные измерительные установки (К); приборы общего применения для измерения параметров электронных ламп и полупроводниковых приборов (Л); приборы для измерения электрических и магнитных свойств материалов (Ш); блоки радиоизмерительных приборов (Я); измерительные устройства коаксиальных и волноводных трактов (Э); источники питания для измерительных схем и радиоизмерительных приборов (Б).
Обозначение радиоизмерительного прибора состоит из обозначения подгруппы, к которой он относится, далее цифрой указывается вид, и затем — номер модели. После обозначения номера модели указывается признак модернизации — буквы в алфавитном порядке (буква А соответствует первой модернизации), а после признака модернизации через дробь арабскими цифрами указывается признак конструктивной модификации. Например, прибор С1-65А— универсальный осциллограф 65-й модели, первой модернизации; прибор В2-10 БТ/2 — вольтметр постоянного тока 10-й модели, второй модернизации, предназначен для работы в условиях тропического климата, второй конструктивной модификации.
Технические данные основных приборов, применяемых при регулировочно-настроечных работах, приведены в табл. 3.1—3.13.
31
Ц4311 Ц4312 Ц4313 Ц4315 Ц4317 Ц4323 Ц4324 Ц4328 Ц4340 11,4 341 Ц4352 Ц4353 Ц4360 Ц4380	Тип прибора	
0.5 । 1,0 1,5 ' 2,5 1,5 ±5% 2,5 2,5 1 0 2,5 1.0 1,5 2,5 1,5	постоянный ток	ч
1,0 1,5 2,5 4,0 2,5 ±5% 4,0 4,0 1,5 4,0 1,5 2,5 4,0 2,5	переменный ток	
0,073 750 0,075 -900 0,075...600 0,075. .1000 0,1-1000 0,5 ..1000 0,6-1200 0,3-30 0,5.-1000 0,3- 900 75- 10"3- 900 0,075. .600 0,5 -1000 0,075. .600	постоянное напряжение, В	ф )= ф Е X S "ф X S Хе
3- 10" ' .2.5 0,3.„6,0 6- 10~ь... 1.5 5-10“s...2,5 0,5-К)"4... 5 0,5-10" * .0,5 6-10- 5. 3 6 5- 10"5 .25 6- 10"5 .0,6 З-Ю"4.. 6 6-10"5„ 1,5 5- 10"5...2.5 6-10"’...15	постоянный ток, А	
0,15. 750 0,3. 900 75- 10-3...600 1	1,0-1900 0,5. 1000 2,5-1000 3-900 3. 300 2,5 . 1000 1,5...75О 0,3. .900 1,5.-600 2,5 -1000 0,3. .600	переменное напряжение, В	
3-10“' 1,5 1,5-10~’1 ..6,0 0,6-10 J..l,5 0,5...25 0,25- 10* 4.. 5 10-10*'6 0,3- 1(Г3. .3,0 2,5- 10-5—23. 3- 1(Г4. 0,3 15-10”4.,.6 6-10“4 ..1,5 5-10 ~5...2,5 6-10~3. .15	переменный ток, А	
	  §	1 ।	емкость, мкФ	
1 1 1 1 о	СЛ	Си	о I 1 1 i 1 1 : 1 : : : i i +	+	+	+ t-i	о	to	to	уровень, дБ	
0,2..3-103 0,5.. 5-103 0,2...5-10’ 0,2. ,3-10’ 0.5. .500 0,2...5-10’ 100 3...3000 0,5.„5000 0,2 . 3-10’ 3„3-103 0,2. 3-10’ 1.. 1  IO3	сопротивление, кОм	
0,333 3,33 20 20 20 20 10 20 16,7 0,667 8,3 20 0,666	постоянный ток	X J С 0=5 2 = 3 30 2 2 X -
0,333 0,666 2,0 ' 2,0 4,0 2,0 20 3,3 0,667 8,3 2,0 0,666	переменный ток	
-Si i s - i 'X i । » 2 । g	постоянный ток	>	=	=	- X	х	х	Г ?	=	-=	* ~	а.	X	G
Cft ‘ i W	1	'	 сл о ' g	переменный ток	•	X 33^ ?
аблица 3-1. Основные.параметры комбинированных приборов
Таблица 3.2. Цифровые вольтметры и АЦП постоянного тока
Тип	Диапазон измерения, В	Класс точности	Входное сопротнале ние, МОм	Время измерения, мс	Коэффициент подавления помех, дБ		Габаритные размеры, мм
					общего вида	нормального вида	
Щ68002	0,1 1 10, 100, 1000	0,05/0,01 0,02/0,005 0,02/0,005	100 1000 Ю±о,1	<250	120	60	480Х 420Х 118
Щ304	1-Ю'3 10-Ю"3 0,1 1 10, 100 500	0,2/0,1 0,1/0,05 0,06/0,02 0,05/0,02 0,06/0,02 0,1/0,05	I+I?^W\V PPggSo : СЛ СП О U	4-Ю3 6-103 40 40	80,120	60	219X70X315
Ф4833	0,02 0,1; 0,2; 1 10, 100, 1000 (с делителем)	0,15/0,1 0,05/0,03 0,06/00,03	>50 >50 1	<40(100)	90,120	60(70)	217Х 140,5X315
Ф4834	0,1 1 10 100 1000 (с делителем)	0,1 0,05 0,04 0,05 0,05	10	<50 <120 (в режиме усреднения)	120	70	217Х 147,5X315
Таблица 33 Измерители параметров универсальные
Тип при бора	Измеряемая величина	Диапазон измеряемой величины	Погрешность измерения	Частота измерения
Е7 9	Индуктивность (Z.) Емкость (С)	0,1 105 мкГ 1 5000 пФ	±(0,025 0,01) Lt ±(0,05СЛ±0,05 0,4)	1,1-Ю4 1,5-10ьГц
Е7 11	Индуктивность (Z.) Емкость (С) Сопротивление (R) Тангенс угла потерь (/§6) Добротность (Q)	0,3 мкГ 1000 Г 0,5 пФ 1000 мкФ 0,1 Ом 10 МОм 0,005 0,1 0,1 30	±(0,02 0,01 )£х (0,01 0,02)СХ±0,2 пФ ±[(0,01 0,02)/?Л±0,05 Ом] ± (0,1/§6±5- 10“3) ±(10+0,5 Qx) %	Постоянный ток 100 Гц 1000 Гц
Е7-12	Индуктивность (Z.) Емкость (С) Сопротивление (R) Проводимость (G) Тангенс угла потерь (/§6)	10 пГ 1 мГ 0,001 пФ 100 нФ 0,1 МОм 10 кОм 0,01 мкСм 1 См 0,0001 1	0,4 % ± 4 ед сч 0,3% ±4 ед сч 0,3% ±4 ед сч 0,3%±4 ед сч 0,01/g6± (2 3)-10-‘	1 МГц
Таблица 34 Вольтметры селективные; вольтметры универсальные
Тип	Диапазон частот	Диапазон измерений	Погрешность измерении %	Входное сопротивле ние емкость
В6-9	20 Гц 100 кГц	1 мкВ 1В (в селективном режиме)	6, 15 (3 мкВ)	1 МОм, 70 пФ
В6 10	20 Гц 200 кГц	30 мкВ 10 В (в широкополосном режиме)	10 (10 мкВ)	
			6	
	100 кГц 30 МГц	1 мкВ 1 В	10 15	2 МОм, 10 пФ
В 7-26	Напряжение постоянного тока	30 мВ 30 В, до 1000 В (с делителем)	2,5 4	30 МОм
	20 Гц 20 кГц	200 мВ 300 В, до 100 В (с делителем)	4, (6)	50 МОм, 20 пФ
Продолжение табл. 3.4
Тип	Диапазон частот	Диапазон измерений	Погрешность измерений, %	Входное сопротивление; емкость
В7-36 В7-36	1 кГц... 1000 МГц (с пробником) Сопротивление Напряжение постоянного тока Постоянный ток 20 Гц...20 кГц 20 кГц... 1000 МГц 20...100 Гц Сопротивление	200 мВ ..300 В; до 1000 В (с делителем) 10 Ом...1000 МОм 10 мВ... 1000 В; 20 кВ (с делителем) 1 мкА. .10 А 30 мВ...1000 В 3.. 10 В (с пробником) 10... 1000 В (с делителем) 10 мА...10 А 10 Ом...100 МОм	15 (до 800 МГц) 25 (до 1000 МГц) 2,5 2,5 (4) 2,5 2,5 (4) 6 4 2,5	75 кОм; 1,5 пФ (11±1) МОм (2±0,5) пФ
Таблица 3.5. Вольтметры переменного тока (аналоговые)
Тип	Диапазон частот	Диапазон измерений	Погрешность измерения, %	Входное сопротивление, емкость
ВЗ-55	20 Гц.. 1 МГц	0,1 мВ...300 в	2,5...4	1 МОм; 30 пФ
B3-38A	20 Гц...5 МГц	0,1 мВ...300 в	2,5. .6	5 МОм; 30 пФ (1 ..300 мВ) 4 Мом; 15 пФ (1...300 В)
ВЗ-57	5 Гц. .5 МГц	10 мкВ...300 В	1 . 4	(5±1) МОм; (27+5,4) пФ (0,03...300 мВ), (12+2,4) пФ (1...300 В)
В 3-56	10 Гц...15 МГц	0,1 мВ...300 В	2,5...15	4 МОм; 30 пФ (1...300 мВ) 1 МОм; 15 пФ (с делителем)
ВЗ-48А	10 Гц . 50 МГц	0,3...300 мВ; до 300 В (с делителем)	2,5. 10	20 МОм; 8 пФ (1. .300 мВ) 3 МОм; 4 пФ (с делителем)
B3-36	10 кГц...1 ГГц	3 мВ...З В до 300 В (с делителем)	4...25	35...80 кОм; 1,5 пФ (с пробником) 110 кОм, 3,5 пФ (с делителем)
Таблица 36 Приборы для измерения частоты и времени
Основные характеристики	43 44
Диапазон измерения частоты, Гц синусоидального сигнала	(0,1 60)-106
импульсного сигнала
Диапазон измерения периода с	—
Напряжение входного сигнала, В синусоидальное	0,01 10
импульсное	0,01 100 (с делителем;
Диапазон измеряемых длительностей, с	—
Входное сопротивление, емкость	-
Погрешность измерения частоты	1 • 10~5±-1 ед сч
Питание	—
Мощность, В-А	
Тип
43 49	43 62	43 bi
0,01 12-106	10 106	0,1 1000-106
	10 10ь	0 1 200-106
1-10 6 ю2	10-10”6 9,9	0,1-10 6 ю4
0,1 100	0,01 10	0,03 10
	0,2 10	0,1 10
—	100-Ю '* 5	0,1 •Ю-" ю4
100 кОм, 50 пФ	1 МОм, 50 пФ	1 МОм, 30 пФ
2,5- IO’ ?± 1 ед сч	1,5-10~5± 1 ед сч	5-1О”7±1 ед сч
220 В, 50 Гц, 220 В, 115 В, 400 Гц	220 В, 50 Гц, 220 В, 115 В, 400 Гц	220 В, 50 Гц, 220 В, 115 В,
		400 Гц, (27±3) В
120	35	50
Таблица 3.7. Основные характеристики осциллографов
Тип	Функциональные возможности	Полоса пропускания, МГц	Время нарастания ПХ, мкс	Коэффициент развертки, мкс/дел
С1-55	Двухлучевон	0...10		0,02...2-104 (5-кратиая растяжка)
С1-65А	Однолучевой	0...50		0,01 ...5-104 (10-кратная растяжка)
С1-69	Двухканальный	0...5		0.2...5-106 (5-кратная растяжка)
С1-75	Двухканальный	0...250	1,5-10'1	0.02...0,1 • 106
С1-76	Однолучевой	0...1	0,35	1...5-106
С1-82	Электронная шкала	0...10	0,035	0,05...5-106
С1-85	Двухканальный, цифровая обработка	0...100		5-10’...2  105
С1-92	Работа в режиме X—Y, усилитель Z	0...100	3,5-10-3	5-10-3...5-105
С1-94	Двухлучевой	0...10	3,5-10~3	0,1 ...5-10“
С1-96	Двухлучевой	0...10	35-10-3	0,04...! О5 (с 5-кратной растяжкой)
С1-97	Двухканальный	0...350	ю-3	10“3...105 (с 10-кратной растяжкой)
С1-102	Двухлучевой, дифференциальный	0...10		0,04...5-106 (с 5-кратной растяжкой)
С1-118	Однолучевой	0...10	35-10-3	0,05...5-104
Коэффициент отклонения, В/дел	Погрешность измерения, %	Г абаритные размеры, мм	Масса, кг
10-2...20	10	355X 205X 409	15
5- IO”3... 10	6 (10 на развертке	300Х 180X 420	16
	0,01 мкс/дел)		
5-10 ‘...20	5	360Х 200X 420	17
10-10-3... 1	3	480Х 220X546	23
0,5-10~3...20	10	310X180X 430	13
10’...5	3	300X 200X 420	15
5-10 '’...2	3	300X 200X 420	18
5-10-3...5	4	354X220X506	16
10-2...5	6	100Х 190X 300	3,5
2-103... 10	3	360X160X 420	13
5-10-3...0,5	3	360X 200X 420	18
5-10-“.. .20	4	200X 280X 480	17
5-10~3...5	5	120X210X300	4
Таблица 3.8. Приборы для наблюдения и исследования характеристик радиоустройств
Тип	Диапазон частот, кГц	Полоса качания частоты, кГц	Погрешность измерения частоты, Гц	Неравномерность собственной АЧХ в полосе качания, дБ	Выходное напряжение, в	Выходное сопротивление, Ом	Г абаритиые размеры, мм
XI-40	0,02... 1000	0,1...30	±(2- 10-4/+0,05Д/)	±0,4 (линейный масштаб) ±1,5 (логарифмический масштаб)	2	600	495X 475X 255
XI-43	500...125-104	Весь диапазон и 0,01/	± (3- 104/+0,05А/)	±0,3 (линейный масштаб) ±1,5 (логарифмический масштаб)	3 мВт	50	490X475X175 (генератор) 490Х 482Х 175 (индикатор)
XI-46	0,02...200 (0,02...30,1...200)	0» Vmskc °’^макс-Д°2/макс	± (3- 10“4/+0,05Д/)	—	7	600	490X 475X135 (генератор) 490X 475X175 (индикатор)
XI-47	1О3...25-1О4	200...25-104	± (10-3/-|-0,2Д/)	±0,5	0,15	50	500Х 482Х 177
XI-48	1,00... 15-104 (1.00...1,5-103; 100...15-Ю3; 1О4...15-1О4)	Весь диапазон, 2(0,1...1,5 МГц) 20(1...15 МГц) 200(10...150 МГц)	± (3- 104/Н-0,05Л/)	±(0,4...0,5)	0,5	50	490X 482X175
Х1-50	360... 1002-106 (360...436-106; 434-106...636-106; 636-106...1002-106)	500...2-107 0,01/	± (з-ю4/н-о, 1д/>	±(0,5... 1,5)	0,1	—	308X 304X133
Таблица 3.9. Генераторы измерительные (низкочастотные)''
Тип	Диапазон частоты, Гц	Вид сигнала	Погрешность установки частот, %	Нестабильность частоты (за 15 мин)	Выходное напряжение, В (нагрузка, Ом)	Нестабильность выходного напряжения	Коэффициент гармоник, %
ГЗ-106	20...200-103	Синусоида Импульсы *	±(3+у)	±20-10’7	5(600) 5(600)	±1%	0,3... 1
ГЗ-109	20...200-103	Синусоида	±(1. .2+у-)	±ю-ю27	2Х 15(50); 5(5) 50(600); 150(5000)	—	0,5...2
ГЗ-120	5...500-103	Синусоида Импульсы *	±(3+-^-)	±(2-10’7 ...±5-10’7)	5(600) 5(600)	—	0,3...1
ГЗ 111	20...2-106	Синусоида Импульсы *	±(3 + f)	—	5(600) 10(600)	—	0,3...2
ГЗ-117	20...200-103	Синусоида	±[(2-10-5f+ +0,01)...(2- 10’7 + + 10)], Гц	—	5(50); 5(600)	АРУ	0,2...0,3
Импульсы прямоугольной формы, скважность 2.
Таблица 3.10. Генераторы измерительные (высокочастотные)
Тип	Диапазон частот, МГц	Нестабильност ь частоты, Гц	Час гота модуляции, кГц	Коэффициент AM, %	Выходное напряжение (мощность)
Г4-102А	1 • 10'. „50	2- Ю“474-10	1 (внутр., AM) 0,05... 15 (внешн.,АМ)	0...90	10~7..,0,5В (калибр.) >1 В (некалибр.)
Г4-107	12,5...400	2,5-10-V	1 (внутр., AM) 0,05...200 (внешн., AM) 0,05...10 (внутр., ИМ) 0...10 (Чм)	0...90	0,5 от уровня в режиме непрерывной генерации для AM, ИМ; 1... 10“ 6 В в режиме непрерывной генерации
Г4-154	1-Ю" '...50 (погрешность установки ±0,01%)	1-ю-5)	0,05...10	0...99 (погрешность установки 10%)	2,8 Вт (погрешность установки 10%)
Г4-158	10“2... 100 (погрешность установки ±0,001%)	1 • 10~5/	0,3...20	0...100	1 • 10~7...2
Таблица 3.1!. Приборы для измерения параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем
Тип	Назначение	Измеряемая величина, пределы измерения	Погрешность измерения, %	Режимы измерения
Л2-69	Измерение статических параметров мощных транзисторов и ДИОДОВ	Статический коэффициент передачи тока h2i, 1—5...9990; напряжение насыщения — 0,05... 10 В; обратные токи 1кб0, /,o-0-10-7...10“‘ А; начальный ток 1кз изч — Ю“7...10"‘ А; обратный ток диодов— 1О~7...1О 1 А; прямое напряжение диодов — 0,05... 10 В		Напряжение 0,5 ..200 В ток 0,1...50 А
Л2-70	Измерение статических параметров маломощных транзисторов и диодов	Статический коэффициент передачи тока h213 1—5.. .9990; напряжение насыщения — 0,05...10 В; обратные токи 1кб0, /эб0-Ю-9...Ю-3 А; начальный ток Ha4~10~9..J0-J А; обратный ток диодов— 10-9... 10 3 А; прямое напряжение диодов — 0,05... 10 В		Напряжение 0,5...200 В ток 0,1...100 мА
Л2-64	Измерение и контроль статических параметров маломощных и мощных полевых	Ток утечки затвора — 0,3-1'0-,2.„10-6 А; ток утечки стока — 0,3- Ю~9...1О-3 А; постоянный ток сто-	±(5...3О)	Напряжение затвора и подложки — до 30 В; напряжение
	транзисторов	ка — 0,03...200 мкА; импульсный ток стока - 0,05...30 А; пороговое напряжение (напряжение отсечки) — 0,1...30 В; крутизна при постоянном токе — 0,05... 100 мСм; крутизна при импульсном токе — 0,01...3 См; выходная проводимость— 0,3...1000 мкСм; сопротивление сток-исток — 3...I000 Ом	±(2,4...6) ±10 ± (5...14) ±(8,7...15) ±10 ±(8,7...15) +5	стока — до 200 В
Л2-60	Определение годности логи-	Напряжение постоянного тока		Напряжение: лог «О» —
	ческих интегра-	±(0,1...30) в	±4	0,2...3 В
	льных схем с количеством выво-	Входной ток — (0.03...3) мА	±4	Лог «I» — до 10 В
41
Продолжение табл. 3.11
Тип	Назначение	Измеряемая величина, пределы измерения	Погрешность измерения, %	Режимы измерения
Л2-47	дов до 16 путем их проверки на выполнение логических функций Определение ра-	Напряжение постоян-		Напряжение питания: ±(3...30) В при токе нагрузки до 60 мА; ±(1...15) В при токе нагрузки до 30 мА Напряжение
	ботоспособ ности	ного тока — 0...30 В;	±5	питания поло-
	аналоговых (линейных) интегральных микро-	ПОСТОЯННЫЙ ток — 0,3..'.30 мА;	±5	жительной и отрицательной полярно-
	схем с числом выводов до 16	напряжение смещения — 0...30 мВ;	±5	сти: 3; 4; 5; 6; 9; 12; 15; 24;
		ВХОДНОЙ ТОК — 0,3...30 мкА; коэффициент усиления — 30... 104	±5 ±10	30 В
Таблица 3.12. Диагностическая аппаратура цифровых схем, плат, блоков
Тип
Назначение
Данные
818
Для диагностирования неисправностей цифровых устройств и приборов на базе логических элементов и микропроцессоров с точностью до компонента. Состав: анализатор сигнатурный 817; генератор тестов 829. При проверке и диагностировании микропроцессорных устройств на базе микропроцессора
КР580ИК80А для его стимулирования и формирования управляющих сигналов для анализатора 817 используется генератор тестов 829
Вероятность правильного диагностирования, %:
правильного потока данных — 100,
стабильного потока данных — 99,998
Уровень входных сигналов — уровни ТТЛ
Максимальная частота внешнего управляющего сигнала ТАКТ—10 МГц
Основные режимы при стимулировании:
функциональный тест микропроцессора КР580ИК80А свободный прогон, тест считывания ПЗУ
тест ЧТ/ЗП ЗУПВ
тест устройств ввода/вывода нормальное функционирование проверяемой системы с подключенным генератором тестов
Г абариты:
93Х 259Х 396 мм (каждого блока)
Масса — 12 кг
42
Продолжение табл. 3.12
Тип
Назначение
Данные
819
Для диагностирования цифровых и аналого-цифровых устройств и приборов с точностью до компонента
Классы диагностируемых и тестируемых изделий: аналоговые аналого-цифровые цифровые
Кроме того, могут диагностироваться микропроцессорные изделия РЭА. Окно измерения сигнатур формируется как внешними, так и внутренними сигналами, а также их сочетанием
Наличие входа квалификации, режима останова по нестабильной сигнатуре, встроенного генератора тестов расширяет функциональные возможности
Уровни входных сигналов: двоичный ТТЛ, аналоговый — 20...+20 В
Максимальная частота внешнего
управляющего сигнала
ТАКТ-10 МГц
Диапазон частот входного сигна-
ла — 0...0,1 МГц
Входной сигнал:
последовательный двоичный последовательно-параллельный двоичный 16 бит
аналоговый
Тактовая частота внутреннего ге-
нератора, МГц: 1, 2, 5, 10, 20
Вид сигнала теста:
ПСП (параллельный код 16.бит) двоичный счетчик (16 бит) ПЗУ пользователя
Входное сопротивление:
цифровые входы — 50 кОм;
аналоговый вход — 1 МОм
Размер окна измерения: минимальный — период тактового генератора
максимальный — не ограничен
Г абариты:
173X335X405 мм
Масса — 15 кг
Т а б л и ц а 3.13. Источники питания для измерения и раднонзмерительных приборов
Тип прибора	Входное напряжение, В	Ток нагрузки, А	Дискретность установки		Нестабильность, %			
			напряжения, мВ	тока, мА	при изменении напряжения сети на ±10%		при изменении нагрузки от 0 до 0,9 макс	
					напряжения	тока	напряжения	тока
Б5-29	2...30	0...2					±0,3						
Б5-30	2,5.„50	0...1.2	—	—	±0,3	—	—	—
Б5-31	3...100	0...0.6	—	—	+0,3	—	—	—
Б5-32	10...300	О...О,2	—	—	±0,3	—	—	—
Б5-43	0,01...9,99	0,01.„1,99	10	10	0,01	0,05	0,05	0,1
Б5-44	0,1.„29,9	0,001.„0,999	100	1	0,01	0,05	0,05	0,1
Б5-45	0,1. „49,9	0,0001.„0,499	100	1	0,01	0,05	0,05	0,1
Б5-46	0,01.„9,99	0,01.„4,99	10	10	0,01	0,05	0,05	0,1
Б5-47	0,1...29,9	0,01.„2,99	100	10	0,01	0,05	0,05	0,1
Б5-48	0,1.„49,9	0,01...1,99	100	10	0,01	0,05	0,05	0,1
Б5-49	0,1.„99,9	0,001.„0,999	100, 1000	1	0,01	0,05	0,05	0,1
Б5-50	1...299	0,001.„0,299	1000	I	0,01	0,05	0,05	0,1
43
3.2.	Классы точности средств измерений
Класс точности—это обобщенная характеристика средств измерений, определяемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими свойствами средств измерений, влияющих на их точность, значения которых устанавливаются в стандартах на отдельные виды средств измерений.
Пределы допускаемых основной и дополнительных погрешностей средств измерений устанавливаются в виде абсолютных, относительных и приведенных погрешностей или в виде определенного числа делений.
Если для средств измерений предел допускаемых погрешностей установлен в виде определенного числа делений или в виде абсолютных погрешностей и выражается одним значением Лд = +а или двухчленной формулой
Ад = ± (а + Ьх), где а, b — постоянные величины, х — номинальное или измеренное значение,
то для данных средств измерений присваивается класс точности, обозначенный порядковым номером, причем больший порядковый номер указывает на больший предел допускаемых погрешностей.
Пример обозначения для 3-го класса точности — Кл. 3.
Если для средств измерений предел допускаемых погрешностей установлен в виде относительных погрешностей 6 в процентах от значения измеряемой величины х и выражается одним числом с по формуле
6= ± ~ 100= ±с,
то для данных средств измерений класс точности обозначается ©	.
Пример обозначения для 6 = 0,2% —(QJ2)
Если для средств измерений предел допускаемых погрешностей установлен в виде относительных погрешностей 6 в
процентах от значения измеряемой величины х по двухчлен-
ной формуле
МНН)]
6 =
где с, d — постоянные числа, хь - наибольшее из конечных значений диапазона измерений или диапазона значений сигнала на входе, то для данных средств измерений ктасс точности обозначается c/d
Пример обозначения для
6= ± [0,05-0,02/	—1)]- 0,05/0,02.
44
Если для средств измерений предел допускаемых погрешностей установлен в виде приведенной погрешности в процентах от нормирующего значения xN, определенного в единицах измеряемой величины по формуле
у = — • 100,
XN
то класс точности обозначается — у.
Пример обозначения у = ±1,5% — 1,5.
Если для средств измерения предел допускаемых погрешностей установлен в виде приведенной погрешности у в процентах от нормирующего значения xN, определенного длиной шкалы, по формуле
у — ±— • 100, XN
то класс точности обозначается —		02
Пример обозначения для у= ±0,2% — V .
Для средств измерений, применяемых в акустике, светотехнике и электронике, отсчетные устройства которых градуированы в децибелах, других логарифмических единицах (белах, неперах и др.), пределы допускаемых погрешностей выражают в соответствующих логарифмических единицах, а в обозначении класса точности указывается величина предела и размерность
Пример обозначения для Л = 2дБ — Кд. 2 дБ.
3.3.	Основные характеристики приборов
Применение электро- и радиоизмерительных приборов определяется их характеристиками, основными из которых являются: диапазон измерений, диапазон рабочих частот, чувствительность, точность, стабильность, входное или выходное сопротивление, потребляемая мощность и др.
Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средств измерений. Средства измерений обычно многопредельны, то есть диапазон измерений разбивается на поддиапазоны. Например, для вольтметра В7-16 диапазон измерения напряжения постоянного тока (10 J4.. 999,9 В) разбит на поддиапазоны 10 4...0,9999 В; 10”3...9,999 В; 10 2...99,99 В; 10 '...999,9 В.
Диапазон частот — область рабочих частот средства измерений, в пределах которой нормированы допускаемые погрешности. Например, для вольтметра В7-16 диапазон частот напряжения переменного тока на поддиапазоне 1В равен 20 Гц... 10 кГц при измерении напряжений низкой часто
45
ты и 10 кГц... 100 кГц при измерении напряжений высокой частоты.
Точность средства измерения — качество, характеризующее диапазон, в пределах которого находятся составляющие погрешности измерения, обусловленные применением данного средства, то есть чем меньше погрешность средства, тем оно точнее, что в конечном результате уменьшает погрешность измерения. Точность средства измерения определяет его класс точности.
Входное сопротивление средства измерения характеризует мощность, отбираемую от источника сигнала при измерении. Чем больше входное сопротивление, тем меньше влияет на характеристики источника сигнала средство измерения, тем выше точность измерений.
Выходное сопротивление характеризует величину выходной мощности сигнала измерительного устройства, потребляемую объектом испытания. При равенстве выходного сопротивления измерительного устройства и входного сопротивления объекта испытания мощность отдаваемого сигнала максимальна.
Цена деления шкалы — это разность значений величины, соответствующая двум соседним отметкам шкалы. Для цифровых измерительных приборов цена деления постоянна и определяет минимально возможную разрешающую способность прибора.
Разрешающая способность измерительного прибора — наименьшее различимое прибором изменение измеряемой величины. Для цифровых измерительных приборов обычно изменение цифрового отсчета на единицу младшего разряда.
Чувствительность средства измерения — это отношение изменения отсчета к вызывающему его изменению измеряемой величины. Для осциллографов чувствительность указывает значение отклонения луча при соответствующему ему изменению входного сигнала на входе канала.
Время установления (время успсшс^ния) характеризует быстроту измерений прибора со стрелочным индикатором и другими электромеханическими индикаторами. Для цифровых измерительных приборов быстрота измерений характеризуется быстродействием, которое определяется максимальным интервалом времени, необходимым для одного полного цикла измерения с заданной погрешностью.
Стабильность средства измерения-качество, отражающее неизменность его параметров (обычно точностных) во времени. Чем выше стабильность эл^; -_-.>нио-го измерительного прибора, тем реже в процессе измерений
46
необходимо проводить установку нуля и калибровку, что способствует увеличению производительности, уменьшает погрешность измерения.
Габаритные размеры, масса, потребляемая мощность — характеристики средств измерений, не влияющие на точность измерения, но от их значений зависит организация рабочего места, производительность, стоимость проводимых работ.
3.4.	Требования, предъявляемые
к выбору измерительных приборов
Измерительные приборы в зависимости от области применения должны соответствовать определенным требованиям. Наиболее общие из них следующие:
пределы измерений прибора должны охватывать все необходимые значения измеряемой величины. Наиболее полно данному требованию удовлетворяют многопредельные приборы;
класс точности измерительного прибора (его основные и дополнительные погрешности) должен соответствовать решаемой при измерении задаче. Для отыскания неисправностей при ремонте и проверке функционирования изделия допустимы относительные погрешности до 5%. При окончательной регулировке изделия и его проверке значения относительных погрешностей должны быть в три-пять раз меньше, чем регулируемого или проверяемого изделия;
измерительные приборы, предназначенные для измерения режима электрических цепей и параметров сигналов, не должны влиять на работу исследуемого изделия;
измерительные приборы должны удовлетворять требованиям эргономики, техники безопасности, то есть управление прибором — простое и удобное (при минимальном количестве органов управления), снятие показаний производится непосредственно со шкалы прибора без использования переводных таблиц, расчетных формул, графиков.
3.5.	Особенности выбора приборов
Измерительные приборы включают в электрическую цепь последовательно или параллельно. Последовательно включают измерительные приборы при измерении тока, мощности (включение токовой катушки ваттметра) и др. Приборы включают параллельно электрическим цепям, когда измеряют напряжение, исследуют форму сигналов осциллографом. Для уменьшения влияния на работу исследуемого изделия при включении измерительного прибора последовательно
47
в электрическую цепь внутреннее (выходное) сопротивление прибора должно быть намного меньше сопротивления участка цепи между точками включения измерительного прибора.
Так, при измерении постоянного тока I, протекающего в цепи с сопротивлением R, амперметром с внутренним сопро-rgH	тивлением гвн (рис. 3.1) возникает
-------Г I------ погрешность, обусловленная конечным значением гвн, равная
Рис. 3.1
Эквивалентная схема
6 = —. 100, % гвн + «
„ Г 1
При — 77Т77 значение о не пре-л	1 (Ю
вышает 1%. Погрешность измере-
измерения тока	ния тем меньше, чем меньше зна-
чение гвн. Поэтому амперметр, включаемый последовательно в электрическую цепь, должен обладать минимальным значением гва. При этом его влияние на работу схемы минимально.
Для уменьшения влияния на работу исследуемого изделия измерительные приборы, включаемые параллельно це
пям, должны иметь входное сопротивление, во много раз пре
вышающее сопротивление цепи между точками подсоединения.
Так, при измерении напряжения U вольтметром с входным сопротивлением гвх возникают дополнительные погрешности вследствие конечного значения гвх и выходного сопротивления участка измеряемой цепи Двых.
Пример 1. При измерении падения напряжения на резисторе R (рис. 3.2, а) входное сопротивление измерительного прибора гвх шунтирует резистор R, вследствие чего происходит изменение режима работы схемы и появляется ошибка измерения 6, равная
6 = —• 100, %.
« + гвх
R 1
При —^=Уоо или Gx ЮО # погрешность не превышает 1%. Чем больше гвх, тем меньше погрешность (шунтирующий эффект). Поэтому при измерениях вольтметром необходимо учитывать его шунтирующее действие. Так как схемы на электровакуумных приборах более высокоомны, чем транзисторные, то при измерениях в ламповых схемах входное сопротивление измерительного прибора должно быть намного больше, чем входное сопротивление прибора при измерении напряжения в транзисторных схемах.
48
Пример 2. При измерении выходного напряжения участка цепи с выходным сопротивлением /?вых вольтметром с входным сопротивлением гвх (рис. 3.26) получается делитель напряжения, и вольтметр фактически измеряет падение напряжения на входном сопротивлении гвх. Значение погрешности 6 при этом равно
6 =—--------100, %,
^вых + ^вх
/?вых 1
При ------------ или гвх>100Двых погрешность не пре-
rBX	100
вышает 1%. Чем больше входное сопротивление измерительного прибора, тем меньше погрешность.
Реально погрешность измерения напряжения обуславливается как выходным сопротивлением цепи, так и шунтирующим действием прибора (рис. 3.2в).
Рис. 3.2. Эквивалентная схема измерения напряжения
Поэтому при измерениях напряжения необходимо использовать вольтметры с большим входным сопротивлением. Для измерений напряжения синусоидальной формы необходимо применять вольтметры с соответствующей областью рабочих частот. Если вольтметр предназначен для применения в расширенной области частот, то он, как правило, снабжается таблицами или графиками поправочных коэффициентов. При измерениях в цепях переменного тока необходимо учитывать влияние на измеряемую цепь и реактивной составляющей входного сопротивления вольтметра. Наиболее часто реактивная составляющая имеет емкостный характер. При этом входная цепь вольтметра эквивалентна параллельному соединению активного сопротивлений и конденсатора. Поэтому при измерениях резонансные цепи могут быть расстроены входной емкостью вольтметра, а их добротность снижена из-за шунтирующего действия активной составляющей входной цепи вольтметра. Чтобы снизить влияние входной емкости вольтметра на резонансную цепь, необходимо подключать вольтметр через дополнительный конденсатор. Тогда действительное значение напряжения в резонансной цепи приблизительно равно
з 270 7
49

\	'-'доп/
где С/пр — показания прибора; Свх — входная емкость вольтметра; Сдоп — емкость дополнительного конденсатора, которую выбирают равной 1...2 пФ. При этом должно соблюдаться условие
2л/Свх>
где f — частота измеряемого напряжения; гвх — входное сопротивление прибора.
Для исследований формы сигналов в регулировочно-настроечных работах широко применяют осциллографические методы измерений электронным осциллографом. Входные цепи осциллографов обладают как активной, так и реактивной (емкостной) составляющими, что в некоторых случаях может привести к нарушению работоспособности схемы, к дополнительным погрешностям, аналогично как и при измерениях вольтметром. Для увеличения входного сопротивления и уменьшения входной емкости осциллографы, как правило, снабжаются выносными делителями.
Обычно входное сопротивление осциллографов гвх = = 1 МОм, входная емкость Свх = 20...40 пФ, а с учетом кабеля Свх = 100... 150 пФ; с выносным делителем гвх = = 10 МОм, а входная емкость Свх = 10 пФ. Для большинства случаев величины гвх = 1МОм, Свх = 150 пФ достаточны, но при работе с интегральными микросхемами и полупроводниковыми приборами на основе МОП-структур величина гвх = 1 МОм бывает недостаточна, так как осциллограф шунтирует участки схем. Тогда необходимо использовать выносный делитель. Его используют при исследовании временных характеристик
импульсных сигналов и параметров резонансных цепей для уменьшения влияния входной емкости.
При проведении осциллографических измерений напряжений синусоидальных сигналов частотой fc с минимальной погрешностью необходимо, чтобы верхняя граничная частота пропускания осциллографа была в три-пять раз больше частоты сигнала
fB>(3 ... 5)ft.
При проведении осциллографических измерений параметров импульсных сигналов (рис. 3.3) с минимальной погрешностью необходимо, чтобы выполнялись следующие соот-
Рис. 3.3.
Параметры импульса' hH — амплитуда, тн — время нарастания, ти — длительность импульса; hC(5 — спад вершины
50
ношения между верхней [в и нижней f„ граничными частотами пропускания осциллографа и параметрами импульса тн, /ги,
/в>350/тн;	(3.1)
/нС.^/2лт„,	(3.2)
где — в МГц, тн — в нс; fH — в Гц; ти — в с.
Обычно осциллографы предназначены для исследования сигналов как постоянного, так и переменного напряжений различной формы и имеют открытый и закрытый вход. При исследовании импульсов без постоянной составляющей использование открытого входа осциллографа обеспечивает выполнение соотношений 3.1 и 3.2, при наличии постоянной составляющей используется закрытый вход осциллографа, при этом погрешность соотношения 3.2 не превышает 10% при условии
t„sC0,2tc,
Рис. 3.4.
Входная цепь осциллографа
где тс — постоянная времени заряда разделительного конденсатора при закрытом входе осциллографа (рис. 3.4), которая равна
ТС ЙВХ * Сра3д .
Необходимо помнить: если при измерениях исследуемый или испытательный сигналы вводятся в прибор (или выводятся из него) посредством резистивной, индуктивной или емкостной связи, то эта связь должна быть минимальной. Измерительные приборы, включаемые в согласованные цепи (генераторы, осциллографы и др.), должны иметь входные или выходные сопротивления требуемого номинального значения, которые обычно равны 50, 75, 300, 600 Ом.
Глава 4
ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Источники электрического напряжения и тока необходимы для питания анодных, сеточных, коллекторных и накальных цепей РЭА.
Используются следующие источники электропитания: электрохимические источники — аккумуляторы, гальванические элементы и батареи, топливные элементы;
прямые преобразователи световой, тепловой или ядерной
3*
51
энергии в электрическую — солнечные батареи, термоэлектрические генераторы и атомные батареи;
промышленные и местные сети переменного тока.
Для питания отдельных узлов и блоков РЭА требуются разные напряжения. При питании РЭА от электрохимических источников или прямых преобразователей энергии используется преобразование постоянного напряжения в переменное, которое затем с помощью трансформаторов изменяется до необходимого значения и выпрямляется.
Питание радиоаппаратуры от сети переменного тока является наиболее экономичным, удобным и надежным способом электропитания. Наиболее распространенные структурные схемы источников питания от сети переменного тока приведены на рис. 4.1.
a	в
Рис 4 1. Структурные схемы нестабилизированпого (и) и стабилизированного (б) источников питания:
1 — трансформатор 2 — выпрямитель, 3 — фильтр, 4 — стаби пизатор
Трансформатор питания предназначен для получения необходимого значения напряжения, подаваемого на выпрямитель, а также для развязки от сети электрической схемы.
Выпрямители производят преобразование напряжения переменного тока в пульсирующее напряжение постоянного тока. Выпрямление осуществляется при помощи приборов, обладающих вентильными свойствами, то есть хорошо пропускающих ток в одном направлении и не пропускающих (плохо пропускающих) в другом направлении. В качестве вентилей широко используют кенотроны, селеновые выпрямительные элементы, а также полупроводниковые диоды, обладающие большим коэффициентом полезного действия (к. п. д.). Пульсации уменьшаются сглаживающими фильтрами. Источник питания имеет стабилизатор напряжения в тех случаях, когда к стабильности выходного напряжения предъявляются повышенные требования.
4.1. Выпрямители
При небольшой мощности выпрямленного тока и невысоких требованиях к пульсациям применяется однополупериод-ная схема выпрямления (рис. 4.2). Преимущество схемы — простота, недостатки—малый к. п. д. и большие пульсации выпрямленного напряжения. В данной схеме диод находится
52
в открытом состоянии в течение одного полупериода переменного напряжения, постоянная составляющая выходного напряжения при этом
Рис. 4.2. Схема
однополупериодного выпрямления
равна
Um и0=-----= 0,318(7ra = 0,45t/2,
л
где U? — действующее значение напряжения на выходе вторичной обмотки трансформатора, Um = л/21/2 — амплитудное значение напряжения на выходе вторичной обмотки трансформатора.
Во втором полупериоде диод находится в непроводящем (запертом) состоянии. При этом напряжение прикладывается к нему в обратном направлении. Это напряжение называется обратным, его значение равно
бобр =	= 1,41 U2
Если значение обратного напряжения превысит допустимое обратное напряжение примененного диода, произойдет электрический пробой диода, и, следовательно, нарушится работа схемы выпрямителя.
При использовании емкостного фильтра на выходе выпрямителя обратное напряжение диода увеличивается вдвое и равно
иобр = 2Um = 2,821/2.
Частота пульсаций равна частоте питающего напряжения и для промышленной сети составляет 50 Гц.
Двухполупериодные схемы выпрямления широко применяются в источниках электропитания средней мощности. Достоинством схем является вдвое большее значение постоянной составляющей выходного напряжения и вдвое выше частота пульсаций (равная 100 Гц при частоте питающего напряжения 50 Гц) по сравнению со схемой однополупериодного выпрямления. Чем выше частота пульсации, тем легче она фильтруется (сглаживается). Различают одно- и двухтактные схемы двухполупериодных выпрямителей. К однотактным относят схемы, в которых ток протекает по вторичной обмотке трансформатора только один раз за полный период. К двухтактным относят схемы, в которых ток протекает по вторичной обмотке трансформатора дважды за один период в противоположных направлениях.
Схему однотактного двухполупериодного выпрямления (рис. 4.3) можно рассматривать как два параллельно вклю-
53
Рис. 4.3.
Схема однотактного двухполупериодного выпрямления
ченных однополупериодных выпрямителя на диодах VD1, VD2, работающих на общую нагрузку /?н, питание которых осуществляется от двух одинаковых противофазных напряжений I/? и 1/1, что обеспечивает вторичная обмотка трансформатора со средним выводом.
В данной схеме диод VD 1 открыт во время первого полупериода и закрыт во время второго, диод VD2 закрыт во время первого полупериода и открыт во время второго. Постоянная составляющая Uo выходного напряжения при этом равна
2Um
Uo=----= О,636 Um = 0>9б,2>
Л
где U2 = = Ul — действующее значение на выходе каждой половины вторичной обмотки; Um = х/26г — амплитудное значение напряжения на выходе каждой половины вторичной обмотки.
Значение обратного напряжения диодов вдвое больше, чем для схемы однополупериодного выпрямления, и равно 1/обр = 2,826г.
При наличии емкостного фильтра на выходе выпрямителя обратное напряжение будет также равно
60бр = 2Um = 2,8262.
К недостаткам однотактной схемы двухполупериодного выпрямления относится наличие вывода от середины вторичной обмотки, каждая половина которой содержит одинаковое число витков. При этом суммарное число витков вдвое больше, чем для однополупериодного выпрямления.
Указанного недостатка лишена двухтактная схема двухполупериодного выпрямления, для питания выпрямителей которого используется вторичная обмотка трансформатора без вывода средней точки. Количество витков при этом вдвое меньше, чем для однотактной схемы при одинаковом значении выходного напряжения, но количество диодов вдвое больше. Схема двухтактного двухполупериодного выпрямления (ее часто называют мостовой схемой выпрямления) и диаграммы напряжений приведены на рис. 4.4, а,б.
54
Рис. 4 4. Мостовая схема выпрямления
Во время каждого полупериода ток проходит последовательно через два диода. Так, во время первого полупериода для положительной полуволны входного напряжения ток проходит через диоды VD3, VD2 (рис. 4.4, в), а во время второго полупериода для отрицательной полуволны входного напряжения ток проходит через диоды VD4, VD1 (рис. 4.4, г).
Постоянная составляющая Uo выходного напряжения выпрямителя равна
2U,„
Uo =---=0,636O,,„ = 0,9Z72.
Я
Обратное напряжение, одновременно прикладываемое к двум диодам, разных плеч моста, вдвое меньше, чем для однотактной схемы, и равно
ипбр = 1,41 (Л, а при наличии емкостного фильтра на выходе выпрямителя обратное напряжение будет также равно
^Обр = I л 1 U2.
' Когда используются диоды с меньшим допустимым обратным напряжением, чем в схеме выпрямления, необходимо применить последовательное включение диодов.’ Для равномерного деления прикладываемого обратного напряжения каждый из последовательно соединенных диодов нужно за-шунтировать резистором 50...200 кОм.
В рассмотренных схемах наряду с применением диодов можно использовать и кенотроны. При этом трансформатор должен иметь раздельные для каждого кенотрона обмотки накала. При двухполупериодном выпрямлении более целесообразно использовать однотактную схему, так как требуется меньшее количество обмоток накала (две вместо четырех).
4.2. Фильтры
Выпрямители без выходных фильтров находят ограниченное применение вследствие существенных пульсаций и относительно низкой эффективности. Поскольку конечной целью
55
источника питания является устойчивое постоянное напряжение, пульсации выходного напряжения выпрямителя необходимо сглаживать. Гармонический анализ выходного напряжения выпрямителя показывает, что оно наряду с постоянной составляющей содержит и переменные составляющие.
Назначение фильтра и заключается в том, чтобы выделить постоянную составляющую и ослабить (сгладить) все переменные составляющие.
Фильтр \ио6ы^ип&Ь1Х
Рис. 4.5.
Входные и выходные напряжения фильтра
Входное и выходное напряжения фильтра (рис. 4.5) содержат соответственно постоянные 1/0 вх 1/0 вых и переменные U„ вх, U„ вых составляющие. Каждое из этих напряжений характеризуется коэффициентом пульсаций, которое равно
Г'п вх для входного напряжения — рвх =--------I
Г'о вх
Г'п вых
для выходного напряжения — РВЫх—---------
Uо вых
где t/n вх t/n 8ЫХ — амплитудное значение напряжения пульсаций на входе и на выходе фильтра; Ua вх Uo ВЬ1Х — постоянная составляющая входного и выходного напряжения фильтра.
В зависимости от вида нагрузки допускается определенное значение коэффициента пульсации выходного напряжения источника электропитания. В табл. 4.1 приведены допустимые значения коэффициентов пульсаций для различных видов нагрузок.
Таблица 4.1. Допустимые значения коэффициентов пульсаций для различных видов нагрузок
Вид нагрузки	Допустимые значения, %
Первые каскады микрофонных усилителей	0,001...0,003
Входные каскады магнитофонных усилителей	0,0005...0,003
Промежуточные каскады усилителей низкой частоты	0,01...0,1
Сеточные детекторы, гетеродины радиоприемников Каскады усиления высокой и промежуточной частот,	0,02.„0,1
анодные детекторы Оконечные каскады низкой частоты (однотактная	0,05...0,1
схема) Оконечные каскады низкой частоты (двухтактная	0,1...0,5
схема)	0,5.„2,0
Стабилизаторы, аноды электронно-лучевых трубок	0,5...3,0
56
Уменьшение амплитуды пульсаций в фильтре характеризуется коэффициентом фильтрации &ф, который равный отношению амплитуд пульсаций
4 = 77^- 100’ %• вых
Сглаживающее действие фильтра оценивается коэффициентом сглаживания kcr
k _ Рвх
КСГ-
Рвых
С учетом коэффициентов пульсаций рвх, рвых коэффициент сглаживания kcr равный
.	вх О) вых .	.
к -------------= й* • Л.,
сг ,,	,,	Ф ’
17п вых и0вх
Ц) вых	„
где /. =--- коэффициент передачи постоянной составляющей фильтра.
О) вх
При малых потерях в фильтре ПОвь1Х = Повх, X = 1 коэффициенты сглаживания и фильтрации приблизительно равны
Йсг ~ Йф.
По типу применяемых элементов различают фильтры с пассивными элементами (/?, С, L) и фильтры с активными элементами. Основные схемы с пассивными элементами при-
Рис. 4.6. Схема пассивных фильтров:
а — емкостной, б — Г-образный LC фильтр; в — Г-образный RC фильтр; г — П-образный LC-фильтр, д — П-образный /?С-фнльтр
На рис. 4.7 приведена эквивалентная схема емкостного фильтра. При повышении напряжения на выходе выпрями-
Рис. 4.7. Эквивалентная схема емкостного фильтра
57
теля происходит заряд конденсатора, а при снижении напряжения — разряд на нагрузку. Этим самым и поддерживается значение постоянной составляющей напряжения на нагрузке. Изменение напряжения на конденсаторе \ UC равно
IT I
A U с = 2 Un = -S-2L = —,
Со fnC0
где /н — ток нагрузки, равный току разряда конденсатора; Тп =-пе-
f п
риод напряжения пульсации; /п — частота пульсации.
Амплитудное значение напряжения пульсации равно
А1/с /н £ =-----Я—
2 •	2/пС„
Значение коэффициента пульсации в процентах при этом равно
'о •
4 р = =-------
uo 2fnC(
Если емкостный фильтр включен на выходе однополупериод-ного выпрямителя, это значение пульсации U„t и коэффициент пульсаций соответственно равны
10/„ и = —- иП|	—	’
1000/и
р, = “гГс“’
<-'оьо
где разномерности 1/П|, Uo выражены в В, /н — в мА, Со — в мкФ, pi — в %.
Если емкостный фильтр включить на выходе двухполупе-риодного выпрямителя, то значение пульсаций U„2 и коэффициент пульсации р2 соответственно равны
5/н
U =—-•
-"2 г ’
500/н
где размерности 1/П2, 1/„ выражены в В, /н — в мА, С„ — в мкФ, рг — в %.
Выбор значения емкости производят, исходя из Требуемого значения напряжения пульсации или коэффициента пульсаций из вышеприведенных формул.
Более эффективно сглаживание пульсаций достигается использованием Г-образных или П-образных фильтров. При этом П-образный фильтр рассматривают как последовательное соединение емкостного и Г-образного фильтров, то есть он представляет собой многозвенный фильтр. К многозвенным фильтрам относятся также фильтры, состоящие из последовательно соединенных Г-образных, П- и Г-образных
58
фильтров. Для многозвенных фильтров общий коэффициент фильтрации при отсутствии влияния последующего на предыдущий равен произведению коэффициентов отдельных звеньев
общ = ^ф1 '	• • • • &ф„-
В качестве элементов и звеньев используются конденсаторы, дроссели, резисторы. Последние используются в мощных источниках питания.
Г-образный фильтр для переменной составляющей ставляет собой делитель 21 + 22 (рис. 4.8).
мало-
пред-
UnSx
U^Sba
тг
Z2
Коэффициент фильтрации разного фильтра равен
вх
4=7)	
п вых
Г-об-
Так как
Т


Рис. 4.8.
Эквивалентная схема Г-образного фильтра
и = и ________—___
п вых ип ВХ .	’
2! +z2
то коэффициент фильтрации равен коэффициенту деления , Zl+Z2
С учетом, что XL = 2nfnL, а Хс =--, коэффициент
2л/пС
фильтрации равен:
для ЛС-фильтра, стоящего на выходе однополупериодно-го выпрямителя,—&фЬС1« 1QLС;
для ЛС-фильтра, стоящего на выходе двухполупериодного выпрямителя,—40Z.C;
для /?С-фильтра, стоящего на выходе однополупериодного выпрямителя,—^фКС,« 307? С";
для А’С-фильтра, стоящего на выходе двухполупериодного выпрямителя,—/?ф[„2ж60А,С,
где L — в Гц, С — в мкФ, R — в кОм, /гф — в %.
Для получения высокого коэффициента фильтрации при выборе элементов ЛС-фильтра необходимо, чтобы соблюдалось условие
XL> (5... 10)Хс или 2я/„Г> (5... 10)—L-
2л/п С
Значение индуктивности определяют, исходя из заданного сопротивления нагрузки:
59
для ЛС-фильтра на выходе однополупериодного выпрямителя Л>>300Лнрвых,
для ЛС-фильтра на выходе двухполупериодного выпрямителя:
Z.2	150/^нрВЬ1Х,
где Li, Lt — индуктивности дросселей фильтра, Гн, R — сопротивление нагрузки, кОм, рвых — коэффициент пульсаций на выходе фильтра, %
При выборе элементов /?С-фильтра необходимо обращать внимание на значение R; при большем сопротивлении — большие потери постоянной составляющей выпрямленного напряжения. Значение сопротивления R не должно превышать 0,05...0,3/?н.
/?С-фильтры применяются в источниках электропитания малой мощности, ЛС-фильтры — в источниках средней и большой мощностей. Для получения более высокого коэффициента фильтрации требуются дроссели с большой индуктивностью и конденсаторы с большой емкостью, что приводит к увеличению габаритов источника питания. Применение фильтров с активными элементами позволяет значительно уменьшить габариты источника питания без снижения его качественных показателей. В зависимости от способа подключения нагрузки различают последовательные и параллельные фильтры, схемы которых приведены на рис. 4.9.
В последовательной схеме в качестве дросселя сглаживающего фильтра используется транзистор VT1 (рис. 4,9, а), который обладает большим сопротивлением переменному току и малым — постоянному току.
Для выбранной рабочей точки А (рис. 4.9, б) сопротивление транзисторов постоянному току R равно
60
^кэ R _ = -^-
а сопротивление переменному току при 1Э = const равно
R~ =---—
д/к
Сопротивление R~ для большинства мощных транзисторов, представляющих собой сопротивление VK коллекторного перехода, имеет значение несколько килоом, в то время как R~ — десятки ом.
Действие транзистора в последовательной схеме эквивалентно действию индуктивности дросселя в СС-фильтре. Значение эквивалентной индуктивности при этом равно
L = Гк
ЭкВ 2л/п ’
где (п — частота пульсаций
Для поддержания постоянства тока эмиттера /э в схеме использована цепь R\C\ с большой постоянной времени (рис. 4.9, в), ток эмиттера при этом равен
3 Ri
Значение сопротивления резистора R\ выбирают в пределах 50... 100 Ом, а значение емкости конденсатора по формуле
С, >0,5-----
fn-Ri
Причем рабочее напряжение конденсатора должно быть ^раб
Значение сопротивления резистора R6 должно быть приблизительно на два порядка больше Ri и определяется по формуле
Яб~4|3 • R„
где	р — коэффициент передачи по току транзистора с общим
эмиттером
Действие транзистора в параллельной схеме (рис. 4.9, г) эквивалентно действию емкости /?С-фильтра. Транзистор при этом усиливает и инвертирует напряжение пульсаций, в результате чего на выходе фильтра вследствие суммирования двух противофазных напряжений пульсаций происходит их взаимокомпенсация. Резистор R6t определяет рабочую точку транзистора
х Р  R«
Значение переменной составляющей, выделяемой на рези
61
сторе /?i, регулируют изменением Rz, сопротивление которого критично, так как можно получить перекомпенсацию. Данная схема чувствительна к изменению нагрузки, не допускает перегрузки и короткие замыкания.
4.3. Стабилизаторы
Нормальная работа большинства радиоэлектроустройств невозможна без поддержания питающего напряжения в заданных пределах стабилизации. Например, нестабильность питающего напряжения для радиовещательных станций и радиостанций связи должна составлять 2...3%, для клистрон-ных генераторов — не более 0,1%, для электронных микроскопов — не более 0,005%, для усилителей постоянного тока и измерительных приборов высокого класса точности — не более 0,001%. Устройства РЭА с точки зрения требования к стабильности питающего напряжения можно разделить на три группы.
Стабильность первой группы — малая, второй — средняя, третьей — высокая. Допустимые пределы изменения питающих напряжений составляют соответственно по группам ±2...5%, ±0,5...2%, ±0,0001...0,5%.
Так как колебания напряжения питающей сети бывают медленными (на протяжении нескольких часов) и быстрыми, то устройство, поддерживающее значение питающего напряжения в заданных пределах, должно работать автоматически и непрерывно.
Любой стабилизатор постоянного напряжения наряду со стабилизацией постоянной составляющей выходного напряжения сглаживает пульсации, то есть является и сглаживающим фильтром.
Дестабилизирующими факторами наряду с колебаниями напряжения питающей сети могут быть изменения сопротивления нагрузки, температуры окружающей среды, частоты питающего напряжения и др.
Стабилизатором напряжения называется устройство, которое автоматически поддерживает с заданной точностью напряжение на нагрузке при воздействии дестабилизирующих факторов в заданных пределах.
Стабилизаторы напряжения характеризуются следующими основными параметрами:
коэффициентом стабилизации по напряжению
Д(7ВХ ДЦ,
*ст=---~/----~-
и и их ном н ном
где Д£7ВХ, Д<7„ — абсолютные отклонения входного напряжения и напряжения на нагрузке от номинальных значений Z7BX ном и Z7H0M соответственно,
62
коэффициентом сглаживания пульсаций
k — Ре*
КСГ-	’
Рвых
где рвх, Рвых — коэффициенты пульсаций на входе и выходе стабилизатора соответственно;
выходным сопротивлением
ДЦ, р ______2.
^вых . г ’ д/н
где Д/7Н — изменение выходного напряжения стабилизатора, Д/н — изменение тока нагрузки,
номинальным выходным напряжением (7ВЫХ ном = t/H и пределом его регулировки А[/вых
Д^вых	макс	мин’^
где U„ макс, UK мин — верхнее и нижнее значения диапазона регулировки выходного напряжения;
номинальным током нагрузки /н, пределом его изменения А/н
С макс С мин>
где 1„ макс, /„ ми„ — верхнее и нижнее значения тока нагрузки, температурным коэффициентом напряжения ТКН дц.
ТКН =---2-,
ДУ
где ДУ — изменение температуры;
коэффициентом полезного действия т]
ri =--=-------
Р и 1
1 вх вхвх
где Ри — мощность, потребляемая нагрузкой; Рвх — мощность, поступающая на вход стабилизатора.
Стабилизаторы напряжения по методу стабилизации подразделяют на параметрические, компенсационные, компенсационно-параметрические, а по способу включения регулирующего элемента — на последовательные, параллельные и смешанные.
Наибольшее распространение получили параметрические и компенсационные с последовательным или параллельным включением регулирующего элемента.
При параметрическом методе стабилизации происходит такое изменение параметров стабилизирующего элемента, которое приводит к компенсации дестабилизирующих факторов, вызвавших изменение напряжения на входе стабилизатора. Наибольшее распространение получили стабилизаторы
63
Рис 4 10 Схемы параметрических стабилизаторов напряжения
с использованием полупроводниковых и газоразрядных стабилитронов и нелинейных термосопротивлений.
Простейшая схема параметрического стабилизатора на полупроводниковом стабилитроне приведена на рис. 4.10, б, в которой стабилитрон включен параллельно нагрузке /?н, и выходное напряжение стабилизатора UH равно напряжению стабилизации стабилитрона. Характеристика стабилитрона (рис. 4.10, а) имеет рабочую область
А < max ^ст min’
где /ст mdx, /ст т|п — паспортные данные максимального и минимального тока стабилитрона
При входном номинальном напряжении U вх ном значение выходного напряжения стабилизатора равно U„ ном (рабочая точка До) и через стабилитрон протекает ток /ст ном. При изменении входного напряжения и при RH = const происходит смещение рабочей точки стабилитрона и изменяется ток через стабилитрон. При увеличении О'ь„ ток через стабилитрон увеличивается, что приводит к увеличению падения напряжения на балластном резисторе R6, в результате чего выходное напряжение практически остается постоянным; при уменьшении О'в, ток через стабилитрон уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на R&, в результате чего выходное напряжение стабилизатора практически неизменно.
Выбор типа стабилитрона производят, исходя из заданного напряжения стабилизации. При выборе рабочей точки стабилитрона необходимо учитывать, что минимальный ток стабилизации /ст т1П* должен быть больше паспортного значения 1,т„,п, максимальный ток стабилизации LT * должен быть меньше паспортного значения 1сттвх.
64
Значение баластного резистора при этом равно
D	&вх mm	ст
/у & —------------
Л,т mm* +/ н max
Увеличить коэффициент стабилизации данного стабилизатора можно путем увеличения R6 или путем последовательного включения стабилизаторов (рис. 4.11), при этом напряжение стабилизации VDI должно быть больше напряжения стабилизации VD2.
Чтобы получить напряжение больше, чем номинальное значение напряжения стабилизации, применяют последовательное включение стабилитронов (рис. 4.12).
Рис 4 12
Последовательное включение стабилитронов
Рис 4 11
Последовательное включение параметрических стабилизаторов
Если ток через стабилитрон /ст mdX* больше паспортного значения /ст mdX, то используют схемы с усилительными регулирующими элементами, которые включаются либо параллельно нагрузке (рис. 4.10, в), либо последовательно с нагрузкой (рис. 4.10, г).
Недостатком параметрических стабилизаторов является относительно низкий коэффициент стабилизации, но благодаря своей простоте они получили широкое применение. Параметрические стабилизаторы на газоразрядных стабилизаторах строятся аналогично. Они используются для высоких напряжений и имеют большие выходные сопротивления.
При компенсационном методе стабилизации производится сравнение стабилизированной выходной величины с образцовой. Результатом сравнения обычно является напряжение или ток, которые, воздействуя на регулирующий элемент, уменьшают действие дестабилизирующего фактора.
В состав компенсационных стабилизаторов входят следующие основные узлы: регулирующий элемент 1, схема сравнения 2, источник опорного напряжения 3, усилитель разбаланса 4 (рис. 4.13).
В зависимости от включения регулирующего элемента 1 по отношению к нагрузке RH различают компенсационные стабилизаторы последовательного (рис. 4.13, а) и параллельного (рис. 4.13, б) типов.
В простейших стабилизаторах наличие усилительного
65
Рис. 4.13 Структурные схемы последовательного (а) и параллельного (6) компенсационных стабилизаторов
элемента 4 необязательно, при этом управление регулирующего элемента 1 производится выходным сигналом схемы сравнения 2.
В качестве элементной базы в указанных стабилизаторах наряду с дискретными активными элементами применяются и интегральные линейные схемы, в частности операционные усилители, которые имеют дифференциальный вход, го есть они могут совмещать функции схемы сравнения 2 и усилительного элемента 4 одновременно. Источником опорного напряжения являются параметрические стабилизаторы с кремниевыми стабилитронами.
В настоящее время промышленность выпускает стабилизаторы в интегральном и микромодульном исполнении. На рис. 4.14 приведены простейшие схемы компенсационных стабилизаторов последовательного и параллельного типов.
Рис. 4 14 Схемы последовательного (а)
и параллельного (б) компенсационных стабилизаторов
В приведенных схемах в качестве регулирующего элемента используется транзистор V7'l. Параметрический стабилизатор R6, VD1 является источником опорного напряжения, схема сравнения и усилитель выполнены на транзисторе VT2, на базу которого подается часть выходного напряжения с делителя У?Д1, Т?Д2. Такие схемы нашли применение в простых конструкциях, где требования, предъявляемые к параметрам стабилизатора, невысоки.
Схемы компенсационных стабилизаторов параллельного типа не боятся коротких замыканий, но они менее экономичны, чем схемы последовательного типа, особенно при работе с минимальными токами нагрузки. Компенсационные стабилизаторы последовательного типа благодаря экономичности получили в настоящее время широкое распространение, в
66
КТ802А
Рис 4 15 Схема стабилизатора на базе микромодуля 701МП21
них применяются схемы защиты от перегрузки и коротких замыканий.
Примером такого стабилизатора может быть компенсационный стабилизатор последовательного типа 701МП21 в микромодульном исполнении. На рис. 4.15 приведена схема стабилизатора с применением модуля 701МП21. Наряду с модулем 701МП21 выпускается ряд стабилизаторов компенсационного типа в микромодульном исполнении, электрические параметры которых приведены в табл. 4.2. На рис. 4.16 приведены схемы стабилизаторов с применением микромодулей. Для увеличения тока в модулях 701МП21, 22, 23 необходимо установить дополнительные резисторы, минимальное значение сопротивления которых равно 20 Ом (рис. 4.16, в, д, ж), ток нагрузки при этом можно увеличить вдвое. При больших значениях тока нагрузки применяют дополнительные транзисторы (рис. 4.16, б, г, е). Конденсаторы емкостью 120 пФ устанавливают в случаях самовозбуждения стабилизаторов.
Выпускаются также полупроводниковые интегральные микросхемы серии К142ЕН для источников электропитания, представляющие собой интегральные стабилизаторы напряжения. Основные параметры ряда интегральных стабилизаторов приведены в табл. 4.3. Интегральные стабилизаторы серии К142ЕН — это стабилизаторы непрерывного действия трех типов: с регулируемым выходным напряжением, с фиксированным выходным напряжением и с двухполярным выходным и входным напряжениями. Для обеспечения устойчивой работы микросхемы К142ЕН1...4,6 необходимо, кроме
67
Таблица 4.2. Технические характеристики компенсационных
стабилизаторов в микромодульном исполнении
Тип стабилизатора
Параметры	| МП4801А	}мП4801Б	15LIWI0Z !	: 701МП22	1 701МП23
Выходное напряжение, В	+ (12±	+ (12±	+ (3 .	-(3	±15
Нестабильность выходного напряжения при изменении входного иа	±0,7)	±0,7)	15)	20)	(±12,6)
+ Юо/ о/ -15/о’ /о	<0,005	<0,01			
при изменении входного иа 2В, мВ Выходное сопротивление, Ом Нестабильность выходного напряжения	<0,005	<0,01	<6	<6	<з
при изменении тока нагрузки на 100 мА, мВ			<6	<1,0	<3
					(выход 1)
на 50 мА мВ					<6
					(выход 2)
Переменная составляющая выходного напряжения, размах, мВ	<0,2	<0,2	<1,0	< 1,0	< 1,0
Ток короткого замыкания, мА	<25	<25	<110	<120	<30
Ток нагрузки, макс, мА	<50	<50	<50	<50	<50
Диапазон рабочих температур, К	263 333	263 333	263 333	263 333	263 333
Температурный коэффициент выходного напряжения, %/К	<0,002	<0,002			<0,02 (выход 1) <0,04 (выход 2)
Временная нестабильность выходного напряжения за 1000 ч, %	<0,02	<0,02			
Ток потребления по каждому входу, мА	< 15	< 15	<3,5	<3,5	< 12,<5
/Масса, г	<37	<37	<15	<15	<35
нагрузочных конденсаторов, использовать корректирующие конденсаторы, а для микросхемы К142ЕН5,8,9 — только нагрузочные.
На рис. 4.17 и 4.18 приведены схемы стабилизаторов с использованием интегральных стабилизаторов. Необходимо отметить, что интегральные стабилизаторы с регулируемым напряжением могут быть использованы в качестве активных сглаживающих фильтров, стабилизаторов тока, в устройствах защиты и т. д.
Наряду с вышеперечисленными стабилизаторами промышленность выпускает также стабилизаторы в виде гибридных интегральных микросхем. В табл. 4.4 приведены технические характеристики ряда стабилизаторов, а на рис. 4.19 — 4.22 — схемы их включения.
Ряд узлов РЭА требует для своей работы применения высокостабильных источников питания, к которым предъявляются жесткие требования по температурной и временной стабильности выходного напряжения. Такие источники стабилизированного напряжения с нормируемыми параметрами температурной и временной стабильности называются источ-
। ।
I
I
। ! j !
i
1
68
с применением микромодулей
никами образцового напряжения. Выходной ток их обычно составляет несколько десятков миллиампер. Источники образцового напряжения обычно являются функциональными узлами большинства измерительных цифровых приборов и преобразователей, а также калибраторов напряжения. Допуск на выходные параметры источников, их стабильность,
69
Таблица 43 Основные характеристики интегральных стабилизаторов
Тип стаби лизатора	Входное на пряжение В	Выходное на пряжение В	Ток на грузки А	Макси маль ная рассей ваемая мощ ность Вт	Неста биль ность по и а пряже НИЮ %	Неста биль НОСТЬ по то XV %	Относи тельный темпера турный коэффи циент выход ного на пряже ния % К	Неста биль ность выход ного напря жения во вре меня %
К142ЕН1А	9 20	3 12	0,15	0,8	0,3	0,5	0,01	
Б	9 20	3 12	0,15	0,8	0,1	0,2	0,01	
В	9 20	3 12	0,15	0,8	0,5	2,0	0,05	
Г	9 20	3 12	0,15	0,8	0,5	1,0	0,05	
К142НЕ2А	16 40	12 30	0,15	0,8	0,3	0,5	0,01	
Б	16 40	12 30	0,15	0,8	0,1	0,2	0,01	
В	16 40	12 30	0,15	0,8	0,5	2,0	0,05	
Г	16 40	12 30	0,15	0,8	0,5	1,0	0,05	
К142ГНЗА	8,5 45	3 30	1,0	4	0,05	0,5	0,01	
Б	9 40	5 30	0,75	4	0,05	0,5	0,02	
К142ЕН4А	8,5 45	3 30	1,0	4	0,05	0,5	0,01	
Б	9 40	5 30	0,75	4	0,05	0,5	0,02	1,5
К142ЕН5А	35	5+2 %	3,0	10	0,05	3,0	0,02	1,5
Б	35	6+2 %	3,0	10	0,05	3,0	0,02	1,5
В	35	5±3,5 %	2,0	10	0,05	2,0	0,03	1,5
Г	35	6+3,5 %	2,0	10	0,05	2,0	0,03	
К142ЕН6	±20	+ (15± + 10%)	0,2	4	0,01	2,0	0,01	
К142ЕН8А	35	9+3 %	1,5	5	0,05	0,05	0,02	
Б	35	12+3 %	1,5	5	0,05	1,5	0,02	
В	35	15-1-3 %	1,5	5	0,05	1,5	0,02	
142ЕН9А	40	20+3 %	1,5	3	0,05	1,5	0,02	
Б	40	24+3 %	1,5	3	0,05	1,5	0,02	
В	40	27+3 %	1,5	3	0,05	1,5	0,02	
тип и метод стабилизации определяются характеристиками, в первую очередь, метрологическими, схемными решениями, конструкцией изделия, в состав которого они входят. В зависимости от этого в качестве источников образцового напряжения могут применяться как параметрические, так и компенсационные стабилизаторы напряжения, в которых приняты меры для обеспечения требуемых характеристик
В параметрических источниках образцового напряжения применяются прецизионные термокомпенсационные стабилитроны типа Д818 Г, Д, Е и КС191 С, Т, У, Ф, параметры которых приведены в табл 4 5
В качестве компенсационных источников образцового напряжения применяются стабилизаторы последовательного типа, в которых наряду с высокостабильными элементами используют схемные и конструктивные решения для увеличения стабильности выходных параметров В таких стабилизаторах источником опорного напряжения являются пара-
70
Таблица 44 Технические характеристики стабилизаторов
Параметры	Тип							
	К817ЕН1		К817ЕН2		КМ.П817ЕНЗ		КМП817ЕН4	
	А	Б	А	Б	А	Б	А	Б
Номинальное значение вы ходного напряжения	15 (12, 10,9)	15 (12, 10, 9)	-15 (-12, -16, -9)	-15 (-12, — 10, -9)	5	5	+ 24 ( + 20. + 15, +12)	д=24 (±20, ±15, ±12)
Относительное отклонение выходного напряжения от номинального, %, не более	±0,5	±0,5	±0,5	±0,5	±2	±2	±0,5	±0,5
Коэффициент нестабиль ности по напряжению, не более	2-10”4	3,3-10’	2-Ю"4	3,3-10”4	6-Ю"4	1-10”3	3-10”4	6-10”4
Коэффициент нестабиль ности по току, не более	1,7 -10~5	5-10”5	3,3-105	1,7-10”4	4-Ю”4	1-10 3	3-10”5	1-10“4
Диапазон рабочих температур, К	263 343	263 343	263 343	263 343	263 343	263 343	263 343	263 343
Температурный коэффициент напряжения в диа пазоне рабочих темпера тур, % К, не более	0,009	0,009	0,009	0,009	0,02	0,02	5-Ю”3	5-Ю”3
Нестабильность выходного напряжения за 8 ч, %, не более	0,02	0,02	0,02	0,02	2	2	—	—
Максимальное входное на пряжение, В, не более	27,5 (24,5, 22,5, 21,5)	27,5 (24,5, 22,5, 21,5)	-27,5 (-24,5, -22,5, -21,5)	-27,5 (-24,5, -22,5, -21,5)	12	12	±28	±28
Предельно допустимое входное напряжение, В	50	50	-50	-50	15	15	±30	±30
Максимально допустимый ток нагрузки, мА	500	500	500	500	200Э	2000	200	200
Максимально допустимая мощность рассеивания, Вт	2	2	2	2	2	2	2	2
метрические стабилизаторы с высокостабильными термокомпенсированными стабилитронами В структурной схеме источника образцового напряжения компенсационного типа, приведенной на рис 4 23, а, используется дополнительная стабилизация питания усилителя УС2 и схемы сравнения СС2
Рис 4 17 Схемы стабилизаторов с применением интегральных микросхем К142ЕН1,2
а) с токовой защитой и схемой выключения (К155ЛАЗ)
R3— резистор защиты
(«вых + 0 5Т Вт
R5=----------- —
03 LmAJ
б) на повышенные токи нагрузки
в) для высоких напряжений
^dl 5s ^вх- ^вх1
^вх “ ^вх!
/?4=----------
J пот
R3 ~ резистор защиты
Рис 4 18 Схема стабилизаторов с применением интегральных микросхем К142ЕН 5, 8, 9 а — на номинальное напряжение стабилизации б — на повышенное напряжение стабилизации
72
DA К 817 EH 1
Выходное напряжение, В	Соединить контакты
+15 + 12 +10 +9	25 гн 29 25 гн 25г-. 23, 6гнЗ 25 г-. 27^21, 7гнЗ 25н.23гн22, 5гнЗ
б
Рис 4 19 Схема стабилизатора
с использованием микросхемы К817ЕН1
DA К817ЕН2
73
Таблица 4.5. Параметры термокомпенсационных стабилитронов
Тип стабилитрона	Характеристики					
	[/„, В	мА	6СТ.	8тм	ткн-1о~!, %/К	Временная стабильность
Д818 Г Д Е	8,5. .9,45	10	0,12	18	±0,5 ±0,2 ±0,1	± (0,01.. 0,02) % за 1000 ч
КС191 С Т У ф	8,5 . 9,7	10	5	18	±0,5 ±0,25 ±0,1 ±0,05	±2 мВ за 2000 ч
Рис. 4.21.
Схема стабилизатора с использованием микросхемы КМП817ЕНЗ
DA КМП817ЕН4
Выходное напряжение, В	Соединить контакты
±2^t ±20 ±15 ±12	гЗг-,19 23 г-. 20 23^ 21
П	б
Рис. 4 22 Схема стабилизатора
с использованием микросхемы КМП817ЕН4
74
Подложка
Pul 4 23 Структурные схемы источников образцового напряжения в микромодульном (о) и интегральном (б) исполнениях
В качестве источников опорного напряжения для схемы сравнения СС1 используется выходное напряжение источника. Такая структурная схема реализована в микромодульном стабилизаторе типа МП4801, данные которого приведены в табл. 4.2.
Конструктивной особенностью многих источников образцового напряжения является термостатирование, которое позволяет получить высокую температурную стабильность выходных параметров при менее жестких требованиях к элементам стабилизаторов. Примером источника образцового Напряжения с термостатированием является стабилизатор в интегральном исполнении (рис. 4.23, б).
В данном- стабилизаторе на одной подложке размещены стабилизатор и регулятор температуры, который обеспечивает равномерное распределение температуры по всей площади подложки, что позволяет получить высокую стабильность выходного напряжения, хотя температурный коэффициент интегральных полупроводниковых элементов имеет значение 2 мВ/°С.
4.4. Регулировка источников электропитания
Соответствие выходных параметров источника электропитания заданным техническим условиям обеспечивает надежную работу изделия в целом. Поэтому регулировка устройства электропитания является первоочередным этапом общей регулировки изделия. Несмотря на разнообразие схемных и конструктивных особенностей источников электропитания, проверку и регулировку их параметров можно провести по типовой методике.
75
При регулировке нестабилизированных источников питания проверке подлежат следующие параметры: номинальное выходное напряжение Пн; номинальный выходной ток /н; коэффициент пульсаций выходного напряжения р; значение пульсаций {7П; коэффициент фильтрации /гф; коэффициент сглаживания kcr.
При регулировке стабилизированных источников питания проверке подлежат следующие параметры: номинальное выходное напряжение {7Н; номинальный выходной ток /н; коэффициент стабилизации k„; коэффициент пульсаций выходного напряжения рВЬ1Х (значения пульсаций выходного Напряжения) ; коэффициент фильтрации /гф; выходное сопротивление /?вых.
Перед проверкой параметров источника электропитания необходимо произвести предварительную проверку исправностей элементов, правильности монтажа и убедиться в отсутствии коротких замыканий между разобщенными токоведущими цепями. После устранения обнаруженных неисправностей можно приступать к регулировке источника.
Схема проверки параметров, кроме коэффициента стабилизации и выходного сопротивления, источников питания обоих видов приведена на рис. 4.24, а, схема проверки коэффициента стабилизации и выходного сопротивления для стабилизированных источников питания приведена на рис. 4,24, б, в.
При проверке параметров безтрансформаторных источников питания необходимо между выходом автотрансформато-
Рис 4 24 Схемы проверки параметров стабилизаторов
76
pa 1 и входом источника питания 3 включить развязывающий трансформатор, чтобы обеспечить безопасность регулировочных работ и исключить возможные повреждения элементов источника питания.
Номинальное выходное напряжение источника 3 измеряется вольтметром 4 непосредственно на сопротивлении нагрузки 7 (переключатель 6 в положении «3»). Значение сопротивления нагрузки 7 устанавливается (переключатель в положении «2»), исходя из номинального тока нагрузки. На вход источника питания 3 должно подаваться номинальное напряжение сети, которое устанавливается при помощи автотрансформатора 1 и контролируется вольтметром 2.
Значение напряжения пульсаций на сопротивлении нагрузки 7 наиболее удобно определить при помощи осциллографа, подключаемого параллельно сопротивлению нагрузки. Осциллограмма выходного напряжения источника питания приведена на рис. 4.25. Когда значения пульсаций небольшие, измерение целесообразно прово
дить при закрытом входе осциллографа, в котором осциллограф измеряет только переменную составляющую. Коэффициент пульсаций выходного напряжения рет определяется по формуле
___________I
Рис 4 25
Осциллограмма выходного напряжения стабилизатора
7/п
Рвых = Р=-77-- ЮО U о
о/ /о
Чтобы определить коэффициент фильтрации /гф или коэффициент сглаживания ka, необходимо узнать значения напряжений пульсации U.. вх и Uп вых и постоянной составляю-щей (70ВХ и (70ВЫХ и по формулам
П ВХ ^0 вых
ВЫХ О ВХ
ф и„ вых
о/ /о
вычислить значение коэффициентов.
Измерение стабильности выходного напряжения производится компенсационным методом по схеме, приведенной на рис. 4.24, б, в. Если значение выходного напряжения меньше напряжения батареи 11, используется схема, приведенная на рис. 4 24, б, если же значение выходного напряжения намного больше напряжения источника 11, используется схема с дополнительным делителем 8 (рис. 4.24, в). К значению
77
сопротивления Rai делителя 8 предъявляются требования 1(ШН</?Д|< 100Явх вольтметра 9, чтобы исключить погрешность за счет шунтирования. При этом необходимо использовать вольтметр 9 с высокоомным входом. Таким требованиям отвечают электронные вольтметры с аналоговой или цифровой формой представления измеряемой величины.
Стабильность выходного напряжения стабилизированного источника при изменении напряжения питающей сети определяют в следующей последовательности. При помощи автотрансформатора 1, контролируя вольтметром 2, выставляют номинальное значение Двх „ом входного напряжения источника питания 3. Изменением нагрузки 2 по амперметру 5 устанавливают номинальный ток нагрузки, при этом вы ходное напряжение равно номинальному Uк ном.
Регулировкой плечей делителей 8 и 10 добиваются показаний вольтметра 9, равных половине шкалы. Затем, увеличивая (уменьшая) входное напряжение источника 3 на заданное значение, определяют значение изменения выходного напряжения АПвых по изменениям показаний вольтметра 9. Для схемы, приведенной на рис. 4.24, в, изменение, приведенное к выходу источника, равно
^^вых ,	>
йд
где /гд—коэффициент деления делителя, который определяется по формуле
Rz Ri k„ =-------=----
д R.-rRz Ral
Изменению входного напряжения на АПВХ соответствует определенное изменение выходного напряжения АПН. Коэффициент стабилизации при этом равен
k	вх ^нном
^ст д t, ' у, ^‘-'н '-'вхном
Проверку стабильности выходного напряжения от изменения (непостоянства) сопротивления нагрузки (тока нагрузки) проводят аналогично. При этом номинальное значение входного напряжения должно быть неизменным, а изменяется значение сопротивления нагрузки 7 (тока нагрузки) в указанных пределах.
Коэффициент стабилизации при этом равен
\R \UH ь=—/-------—
ст /? 1] АН ‘-'ИНОМ
ИЛИ
А/,,,.,, ’
.	ВЫХ	п
«ст = -----/77---
78
Причинами несоответствия выходного напряжения требованиям технических условий могут быть: несоответствие напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора, неисправность выпрямителя, несоответствие сопротивления дросселя (резистора) фильтра. Кроме вышеприведенных причин могут быть и такие: неисправность схемы защиты, проходного транзистора, цепи делителя обратной связи и источника опорного напряжения.
Причинами повышенной пульсации могут быть недостаточная емкость фильтра, наличие короткозамкнутых витков дросселя, неисправность выпрямителя, асимметрия выходных обмоток трансформатора.
Отсутствие стабилизации может быть обусловлено неисправностью проходного транзистора, цепи источника опорного напряжения, заниженным входным напряжением, малой емкостью конденсатора фильтра и др.
После отыскания и устранения неисправности необходимо повторно проверить выходные параметры источника.
Глава 5
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
5.1.	Общие сведения
Усилитель РЭА предназначен для усиления напряжения, тока, мощности сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы устройства, подключенного к его выходу; наряду с усилением он служит для развязки между источником сигнала и другими цепями, а также для согласования сопротивлений.
Область применения усилителей весьма обширна: это усилители звуковоспроизводящей и звукозаписывающей аппаратуры, видеоусилители телевизионных приемников и осциллографов, усилители высокой и промежуточной частот аппаратуры связи, усилители мощности передающих устройств; измерительные усилители; усилители аналоговых вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и преобразователей; усилители радиолокационных станций и электронных микроскопов и др. Частотный диапазон усиливаемых сигналов — от нуля герц до тысяч мегагерц. При этом вид усиливаемых сигналов также весьма разнообразен: напряжение постоянного и переменного токов, импульсные сигналы, сигналы высокой частоты с различными видами модуляции, сигналы звуковых частот и др. И в каждом конкретном случае к усилителю предъявляются требования, обуслав
79
ливающие частотные и фазовые характеристики, параметры входных и выходных сигналов, стабильность работы и др.
Для построения усилительных устройств используют электровакуумные, полупроводниковые приборы, а также полупроводниковые и гибридные интегральные микросхемы. В каскаде усиления обычно используется одна из трех схем (рис. 5.1) включения транзистора (электровакуумный триод): с общей базой ОБ (общей сеткой), общим коллектором ОК (общим анодом), общим эмиттером ОЭ (общим катодом).
Рис. 5 1.
Ян Эквивалентные схемы включения транзистора. а — общей базой (ОБ), б — с общим эмиттером (ОЭ), в — с общим кочлектором (ОК)
Включение транзистора с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению Коэффициент усиления по току меньше единицы и мало изменяется при изменении режима работы, температуры, замене транзисторов. Входное сопротивление транзистора с ОБ меньше, чем при других схемах включения, и находится в пределах от десятых долей Ома (для мощных транзисторов) до десятков Ом (для маломощных). При увеличении сопротивления нагрузки входное сопротивление также возрастает. Выходное сопротивление транзистора с ОБ больше, чем в других схемах включения. Включение транзистора с ОБ находит применение во входных каскадах высокой частоты. При этом максимально используются частотные свойства транзистора и в выходных каскадах усилителей звуковых частот, так как коэффициент гармоник обычно не превышает несколько процентов.
Включение транзистора с ОЭ обеспечивает усиление как • напряжения, так и тока. Усиление мощности при включении транзистора с ОЭ наибольшее, однако оно сильно изменяется при изменении режима работы транзистора, температуры, при смене транзисторов. Входное сопротивление транзистора при включении с ОЭ значительно выше, чем при включении с ОБ, и лежит в пределах от нескольких Ом (для мощных
80
транзисторов) до тысяч Ом (для маломощных). При увеличении сопротивления нагрузки входное сопротивление уменьшается. Выходное сопротивление меньше, чем в схеме с ОБ. Оно уменьшается при увеличении сопротивления источника сигнала. Коэффициент гармоник при включении транзистора с ОЭ — максимальный, при полном включении транзистора он составляет 10...15%. Включение транзистора с ОЭ используют в усилителях высокой частоты, в предварительных и оконечных каскадах усилителей звуковых частот.
Включение транзистора с ОК отличается наибольшим входным сопротивлением (до сотен килоом для маломощных транзисторов), которое возрастает при увеличении сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление меньше, чем при других схемах включения, и находится в пределах от десятых долей Ома (для мощных транзисторов) до тысяч Ом (для маломощных транзисторов). Коэффициент усиления по напряжению при включении транзистора с ОК меньше единицы; коэффициент усиления по току больше, чем при включении с ОЭ. Включение транзистора с ОК применяется во входных каскадах усилителей, когда требуется большое входное сопротивление и малая входная емкость. В каскадах мощного усиления схему с ОК применяют, когда требуется малое выходное сопротивление или малый коэффициент гармоник (меньше 1% при полном использовании транзисторов). Для полевых транзисторов основные схемы включения аналогичны: с общим затвором, общим истоком, общим стоком.
Различают три основных режима работы усилителей — А, В, С. При режиме А ток в выходной цепи усилителя протекает на протяжении всего периода сигнала, и крайние положения рабочей точки не выходят за пределы линейного участка характеристики (рис. 5.2, а). При входном синусоидальном сигнале амплитуда переменной составляющей /тал не может быть больше тока покоя /о, приблизительно равного среднему значению /ср. Из-за большого тока покоя 10 коэффициент полезного действия усилителя небольшой, что является основным недостатком данного режима. Преимущество данного режима — малые нелинейные искажения, обусловленные выбором рабочей точки А в средней линейной части характеристики (форма выходного сигнала повторяет форму входного сигнала). Усилители класса А используются в качестве усилителей напряжения в каскадах высокой и промежуточных частот, в предварительных каскадах усиления звуковых частот и усилителей мощности с небольшой выходной мощностью.
Режимом В называется такой режим работы усилителя, при котором ток с выходной цепи протекает в течение полупе-рисда выходного сигнала (рис. 5.2, б). Рабочая точка А выби-
4 270 7
81
f t6uz l^ix
рается в начале характеристики (во входную цепь вводится смещение). При входном синусоидальном сигнале е =
Emsinwt выходной ток прекращается в точке со/ = Угол, соответствующий моменту прекращения выходного тока, называется углом отсечки 0. Для режима В угол отсечки 0 = 90°. Реально из-за нижнего изгиба характеристики ток покоя /0> 0, а угол отсечки 0> 90°. Поэтому такой режим называют режимом АВ, для которого ток покоя /о=И=О. Вследствие малого тока покоя (меньшего, чем в режиме А среднего тока /ср) коэффициент полезного действия усилителя класса В значительно выше, что является достоинством данного режима. Так как форма выходного сигнала не соответствует форме входного, данный режим характеризуется большим количеством четных гармоник в выходном каскаде. Это позволяет использовать данный режим в однотактных усилителях гармонических сигналов лишь при усилении узкой полосы частот, когда нагрузкой является параллельный колебательный контур, настроенный на основную частоту сигнала или на одну из четных его гармоник. Использование двухтактных схем с применением режима В позволяет усиливать гармонические сигналы в широком диапазоне частот. В этом случае одно плечо схемы работает для положительных полупериодов, второе — для отрицательных. Коэффициент гармоник двухтактного каскада в режиме В больше, чем в режиме А, вследствие использования большего участка характеристики усилительного элемента. Данный режим благодаря высокому
82
к. п. д. широко применяется в выходных каскадах усиления мощности звуковых частот.
При режиме С выходной ток усилителя протекает в течение времени, меньшего полупериода сигнала, то есть угол отсечки 0< 90° (рис. 5.2, в), что достигается выбором рабочей точки А за точкой отсечки на характеристике (ток покоя /0 равен нулю). Коэффициент полезного действия усилителя класса С выше, чем для усилителей класса В, и достигает 80%. Так как угол отсечки 0<9О°, в выходном сигнале наряду с основной гармоникой и постоянной составляющей содержится большое количество четных и нечетных гармоник. Использование двухтактной схемы не позволяет получить выходной сигнал той же формы, что и входной, поэтому режим С не применяют в усилителях гармонических сигналов произвольной формы (например, звуковых частот).
Режим С нашел широкое применение в усилителях мощности радиопередающих устройств. Нагрузкой каскадов при этом является резонансный контур, настроенный на основную частоту или на одну из его гармоник.
5.2.	Основные параметры и характеристики усилителей
Усилитель можно представить как активный четырехполюсник (рис. 5.3), на вход которого подается сигнал мощностью Р\ = U\i\ и с выхода которого снимается сигнал с мощностью Р-2 = U-21-2.
Количественно связь между входной и выходной величинами определяется коэффициентом передачи, который в случае усиления входного сигнала называют коэффициентом усиления. В зависимости от вида
усиливаемого сигнала различают коэффициенты усиления по току К», по напряжению К„, по мощности КР, которые соответственно равны
или
Л/'2
Ай ’
Ки =
hll2 hill ’
hP-2
Кр=-----
hPl
У, = 20 1g—, дБ; /с, = 20 1g—, дБ; Az,	Au,
УР=1° ДБ.
APi
83
Входными характеристиками усилителя являются: его входное напряжение, входной ток Ц, входная мощность, при которой усилитель отдает в нагрузку заданную мощность, а также входное сопротивление гвх. Входное сопротивление усилителя в общем случае носит комплексный характер, то есть наряду с активной составляющей может иметь и реактивные составляющие (входную емкость Свх).
Входные параметры чаще всего определяют в условиях, при которых входное сопротивление можно считать активным и равным гвх. В этом случае
Ли, Ли1=Лщвх; г =----; ДР, = ДиД/i.
Ли
Так как источник сигнала характеризуется источником эдс Е и внутренним сопротивлением гс, то входное сопротивление может быть определено как
Е —цгс  1\
К выходным характеристикам усилителя относятся: расчетная выходная мощность сигнала Р2, выходное напряжение иг или выходной ток г2, отдаваемые усилителем при работе его на заданное сопротивление нагрузки /?„, которое в общем случае носит комплексный характер. Так как выходные характеристики усилителя определяются в условиях, когда сопротивление нагрузки активно и равно RH, то при этом
,	Д«2
Д^2 = Л/г/?н, ДР2 — Д/гЛиг = Д/г/? =  -
Rh
Обычно входной сигнал представляет собой сумму различных гармонических составляющих, находящихся между собой в определенных амплитудных и фазовых соотношениях. При несинусоидальном входном сигнале выходной сигнал усилителя может отличаться по форме от выходного из-за наличия в усилителе линейных искажений. К линейным искажениям относятся частотные и фазовые искажения. Частотными искажениями называются искажения формы выходного сигнала из-за неодинакового усиления различных гармонических составляющих входного сигнала.
Оценку вносимых усилителем частотных искажений можно сделать исходя из его частотной характеристики в рабочем диапазоне частот, в пределах которого параметры усилителя не выходят за пределы заданных допусков. Частотная (амплитудно-частотная) характеристика представляет собой график зависимости коэффициента усиления К от частоты f (рис. 5.4), где по вертикальной оси откладывают К в линей-
84
ном (логарифмическом) масштабе, а по горизонтальной оси — частоту f в герцах (угловую частоту w = 2л)) в линейном (логарифмическом) масштабе. Логарифмический масштаб
Рис. 5.4.
на ОСИ частот применяется В Частотная характеристика случае широкого диапазона усилителя
частот. Частоты и fB называются соответственно частота-
ми нижнего и верхнего среза; коэффициент усиления на этих частотах при равномерной частотной характеристике равен
К„ = Кв = 0,707Кср,
где Kcf — коэффициент усиления усилителя в области средних частот частотного диапазона
Иногда вместо К на вертикальной оси откладывают выходное напряжение и2, соответствующее неизменному входному напряжению Иь Диапазон рабочих частот определяется назначением усилителя.
Вносимые усилителем частотные искажения определяются неравномерностью его частотной характеристики в диапазоне рабочих частот и характеризуются коэффициентом частотных искажений М, который равен
М=—р или М=20 lg-^, дБ, К	К
где Хер — коэффициент усиления на средней частоте. При М — 1 (М — 0 дБ) частотные искажения отсутствуют.
Допустимые частотные искажения зависят от назначения усилителя и могут изменяться в широких пределах. Так, для усилителей звуковыхщастот в аппаратуре среднего качества М = 2...4 дБ, а для измерительной аппаратуры усилители должны обладать частотными искажениями, составляющими десятые и даже сотые доли децибела.
Фазовыми искажениями называются искажения, формы выходного сигнала которых обусловлены изменением взаимного расположения гармонических составляющих из-за фазовых сдвигов самого усилителя (рис. 5.5).
Слух не реагирует на изменение фазовых соотношений между гармоническими составляющими сложного сигнала в широком диапазоне интенсивности звука несмотря на то, что меняется форма сигнала. Поэтому в усилителях звуковых частот фазовые искажения не нормируют. В видеоусилителях электронных осциллографов фазовые искажения отражаются на качестве или форме изображения, поэтому их необходимо нормировать.
Фазовые искажения, вносимые усилителем, оцениваются
85
Рис. 5.5. Фазовые искажения сигнала
Рис. 5.6.
Фазовые характеристики и оценка фазовых искажений на нижних (а) и верхних (б) частотах
по его фазовой (фазово-частотной) характеристике, представляющей зависимость угла сдвига фазы ф между выходными и входными напряжениями от частоты (рис. 5.6), построенной в линейном масштабе по вертикальной и горизонтальной осям. Применение линейного масштаба приводит к необходимости строить фазовую характеристику отдельно для низких частот (диапазона от нуля до средних частот) и для высоких (диапазон от средних частот до верхних). Идеальной фазовой характеристикой усилителя, при которой он не вносит фазовых искажений, является прямая, проходящая под углом через начало координат. Поэтому фазовые искажения усилителя оценивают не по значению угла сдвига фазы <р, а по разности ординат ЛФ в фазовой характеристике и касательной к ней, проведенной через начало координат. Для верхних частот Фв меньше угла <рв (рис. 5.6, б), для нижних частот Ф„^(р„ (рис. 5.6, а).
В настоящее время фазовые характеристики используют в основном для анализа работы усилителей с обратной связью и для усилителей фазометрической аппаратуры.
Наряду с линейными искажениями усилитель может вносить и нелинейные искажения выходного сигнала. Нелинейными искажениями сигнала называют изменения его формы, обусловленные нелинейностью характеристик усилительных элементов (транзисторов, электронных ламп) (рис. 5.7).
В транзисторных усилителях нелинейные искажения возникают вследствие изменения формы входного сигнала из-за нелинейности входной характеристики (рис. 5.7, а), а также
86
из-за снижения коэффициента усиления при больших амплитудах подводимого к транзистору сигнала (рис. 5.7, б).
Электронные лампы, как и транзисторы, могут изменять форму верхнего положительного полупериода вследствие изгиба характеристики при малых анодных напряжениях и нижнего отрицательного полупериода сигнала вследствие влияния сеточных токов, а также из-за сближения характеристик при малых токах. Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом гармоник kr, который равен
Рис. 5.7.
Нелинейные искажения сигналов
ДД+ + 7? + • • •
Л
VW+6f+~6* + • •  и.
где /i, Ii -. — действующие (амплитудные) значения соответственно первой (основной), второй и т. д. гармоник выходного тока; U i, Uz, Uj...— действующие (амплитудные) значения соответственно первой, второй, третьей и т. д. гармоник выходного напряжения.
Общий коэффициент гармоник равен
^г = л/^г2 + ^г.зН“^г4Н“ ’ ' ’ >
так как
/2	б2	, Л	б3
~	— ^гг;	— = -—= k
h	б,	Л	61
где /гг2,	— коэффициенты второй, третьей и т. д. гармоник.
Допустимое значение коэффициента гармоник зависит от назначения усилителя и составляет 0,1...7% для усилителей звуковых частот и 0,01...0,2% для усилителей многопроводной связи.
В усилителях импульсных сигналов может также происходить изменение формы выходного сигнала (импульса) за счет линейных искажений, которые обусловлены переходными процессами установления токов и напряжений в цепях, содержащих реактивные сопротивления (емкость, индуктивность) (рис. 5.8).
Линейные искажения, обусловленные переходными про-
87
^бх
Переходные искажения
сигналов
цессами, называются переходными искажениями, для оценки которых используют переходную характеристику. Переходная характеристика представляет собой зависимость мгновенного значения выходного напряжения (тока) от времени при мгновенном скачкообразном изменении напряжения (тока) во входной цепи, описываемом единичной функцией = 1(f). При построении переходной характеристики пользуются нормированными величинами (по одной
или двум осям). Нормированная величина Y (вертикальная ось) представляет собой отношение
у ^вых
вых уст
где (7ВЫХ — мгновенное значение выходного напряжения; UBblx уст — установившееся значение выходного напряжения (стационарное значение выходного напряжения).
Нормированная величина X (горизонтальная ось) представляет собой отношение
где t — текущее время; т — постоянная времени каскада, узла, цепи.
Переходные искажения разделяют на искажения фронтов и искажения амплитуды импульсов.
Время установления фронтов обычно меньше длительности импульса. Поэтому для оценки искажения фронтов используют начальный участок переходной характеристики с растянутым масштабом горизонтального участка. Эту характеристику называют переходной характеристикой в области малых времен.
Искажения фронтов характеризуются временем установления £уст и выбросом 6 (рис. 5.9).
Время установления /уст определяется временем нарастания сигнала от уровня 0,1 до уровня 0,9 своего установившегося значения
/уСТ — бо,9)~Оо, !)
Выброс 6 определяется наибольшим превышением ординаты Утах над установившимся значением, которое принимается равным единице (последующие быстроубывающие по
88
ложительные и отрицательные выбросы обычно в расчетах не учитываются)
6 = У™,-! или S = 100 (У„,ах-1), %.
Искажения вершины импульсов определяют при помощи переходной характеристики в области больших времен (переходная характеристика с сжатым масштабом по горизонтальной оси) (рис. 5.10) и оценивают относительной величиной А изменения ординаты в течение длительности импульса tu, которая равна
для характеристики a-типа (спад):
6А = 1 —ут или А = 100(1—Ут), %;
для характеристики б-типа (подъем):
6А = Ут—1 или А = 100(УТ—1), %;
для характеристики e-типа (изменение ординаты):
6А = У,.,,,, -Ут или А = 100(Ут„— Ут), %
Рис. 5.9.
Переходная характеристика в области малых времен
Рис. 5.10.
Переходная характеристика в области больших времен
При импульсах малой амплитуды, когда усилитель можно считать линейным, время установления и выброс для переднего и заднего фронтов импульса одинаковы. При импульсах большой амплитуды, когда сказываются нелинейности усилителя, время установления и выброс переднего и заднего фронтов различны. Время установления заднего фронта называется временем среза tc и определяется аналогично времени установления переднего фронта ty.
Кроме указанных величин, для оценки свойств импульсных усилителей используют время задержки (запаздывания) t3, которое определяется обычно интервалом времени от момента приложения импульса, длительностью ко входу усилителя до момента, когда напряжение на его выходе достигнет половины установившегося значения (рис. 5.11).
89
Переходная характеристика позволяет судить о возможности усиления импульсных сигналов различной длительности. Искажения импульса считаются допустимыми, если t переходной характеристики усилителя связано с длительностью импульса соотношением
^„>(5 20)
Необходимо отметить, что частотные, фазовые и переходные характеристики связаны между собой. Зная время установления /v, определенное по переходной характеристике, можно определить частоту верхнего среза tB усилителя
_ 0,35 /в— t ‘у
Важными характеристиками усилителя являются амплитудная характеристика и динамический диапазон.
Амплитудная характеристика представляет собой зависимость амплитуды (действующего значения) выходного напряжения от амплитуды (действующего значения) сигнала
Рис 5 11	Рис 5 12
Время задержки
Амплитудная характеристика
Идеальная характеристика усилителя представляет собой прямую, проходящую через начало координат, то есть коэффициент усиления идеального усилителя представляет собой постоянную величину, не зависящую от входного сигнала. При входном напряжении, равном нулю, на выходе усилителя всегда существует напряжение, обусловленное шумами усилителя (изгиб в нижней части характеристики). При больших входных напряжениях характеристика также отлична от прямой (верхний изгиб) вследствие нелинейных искажений усилителя из-за выхода рабочей точки усилительных элементов за пределы рабочего участка характеристик.
Как видно из характеристики, усилитель может усиливать сигналы в диапазоне от до Отношение максимального значения входного сигнала к минимальному, при
90
котором усилитель не искажает выходной сигнал, называется динамическим диапазоном усилителя
Ц,х max	^'вх max
Ду =—------или Ду = 20 1g—----, дБ
Uвх mm	^вх min
Так как в большинстве случаев значение входного сигнала Uc не постоянно, а меняется в широких пределах от Uc min до Uс max, т0 вводят понятие динамического диапазона сигнала Дс, который равен
бс max	max
Дс = -— или Дс = 20 1g—---------, дБ
'-'с min	'-'с min
Чтобы усилитель мог передать весь диапазон входного сигнала, его динамический диапазон должен быть больше динамического диапазона входного сигнала, то есть
Ду> Дс
Если Ду<;Дс, на входе усилителя необходимо вводить регулятор уменьшения диапазона сигнала (например, регулятор громкости).
Если усилитель при входном высокочастотном сигнале должен обеспечивать неискаженный выходной сигнал максимальной амплитуды, то необходимо знать максимальную скорость изменения выходного напряжения (скорость нарастания) р, которая характеризует изменение выходного
напряжения за единицу времени
Связь между амплитудным значением выходного сигнала UmBm, частотой сигнала fc и скоростью нарастания р усилителя определяется выражением
Р = ^«вых 
Недостаточная скорость нарастания выходного сигнала усилителя приводит к искажениям при передаче гармонического сигнала (рис. 5.13, б), и при передаче импульсных сигналов (рис. 5.13, а).
Наряду с перечисленными
Рис 5 13
Искажения, вызванные недостаточностью скорости нарастания усилителя
91
характеристиками усилители могут иметь и другие характеристики, что определяется спецификой их применения. Так, усилители, предназначенные для работы в измерительных приборах для измерения напряжений постоянного тока, должны обладать большой стабильностью как во времени, так и при воздействии дестабилизирующих факторов. В таких случаях учитывают дрейф выходного напряжения усилителя, а также время бесподстроечной работы. Эквивалентное напряжение смещения, приведенное к входу усилителя, называют дрейфом нуля. Усилители биоанализаторов должны обладать малым коэффициентом шумов на инфранизких частотах, антенные усилители — малым коэффициентом шума на высоких частотах. Из вышесказанного можно сделать вывод, что нормирование тех или иных характеристик усилителя определяется его назначением.
5.3.	Обратная связь в усилителях
В усилителях наряду с цепью прямой передачи сигнала входа на выход, при котором происходит усиление сигнала, могут содержаться цепи, на которых часть энергии сигнала передается обратно с выхода на вход. Такие цепи называются цепями обратной связи. Цепь обратной связи может охватывать отдельные каскады усилителя или усилитель в целом; могут применяться комбинированные обратные связи, охватывающие как отдельные каскады, так и усилитель в целом. Замкнутый контур, образуемый основной цепью и цепью обратной связи, охватывающий усилитель, называется петлей обратной связи. В зависимости от того, как происходит охват каскадов усилителя цепями обратной связи, различают однопетлевую и многопетлевую обратные связи (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Обратная связь:
а — однопетлевая; б — многопетлевая
По способу передачи энергии через цепь обратной связи на вход усилителя различают последовательную и параллельную обратные связи. В первом случае напряжение обратной связи подключается последовательно с напряжением сигнала (рис. 5.15, а), во втором — параллельно (рис. 5.15, б).
Если напряжение обратной связи UOc пропорционально выходному напряжению Uна нагрузке усилителя, обрат-
92
ная связь называется обратной связью по напряжению (рис. 5.15, в), если Uoc пропорционально выходному току /вьи — обратной связью по току (рис. 5.15, г). Цепь обратной связи характеризуется коэффициентом передачи, который равен
Если выходное напряжение цепи обратной связи Uoc поступает на вход усилителя в противофазе с напряжением сигнала Uc, обратная связь называется отрицательной (ООС).
Для усилителя, охваченного цепью ООС (рис. 5.16), входное напряжение Цвх меньше поступающего напряжения Uc
ивх = ис-ит.
Рис. 5.16.
Отрицательная обратная связь:
К — коэффициент передачи усилителя,
Р — коэффициент передачи цепи обратной связи
Учитывая, что ft = Цвых/Цвх и выходного напряжения равно
Р = —(Е'вых/Дос), значение
бВЬ!Х ООС	б'с ’
1+РК Uc'K‘
к
где ^оос= j — коэффициент передачи усилителя, охваченного ООС.
При pft 1, что легко реализуется при использовании усилителей в интегральном исполнении, значение выходного напряжения практически не зависит от коэффициента передачи
93
усилителя К, а определяется коэффициентом передачи 8 цепи оос.
Uc и ВЫХ ООС о р
Цепь ООС легко реализуется на пассивных элементах, которые могут быть высокоточными и стабильными, что приводит к стабильности и точности установки выходного напряжения усилителя, охваченного ООС.
Применение ООС в усилителях с нелинейной передаточной характеристикой позволяет уменьшить нелинейность, так как Uвых связано линейной зависимостью с р и не зависит от 7(. Отрицательная ООС уменьшает также влияние усилителя на источник сигнала, так как входное напряжение усилителя равно	у
ив,.=--—
вх 1+рК
и при р/(;> 1 значение UBX может быть очень мало. Применение ООС приводит к изменению входных и выходных параметров усилителя (табл. 5.1).
Таблица 51 Влияние ООС на входные и выходные параметры усилителя
Входной сигнал (вид ООС)	ООС по напряжению		ООС по току	
		/?вых	Rbx	/?вых
Ток (параллельная ООС) Напряжение (последовательная ООС)	уменьшается увеличивается	уменьшается уменьша- ется	уменьшается увеличивается	увеличивается увеличивается
Если выходное напряжение- цепи обратной связи UOc поступает на вход усилителя в фазе с напряжением сигнала, обратная связь называется положительной (ПОС).
Если усилитель охвачен ПОС, то значение его выходного напряжения равно и	= и —-—
ВЫХ ПОС	С | _ р д-
Если рЛ" = 1, усилитель работает неустойчиво, и Пвых пос стремится к со (реально ограничивается напряжением питания усилителя). При р/(;>1 схема имеет два устойчивых состояния. Uвых пос UВЬ[Х тах или Uвых пос Uвых тш.
Отрицательная и положительная обратные связи широко используются в различных устройствах. Так, ООС используется в усилителях-сумматорах, интеграторах и т. д., а ПОС — в релаксационных и цифровых схемах.
94
5.4.	Регулировка и проверка параметров усилителей звуковых частот
Усилитель звуковых частот (УЗЧ) — последовательное соединение каскадов усиления. Его работоспособность проверяют с помощью генератора звуковых частот, а в качестве индикаторного устройства используют осциллограф. При этом испытательный сигнал может последовательно проходить через каскады УЗЧ от первого до оконечного (рис. 5.17, а), или наоборот (рис. 5.17, б). В первом случае, подав на вход УЗЧ сигнал с генератора ЗГ, осциллографом поочередно проверяют прохождение сигнала через каждый каскад. При этом не должно наблюдаться ограничения амплитуды выходного
Рис 5 17 Последовательность проверки работоспособности усилителя звуковых частот
Рис. 5 18 Выбор рабочей точки
сигнала каскада (рис. 5.18, а). При наличии несимметричного ограничения (рис. 5.18, б, в) регулируют смещения усилительного элемента (правильно выбирают рабочую точку). С этой целью уменьшают выходное напряжение генератора так, чтобы не было ограничения, и подгоняют напряжение смещения (подбор резисторов в цепи эмиттера, базы); постепенно увеличивая выходное напряжение генератора, наблюдают форму выходного напряжения каскада: его амплитуда должна постепенно увеличиваться до симметричного ограничения (рис. 5.18, г).
Все измерения при проверке напряжения смещения проводят вольтметром с высоким входным сопротивлением (не менее 20 кОм/B) или осциллографом, предварительно откалиброванном на открытом входе. Во втором случае, когда прохождение сигнала проверяют, начиная от последнего
95
каскада (рис. 5.17, б) при переходе от каскада к каскаду, чтобы исключить ошибки вследствие перегрузки, уменьшают выходное напряжение генератора ЗГ.
При обнаружении неисправного каскада заменяют неисправные элементы и устраняют ошибки и дефекты монтажа.
Амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) снимают или проверяют при помощи генератора звуковых частот и осциллографа, который подключают параллельно нагрузке (рис. 5.19). При этом поддерживают постоянное амплитудное значение входного сигнала. АЧХ хорошо отлаженного усилителя должна быть равномерной в диапазоне от 20... ...20000 Гц (кривая 1, рис. 5.20), реально она неравномерна (кривая 2, рис. 5.20).
Рис. 5.19. Проверка АЧХ
Таблица 5.2. Ряд испытательных сигналов
Часто та, Гц, кГц, МГц	Интервал, октава			Частота, Гц, кГц, МГц	Интервал, октава			Частота, Гц, кГц, МГц	Интервал, октава		
	1	1 /2	7>		1	Л	7з		1	7з	7з
16	X	X	X	160			X	1600			X
18				180		X		1800			
20			X	200			X	2000	X	X	X
22,4		X		224				2240			
25			X	250	X	X	X	2500			X
28				280				2800		X	
31,5	X	X	X	315			X	3150			X
35,5				355		X		3550			
40			X	400			X	4000	X	X	X
45		X		450				4500			
50			X	500	X	X	X	5000			X
56				560				5600		X	
63	X	X	X	630			X	6300			X
71				710		X		7100			
80			X	800			X	8000	X	X	X
90		X		900				9000			
100			X	1000	X	X	X	10000			X
112				1120				11200		X	
125				1250			X	12500			X
140	X	X	X	1400		X		14000			
160			X	1600			X	16000	X	X	X
96
Чтобы обеспечить возможность сравнивать результаты, число низких частот сводят к минимуму и выбирают из ряда испытательных сигналов (табл. 5.2) в случае, когда нет необходимости непрерывной регистрации.
В процессе снятия (проверки) АЧХ регуляторы частотной характеристики (регуляторы тембра) устанавливают в начальное (нулевое) положение. После этого рабочее действие регуляторов проверяют во всем диапазоне. Следует иметь в виду, что регулятор нижних частот воздействует на подъем нижних частот диапазона и частично заваливает верхние частоты, а регулятор верхних частот — наоборот (обычно величина подъема и завала частот оговорена в технической документации на усилитель и при проверке не должна превышать заданных значений). Основной причиной завала характеристики усилителя в области нижних частот бывает недостаточное значение емкости проходных конденсаторов в цепи базы транзисторов и развязывающих — в цепи эмиттера. Завал в области верхних частот в большинстве случаев определяется входной емкостью транзисторов, которая при увеличении частоты уменьшает входное сопротивление.
Выходную мощность усилителя определяют, измеряя амплитуду выходного напряжения UBm на сопротивлении нагрузки /?„, и вычисляют по формуле
и2 цвых
вь,х и  ивх
Чтобы определить коэффициент усиления по напряжению Ки, на выходе усилителя устанавливают номинальную, нормальную или стандартную мощность (определяется требованиями на усилитель). Номинальная мощность приводится в паспорте или в ТУ, нормальная — составляет 0,1 от номинальной мощности, стандартная имеет ряд значений — 500 мВт, 50 мВт, 5 мВт, 1 мВт. После установления необходимой мощности на выходе путем измерения значений амплитуды входного и выходного сигнала частотой 1000 (400) Гц по формуле вычисляют коэффициент усиления Ки
Чтобы определить коэффициент усиления по мощности, который равен
*	^вых Гвь1х//?„
= (/2 /г ’ 1 вх	вх/ ' вх
необходимо иметь значение входного сопротивления усилителя. Последнее определяют по одной из схем (рис. 5.21).
97
a
б
Рис. 5.21. Схемы определения входного сопротивления усилителя звуковых частот
На схеме, приведенной на рис. 5.21, а, добавочный резистор R совместно с гвх усилителя образует делитель напряжения. Проведя измерение напряжения в точках 1 и 2 и исходя из формулы
^1 _ Я + гвх
L'2 гвх
определяют входное сопротивление гвх
u[ — U2'
переменного резистора, при помощи которого устанавливают значение l/2 = сЛ/2. При этом 7? = гвх, которое измеряют при помощи омметра. Значение R для транзисторных схем (без истоковых повторителей) должно составлять 10... ...20 кОм, для усилителей с высоким входным сопротивлением (транзисторные усилители с истоковым повторителем, ламповые усилители) —0,1...1МОм.
В качестве измерительного прибора используются электронные вольтметры с большим входным сопротивлением.


Шумовое напряжение измеряют осциллографом (рис. 5.22), так как при этом можно наблю-дать AdDSKitu Lijvivia. кегулятоп усиления в усилителе должен находиться в положении максимального усиления (громкости), вход усилителя необходимо закоротить.
На экране осциллографа, подключенного к выходу усилителя, наблюдается усиленное в Ки раз напряжение, шумов. Значение напряжения шумов, проведенное ко входу Пшвх, при этом равно
Рис. 5.22.
Определение входного напряжения шумов
.	Uш вых
U ш вх 77 Ки
98
Коэффициент нелинейных искажений усилителя в условиях производства измеряют при помощи анализатора гармоник или измерителем нелинейных искажений. На выходе усилителя устанавливают напряжение, соответствующее номинальной выходной мощности, а регуляторы частотных характеристик' (тембра)— в заданное (по ТУ) положение. Измерения проводят на заданных частотах, значение которых целесообразно выбирать из ряда испытательных сигналов (табл. 5.2).
Если усилитель многоканальный, проверку (измерение) параметров проводят для каждого канала отдельно.
5.5.	Особенности регулировки усилителей высокой частоты
Регулировка усилителей высокой частоты заключается в настройке резонансных контуров, входящих в состав усилителей.
В зависимости от назначения усилители высокой частоты делят на диапазонные и промежуточной частоты. Диапазонные усилители предназначены для работы в широком диапа-1 : И ‘ 7Tci	’i ’’"ПО-"	~ Vr’f’IV-e’TrV	иолтлт!.!
радиоприемных и передающих устройств, & силитсли ириме-Ц Q {“'ГГЧ'ГК.Г "ПР И И	ГТ тт a а ^0'T'KT up nhHMPWy.
точной частоте (fnp = 465 кГц для приема АМ-колебаний; f = 10,7 МГц для приема ЧМ-колебаний).
Предварительная настройка контуров облегчает настройку узлов, в состав которых они входят. Настройка контуров связана с измерением напряжений ВЧ. Поэтому приборы, использующиеся при измерении напряжения ВЧ и настройке, должны иметь малую входную емкость, чтобы исключить ее влияние на емкость контура. В промышленных приборах (В7-15 и др.) применяются высокочастотные измерительные детекторные щупы, что позволяет измерять напряжения ВЧ в широком диапазоне частот. При необходимости такой щуп МОЖНО ИЗГОТОВИТЬ СйМОСТОЯТСЛЬНО (рис. . с5НЗЧСпИС со противления резистора R в зависимости от применяемого прибора находится в пределах 10...68 МОм для комбинированных вольтметров и 0,5...1,5МОм для электронных вольтметров. Точное его значение подбирают во время калибровки щупа, а затем заменяют постоянным резистором.
Параллельный контур настраивают в резонанс по максимуму показаний, последовательный — по минимуму показаний прибора, подключенного к колебательному контуру, на который подается немодулированный сигнал с генератора ГВЧ (рис. 5.24). Инструмент и прибор, используемый при этом, не должен влиять на точность настройки. Поэтому все
99
Вход
84
V Д18
К прибору
гвч
Р..3ЗкОм
Рис. 5 24.
Настройка параллельного (а) и последовательного (б) контуров J
Рис. 5.23.
Щуп ВЧ
соединения выполняются проводниками минимальной длины и пользуются только регулировочными отвертками из изоляционного материала (органическое стекло, эбонит).
Избирательность радиоприемных устройств во многом зависит от усилителей с полосовыми фильтрами (фильтрами сосредоточенной селекции ФСС), которые состоят из ряда связанных между собой LC-контуров. М-звенный ФСС содержит (W+ 1) контур, причем все средние контуры отличаются от крайних в два раза меньшей индуктивностью и в два раза большей емкостью. На рис. 5.25 приведена схема четырехзвенного фильтра, настройку которого при помощи генерато
Рис 5 25
Четырехзвенный ФСС
ра сигналов и вольтметра с ВЧ-щупом начинают с последнего контура (L5, С5). Сигнал с частотой f подают непосредственно на предыдущий контур ФСС (Л4, С4). Так как выходное сопротивление генератора мало (50, 75 Ом), контур L4, С4 шунтируется и не оказывает влияния на контур L5, С5, который настраивается по максимуму показаний прибора, подключенного к выходу ФСС.
При настройке следующего контура L4, С4 сигнал подают на предыдущий контур L3, СЗ и настройку ведут по минимуму показаний прибора, при этом изменение частоты сигнала в любую сторону приводит к увеличению показаний.
Последующие контуры настраивают аналогично; при этом все нечетные контуры (по порядку настройки) настраиваются по максимуму показаний (рис. 5.26, б, г), все чет-
100
Hbie — по минимуму показаний (рис. 5.26, а, в). Контур L1, С1 настраивается последним. Сигнал обычно подают на вход усилительного элемента, нагрузкой которого является данный ФСС.
При поиске неисправных каскадов последовательно проверяют прохождение сигналов через каждый каскад. В радиоприемных устройствах проверку обычно начинают с последнего каскада (считая от детектора), в радиопередающих — от задающего генератора.
a	ff	б	г
Рис. 5.26 Амплитудно-частотная характеристика однозвенного (а), двухзвенного (б), трехзвенного (в), четырехзвенного (г) ФСС
В качестве индикатора в радиоприемных устройствах используют вольтметр с ВЧ-щупом или осциллограф, в радиопередающих — те же приборы, но при этом катушку связи подключают к входу щупа вольтметра или осциллографа. Если при поиске неисправного каскада в радиоприемнике наблюдается только изменение его амплитуды, что указывает на усиление проверяемого каскада, то в радиопередающих устройствах наряду с изменением амплитуды может наблюдаться и изменение частоты (в целое число раз), если проверяемый каскад работает в режиме умножения.
5.6.	Проверка параметров операционных усилителей
В настоящее время широко применяются операционные усилители (ОУ), выполненные как на электрорадиоэлементах, так и на интегральных микросхемах. В процессе исследовательских работ возникает необходимость знать или проверить их основные параметры: коэффициент усиления по напряжению Ку; напряжение шумов, приведенных ко входу Uт вх; полосу пропускания Af; частоту верхнего /„ ср и нижнего среза /нср; частоту единичного усиления f\; фазовый сдвиг <р; скорость нарастания р; входное сопротивление гвх; напряжение смещения есч; входные токи /вх; разность входных токов А/вх; выходной ток /вых.
Если значения коэффициента усиления малые, пользуют-
101
Определение коэффициента усиления операционного усилителя
ся одной из схем, приведенных на рис. 5.27, а, в. При помощи осциллографа (рис. 5.27, а) определяют передаточную характеристику усилителя, на вход которого подается линейно изменяющееся напряжение. На экране осциллографа получают передаточную характеристику усилителя (рис. 5.27, 6), по которой рассчитывают коэффициент усиления
А^вых
Вторая схема (рис. 5.27, в) позволяет при помощи делителя напряжения, включенного на выходе, добиться большей точности. Входное напряжение (положение 2 переключателя S) и напряжение с выхода делителя (7ВЫХ (положение 1 переключателя S) измеряют одним и тем же прибором. Коэффициент усиления рассчитывают по формуле
^вых _ ^'вых Я 1+^2 ^вых
где k;i — коэффициент деления, который определяется по формуле
k -	R2'
д Я1+Я2'
Изменяя переменным резистором U'EUX и регулируя выход* ное напряжение генератора, можно получить
U ВЫХ ^ВХ'
102
В этом случае коэффициент усиления равен „ I Я1+Я2 Kw==i;=^2~’
то есть по результатам измерения значения сопротивлений ^>1 и R2 определяют коэффициент усиления Ки.
Коэффициент усиления ОУ, обладающих большим Ки, измеряют при помощи третьей схемы (рис. 5.27, г), в которой проверяемый ОУ охвачен петлей отрицательной обратной связи, а напряжение на вход усилителя подается через делитель (R\ +R2) /R2.
Коэффициент передачи данной схемы равен —1, то есть [/вх = — £/вых, что достигается выбором значений сопротивления масштабирующего резистора и резистора обратной связи, равными R. Значение коэффициента усиления усилителя в разомкнутой петле определится по формуле
|£/вых| Я1+Я2	U*, /?Ц-/?2
и~ \UA\ ‘ R2 ~ UA' R2 ’ где UA — напряжение в точке А.
Входное сопротивление гвх определяют путем измерений выходного напряжения (7ВЫХ при отсутствии добавочных резисторов во входной цепи ОУ (переключатель S в положении 1) и измерения выходного напряжения Umx2 при помощи включенных резисторов во входной цепи (переключатель S в положении 2) и последующего вычисления гвх по формуле
гвх = 2Я-----------.
вх	11	__I]
ивых1 свых2
Схема для определения гвх ОУ приведена на рис. 5.28. Входное напряжение ОУ не должно превышать паспортных значений на ОУ, усилитель при этом не должен ограничивать выходное напряжение.
Рис 5.28.
Определение
входного сопротивления
операционного усилителя
Выходное сопротивление гвых ОУ (рис. 5.29) определяют путем измерения выходного напряжения [/вых , без подключенной нагрузки (переключатель в положении 1) и с подключенной нагрузкой Umx2 (переключатель в положении 2) и вычисляют по формуле у
Г В Ы X	Н у,	
^вых2
103
Значение шумов Um вх, приведенное ко входу, определяют по формуле ,.	вых
вх 77	’
где (7Ш вых — выходное напряжение шумов.
Выходное напряжение шумов измеряют по схеме, приведенной на рис. 5.30.
Рис. 5.29. Определение выходного сопротивления ОУ
Рис. 5.30. Измерение напряжения шумов
Полосу пропускания А/, верхнюю /в ср и нижнюю fH ср частоты среза определяют по схеме (рис. 5.19). На вход усилителя подают синусоидальный сигнал от генератора. Плавно увеличивают частоту входного сигнала при неизменной его амплитуде до тех пор, пока амплитуда выходного напряжения не уменьшится до значения 0,707 [/вых. Затем частоту уменьшают до тех пор, пока выходное напряжение также не уменьшится до значения 0,707 (7ВЫХ. Соответственно первая частота будет частотой верхнего среза fB ср, а вторая — частотой - нижнего среза fK ср, полоса пропускания А) при этом равна
У = /в ср~7н ср-
Частоту единичного усиления fi измеряют путем сравнения входного и выходного сигналов ОУ при плавном увеличении частоты входного сигнала постоянной амплитуды до тех пор, пока
UВХ UВЫХ-
С применением двухлучевого или двухканального осциллографа (рис. 5.31) процесс измерения упрощается. При этом входной сигнал ОУ подают на вход одного канала осциллографа, а на вход второго — выходное напряжение ОУ.
Фазовый сдвиг <р измеряют по схеме (рис. 5.31). При этом осциллограф должен быть засинхронизирован входным сигналом ОУ. Совместив осциллограммы входного и выходного сигнала по оси У (рис. 5.32), определяют фазовый сдвиг, равный интервалу времени между началами осциллограммы за
104
Рис. 5.31. Измерение частоты единичного усиления, фазового сдвига, скорости нарастания выходного напряжения
Рис 5.32.
Фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами
вычетом разности фазовых сдвигов усилителей каналов осциллографа, данные на которые обычно приводятся в паспорте (описании) на осциллограф.
Напряжение смещения есм, входные токи /ВХ|, /вх, и их разность А/вх измеряют по схеме, приведенной на рис. 5.33, в
Рис. 5.33.
Измерение напряжения смещения, входных токов и их разности
следующей последовательности. Первоначально определяют напряжение смещения Аесм. Оно равно
,, /?1
р —И-----------
см вых^1+^2,
где £/вых — выходное напряжение ОУ.
При размыкании переключателя выходное напряжение ОУ увеличивается за счет дополнительного смещения Асм? обусловленного действием входного тока (разности входных токов). Чтобы определить входной ток /ВХ1, необходимо измерить дополнительное смещение АСМ|, вызванное /ВХ1. Для этого размыкают переключатель S1 и определяют значение напряжения смещения еСМ1, равное
есм| —есм + ^см| = Ц,ЫХ1 _|_у^2 ’
где (7ВЫХ| —‘выходное напряжение ОУ при разомкнутом S1.
Дополнительное смещение АСМ| равно разности
Лсм| сСМ] есм, где есм — смещение собственно ОУ.
105
Значение входного тока /ВХ| рассчитывают по формуле _ Асм, „XI- R 
Аналогично определяют /ВХ2. Для этого измеряют значение ДСМ2 (переключатель S1 —замкнут, S2 — разомкнут)
л	-г/ Rl
Лсм2 есм2 есм ^вых2
где С/ВЫХ2 — выходное напряжение ОУ при разомкнутом S2.
Значение /ВХ2 равно
_ Асм2
ВХ2- R '
При определении разности входных токов А/вх размыкают переключатели S1 и S2, измеряют дополнительное смещение . _ ,, £1 Лсмз есмз есм ^выхЗ^! _|_ £>2 ’
где Ubux3 — выходное напряжение ОУ при разомкнутых переключателях SI, S2.
Разность входных токов Д/Вх равна
Рис. 5.34.
Определение скорости нарастания выходного напряжения
ния 0,ШВЬ1Х до 0,9(Дых
Скорость нарастания выходного напряжения р определяют путем измерения интервала времени нарастания выходного напряжения от значение. 5.34) и рассчитывают по формуле
0,9(/вых — 0,1 (/вых 0,8(/вых р =--------------=-------.
/2 —/!	А/
На вход усилителя при этом подают прямоугольный импульс с генератора, выходное напряжение поступает на вход осциллографа. При наличии двухлучевого осциллографа на его входы подают входной сигнал усилителя и выходное напряжение усилителя (рис. 5.31). Осциллограф синхронизируют входным сигналом усилителя.
106
Глава 6
ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ
И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Аналоговую физическую величину преобразуют в цифровой код при помощи аналого-цифровых преобразователей (АЦП), а цифровой код в аналоговую величину — при помощи цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).
В процессе измерения и обработки сигналов различных физических величин их сначала обычно преобразуют в напряжение постоянного тока, в дальнейшем — в цифровой код. Данные АЦП называют преобразователями напряжение — код (ПНК).
В процессе обратного преобразования цифровой код обычно преобразуется в напряжение, которое в дальнейшем может использоваться для построения кривой на экране электронно-лучевых трубок, в виде воздействия на детали различных аппаратов путем преобразования электрической энергии в механическую и т. д. ЦАП, которые преобразуют цифровой код в напряжение, называют преобразователями код — напряжение (ПКН).
АЦП широко применяются в устройствах ввода сигналов в ЭВМ, в цифровых измерительных приборах и преобразователях, а ЦАП — в устройствах вывода и индикации информации из ЭВМ, в различных графопостроителях, в управляемых источниках, они также входят в состав некоторых АЦП.
6.1.	Цифро-аналоговые преобразователи
ЦАП представляет собой устройство (рис. 6.1), с помощью которого формируется выходной аналоговый сигнал А при воздействии на его входы цифрового кода D и образцового сигнала Р, то есть
А = Р • D.
Так как код D обычно представляет собой ААразрядное двоичное слово (ЬД-1 -\-bi2~2 -\-bN2~N), то выходной сигнал
Рис. 6.1. Сигналы ЦАП
равен
A ='P(bt2-' + b22-2+\;
+ bl2-‘+...+bN2^N
где коэффициенты b>, b2... b,,... bN равны О или 1 в зависимости от требуемого значения А.
107
ЦАП делят на две группы: первая — ЦАП с прецизионными резистивными схемами, вторая — без них. На рис. 6.2— 6.4 приведены основные схемы ЦАП с выходными усилителями (первая группа). На рис. 6.5 приведены схемы ЦАП с активными делителями тока и ЦАП стохастического типа (часть преобразователей второй группы).
Рис 6.2.
Схемы ЦАП со взвешенными резисторами:
а — с ключами напряжения; б — с токовыми ключами
Рис. 6.3.
Схемы ЦАП
с матрицей R—2R: а — с ключами напряжения, б — с токовыми ключами
108
Рис. 6.5.
Структурные схемы ЦАП С активными делителями тока (а) и стохастического ЦАП (б):
/ — активный делитель тока, 2 — синхроимпульсы, 3 — генератор случайных чисел, 4 — компаратор кодов, 5 — триггер управления
Широко распространены преобразователи первой группы. Наиболее быстродействующими из них являются ЦАП с токовыми ключами без выходных операционных усилителей. На рис. 6.6 приведены схемы использования токовых ЦАП в качестве ПКН с униполярным и биполярным выходными напряжениями.
Основные параметры ЦАП: погрешность преобразования, разрешающая способность, линейность, время установления, выходное сопротивление.
Погрешность представляет собой отклонение выходной аналоговой величины от расчетного значения. Разрешающая способность указывает на возможное количество уровней выходного аналогового сигнала и определяется максимальным приращением выходного сигнала при преобразовании смежных значений входного кода.
Теоретически A-разрядный ЦАП, преобразующий двоичный код, обеспечивает 2*' значений выходного сигнала А с
109
Рис 6 6 Использование токовых ЦАП в качестве ПКН:
а—с униполярным выходным напряжением без выходного усилителя, б — с инвертирующим выходным усилителем, в — с биполярным выходным напряжением без выходного усилителя, г — с неинвертирующим выходным усилителем
разрешающей способностью --- . Атах. Фактически на разрешающую способность влияют погрешности узлов и шумы ЦАП, и она может отличаться от теоретически возможной.
Если погрешность, определяемая разрешающей способностью, соизмерима с полной погрешностью преобразователя, то о точности по числу разрядов кода судить нельзя.
Погрешность линейности характеризует идентичность минимальных приращений выходного сигнала во всем диапазоне преобразования. Она
определяется максимальным отклонением выходного сигнала от линии, проведенной через нуль и точку максимального значения сигнала (рис. 6.7). Обычно требуемое значение погрешности линейности не должно превышать ±0,5 единицы младшего разряда. Идентичность смежных приращений выходного сигнала характеризуется дифференциальной линейностью. Погрешность дифференциальной линейности определяется минимальной разностью погрешностей линейности двух смежных уровней выходного сигнала, отли-
Рис 6.7.
Линейность ЦАП:
а — идеальная прямая преобразования, б — выходной сигнал, / — линейный участок, 2 — нелинейный участок, 3 — немонотонность
НО
чающихся на единицу младшего разряда. Если при равномерном возрастании значений входного кода выходная величина изменяется неравномерно, то ЦАП обладает немонотонностью. Последняя возникает в том случае, когда погрешность выходного сигнала, обусловленная погрешностью младших разрядов, не равна погрешности выходного сигнала, вызванной погрешностью следующего старшего разряда. Это может привести к тому, что при некотором изменении входного кода выходной сигнал уменьшается, вместо того чтобы возрастать.
Время установления характеризует динамические свойства преобразователя и определяется интервалом времени от поступления входного кодированного сигнала до установления выходного сигнала (напряжения) в пределах допуска. Значение времени установления нормируется при скачкообразном изменении выходного сигнала от минимального до максимального его значения при определенной нагрузке. Интервал времени установления (рис. 6.8) состоит из: 1 — времени задержки, за которое величина выходного напряжения равна 0,1 Uо', 2 — времени нарастания, за которое выходное напряжение изменяется от 0,1 Е/о до O,9t7o; 3 — времени возврата, за которое режим нарастания переходит в режим окончательного установления; 4 — времени окончательного установления, за которое выходное напряжение устанавливается в пределах допуска.
Время установления существенно изменяется в зависимости от разности значений последовательно преобразуемых кодов, от характера нагрузки (сопротивление, емкость).
Один из источников погрешности преобразования ЦАП — влияние нагрузки. При постоянной нагрузке эта погрешность носит систематический характер и может быть скомпенсирована при калибровке ЦАП. При переменной нагрузке погрешность носит случайный характер и ее нельзя скомпенси
Рис. 6.8. Время установления:
/ — время задержки,
2 — время нарастания,
3 — время возврата,
4 — время окончательного установления;
5 — время установления
Рис. 6.9. Эквивалентная схема ЦАП (ПКН)
111
ровать или учесть. Погрешность от влияния нагрузки обуславливается конечным значением выходного сопротивления гвых, которое совместно с сопротивлением нагрузки /?н образует делитель напряжения ''ВЬ1Х~*~^Н (рис. 6.9), в ре-
зультате чего напряжение на нагрузке Цвых меньше выходного напряжения ЦАП, равного Ео. Для уменьшения погрешности от влияния нагрузки ЦАП должен иметь весьма малое выходное сопротивление, намного меньшее сопротив-
X
ления нагрузки. При гвах^-^- погрешность не превышает 1%. Для измерительных преобразователей она составляет 0,50...0,01 %.
6.2.	Аналого-цифровые преобразователи
Аналого-цифровой преобразователь — это устройство, при помощи которого входная аналоговая величина А преобразуется в эквивалентный цифровой код D (рис. 6.10), чаще всего в двоичный A-разрядный, то есть
D = А(Ь,‘2-:	-----r6v2 'v:,
где 6|, &2. .бд, — разрядные коэффициенты, принимающие значение 1 или 0.
Наиболее распространены АЦП, преобразующие постоянное напряжение в цифровой код (ПНК), так как другие виды аналоговых сигналов легко преобразуются в напряжение постоянного тока.
А
АЦП
2, Рис. 6.10.
Входные и выходные сигналы АЦП
ПНК в зависимости от вида преобразования подразделяются на четыре группы: 1) амплитудно-импульсной модуляции (АИМ); 2) время-импульсной модуляции (ВИМ); 3) частотно-импульсной модуляции (ЧИМ); 4) кодо-импульсной модуляции (КИМ).
Амплитудно-импульсная модуляция осуществляется при помощи пороговых устройств. При ВИМ напряжение Ux преобразуется в пропорциональный временной интервал tx, а при ЧИМ — в пропорциональную частоту следования импульсов fx. При КИМ напряжение Ux сравнивается с компенсирующим напряжением Uo, которое изменяется по определенному алгоритму так, чтобы в конце уравновешивания обеспечить условие равенства Ux = Uo.
В ПНК с АИМ (ПНК непосредственного преобразования, параллельные ПНК) (рис. 6.11) для достижения разрешающей способности N разрядов необходимо иметь (2V— 1) компараторов и уровней опорного напряжения По-
112
Преимуществом ПНК с АИМ является наибольшее быстродействие, обусловленное тем, что преобразование происходит за один такт, недостатком — схемная сложность, так как требуется большое количество компараторов, определяющих точность преобразования, и прецизионный делитель опорного напряжения. При раз-
1 — компараторы
2 — кодирующее хстройство
нополярном входном напряжении количество прецизионных
элементов удваивается.
ПНК с ВИМ можно разделить на две основные подгруппы: с генератором пилообразного напряжения, с интегрированием преобразуемого и образцового напряжений. Аналоговая входная величина сначала преобразуется в интервал времени, который заполняется импульсами стабильной опорной частоты. Количество импульсов за полученный интервал пропорционально аналоговой измеряемой величине. На рис. 6.12 приведены структурная схема ПНК с генератором пилообразного напряжения и диаграммы его работы.
В результате преобразования Ux в интервал tx на счетчик поступает Nx импульсов образцовой частоты fa. Количество импульсов равно
где ат=-—---скорость нарастания пилообразного напряжения.
Указанные ПНК обладают средней точностью и быстродействием.
На рис. 6.13 приведены структурная схема и диаграммы работы ПНК с интегрированием преобразуемого и образцового напряжений. В результате преобразования U х число импульсов Nx образцовой частоты fo, зафиксированное в счетчике, пропорционально напряжению
,,	Т’о/о
N, — t J о =-= U х---------
так как при интегрировании напряжений Ux и Uo выполняется равенство
т0
1с
RC
5 270-7
113
Рис Ь 12 Стр\ктурная схема (а) и временные диаграммы (б) ПНК с генератором пилообразного напряжения
Г/	[енсраторы опорной частоты f и ли ю юразного i лпряжеиия
( и1| УСр устройство сравнения К — к но i
Сч счетчик устройств> vi равления
Рис 6 1,3 Структурная схема (и) и временные диаграммы работы (б) ПНК с интегрированием преобразуемого и образцового напряжений
АК анпоювые к ючи И — интегратор Г генератор образцовой 1асто ы
Фто формирователь интервала То УС0 — устройство сравнения
К — ключ Сч — счет <ик Vi устроислво управления
Как видно из диаграмм, во время образцового интервала То происходит интегрирование напряжения Ux, после оконча ния То происходит интегрирование образцового напряжения Uo противоположной полярности Ux Интервал ir формируется в УУ из перепада (окончания) импульса То и выходного сигнала УСр При формировании То, кратного (равного) периоду питающей сети и последующей синхронизации, в данном типе ПНК происходит подавление помех частоты се ти, что является преимуществом преобразователя С целью улучшения подавления помех сети и ее гармоник в настоящее время используют весовое интегрирование, при котором первый интервал То разбивается на ряд интервалов с разными постоянными интегрирования Интегрирующие ПНК наряду
114
с высокой точностью обладают высокой помехозащитностью, но их быстродействие невелико
ПНК с КИМ в зависимости от алгоритма уравновешивания подразделяются на развертывающие (равномерноегу-пенчатое изменение Uo по жесткой прщрамме), поразрядные (неравномерноступенчатое изменение Uo по жесткой про грамме) и на следящие (равномерно- и неравномерностхпен-чатое изменение Uo в соответствии с законом изменения Uх), в которых для получения отсчета необходимо связать текущее значение Uo с кодом /V
На рис 6 14, а, б приведена структурная схема ПНК развертывающего преобразования, в которой напряжение Ux сравнивается с образцовым напряжением U«, изменяющимся во времени дискретно ступенями АП» В момент, когда Ux = == U , на счетчик поступило Лд импульсов, число которых равно
бо
Уд =----
\Un
В ПНК поразрядного уравновешивания (рис 6 14, в г), преобразуемое напряжение Ux также сравнивается с образно вым напряжением Uа, которое для каждого тактового импульса имеет строго определенное значение (вес) Для двоичного кода оно равно
ио = Ь,иьЛ--'+Ь,и<,Л г+  +b^U,x2 N
где — разрядные коэффициенты принимающие значение 0 или I 0,т2 1	U„2 v - веса опорного напряжения, формируемые источником
образцового наг ряжения t/,T, который входит в состав ПКН
В каждом такте происходит сравнение (/„ с Ux Если
> Uх (перекомпенсация), устройство сравнения дает сигнал для отключения данного разряда то есть bi — 0, когда U .<2 <UX (недокомпенсация), устройство сравнения не срабатывает, и данный разряд остается включенным, то есть bt ~ Д В результате отработки всех разрядов (цикл измерения) про исходит компенсация измеряемого напряжения Ux опорным Ua	„
U,— ^ Ь/По,, = 1
где и„, — вес t го разряда опорного напряжения, Ь, разрядный ко-*ффи ниенг, принимающий значение 0 или 1
Кодовый эквивалент результата преобразования равен
где _ Na2~i Уо2 Ло2 п — коэффициент веса его разряда в соот ветствии с весами опорного напряжения Vo — количество импульсов, соот вегствующее числу разрядов преобразования
5*
115
Запуск
a
Запуск
е
Рис 6 14. Структурные схемы и временные диаграммы преобразователей развертывающего (а, б), поразрядного (д, е), следящего (в, г) уравновешивания:
УСр — устройство сравнения, ПКН — преобразователь код — напряжение, Сч — счетчик, РСч — реверсивный счетчик, УУпр — устройство управления, ГТИ — генератор тактовых импульсов К — ключ, Рг — регистр
В ПНК следящего преобразования (рис. 6.14, д, е) образцовое напряжение Uo изменяется во времени ступеньками; до момента Ux = Uo закон изменения аналогичен ПНК раз
116
вертывающего преобразования, дальше происходит слежение U о за изменением Uх при помощи реверсивного счетчика, что приводит к необходимости введения дополнительного регистра для снятия результата в момент поступления импульса считывания. Преобразователи с КИМ обладают большим быстродействием и большой точностью.
ПНК нашли широкое применение в цифровых измерительных вольтметрах постоянного тока (ЦВ), которые наряду с ПНК содержат входное устройство (УВх) и устройство индикации (УИ) (рис. 6.15).
Входное устройство предназначено для приведения уровня к уровню ПНК- Оно представляет собой прецизионный делитель напряжения с буферным усилителем или усилитель сигналов низкого уровня. УИ предназначено для выдачи ре-и. штатов измерения на цифровом табло для визуальной их П|1< ПКИ
Рис. 6.15. Структурная схем., цифрового вольтметра постоянного тока
Рис 6.16 Измерение тока (а) и сопротивления (б)
При измерении напряжений переменного тока, сопротивления и тока, механических величин (перемещение, давление и др.) обычно используют первичные преобразователи,
предназначенные для приведения измеряемой величины к нормированным значениям напряжения постоянного тока. На рис. 6.16 приведены простейшие схемы первичных преобразователей для измерения токов (а) и сопротивления (б). Напряжение переменного тока также можно измерять при помощи преобразователя (рис. 6.17).
Статическая точность ПНК характеризуется погрешностью квантования и инструментальной погрешностью. Погрешность квантования Дк—методическая погрешность, обуслов
Рис 6 17. Измерение напряжения переменного тока
117
ленная квантованием аналоговой величины А по уровню с конечной ступенью квантования q
Дк = A-Mq,
где М — числовой эквивалент аиалоювой величины
Ступенью квантования определяется потенциальная разрешающая способность R преобразователя по уровню, которая указывает на возможность различения наименьшего приращения входной величины А.
Погрешность квантования Дк находится в пределах диапазона	q и как входная величина А носит случай-
ный характер. Для удобства сопоставления различных составляющих погрешности их обычно отсчитывают в единицах младшего разряда (ЕМР).
При этом
ЕМР = q = R, IAK| sC + 0.5ЕМР
Инструментальная погрешность — аппаратурная погрешность, состоящая из погрешности настройки, временной нестабильности и температурной погрешности.
Погрешность временной нестабильности выражается в числовых значениях погрешности за некоторый промежуток времени эксплуатации преобразователя. Если погрешность преобразователя находится в пределах допуска определенный промежуток времени, то это время называют временем безподстроечной работы.
Температурная погрешность — дополнительная погрешность. Она выражается в долях основной погрешности в интервале рабочих температур.
Инструментальная погрешность проявляется в виде смещения нуля, изменения коэффициента передачи, нелинейности передаточной характеристики преобразования. Смещение нуля указывает на параллельный сдвиг передаточной характеристики (ПХ) реального преобразователя от идеальной (усредненной) ПХ (кривая 2, рис. 6.18). Изменение коэффициента передачи преобразователя вызывает отклонение крутизны ПХ от идеальной (кривая 3, рис. 6.18). Наличие нелинейности приводит к неравномерному изменению выходного кода при равномерном изменении входной величины (кривая 4, рис. 6.18). В случаях уменьшения выходного кода при увеличении входной величины нелинейность называют немонотонностью (кривая 5, рис. 6.18).
К основным временным параметрам преобразователя, характеризующим его динамическую погрешность, относят частоту дискретизации (преобразования) и время преобразования.
118
Рис.6.18. Реальные передаточные характеристики:
1 — идеальная передаточная характеристика,
2 — сдвиг ПХ за счет смещения,
3 — изменение крутизны ПХ за счет изменения коэффициента передачи,
4 — изменение ПХ за счет не шнейности,
5 — изменение ПХ за счет немонотонности	--
Частота дискретизации — частота, с которой происходит образование выборочных преобразуемых значений сигнала. Она и определяет требования к быстродействию преобразователя.
Время преобразования (от момента запуска до получения кода) определяет максимально достижимую частоту дискретизации. В некоторых случаях учитывают и погрешность коэффициента передачи, которая равна погрешности выборочных значений при работе с изменяющимися во времени сигналами (обычно определяется для входного синусоидального сигнала).
6.3.	Аналоговые узлы
ЦА- и АЦ-преобразователей
Аналоговые узлы измерительных преобразователей осуществляют операции над аналоговыми сигналами. Они выполняют следующие функции: усиления, формирования, коммутации сигнала, математических операций над аналоговыми сигналами.
Коммутация сигналов применяется при переключении поддиапазонов преобразуемого напряжения (тока) в формирователях развертывающего напряжения АЦП, в аналоговых коммутаторах многоканальных преобразователей, в ЦАП.
В качестве элементной базы коммутирующих узлов наряду с биполярными и полевыми транзисторами применяются коммутирующие элементы в интегральном исполнении. На рис. 6.19 приведены схемы аналоговых ключей. В схеме (рис. 6.19, а), представляющей собой быстродействующий токовый ключ, разрядный ток /п формируется источником тока Т\. Его значение определяется значениями Uэт, напряжением U63 транзистора Г1 и падением напряжения на токозадающем резисторе цепи эмиттера. При подаче на вход ключа
119
Рис 6.19 Примеры схем аналоговых ключей
низкого уровня (логический «О») транзисторы Т2, ТЗ заперты, а диод VD1 смещен в обратном направлении. Разрядный ток /п протекает по цепи: выходная шина, диод VD2, транзистор Т\. При подаче на вход ключа положительного напряжения (логическая «1») транзисторы Т2, ТЗ открываются, диод VD 1 смещается в прямом направлении. Потенциал точки 1 увеличивается, что приводит к смещению диода 1/7)2 в обратном направлении, в результате чего разрядный ток не поступает на разрядную шину и протекает по цепи: -\-EK, Т2, ТЗ, Т\.
На рис. 6.19, б приведена схема аналогового ключа с инверсным включением транзисторов. Это позволяет уменьшить погрешность, обусловленную конечным значением сопротивлений переходов и остаточным напряжением £7КЭ каждого транзистора.
На рис. 6.19, в приведена схема ключа напряжения, в качестве элементной базы в котором использован интегральный коммутатор типа К190КТ1 VT3 на основе МОП-структуры. Для коммутации напряжения ± 10В необходимо на затвор подавать напряжение U равное +ЮВ или—20В. Ключ закрыт, когда Uyn — +10В, открыт при t7ynp = —20В. Для совместимости с выходными сигналами логических элементов (К155ЛАЗ) используется схема управления VT\, VT2. При подаче на вход схемы управления низкого напряжения (логи
120
ческий «О») транзисторы VT\, VT2 открыты, и на затвор VT3 поступает Uynp — —20В, которое открывает его. При подаче на вход схемы управления положительного напряжения транзисторы VT\, VT2 закрыты, на затвор поступает Uvnp= + 10В, которое закрывает его. В данном коммутаторе имеется погрешность передачи, обусловленная сопротивлением канала транзистора VT3. В схеме (рис. 6.19, г) эта погрешность уменьшена за счет применения дополнительного аналогичного ключа.
Интегральные операционные усилители, широко применяемые в ЦАП и АЦП, усиливают и преобразовывают сигналы, выполняют такие арифметические операции, как суммирование (вычитание) и интегрирование сигналов. Они используются в качестве входных повторителей, обладающих очень большим входным сопротивлением, а также в качестве компараторов. Во всех указанных выше устройствах (кроме компараторов) применяются интегральные усилители с цепями ООС. В схемах компараторов используются интегральные усилители с разомкнутой цепью ОС.
На рис. 6.20 приведены схемы аналоговых узлов, в которых используются ОУ. В схемах на рис. 6.20, а, г, д, ж применяется инвертирующее включение ОУ. При этом полярность выходного напряжения противоположна полярности входного напряжения. В схемах, в которых используется неинвертирующее включение ОУ, полярность выходного напряжения не изменяется (рис. 6.20, б, в, е). Коэффициент передачи в схемах, приведенных на рис. 6.20, а, д, определяют по формуле
Значение выходного напряжения при этом равно
И
(для схемы на рис. 6.20, а)
U = —^—U ВЫХ	^ вх
(для схемы на рис. 6.20, (?),
то есть схемы работают в режиме усиления сигнала (суммы входных сигналов) с инвертированием.
При равенстве сопротивлений резисторов /?1 и R2 значение выходного напряжения равно
Кых = —Ц.х (для схемы на рис 6.20, а)
И
(7ВЬ1Х — —(t/i-f-iA) (для схемы на рис. 6 20, д),
121
Рис. 6.20. Примеры схем аналоговых узлов с использованием ОУ
П
то есть первая схема работает в режиме повторителя-инвертора, вторая - сумматора-инвертора.
Коэффициент передачи для схем, приведенных на рис. 6.20, б, е, определяют по формуле
к Я1+Я2
R\
Значение выходного напряжения при этом равно
Цшх =—------^вх (для схемы на рис. 6 20, о)
и
U ,,.v =	(С, U,) (для схемы на рис. 6 20, е),
'Ь|Х 2/?1
то есть схемы работают в режиме усиления входного сигнала (суммы входных сигналов) без инвертирования.
Для исключения влияния входных цепей АЦП на источник измеряемого напряжения на входе АЦП часто используют схему ОУ с 100%-ной обратной отрицательной связью, которая обладает очень большим входным сопротивлением (> 10 МОм). Коэффициент передачи при этом равен А~1, поэтому данную схему называют повторителем.
Для преобразования выходного тока ЦАП с токовым выходом в напряжение используется схема, приведенная на рис. 6.20, г. Значение выходного напряжения при этом равно
и = — I Р ивых	iBX/y
Схема (рис. 6.20, ж), в которой используется ОУ совместно с реактивными элементами (конденсатором) в цепи обратной связи, нашла широкое применение в АЦП с ВИМ как генератор линейно изменяющегося напряжения и в интегрирующих АЦП в качестве измерительного интегратора. Данную схему называют инвертирующим интегратором. Значение выходного напряжения равно значению напряжения на конденсаторе С и равно интегралу напряжения входного сигнала t
^ВЫХ=-Ц=-------
о
Для скачка входного напряжения (рис. 6.20, з) интеграл является линейной функцией
гДе = RC — постоянная времени интегратора, t — время интегрирования
Это свойство используется при создании генераторов ли-нейно-изменяющегося напряжения.
123
В измерительном интеграторе время интегрирования tx выбирают обычно равным (кратным) периоду сетевой помехи (Т'пип = 20 мс). Так как интеграл помехи за период равен нулю, то устраняется погрешность, обусловленная воздействием сетевой помехи на полезный сигнал.
В АЦП в процессе преобразования (измерения) входного сигнала в цифровой код производится операция сравнения напряжений. Она осуществляется при помощи компараторов (сравнивающих устройств). Обычно одно из сравниваемых напряжений — образцовое, второе — измеряемое. Если одно из сравниваемых напряжений имеет нулевой потенциал и сравнение производится по отношению к нему, то схему сравнения называют нуль-органом. На рис. 6.20, к, л приведены схемы одно- и двухвходового компаратора, а на рис. 6.20, о, п — соответственно диаграммы работы. Одновходовой компаратор предназначен для сравнения разнополярных напряжений. В момент равенства последних по абсолютной величине выходное напряжение компаратора изменяет свою полярность. Одновходовой компаратор позволяет сравнивать большие по амплитуде сигналы без появления погрешностей синфазной составляющей. Двухвходовой компаратор дает возможность сравнивать сигналы одинаковой полярности, уровень которых находится в пределах допустимого для данного типа ОУ синфазного входного напряжения. При равенстве сравниваемых сигналов выходное напряжение компаратора изменяет свою полярность. В рассмотренных схемах в качестве компаратора наряду с ОУ с разомкнутой цепью обратной связи можно применить и интегральные компараторы, которые обладают большим быстродействием, чем ОУ. Однако для сравнения сигналов с высокой точностью (десятки микровольт) при малой потребляемой мощности применение ОУ часто оказывается предпочтительнее.
На рис. 6.20, и приведена схема преобразователя разнополярного входного напряжения в однополярное (отрицательное). Для получения выходного напряжения положительной полярности изменяют полярность включения диодов. В зависимости от полярности Uвх каскад на ОУ1 работает как в режиме повторителя ((7ВХ < 0), так и в режиме повторителя-инвертора (£/вх>0). Повторение (коэффициент передачи равен 1) достигается равенством сопротивлений резисторов обратной связи и масштабирующего, а изменение режима (инвертирование и неинвертирование) — путем автоматического изменения потенциала точки А при помощи компаратора знака, выполненного на ОУ2. При i/BX<0 выходное напряжение компаратора Е'вь,хк> 0 смещает диод VD2 в обратном направлении, потенциал точки А равен потенциалу неинвертирующего входа ОУ1. Последний работает в режиме
124
повторителя (рис. 6.20, «, участок 1—2). При /7ВХ> 0 выходное напряжение компаратора Пвыхк<0, диод VD2 смещен в прямом направлении, цепь ООС замыкается и потенциал точки А становится равным нулю, усилитель ОУ1 переключается в режим работы инвертора-повторителя (рис. 6.20, н, участок 0—1). Описанный преобразователь применяется во входном устройстве однополярного АЦП для измерения разнополярных входных напряжений. Он также может быть использован во входных устройствах приборов для измерения переменного напряжения.
6.4. Цифровые дискретные узлы ЦА- и АЦ-преобразователей
В ЦАП и АЦП наряду с аналоговыми узлами применяются цифровые узлы, в которых используется элементная база цифровой вычислительной техники. Поэтому и принципы построения типовых цифровых узлов — счетчиков, регистров, дешифраторов и других одинаковы. Особенность цифровых измерительных преобразователей — сочетание в одном приборе не только цифровых элементов, но и вспомогательных формирователей, генераторов и др. Цифровые узлы собираются из конструктивно завершенных интегральных схем.
К основным цифровым узлам, используемым в ЦАП и АЦП, относятся регистры, счетчики и дешифраторы.
Регистром называют устройство, предназначенное для приема, хранения и выдачи цифровой информации. Регистры состоят из триггерных ячеек и логических схем, причем каждая триггерная ячейка предназначена для приема, хранения и последующей выдачи одного двоичного разряда.
В зависимости от структуры логических схем, управляющих приемом и выдачей числа, различают регистры параллельного, последовательного и комбинированного действия.
В регистрах параллельного действия все разряды информации вводятся и выводятся одновременно. Они обычно предназначаются для хранения информации. В этом случае их часто называют регистром памяти (рис. 6.21, а).
Вход<
D С D
D
> Выход
D Т-------
С|----------
а
/—Выход параллельный— Информация. ,  :	___ [Выход
последовательный
Запись
С
D С
ff
Рис. 6.21. Схемы параллельного (а) и последовательного (б) регистров
125
В регистрах последовательного действия (регистры сдвига) информация вводится и выводится последовательным кодом путем сдвигов на один разряд, начиная со старших или младших разрядов (рис. 6.21, б). Регистры сдвига применяются в преобразователях последовательного кода в параллельный и в регистрах памяти последовательной информации.
При записи в регистр последовательная информация подается на информационный вход первой триггерной ячейки регистра. На тактовые входы С всех ячеек подаются стробирующие импульсы (импульсы сдвига). При этом каждый импульс вызывает сдвиг информации вправо.
В регистрах комбинированного действия информация может вводиться и выводиться как параллельным, так и последовательным кодами.
Счетчики предназначены для счета числа импульсов, последовательно поступающих на их вход, и выдачи этого числа
а
б
в виде кода — (двоичного, двоично-десятичного) (рис. 6.22). Они часто используются в цифровых измерительных приборах и преобразователях, имеющих индикацию результатов на газоразрядных (или других типов) индикаторах, а также как делители частоты.
Счетчики, как и регистры, строятся на триггерных ячейках, но преимущественно со счетным входом. В зависимости
Рис. 6.22. Схемы двоичного (а) и двоично-десятичного (б) счетчиков
от логики соединения разрядов (триггерных ячеек) счетчики
делятся на суммирующие, вычитающие и реверсивные.
В суммирующем счетчике фиксируется сумма импульсов, поданных на его вход. В вычитающих счетчиках фиксируется разность числа, предварительно записанного, и числа поданных на вход импульсов. Реверсивный счетчик в зависимости от значения управляющего сигнала может работать как суммирующий, так и вычитающий.
В настоящее время все виды счетчиков и регистров сдвига обычно реализуются не на отдельных триггерах, а на базе микросхем, представляющих собой многоразрядные (4, 8, 16 разрядов) счетчики или регистры.
Дешифратор — это устройство преобразования принятых сигналов в код воспринимаемого устройства. Дешифратор, как правило, имеет п входов и m выходов (рис. 6.23). Из подаваемой на его входы комбинации сигналов (сигнйДа) в соответствии с его структурой выделяется сообщение в виде
126
выходных сигналов, которые появляются на одном или нескольких выходах. Выходные сигналы дешифратора являются управляющими для устройства, подключенного к выходу дешифратора. В АЦП и измерительных цифровых приборах выходные сигналы дешифратора служат для непосредственного управления газоразрядными (или других типов) индикаторами.
Для отображения результатов измерения (преобразования) в цифровых измерительных приборах и преобразователях наиболее широко используются газоразрядные цифровые индикаторные лампы и индикаторы на светоизлучающих диодах. Схемы управления газоразрядными, люминесцентными индикаторами и индикаторами на светоизлучающих диодах приведены соответственно на рис. 6.24, а, б, в.
К дополнительным дискретным узлам относятся также генераторы прямоугольных импульсов, ключи-формирователи.
В качестве генераторов прямоугольных импульсов часто используют мультивибраторы (рис. 6.25, а, б, в) и схемы, в
Л
+ 5S
Pul. 6.24. Схемы управления индикаторами
127
которых применены пороговые устройства (рис. 6.25, г, д). С использованием резонатора в одном из плеч мультивибратора улучшается стабильность частоты генерируемых импульсов (рис. 6.25, б).
Генераторы, в которых используются линии задержки (рис. 6.26), обладают более высокой стабильностью частоты
Рис. 6.26. Схемы генераторов прямоугольных импульсов, использующих линию задержки
следования импульсов, чем схемы с /?С-задающими элементами. Частота импульсов определяется временем задержки t3„ линии, она равна
Для данных схем необходимо согласовать линию на приемном конце, что делают выбором значения сопротивления /?, равным волновому сопротивлению линии р. Например, при использовании линии задержки типа ЛЗТ-2,0-600 (р = 600 Ом) значение 7?-620 Ом, период повторения импульсов от 0,2 до 4 мкс.
128
Генераторы на основе пороговых устройств имеют более широкий диапазон генерируемых импульсов — от единиц герц до 10 МГц. При этом легко управлять изменением частоты импульсов.
Логические ключи широко используются в АЦП с ВИМ, в которых величина Ux преобразуется в интервал времени tx, который заполняется импульсами образцовой частоты f0. Число импульсов, прошедших через ключ, пропорционально Ux. В качестве ключа может использоваться логический элемент «И» («И-НЕ») (рис. 6.27, а). Недостатком такого ключа является укорочение импульсов. Этот недостаток устранен в более сложной схеме ключа, приведенной на рис. 6.27, б.
Рис. 6.28. ‘ Схемы формирователей одиночных импульсов
6 270-7
129
Формирователи одиночных импульсов (рис. 6.28) используются в устройствах внешнего разового запуска. В этих схемах длительность выходного импульса определяется временем нажатия кнопки S.
Формирователи коротких импульсов по положительному перепаду входного сигнала (рис. 6.29, а, б, в, ж, з, и) и по отрицательному перепаду (рис. 6.29, г, д, е) используются
в схемах задержки и синхронизации. Длительность импульса для схем, приведенных на рис. 6.29, а, б, г, д, зависит от значения емкости, которую выбирают из условий (для микросхем 155-й, 133-й серий):
tK = kC,
где k = 1 нс/пФ и k = 10 нс/пФ (соответственно рис. 6.29, а, г и 6.29, б, д).
Длительность выходного импульса tK для схемы, приведенной на рис. 6.29, ж, определяется временем задержки (зад логических элементов и равна
= я ^зад’
где п = 1, 3, 5 ... нечетное число.
Для схемы на рис. 6.29, з длительность /и равна
/ — ч/
1И '-’^зад-
130
Формирователи, схемы которых приведены на рис. 6.30, предназначены для расширения импульсов. Значение емкости конденсатора для схемы на рис. 6.30, б выбирают из условий выбора емкости конденсатора в формирователях коротких импульсов; для схемы на рис. 6.30, а элементы выбирают из условия
/и = 0J5RC,
где R = 100...750 Ом.
Рис. 6.30.
Схема расширителей импульсов (а, б) и форма импульсов (в)
Глава 7
РЕГУЛИРОВОЧНО-НАСТРОЕЧНЫЕ
РАБОТЫ
7.1.	Назначение, виды и особенности регулировочно-настроечных работ
Для обеспечения функционирования изделия в условиях эксплуатации необходимо, чтобы все его параметры соответствовали требованиям технических условий (ТУ). Поэтому на заключительной стадии изготовления РЭА проводятся регулировочно-настроечные работы.
В сложных устройствах сначала регулируют отдельные функциональные узлы, блоки, а потом — изделие в целом. В зависимости от этого различают следующие виды регулировок: узловую, блочную, комплексную.
Регулировка параметров РЭА, если это не оговорено в технической документации, недопустима путем подбора электровакуумных и полупроводниковых приборов, микросхем и других элементов, так как это нарушает условия взаимозаменяемости последних и может привести к нарушению работоспособности изделия в условиях эксплуатации.
При.проведении экспериментальных работ при замене активных элементов одного типа на другой необходимо обращать внимание на следующие параметры:
значения питающих напряжений и токов, их максималь
6*
131
ное значение, максимально допустимую рассеиваемую элементом мощность;
коэффициент усиления;
значения входных, проходных и выходных параметров; диапазон рабочих частот.
Необходимо помнить, что при каждой замене надо исходить из значимости того или иного параметра элемента в конкретной схеме.
Сложность регулировочно-настроечных работ зависит как от электрической схемы, так и от конструктивных особенностей изделия. Многие из них наряду с электрическими узлами содержат и электромеханические узлы: электромагнитные управляемые муфты, двигатели и другие. Поэтому, кроме регулировки электрических узлов, приходится регулировать и механические узлы. Особенностью регулировочно-настроечных работ также является большое разнообразие электрических и радиотехнических измерений. Поэтому для решения любых задач, возникающих в процессе регулировки, регулировщик РЭА должен в совершенстве знать и умело применять электрорадиоизмерительные приборы, уметь хорошо разбираться в работе схемы и иметь навыки выполнения электромонтажных работ.
Технологический процесс регулировочно-настроечных работ включает в себя следующие операции: проверку функционирования изделий; настройку; регулировку параметров в соответствии с требованиями ТУ.
Проверкой функционирования изделий называют операцию, при которой выявляются и устраняются неисправности и дефекты сборки и монтажа, а также предварительно регулируются режимы работы отдельных узлов, каскадов и настраиваются избирательные устройства. В результате этого изделие функционирует, но его параметры еще не соответствуют техническим требованиям.
Настройка — это операция, выполнение которой обеспечивает заданную амплитудную и амплитудно-частот--ную характеристику избирательного устройства, усилителей звуковых частот, видеоусилителей и др.
Регулировка параметров — заключительная операция по приведению параметров функционально действующего настроенного изделия в соответствие с требованиями ТУ.
Широкое внедрение микроэлектроники в РЭА обусловило применение функциональных узлов в микроэлектронном исполнении. Это, в свою очередь, требует проведения предварительной поэлементной подгонки пассивных элементов (резисторов и конденсаторов) перед проверкой функционирования изделия в микроэлектронном исполнении, которая на
132
ряду с другими операциями предполагает окончательную подгонку пассивных элементов. Поэтому часто проверку функционирования изделия в микроэлектронном исполнении называют функциональной подгонкой.
7.2.	Методы поэлементной и функциональной подгонки микроэлектронных устройств
Поэлементная подгонка заключается в подгонке параметров пленочных резисторов и конденсаторов. Для подгонки сопротивления пленочных резисторов (ПР) используют конструктивный метод, а также методы механической, термической, лучевой и др. обработки. Лучевые методы получили наибольшее распространение при функциональной подгонке.
Конструктивный метод основан на введении в конструкцию ПР дополнительных резистивных секций, соединенных определенным способом перемычками, число которых можно изменять, и дополнительных площадок. Для подгонки сопротивлений используют также такие виды механической обработки, как соскабливание, скрайбирование и воздушно-абразивную подгонку. В результате механического воздействия происходит изменение площади или толщины резистивного слоя ПР, что приводит к изменению его сопротивления. Точность подгонки при механической подгонке составляет ±0,01%.
Термический метод заключается в отжиге резистивного материала, при котором происходит упорядочение их структуры и изменение размеров. Кроме того, термический нагрев приводит к окислению материала ПР.
При термической обработке ПР можно подогнать в сторону уменьшения и увеличения их сопротивления. Точность подгонки при этом составляет ±0,01.
К лучевым методам относятся лазерная и электроннолучевая подгонки. При лазерной подгонке под воздействием светового лазерного излучения на поверхность ПР (в зависимости от плотности энергии излучения) материал резистивной пленки либо нагревается, либо разрушается.
При подгонке ПР обычно применяют газовые на СОг либо твердотельные на алюмо-иттриевом гранате лазеры с непрерывной накачкой и периодической модулируемой добротностью. Они обеспечивают частоту повторений импульсов порядка 5...10 кГц, что является необходимым условием быстрой подгонки.
Блок-схема лазерной установки для подгонки ПР изображена на рис. 7.1. Система автоматического управления выводит координатный стол на заданную позицию, после чего включается лазерный луч, воздействующий на тело резисто-
133
Рис. 7 1 Установка подгонки ТПР лазерной обработкой.
1 — блок контроля, 2— система автоматического управления,
3 — пульт управления 4 — блок охлаждения,
5 — лазер (а — активный элемент, б — лампа накачки), 6—источник питания, 7—устройство управления столом, 8 — координатный стол, 9 — система наблюдения, 10 — ТПР
ра. Перемещением координатного стола управляют сигналами, поступающими с блока контроля сопротивления. По достижении требуемого значения сопротивления процесс подгонки прекращается.
При лазерной пдгонке рез осуществляют в виде поперечных, продольных, Л-образных и гребенчатых выемок. Рациональная конфигурация выемки зависит от размера, его материала, сопротивления и заданного допуска на сопротивление (7.2).
Качество реза и состояние материала резистора на периферии реза являются основными факторами, влияющими на
Рис 7.2 Типовые конструкции реза при лазерной подгонке сопротивления пленочных резисторов
134
стабильность сопротивления подгонки. Продукты разрушения в зоне реза могут образовывать нестабильные шунди-рующие токопроводящие мостики. На периферии реза возможно появление значительных температурных напряжений, достаточных для возникновения микротрещин. Повысить качество реза можно путем нанесения на резистивную пленку покрытий, поглощающих продукты взаимодействия лазерного излучения с резистивной пленки, например, фенилполи-сиксан, диспергированный в SiO2, который после подгонки удаляется.
Чтобы предотвратить растрескивание резистивной пленки и поверхности подложек, что связано с резким нагревом и охлаждением обрабатываемых участков, при лазерной подгонке подложки следует предварительно нагревать.
В процессе подгонки лазерный луч можно направлять на подложку с помощью волоконного световода, а диаметр воздействующего луча регулировать посредством перемещения подложки вдоль оптической оси. Поглощение энергии лазерного излучения поверхностью резистивной пленки увеличивают путем покрытия ее лаком с добавлением пигмента (например на основе сульфата бария).
Тонкопленочный резистор можно также подогнать, обрабатывая лазерным лучем через обратную сторону полированной подложки, прозрачной для лазерного излучения. Это предотвращает осаждение испаряемого материала вблизи обрабатываемой резистивной пленки ПР.
При электронно-лучевой подгонке под воздействием энергии электронного луча с удельной мощностью 105Вт/см2 происходит частичное испарение резистивной пленки и увеличение сопротивления резисторов. Если тонкие пленки облучать потоком электронов, мощность которого недостаточна для испарения, они кристаллизуются. Этот процесс протекает в твердой фазе и практически мгновенно. Степень изменения электрических характеристик ТПР зависит от материала и толщины пленок.
Подгонка осуществляется в несколько этапов. По мере приближения значения сопротивления резистора к заданному значению длина прорезаемых лучом полосок уменьшается, что соответствует снижению скорости подгонки. В случае больших отклонений сопротивления резистора или при больших его номиналах контактные площадки располагаются не на противоположных концах резистивного слоя, а на одном. При подгонке такой резистор сначала разрезают вдоль таким образом, чтобы образовалась полоска, которая проходила бы* между контактными площадками и делила резистор на две части, соединенные узкой перемычкой. Затем на одной из частей попеременно с каждого ее края выполняют
135
поперечные резы, образующие встречно-штыревую структуру, и таким образом осуществляют подгонку.
Удалять резистивный слой можно также посредством коротких рисок, расположенных в шахматном порядке. В этом случае контактные площадки в виде двух полосок располагаются по двум сторонам прямоугольного ПР. После подгонки ПР впуск воздуха в установку электронной подгонки приводит к скачкообразному изменению сопротивления. Поэтому перед выпуском воздуха резисторы подвергаются отжигу.
Электронно-лучевой метод подгонки при ширине реза 10... 50 мкм обеспечивает точность подгонки ±(0,1...5)%. Подгонку тонкопленочных резисторов рекомендуется проводить на высоких скоростях в непрерывном режиме, толстопленочных — в импульсном.
При подгонке емкости пленочных конденсаторов изменяют площадь пленочного конденсатора путем отсоединения (отрезанием, испарением, выжиганием) части обкладки либо присоединения к основному пленочному конденсатору (ПК) дополнительных секций. Линии разрезания часто выносят за площадь перекрытия обкладок.
•Части верхней обкладки тонкопленочного конденсатора (ТПК) удаляют при помощи лазерной обработки, при которой отделяется часть ТПК, выведенная на свободное поле подложки тонкопленочных секций нижних обкладок.
Для отделения части ТПК также применяют обработку электронным лучом. Однако при этом незначительные колебания плотности электронного потока вызывают интенсивный нагрев также и подложки.
Отдельные дополнительные секции можно отсоединить анодным окислением соединительного проводника. Локальное анодирование одной из обкладок ТПК проводят также через окно в специально накладываемом электроде, что приводит к уменьшению площади перекрытия.
2 1
Рис. 7.3. Схема способа подгонки ТПК путем сухого анодирования участка верхней обкладки:
/ иижняя обкладка ТПК, 2 — подложка, 3 — источник тока анодирования, диэлектрик ТПК, 5 — верхняя обкладка ТПК, 6 — устройство управления,
7 — устройство измерения емкости ТПК
136
Емкость ТПК можно подгонять путем окисления материала верхней обкладки за счет ее нагрева при атмосферном давлении посредством пропускания электрического тока (рис. 7.3). Удовлетворительной скорости окисления достигают при температуре 350...500 К- Снизить ее можно путем обдува поверхности струей горячей кислородсодержащей смеси.
Площадь ПК уменьшают путем локального анодирования пленки верхней обкладки. Для подгонки ПК применяют электроискровую обработку между верхней обкладкой, соединенной электрически с нижней, и остроконечным электродом, перемещающимся на некотором расстоянии от поверхности верхней обкладки. Параллельно ей приложено напряжение, достаточное для развития искрового разряда.
Подгонку ТПК, входящего в состав тонкопленочной /?С-цепи (рис. 7.4), осуществляют за счет перемещения верхней обкладки ТПК.
Рис. 7.4. Конструкция тонкопленочной /?С-цепи, допускающей подгонку емкости ТПК и сопротивления ТПР: / — тонкопленочный резистор, 2 — клиновидная нижняя обкладка ТПК, 3 — общий вывод ГПР и нижней обкладки ТПК, 4 — перемещающийся вывод (верхняя обкладка ТПК)
При подгонке ТПК используют способность ряда металлов образовывать амальгамы с ртутью. В конструкции ТПК из амальгамирующего металла между основным ПК и соединяемой секцией должны быть обкладки или соединительный проводник.
Для компенсации происшедшего изменения емкости, т. е. подгонки в сторону увеличения значения, на обработанную структуру допыляют диэлектрик с диэлектрической постоянной, превышающей ее значение для основного диэлектрика, и металл, соединяемый в процессе напыления с верхней обкладки ТПК (рис. 7.5).
При подгонке электрическими пробоями разгерметизация структуры ТПК исключается, если для пробоев используют дополнительную диэлектрическую пленку, нанесенную на поверхность верхней обкладки ТПК- Используя накладной металлический электрод и прикладывая напряжение подгон-
137
7.
2 к
wzzzzzzzz^zzZzzzzsizzn.
Рис. 7.5.
Метод компенсации изменения емкости при подгонке:
/ — подложка; 2 — нижний электрод; 3 — основной диэлектрик;
4 — верхний электрод; 5 — места локальных пробоев структуры при подгонке; 6 — дополнительный слой диэлектрика;
7 — дополнительный электрод
Рис. 7.6. Подгонка ТПК посредством дополнительной структуры металл-диэлектрик-металл:
1 — основной диэлектрик; 2 — подложка; 3 — измерительный прибор;
4 — верхний электрод; 5 — дополнительный диэлектрик,
6—дополнительная верхняя обкладка:
7 — устройства для подгонки электрическими пробоями
ки между ним и верхней обкладкой, осуществляют подгонку (рис. 7.6).
В основу подгонки ТПК положена токоимпульсная обработка, при которой частичные электрические пробои приводят к испарению части материала верхней обкладки и уменьшению площади конденсатора.
7.3.	Характерные неисправности РЭА, их признаки.
Способы отыскания неисправностей
Наиболее сложной частью операции проверки функционирования является диагностика неисправностей. Неисправности могут быть как механические, так и электрические. К механическим неисправностям относятся неисправности механических узлов изделия: неисправности верньерных устройств, устройств крепления и др. К электрическим относятся неисправности полупроводниковых элементов, электровакуумных приборов и др. радиодеталей, а также неисправности монтажа и т. п. Наиболее характерные электрические
138
неисправности — это скрытые дефекты элементов, монтажа, скрытые ошибки в монтаже отдельных элементов.
Скрытые дефекты элементов обуславливаются многими причинами. Одна из них — брак завода-изготовителя, где применяют выборочный контроль. Поэтому среди большого количества элементов могут попадаться и бракованные. Дефект элементов, что встречается наиболее часто, является следствием нарушения технологии монтажных работ — перегрев, чрезмерные усилия при формовке выводов элементов или при их креплении, пробой статическим зарядом микросхем, транзисторов, диодов и т. п.
Скрытые дефекты монтажа могут быть самыми различными. К ним относятся «холодные» пайки, замыкание проводов между собой и шасси, замыкания и трещины дорожек на печатных платах, внутренние обрывы тонких проводов.
Скрытые ошибки в монтаже отдельных элементов заключаются в неправильной установке элементов (например, не учтена полярность диодов, электролитических конденсаторов, неправильная распайка выводов микросхем из-за неправильного их формирования и др.); в установке элементов другого номинала, но такого же типа (например, вместо резистора МЯТ-0,25-1,2 кОм установлен однотипный резистор МЛТ-0,25-12 кОм) или одинакового с ним по конструкции, но другого типа (например, вместо транзистора п-р-п типа КТ315В установлен транзистор -р-п-р типа КТ361В или вместо радиолампы 6Ж1П установлена совершенно иная лампа 6Х1П).
Характерными признаками электрических неисправностей являются: обрыв цепи, значительное увеличение (уменьшение) сопротивления цепи, короткое замыкание, местный повышенный нагрев или перегрев радиоэлементов.
Существуют следующие способы отыскания неисправностей: внешний осмотр; способ замены отдельных элементов, узлов; способ промежуточных измерений; способ исключения; способ сравнения.
Внешний осмотр — способ отыскания неисправностей при помощи органов зрения, слуха, обоняния и осязания. Так, этим способом можно выявить механические и ряд электрических неисправностей. Например, визуально обнаруживают ошибки монтажа, видимые дефекты элементов и электровакуумных приборов (обрывы выводов элементов, белый молочный налет внутри радиолампы указывает на нарушение вакуума) и др. Перегрев трансформатора, наличие характерных запа'хов пропиточных материалов, нагрев электролитических конденсаторов при отсутствии перегрева элементов других узлов указывают на неисправности в блоке питания.
Способ замены отдельных элементов, узлов широко
139
используется в изделиях бытовой аппаратуры и аппаратуры, в схемах которой применяются радиолампы. Производя последовательную замену ламп, можно найти неисправную. В изделиях, в которых используются печатные схемы, соединенные при помощи разъемных соединений, также применяют указанный способ. Заменяя платы, можно найти неисправные и в дальнейшем уже выявлять неисправности в данной плате.
Способ промежуточных измерений заключается в последовательной проверке прохождения сигнала от блока к блоку, от каскада к каскаду до обнаружения неисправного блока, каскада, элемента. Например, последовательно проверяя прохождение сигнала от генератора высокой частоты через усилитель промежуточной частоты, можно обнаружить неисправный каскад. При данном способе поиск неисправности обычно производится от входных каскадов изделия к выходным.
Способ исключения заключается в последовательном исключении из поиска исправных каскадов, узлов, блоков. Например, если при наличии растра подавать на вход видеоусилителя телевизионного приемника от генератора тест-сигнал, получим на экране кинескопа изображение. Это свидетельствует, что видеоусилитель исправен, и поиск неисправности производим в видеодетекторе, усилителе промежуточной частоты изображения и т. д. При данном способе поиск неисправности обычно производят от выходных каскадов блоков к входным.
Способ сравнения заключается в сравнении результатов проверки отказавшего каскада, узла, блока с результатами проверки исправных однотипных каскадов, узлов, блоков.
Выбор способа поиска неисправности зависит от схемы и конструкции проверяемого узла, каскада, блока, изделия в целом.
7.4.	Метод локализации неисправностей.
Поиск неисправностей функциональных групп
Локализация неисправностей, то есть нахождение их места, является одной из трудоемких операций регулировки. Сущность метода локализации изделия — в разделении и объединении составных его частей в следующие три функциональные группы (ФГ) по виду прохождения (выдачи) сигнала:
1.	Функциональные группы с последовательным прохождением сигнала (рис. 7.7), у которых сигнал проходит последовательно покаскадно (поблочно), не ответвляясь. Неисправность одного каскада (узла, блока) приводит к отсутствию сигналов на входе и на выходе последующих каскадов
140
(узлов, блоков) (например, усилители, генераторы, пересчет -ные декады и др.).
2.	Функциональные группы, содержащие каскады (узлы, блоки) с разветвлением выходного сигнала (рис. 7.7, б). Неисправность такого каскада (узла, блока) приводит к отсутствию сигналов на выходе каскадов нескольких каналов при исправности последних (например, отсутствие напряжения на выходе стабилизатора приводит к нарушению работоспособности усилителя низкой частоты).
3.	Функциональные группы, содержащие каскады (узлы, блоки) с несколькими входами и одним выходом (рис. 7.7, в), выходной сигнал которых появляется при одновременном (схема совпадения) воздействии входных сигналов или при наличии любого из них (схема сложения) (например, блок контроля, дающий разрешение на работу последующих блоков при наличии положительных ответов от всех контролируемых цепей).
При локализации неисправностей сложных устройств используют последовательное разделение их на функциональные группы, содержащие блоки. После нахождения неисправного блока функционально разделяют блок на группы, содержащие узлы (каскады), и при нахождении неисправного узла (каскада) приступают к нахождению неисправности элемента, монтажа. При этом на каждом этапе используют один или несколько описанных выше способов поиска.
7.5.	Особенности поиска неисправностей в функциональных группах, каскадах, узлах
При отыскании неисправного узла (каскада) в функциональной группе с последовательным прохождением сигнала используют устройства индикации и источники сигналов, имеющиес"я в данной группе. При их отсутствии в качестве источника сигналов служит внешний генератор, характеристики сигналов которого совместимы с данными каскадами, а в качестве индикатора — измерительный прибор или осцил
141
лограф. Если количество узлов (каскадов) значительно, функциональную группу разбивают на две или более частей, содержащих примерно одинаковое число узлов (каскадов), и поиск неисправности производят по частям, используя способ промежуточных измерений или способ исключения.
При отыскании неисправного узла (каскада) функциональной группы с разделением сигнала проверяют узел (каскад) канала, на выходе которого нет сигнала. Если на выходах всех каналов сигнал отсутствует, проверяют исправность каскада с разделением сигналов, цепей прохождения сигналов от данного каскада к каскадам каналов.
При отыскании неисправностей в функциональной группе (рис. 7.1, в), работающей по схеме совпадения, при отсутствии сигнала на выходе необходимо убедиться в наличии входных сигналов. Если отсутствует какой-либо из входных сигналов, проверяют цепь прохождения данного сигнала, а при наличии всех сигналов — каскад совпадения.
При отыскании неисправностей в каскадах, узлах, имеющих сменные элементы, используют способ замены элементов заведомо исправными. Если результаты отрицательны, тщательно проверяют режимы активных элементов (транзисторы, радиолампы, линейные интегральные схемы). Когда в каскадах (узлах) применяются интегральные микросхемы, которые, как известно, не поддаются ремонту, определяют и заменяют неисправную микросхему. Для печатных плат, предназначенных для монтажа микросхем, характерны скрытые дефекты: трещины печатных проводников, замыкание между выводами микросхем и др. Для обнаружения их применяют лупу и омметр.
7.6.	Проверка исправности основных компонентов электрических схем, участков цепи
При проверке монтажа на соответствие электрической схеме используют пробники, при помощи которых определяют наличие обрыва в цепи или коротких замыканий между изолированными цепями. По виду сигнализации различают пробники с визуальной индикацией и пробники со звуковой сигнализацией.
В пробниках с визуальной индикацией в качестве индикатора применяется низковольтная сигнальная лампа (рис. 7.8, а), светодиод (рис. 7.8, б) или стрелочный индикатор (рис. 7.8, в). В качестве стрелочного индикатора используют как вольтметры, так и милли- или микроамперметры. При применении вольтметра значение добавочного резистора R (в случае, когда питающее напряжение Е больше предела измерения вольтметра) выбирают из условия
142
где /п — ток полного отклонения прибора.
Если используют милли- или микроамперметры, значение ограничивающего резистора выбирают из условия
п £~/прЯпр
Рис. 7.8.
Схема пробников с визуальной индикацией
где /пр — ток полного отклонения прибора; /? — сопротивление рамки прибора.
В обоих случаях использование переменного резистора R позволяет использовать батарею до полного разряда.
Пробники со звуковой сигнализацией представляют собой генератор низкочастотных колебаний (типа LC, RC или мультивибратор) с выходом на малогабаритный громкоговоритель или телефон. Сопротивление прове
ряемой цепи изменяет режим работы генератора, что приводит к уменьшению интенсивности звукового сигнала или изменению его частоты. Пример таких пробников приведен на рис. 7.9, а, б. В качестве пробника со звуковой сигнализацией можно предложить схему (рис. 7.9, в), в которой использовано реле, питающееся через его нормально замкнутые контакты.
Если в процессе проверки функционирования вызывает сомнение исправность силового трансформатора, то, произ-
Рис. 7.9. Схемы пробников со звуковой сигнализацией
143
ведя проверку тока холостого хода /хх трансформатора, можно судить о его качестве. Ток холостого хода определяют в цепи первичной обмотки трансформатора (нагрузка от остальных обмоток должна быть отключена, рис. 7.10). Предварительно необходимо определить значение тока холостого хода /хх по формуле
/ XX	у •
т
Рис. 7.10.
Схема измерения тока холостого хода трансформатора
дроссели сглаживающих
где Р — мощность трансформатора, В - А; U — напряжение питающей сети, В; <| — к.п.д. трансформатора.
Значение ц приведено в табл. 7.1.
Если 1ХХ, измеренный при проверке трансформатора, значительно
больше расчетного, то в процессе работы такой трансформатор будет перегреваться, что может привести к выходу его из строя. Причиной перегрева может быть нарушение между-витковой изоляции, в результате чего появляется короткое замыкание витков. Установить наличие короткозамкнутых витков можно по схеме, приведенной на рис. 7.11. Если при размыкании контактов кнопки S неоновая лампа HS вспыхивает, то короткозамкнутые витки отсутствуют. Когда нет вспышек — имеются короткозамкнутые витки; такой трансформатор подлежит замене. Аналогично проверяют фильтров.
Омметром (авометром) можно проверить также и конденсаторы, полупроводниковые диоды, транзисторы и тиристоры.
При проверке конденсаторов малой емкости (0,1...0,5 мкФ) стрелка омметра практически не отклоняется. Чем больше емкость конденсатора, тем больше отклонение вправо стрелки прибора.
Полное отклонение стрелки и ее устойчивое нахождение в этом положении указывает на пробой конденсатора.
Схема последовательности проверки исправности полупроводникового диода при помощи омметра (авометра) показана на рис. 7.12. Аналогично определяют выводы диодов.
При проверке исправности транзистора напряжение питания омметра не должно превышать 1,5 В. Целесообразно сперва использовать высокоомный предел прибора, а при необходимости перейти на более низкоомный. Прямое сопро-
Таблица 7.1. Значение к.п.д. трансформатора
Р, В-А	Т|
10	0,6...0,7
10. .30	0,7...0,8
30...50	0,8...0,85
50...100	0,85...0,9
100	0,9
144
Рис. 7.И. Схема определения короткозамкнутых витков силового трансформатора
Рис. 7.12.
Проверка исправности полупроводникового диода
тивление эмиттерного и коллекторного переходов, измеренное омметром, для германиевых р-п-р типа транзисторов малой мощности имеет значение 10...70 Ом, для кремниевого — значение сопротивления в 2...3 раза больше. Значение обратного сопротивления для маломощных германиевых р-п-р типа транзисторов составляет свыше 100 кОм, для кремниевых — близко к бесконечности. Для мощных транзисторов прямое сопротивление меньше, чем для маломощных, примерно в 1,5...2 раза, обратное сопротивление должно быть больше 1 кОм.
Последовательность проверки транзисторов при помощи омметра для р-п-р типа приведена на рис. 7.13, для п-р-п типа — на рис. 7.14.
Рис. 7.13. Последовательность проверки транзисторов р-п-р—типа при помощи омметра
Рис. 7.14. Последовательность проверки транзисторов п-р-п—типа при помощи омметра
‘/27 270-7
145
Если при проверке обратного сопротивления коллекторно-
го перехода его значение изменяется, то такие транзисторы «плывут», то есть их параметры нестабильны в процессе работы и к использованию не рекомендуются.
Последовательность проверки маломощных тиристоров
показана на рис. 7.15. Сопротивление исправного тиристора велико (7?о^1 МОм), а пробитого — близко к нулю. Если на мгновенье закоротить управляющий электрод с анодом тиристора, то показания прибора должны быть близки к нулю.
Рис 1 15. Проверка тиристора
Глава 8
РЕГУЛИРОВКА РЭА
8.1.	Регулировка радиоприемных устройств
Радиоприемные устройства обычно выполняются по супергетеродинной схеме (рис. 8.1), состоящей из высокочастотного и низкочастотного трактов. В состав высокочастотного тракта входят следующие функциональные узлы: усилитель высокой частоты УВЧ, смеситель СМ и гетеродин Г, каскады усиления промежуточной частоты УПЧ и детектор Д. При этом наличие УВЧ и количество каскадов УПЧ определяется требованиями, предъявляемыми к радиоприемнику. Низкочастотный тракт состоит из усилителя низких (звуковых) частот УНЧ.
Модулированный высокочастотный сигнал с несущей частотой после усиления в каскаде УВЧ поступает на вход смесителя частоты СМ, на второй вход которого подается сигнал гетеродина Дет, отличающийся от fc на значение промежуточной частоты
1 гет = /с + (пр-
Смеситель преобразует [с в сигнал промежуточной частоты f который после усиления в каскадах УПЧ поступает на детектор Д. Детектор выделяет низкочастотную огибающую сигнала f Далее УНЧ усиливает низкочастотный сигнал. Нагрузкой УНЧ обычно является громкоговоритель.
Основными параметрами, характеризующими радиоприемники, являются: диапазон принимаемых частот, чувствительность, избирательность, ширина полосы пропуска-
146
I
гсс
7^2
fnp
Таблица	3.1 Границы	ния, номинальная выходная мощ-
диапазонов радиочастот		ность (номинальное выходное на-
	—	пряжение).
Диа-пазом	Границы диапазона, МГн	Диапазон принимаемых частот
	—	обычно определяется назначением
дв	0,15.-0,285	радиоприемника и его классом,
св	0,525... 1,605	типом. Так, простые переносные
кв	2,300...2,498 3,200...3,400	приемники обычно рассчитаны на
75 м	3,950...4,000	прием радиостанций в диапазонах
	4,750...4,995	длинных (ДВ) и средних (СВ)
	5,005...5,060	волн, приемники более высокого
49 м	5,950...6,200	класса рассчитаны на прием, кро-
31 м	9,500...9,775	ме ДВ и СВ, коротких (КВ) и
25 м	11,700...11,975	ультракоротких (УКВ) волн. При
19 м	15,100...15,450	этом диапазоны СВ и КВ могут раз-
16 м 13 м	17,700...17,900 21,450...21,750	биваться на поддиапазоны. Гра-
11 м	25,600...26,100	ницы диапазонов частот приведе-
УКВ	41,0...68	ны в табл. 8.1.
	87,5...108	Чувствительность радиоприем-
	174,0...216,0	ника оценивается значениями э.д.с.
	4/U,U...y6l),U	(мощности) в антенне, обеспечи-
вающей получение на выходе приемника заданной мощности (напряжения) при заданных качественных показателях. Различают следующие виды чувствительности:
максимальную, соответствующую стандартной выходной мощности и положению регуляторов в режиме максимального усиления;
ограниченную шумом (заданным соотношением сигнал — шум);
ограниченную усилением и соответствующую нормальной выходной мощности без учета соотношения сигнал — шум;
максимально полезную, равную чувствительности, ограниченной шумом, если заданное соотношение сигнал — шум может быть обеспечено при выходной мощности не менее нормальной.
Избирательность (селективность) радиоприемника — это параметр (совокупность параметров), характеризующий его способность ослаблять мешающее действие сигналов с частотой, отличной от частоты принимаемого сигнала. Для супергетеродинного приемника необходимо знать избирательность по соседнему каналу, по зеркальному каналу и по промежуточной частоте.
Последовательность регулировки радиоприемника следующая: источник (цепи) электропитания, низкочастотный тракт, высокочастотный тракт.
В условиях массового производства радиоприемники обычно собирают из предварительно проверенных и настроен
148
ных узлов, что значительно облегчает процесс окончательной регулировки. После проверки режима работы усилительных элементов при необходимости, устранив обнаруженные дефекты, приступают к регулировке низкочастотного тракта. Низкочастотный тракт проверяют обычно в трех точках в рабочем диапазоне частот. Коэффициент усиления определяют на частоте 1000 Гц. Для этого используют генератор звуковой частоты ЗГ, подключаемый ко входу УНЧ, и индикатор выхода ИВ, подключаемый к нагрузке УНЧ.
Правильно собранный детекторный каскад обычно работает сразу. Для проверки на его вход подают модулированный сигнал fпр с генератора стандартных сигналов. При этом частота модуляции равна 1000 (400) Гц, глубина модуляции 0,3; на выходе УНЧ слышно звуковой сигнал частотой 1000 Гц. Его амплитуда контролируется индикатором выхода ИВ.
При проверке высокочастотного тракта исключают действие АРУ (закорачивают конденсатор фильтра АРУ на общую шину) и действие гетеродина Г (закорачивают колебательный контур L6, Ст, Сц, Сд конденсатором большой емкости — 0,01...0,1 мкФ). Настройку каскадов УПЧ начинают с последнего контура L|2, С15; контур Ln, Сц шунтируют резистором с целью исключения его влияния при определении максимума при настройке в резонанс. Далее, отключив шунтирующий резистор, настраивают контур Ln, С14. Так поочередно настраивают все контуры промежуточной частоты. При настройке первого контура УПЧЕ7,Сю сигнал подают на вход усилительного элемента смесителя СМ. Если нагрузкой смесителя является полосовой фильтр ФСС, то его настраивают по методике, описанной в главе 5.
После настройки каскадов УПЧ приступают к регулировке контуров гетеродина и УВЧ. Проверив генерацию во всем диапазоне частот, приступают к настройке контуров гетеродина. Чтобы приемник принимал заданную частоту (заданную радиостанцию), частота его гетеродина должна превышать частоту сигнала на значение промежуточной частоты. Поэтому между частотами настройки гетеродинных входных и выходных УВЧ контуров должно выполняться соотношение
I гет L f пр’
Это равенство — необходимое условие точного сопряжения. Если входные и выходные контуры УВЧ будут настроены на другую частоту, то полезный сигнал ослабляется. Однако точное сопряжение во всем диапазоне неосуществимо из-за различия перекрытия по частоте контуров УВЧ и контуров гетеродина. Точное сопряжение можно получить в трех точках диапазона: .
149
-	.	f min +f max .	.	,
fmm’ fcp =-------?----•	(первый вариант)
=fcp —0,433(fmdx —fml„)
/max H” f min
/cp=	9
(второй вариант)
h = Lp + °.433(fmdx —
Трехточечное сопряжение применяют для диапазонов ДВ, СВ и КВ. Для полурастянутых диапазонов КВ (коэффициент перекрытия < 2) используют двухточечное сопряжение Частоты сопряжения при этом следующие:
min ~ g
I2 fmax	g (/max /mm)
Для растянутых диапазонов КВ (коэффициент перекрытия С 1,2) применяют одноточечное сопряжение, частота которого при этом равна средней частоте
I max "Г / mm
СР= 2
Частоты сопряжения обычно отмечаются на шкале радиоприемника.
При настройке контуров (рис. 8.2) необходимо помнить, что изменение емкости Cndp влияет на установку частоты в начале диапазона, а частота в конце диапазона
Рис 8 2 Элементы настройки устанавливается изменени-колебательных контуров	ем индуктивности L (измене-
ние положения сердечника) и емкости сопрягающего последовательного конденсатора £
Сопряжение в одной точке f осуществляют подачей на вход приемника сигнала данной частоты, а указатель настройки устанавливают на данную частоту по градуированной шкале. Гетеродинный контур настраивают по индикатору выхода ИВ вращением сердечника катушки или подстроечным конденсатором. Затем на эту среднюю частоту настраивают контур на входе смесителя (выходной контур УВЧ) и входной контур УВЧ по максимальным показаниям индикатора выхода.
Сопряжение в двух точках производят в следующей последовательности. На вход радиоприемника подают от ге
150
нератора стандартных сигналов модулированную (частота модуляции 1000 Гц, глубина 0,3) частоту f2. Указатель приемника устанавливают на эту же частоту, конденсатор переменной емкости при этом находится в положении Ст1П. Регулировкой Спар добиваются максимума показаний на индикаторе выхода. Далее, не меняя положения конденсатора, настраивают контуры УВЧ (выходной, входной) по максимальным показаниям. После настройки в начале диапазона переходят к настройке в его конце. Указатель приемника устанавливают в положение, соответствующее значению емкости конденсатора переменной емкости Стах. Регулировкой индуктивности контура гетеродина (вращением ее сердечника) добиваются максимума показаний индикатора выхода. Потом, не меняя настройки, настраивают контуры УВЧ. После этого еще раз проверяют настройку контуров в начале диапазона. При необходимости их подстраивают по описанной выше методике.
Сопряжение в трех точках можно проводить, используя метод двух или трех частот. За основу метода двух частот принято две частоты точного сопряжения: верхняя f2 и нижняя fi и емкость сопрягающего конденсатора Спос. Настройка заключается в последовательном приближении путем подбора (регулировки) значений емкости Спар и индуктивности контура гетеродина L. Сопряжение на средней частоте /ср получается автоматически. Последовательность настройки в этом случае такая же, как и при двухточечном сопряжении.
За основу метода трех частот принято три частоты сопряжения: нижняя fi (в конце диапазона), средняя /ср и верхняя f2 (в начале диапазона). Настройка заключается в последовательном подборе параметров контура гетеродина Спж, Спар, L. Конденсатор Спар оказывает наибольшее влияние в высокочастотной части диапазона (f2 или fmax), поэтому, регулируя его, настраивают контур гетеродина на необходимую частоту. При помощи конденсатора С'пос настраивают низкочастотный конец диапазона (f\ или fm,„). В заключение, изменяя индуктивность гетеродина L (вращением сердечника), добиваются точного сопряжения в середине диапазона fcp. Метод настройки целесообразно применять после настройки высокочастотных контуров радиоприемника и при наличии в нем шкалы настройки.
При настройке высокочастотных контуров в качестве индикатора настройки используют высокочастотный ламповый вольтметр, подключенный к коллектору (аноду) смесителя. Контур гетеродина при этом должен быть закорочен конденсатором большой емкости (0,01...0,1 мкФ).
Если в приемнике установлена ферритовая антенна, то связь настраиваемого приемника с генератором осуществ-
151
Рис 8.3 Схемы подачи сигналов на вход радиоприемника при помощи эквивалента антенны (а) и по полю при помощи рамочной антенны (б)-/ — генератор высокой частоты, 2 — эквивалент антенны (рамочная антенна), 3 — радиоприемник, 4 — индикатор выхода
ляется по полю (рис. 8.3, б). Генератор высокой частоты с внутренним сопротивлением Rr через резистор R = (409— /?г)Ом нагружается на рамочную антенну.
Рамочная антенна изготовляется из трех витков изолированного медного провода диаметром 0,8 мм, помещенных в медную трубу диаметром 10...12 мм, которая согнута в виде кольца со средним диаметром 25 см. В верхней части кольца имеется зазор 3...10 мм. Индуктивность
такой рамочной антенны — приблизительно 7,5 мкГн. В небольшом экранированном кор-
пусе у основания рамочной антенны находится согласующий резистор. Длина соединительного кабеля равна 1,2 м, емкость — 120 пФ. Плоскость излучающей рамочной антенны должна быть перпендикулярна оси ферритовой антенны приемника и проходить через ее геометрический центр. Такое расположение приемника и рамочной антенны делает результаты испытаний приемника некритичными к небольшим перемещениям его вдоль оси ферритовой антенны. Расстояние I между осью ферритовой антенны и центром излучающей рамочной антенны при этом должно составлять 0,6 м (рис. 8.4).
Напряженность поля в мВ/м вычисляется по формуле
Е = 0,Н/г,
где Ur — показания контрольного прибора генератора, отградуированного в единицах напряжения на согласованной нагрузке
Для создания больших напряженностей поля (> 100мВ/м) расстояние / должно быть равно 0,3 м (тогда Е = 0,8 Ur).
После настройки приемника проверяют (измеряют) его чувствительность. Для этого на вход приемника (без ферритовой антенны) подается испытательный сигнал с генератора высокой частоты через эквивалент антенны
Рис 8 4 Взаимное расположение рамочной антенны генератора ВЧ и ферритовой антенны радиоприемника
152
(рис. 8.3, а). Чувствительность приемников с ферритовой антенной измеряют по полю (рис. 8.3, б).
Реальная чувствительность приемника измеряется при модулированном частотой 1000 Гн, глубиной 0,3 высокочастотном сигнале. В диапазонах ДВ, СВ, УКВ чувствительность измеряют не менее, чем в трех точках, на растянутых диапазонах КВ ее обычно измеряют в одной точке.
Чувствительность начинают определять с измерения уровня собственных шумов приемника. Для этого устанавливают регуляторы усиления и ширины пропускания в положение, соответствующее максимальному усилению и максимальной ширине пропускания. Последовательность измерения следующая. По максимальным показаниям индикатора выхода приемник настраивают на частоту сигнала генератора, затем изменением выходного уровня сигнала генератора добиваются на выходе приемника показаний индикатора, соответствующих заданной выходной мощности. После этого выключают модуляцию сигнала на генераторе и измеряют выходное напряжение на выходе приемника, то есть измеряют напряжение шумов приемника при приеме несущей и определяют отношение сигнал — шум, равный отношению выходного напряжения немодулированного сигнала Uc генератора к выходному напряжению шумов Uw на выходе приемника.
I,-	й
Если -jj— больше заданного значения, то чувствительность определяют следующим образом. Регулятор громкости устанавливают в максимальное положение, регулятор полосы пропускания — в положение максимальной ширины. Регулировкой выходного уровня модулированного сигнала генератора ВЧ добиваются показаний индикатора выхода, соответствующих заданной мощности. Значение выходного напряжения генератора численно будет равно значению чувствительности приемника.
С'с
Если -г—- меньше заданного значения, то регулировкой ш
регулятора громкости устанавливают напряжение шумов на выходе, в заданное число раз меньше напряжения сигнала. Затем включают модуляцию сигнала и регулировкой его уровня добиваются на выходе приемника показаний, соответствующих заданной мощности. Полученное значение выходного напряжения генератора численно равно значению чувствительности приемника.
После проверки чувствительности проверяют избирательные (селективные) свойства радиоприемника. Так как ослабление мешающего действия сигналов с частотой, отличной от частоты принимаемого сигнала, характеризуется уменьшением чувствительности приемника, на частоте мешающего
8 270 7
153
сигнала по сравнению с чувствительностью на частоте принимаемого полезного сигнала, то схема проверки избирательных свойств и схема проверки чувствительности одинаковы. Различие заключается в частоте испытательного сигнала.
При проверке избирательности по соседнему каналу Secx частота испытательного сигнала должна отличаться на ±10 кГц от частоты настройки, при проверке избирательности по зеркальному каналу Se3K — на 2f„p и для проверки по промежуточной частоте Scn — на fnp.
При измерении избирательности по соседнему каналу SeCK вначале измеряют чувствительность по заданной частоте Un, затем, не изменяя частоты настройки приемника, изменяют частоту сигнала на 10 кГц и регулировкой его уровня добиваются значений выходного напряжения приемника, соответствующих заданной выходной мощности. Значение выходного напряжения генератора численно равно чувствительности по соседнему каналу IJск. Избирательность по соседнему каналу равна
ГСк
SeCK = 20 1g— , дБ
U п
При измерении избирательности по зеркальному каналу Se3K вначале измеряют чувствительность по заданной частоте Un, затем, не изменяя частоты настройки приемника, изменяют частоту генератора на величину 2[пр и измеряют чувствительность по зеркальному каналу {/эк. Избирательность по зеркальному каналу равна
Гзк
Se3K = 20 1g— , дБ
Избирательность по зеркальному каналу обычно проверяют на тех же частотах, что и избирательность по соседнему каналу. Но при этом необходимо иметь в виду, что наихудшая избирательность по зеркальному каналу приходится на более высокочастотный участок диапазона, что обуславливается ухудшением добротности контуров с увеличением частоты.
После измерения избирательности по зеркальному каналу переходят к ее измерению по промежуточной частоте Senp. Методика и принципы остаются прежними. Различие заключается в частотах настройки приемника и генератора.
Приемник настраивают на частоту, наиболее близкую к промежуточной (крайняя верхняя частота диапазона ДВ или крайняя нижняя диапазона СВ), а генератор — на частоту f Избирательность на промежуточной частоте равна
Se„p = 20 lg—, дБ,
где <7пр — чувствительность по промежуточнбй частоте
154
Ширину полосы пропускания радиоприемника Af определяют методом, аналогичным измерению избирательности по соседнему каналу. При этом, настроив приемник на заданную частоту fo, измеряют напряжение Un на его выходе при заданной выходной мощности. Затем плавно увеличивают частоту сигнала и одновременно — его уровень, поддерживая неизменным напряжение на выходе приемника до тех пор, пока уровень сигнала не увеличится до 1,414, и измеряют данную частоту fi. После этого аналогично находят частоту ft- При этом частота сигнала изменяется в сторону уменьшения по сравнению с fo. Ширина полосы пропускания Af равна разности найденных частот
Af = h-Л-
8.2.	Регулировка радиопередающих устройств
По назначению радиопередающие устройства (передатчики) подразделяются на связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейные и др.
Условия эксплуатации передатчиков также весьма различны. Поэтому требования, предъявляемые к их параметрам, определяются их назначением и условиями эксплуатации.
Основные электрические параметры передатчиков следующие: диапазон рабочих частот, стабильность частоты, вид модуляции, коэффициент полезного действия, выходная мощность.
В зависимости от назначения, условий эксплуатации, диапазона рабочих частот и выходной мощности передатчики отличаются друг от друга как электрической схемой, так и конструктивным оформлением. Но, несмотря на это, все они имеют общие функциональные узлы: возбудитель (задающий генератор), усилитель напряжения (буферный каскад), усилитель (умножитель) высокой частоты, усилитель мощности, модулятор, источник питания. Эти функциональные узлы могут быть размещены на одном шасси или выполнены в виде самостоятельных блоков. В условиях производства регулировка передающей аппаратуры, как правило, разбивается на узловую и комплексную. На рис. 8.5 приведена структурная схема передатчика с амплитудной и телеграфной манипуляцией.
Перед началом регулировки радиопередающего устройства знакомятся с принципом работы его узлов. При этом обращают внимание на устройства защиты и блокировки, устройства охлаждения, автоматического включения анодных напряжений.
8*
155
Рис. 8.5. Структурная схема передатчика
Возбудитель (задающий генератор) регулируют в следующей последовательности: проверяют работоспособность при номинальных питающих напряжениях; укладывают диапазон; проверяют стабильность.
Работоспособность при номинальных питающих напряжениях определяют после проверки схемы по карте сопротивлений. Затем проверяют значение напряжений в точках согласно карты напряжений при номинальном напряжении питающей сети. Отклонение действительных значений напряжений от номинальных указывает на неисправность в схеме; ее устраняют. После того, как все значения проверяемых напряжений соответствуют значениям, указанным в карте напряжений, проверяют генерацию при помощи осциллографа и измеряют анодные (коллекторные) токи.
Укладывают диапазон путем подбора элементов контура, а контролируют при помощи частотомеров или измерительных приемников. Следует иметь в виду, что чем выше частота генерируемых колебаний, тем большее влияние оказывает на настройку задающего генератора контрольный частотомер. Поэтому связь частотомера с генератором должна быть такой, чтобы она не влияла па настройку генератора.
Поддиапазон проверяют на крайних точках. При наличии
нескольких поддиапазонов высокочастотного.
Рис. 8.6.
Проверка стабильности частоты задающего 1енератора: 1 - проверяющий сенеозтор, 2 — образцовый генератор, 3 — смесн гель, 4 — индикатор выхода
эту операцию начинают с самого
Стабильность генерируемых колебаний проверяют путем сравнения образцовой частоты (от образцового генератора) и частоты проверяемого задающего генератора (рис. 8.6).
На образцовом и проверяемом генераторах выставляют частоту с одним и тем же номинальным значением. Сигналы обоих генераторов подают на
156
вход смесителя, выход которого соединен с индикатором выхода. Далее проверяемый генератор подвергают воздействию дестабилизирующих факторов (самопрогрев, нагрев, колебание питающих напряжений и других). Индикатор выхода укажет на значение ухода частоты задающего генератора от номинального значения. Проверку обычно проводят для каждого из дестабилизирующих факторов отдельно; вид фактора устанавливается требованиями нормативной документации на изделие.
Задающий генератор проверяют в работе на эквивалент нагрузки.
Буферный каскад промежуточного и выходного усилителей настраивают в аналогичной последовательности. После проверки значений сопротивлений по карте сопротивлений проверяют и подгоняют режимы усилительных элементов согласно карте напряжений. Необходимо помнить, что значение напряжения смещения, определяющее угол отсечки 0, определяет и значение выходного сигнала, к.п.д. каскада, поэтому устанавливать это напряжение следует наиболее тщательно.
Выходные контуры усилительных элементов настраивают в резонанс по минимуму анодного (коллекторного) тока проверяемого каскада или л о максимуму сеточного (базового) тока последующего каскада. При одноручечной настройке (контуры всех каскадов настраиваются при помощи одной ручки) необходимо произвести последовательное сопряжение всех контуров, начиная от каскадов, идущих после задающего генератора. Сопряжение обычно производят в двух точках — в начале и конце поддиапазона. Частоты определяются нормативными документами.
Модулятор представляет собой усилитель низкой частоты, поэтому его регулируют по общей методике регулировки усилителей низкой частоты.
Качество модуляции определяют с помощью измерителя модуляции или осциллографа (рис. 8.7), индуктивно связанных с эквивалентом нагрузки.
Выходное сопротивление звукового генератора должно быть меньше эквивалентного сопротивления микрофона /?экв.
Если коэффициент модуляции определяют при помощи
Рис. 8.7. Измерение глубичы модуляции
157
Рис. 8.8.
Определение коэффициента модуляции
осциллографа, его значение т можно найти при помощи осциллограммы (рис. 8.8).
А+Б '
Выходную мощность передатчика определяют либо путем измерения тока в эквиваленте нагрузки (рис.
8.9, а), либо по напряжению на активном сопротивлении нагрузки (рис. 8.9,6).
Рис. 8.9.
Схема измерения мощности
Выходная мощность при изменении тока в эквиваленте нагрузки равна
Ра = РРН-
Выходная мощность при измерении напряжения на сопротивлении нагрузки составляет
Напряжение при этом измеряют при помощи вольтметра с большим входным сопротивлением.
Коэффициент полезного действия передатчиков определяют по формуле
t] = -j~1OO, %,
где Ря — мощность в эквиваленте нагрузки; Рс — мощность, потребляемая от сети.
Коэффициент полезного действия определяют в режиме несущей, то есть для AM-передатчика модуляция должна отсутствовать.
Диапазон генерируемых частот определяют, как указано на рис. 8.6, или при помощи измерительных приемников.
8.3.	Регулировка
и проверка основных параметров ЦАП
Методику регулировки основных параметров ЦАП рассмотрим на основании упрощенной структурной схемы (рис. 8.10). ЦАП с биполярным выходным напряжением со-
158
Токовый выхов
Рис. 8.10. Структурная схема ЦАП
стоит из униполярного ЦАП и преобразователя униполярного напряжения в биполярное выходное напряжение.
В униполярном ЦАП использован принцип деления образцовых токов 10 на матрице R—2R, выход которой соединен с входом буферного уситителя ОУ1, преобразующего выходной униполярный ток в униполярное (положительное) напряжение U\
Ui = RR0,, которое в зависимости от кода полярности (первый разряд) преобразуется при помощи выходного усилителя ОУ2, работающего в зависимости от кода в режиме повторителя (Пвых> 0) или в режиме инвертора (Пвых<0) с коэффициентом передачи | К\ = 1, в выходное биполярное напряжение ^вых = KUt.
При выходном напряжении С'вых> 0 ключ К открыт. На два входа ОУЗ подается положительное выходное напряжение ОУ1, причем его значение на неинвертирующем входе ОУЗ меньше значения на инвертирующем входе ОУЗ; диодный ключ D закрыт положительным выходным напряжением ОУЗ. Выходной усилитель ОУ2 работает в режиме повторителя, то есть выходное напряжение ОУ1 передается на выход без изменения знака.
При выходном напряжении t/BMX<0 ключ К закрыт, потенциал неинвертирующего ОУЗ становится равным нулю, и так как на инвертирующий вход ОУЗ подается положительное выходное напряжение ОУ1, то выходное напряжение ОУЗ отрицательной полярности открывает диодный ключ D, замыкая цепь обратной связи ОУЗ. Точка 2 схемы становится эквипотенциальной неинвертирующему входу ОУЗ, то есть ее потенциал равен 0, что переводит выходной усилитель ОУ2 в режим инвертирования. Это значит, что выходное положительное напряжение ОУ1 передается на выход с изменением знака полярности, то есть становится отрицательны^.
Регулировку ЦАП начинают с визуального осмотра узлов. Устранив обнаруженные дефекты и убедившись в отсутствии коротких замыканий между токонесущими цепями, приступают к проверке работоспособности узлов ЦАП. Сначала проверяют работоспособность и регулировку выходных напряжений блока питания БП и источника образцового напряжения (ИОН). После этого приступают к проверке каждого разряда. С этой целью на управляющие входы поочередно подаются коды каждого разряда. Показания цифрового вольтметра (ЦВ), подключенного к выходу ОУ1 (точка /), должны увеличиваться примерно вдвое при проверке каждого из последующих разрядов. В случае, если обнаружится не
160
работающий разряд, поиск неисправности начинают в следующей последовательности: управляющий вход, регистр памяти, источник /о, ключ данного разряда, резистивная матрица.
После проверки работоспособности разрядов проверяют работоспособность преобразователя напряжения (ОУ2, ОУЗ). Цифровой вольтметр подключают к выходу ЦАП (точка <?), на вход которого подают код, соответствующий выходному напряжению со значением примерно половины шкалы преобразования. На выходе ЦАП должно быть напряжение положительной полярности, приблизительно равное номинальному (задаваемого кодом). При изменении знака полярности в коде на противоположный выходное напряжение ЦАП также должно изменить свою полярность. Если выходное напряжение не изменяет полярности, следует проверить цепь полярности по управлению (вход, регистр, вход ключа К), а также работу преобразователя (ОУ2, ОУЗ) путем контроля напряжения в точках 1—4.
Для Цвых> 0 значения напряжений должны быть следующие:
Ui> 0;	£А>0.
Для Цвых<0
t/!> 0; Z72«Z74«0; Щх Ut.
При нахождении места неисправности проверяют элементы: ключи Кий, ОУ2, ОУЗ, наличие всех цепей.
После того, как произведена проверка на функционирование, переходят к регулировке ЦАП в целом, которая включает в себя установку нуля выходного напряжения и калибровку (регулировка масштаба). Установку нуля производят в следующей последовательности: для ОУ1 регулировкой У «01», для положительного выходного напряжения — У «0г», для отрицательного выходного напряжения — У «Оз».
Нуль ОУ1 устанавливают при входном коде, соответствующему £/ВЬ1х = 0, путем регулировки потенциометра У «01». Контроль производят в точке 1.
Установку нуля при Пвых> 0 производят регулировкой потенциометра У «0а». Входной код ЦАП при этом соответствует минимальному значению (Лых, при котором еще изменяется его полярность. Регулировкой У «0г» выставляют номинальное значение в соответствии с кодом. Контроль осуществляют на выходе ЦАП (точка 3). Далее изменяют по-лярность'выходного напряжения, не меняя его значения. Регулировкой потенциометра У «Оз» выставляют номинальное значение в соответствии с кодом.
161
После этого повторяют две последние операции для значения
увых = +10ЕМР, ияык = +1ЕМР и UBbn = О, где ЕМР — значение единицы младшего разряда
Калибровка заключается в регулировке масштаба с целью получения
и = и
'-'вых макс ^вых ном
Рис 8 11
Проверка основной погрешности
при включенных всех разрядах.
Предварительно проводят калибровку ОУ1, регулируя потенциометр 7?Oi«A + »- При этом все разряды включены, контроль осуществляется в точке 1 (контролируют положительное выходное напряжение ОУ1).
После этого производят окончательную калибровку потенциометром /?о2« V », контролируя выходное напряжение ЦАП, все разряды которого при этом должны быть включены.
Предел основной погрешности проверяют путем сличения результатов показаний контрольного ЦВ, подключенного к выходу ЦАП, с номинальным значением, задаваемым (чаще всего ручным способом) входным кодом в точ
ках, определяемых техническими условиями на проверяемый ЦАП в нормальных условиях (рис. 8.11).
Значение погрешности для каждой проверяемой точки не должно превышать значения (0,8 значения для приемо-сдаточных испытаний), определяемого классом точности преобразователя.
Значение выходного сопротивления преобразователя определяют при номинальном значении тока нагрузки вверху шкалы выходных напряжений (рис. 8.12) путем измерений
выходного напряжения Uxx при отключенной нагрузке и напряжения UH -при подключенной нагрузке цифровым вольтметром с большим входным сопротивлением. Погрешностью, обусловленной шунтированием сопротивления нагрузки R„ входным сопро-
Зада тш года
Рис 8 12
Проверка выходного сопротивления
162
тивлением вольтметра /?вх цв, пренебрегаем, так как обычно выполняется условие
Лвх цв> 1000/?н
Значение выходного сопротивления ЦАП, определенное по формуле
_ XX н ''ВЫХ	Г,	Л'Н’
не должно превышать значения, указанного в технических условиях на преобразователь. При этом погрешность (изменение выходного напряжения), возникающая при подключении сопротивления нагрузки, не может быть больше значения основной погрешности для данной точки.
Рис 8 13 Измерение времени установления ЦАП а — схема измерения б — временные диаграммы
Практически время установления выходного напряжения ЦАП измеряют по следующей методике (рис. 8.13, а). Выходное напряжение ЦАП подают на устройство сравнения, реагирующее на часть выходного напряжения, которое попадает в зону допуска А, определяемую погрешностью установления ЦАП.
Устройство сравнения выполняется на сдвоенном компараторе типа 521СА1, выход которого подключен ко входу осциллографа. Опорные уровни t/Oi, U02, определяющие зону допуска, задаются внешними источниками опорного напряжения.
Время установления ty определяют при помощи осциллографа. Оно равно времени от момента запуска до момента устойчивого выходного напряжения устройства сравнения (рис. 8.13,‘ б).
Для исследования выбросов и характера процесса установления, а также измерения времени установления, рекомендуется следующая схема проверки (рис. 8.14, а). В ее основу
163
Рис. 8.14 Схема проверки параметров переходного процесса-
1 ~ 1'—С'вых ЦАП в статическом и динамическоу режимах -оответственно,
2 —	— напряжение источника компенсирующего напряжения Е,
5 — UQx — без ограничителя
4 — ^вх — с Учетом ограничения и последующего усиления осциллографом
положен компенсационный метод, при котором выходное напряжение ЦАП компенсируется напряжением компенсации । £/комп| = С/вых, но противоположной полярности. Постоянная составляющая компенсируется аналоговым сумматором на двух резисторах. В результате этого на вход осциллографа подается напряжение Ui (кривая 3), равное нулю в статическом режиме (рис. 8.14, б) или соответствующее величине переходных процессов в динамическом режиме (рис. 8.14, в). Чтобы исключить насыщение усилителя осциллографа и получить возможность наблюдать на экране осциллографа момент вхождения UBM в зону допуска А, динамический диапазон переходного процесса ограничивают при помощи параллельного ограничителя.
Регулировкой смещения (при исследовании амплитуды выбросов) ограничение исключают.
При определении временных параметров осциллограф, установленный в ждущий режим, должен быть синхронизирован запускающими импульсами.
8.4.	Регулировка и проверка
основных параметров АЦП
Регулировка и проверка аналого-цифровых преобразователей и цифровых вольтметров зависит от метода преобразования, который использован в этих устройствах. В качестве
164
примера рассмотрим схему АЦП, в которой применен метод поразрядного уравновешивания (рис. 8.15). АЦП имеет цифровую и аналоговую части. Цифровая часть состоит из регистра сдвига РгСд, основного регистра ОРг, регистра памяти РгП, устройства индикации УИ и устройства управления УУ, в состав которого входят генератор запуска ГЗ, генератор тактовой частоты ГТ, формирователь сброса ФСбр, формирователь записи ФЗ, логический элемент «И» и триггер цикла ТгЦ. Аналоговая часть состоит из устройства сравнения УСр, цифро-аналогового преобразователя ЦАП, источников опорного напряжения И0Н1 и И0Н2. АЦП также содержит блок питания БП, который выдает все необходимые напряжения для питания узлов цифровой и аналоговой части.
Рис 8 15 Структурная схема АЦП поразрядного уравновешивания
Регулировку АЦП начинают с визуального осмотра монтажа отдельных узлов и прибора в целом (базового блока). После этого проверяют объемный монтаж согласно таблицы проводов. При обнаружении дефектов и ошибок в монтаже их устраняют. Затем проверяют и регулируют отдельные узлы в следующем порядке: силовой трансформатор и блок питания; источники опорного напряжения; устройство управления; регистр сдвига РгСд; основной регистр ОРг; регистр памяти РгП; устройство индикации УИ; цифро-аналоговый преобразователь ЦАП; устройство сравнения УСр.
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), блок пита
165
ния проверяют в соответствии с методикой, описанной в подразделах 8.3 и 4.4; работу схемы управления и остальных дискретных узлов — в соответствии с временной диаграммой, приведенной на рис. 8.16. Для проверки временной диаграммы работы устройства управления и регистра сдвига используют осциллограф, синхронизированный от переднего фронта запускающего импульса. При полном соответствии работы узлов устройства управления и регистра сдвига временной
диаграмме проверяют длительность импульса на выходе триггера цикла. Она должна соответствовать значению, указанному в инструкции по настройке, и быть равной времени преобразования АЦП. При несоответствии следует подстроить частоту генератора (ГТ) регулирующими элементами согласно принципиальной схеме.
При отсутствии в приборе аналоговых узлов для проверки работоспособности основного регистра и регистра памяти необходимо ко входу, к которому подключен выход устройства сравнения, поочередно подключать сигнал логического нуля и логической единицы. При этом на каждом разряде регистра ОРг должны последовательно формироваться прямоугольный импульс, длительность которого равна периоду тактовых импульсов, или устанавливаться единичные уровни. На выходе каждого разря-
да регистра памяти соот-Временные диаграммы работы АЦП ветственно устанавливают-поразрядиого уравновешивания	ся нулевые ИЛИ единичные
уровни.
После проверки на функционирование отдельных узлов проверяют работу АЦП в целом. Для этого на вход прибора подают напряжение. Регулировкой напряжения в измеряе
мом диапазоне проверяют включение и выключение каждого разряда, контролируя его значение по устройству индикации или по выходному коду.
После окончания проверки на функционирование переходят к регулировке АЦП в целом, которая включает в себя
следующие операции: регулировку выходного напряжения
166
источников опорного напряжения И0Н1 и И0Н2, установку нуля, калибровку (регулировка масштаба преобразования).
Выходное напряжение И0Н1 и И0Н2 регулируют с помощью регулировочных резисторов согласно принципиальной схеме, а напряжение контролируют цифровым вольтметром. Выходные напряжения положительного и отрицательного источников должны быть равными. Их значения зависят от принятых технических решений.
Установку нуля производят при закороченном входе, то есть при £/вх = 0, регулировкой смещения устройства сравнения, устанавливая на индикаторном устройстве нулевое показание.
Калибровка АЦП заключается в регулировке масштаба преобразования. При этом на вход АЦП подают напряжение, равное номинальному значению диапазона преобразования, и регулировкой «V » добиваются показания устройства индикации, которое соответствует значению входного напряжения.
В качестве примера рассмотрим также регулировку АЦП с весовым интегрированием типа Ф4833. Структурная схема АЦП (рис. 8.17) состоит из аналоговой и цифровой частей. Связи между ними осуществляются с помощью устройства гальванического разделения УГР. После проверки монтажа и устранения обнаруженных ошибок регулируют и проверяют отдельные узлы в следующем порядке: блок питания; цифровая часть прибора; устройство управления аналоговое УУА; устройство гальванического разделения УГР; входной усилитель ВхУ; интегратор И.
Блок питания проверяют в соответствии с методикой, описанной в гл. 4. Кроме этого, для определения качества гальванического разделения аналоговой и цифровой частей прибора, омметром замеряют сопротивление между следующими цепями: аналоговыми и цифровыми цепями питания; аналоговыми цепями питания и аналоговыми экранами; цифровыми цепями питания и аналоговым экраном. При этом сопротивление между указанными цепями должно быть Д- 100 МОм.
Работу цифровой части прибора проверяют в соответствии с временной диаграммой (рис. 8.18).
Временную диаграмму работы цифровой части проверяют с помощью частотомера и осциллографа, который необходимо синхронизировать от переднего фронта запускающего импульса.
При отсутствии в приборе аналоговых узлов структурные связи прибора разорваны, и, следовательно, проверить работу цифровой части полностью невозможно. Для полной проверки необходимо включить регулируемую линию задержки между выходом и установкой нуля «7?» триггера ТгДЗ. Линия
167
Рис 8 17 Структурная схема итерирующего АЦП (тип Ф4^33)
задержки иммитирует работу аналоговой части прибора.
Изменяя плавно время задержки, проверяют индикацию каждого разряда счетчика индикатора и выходного кода прибора. Наиболее простая схема линии задержки приведена на рис. 8.19. Она состоит из двух резисторов /?1 и /?2, конденсатора С1 и транзистора VT1 п-р-п-типа.
В цифровой части проверяют передачу импульса сброса и временных меток через устройство гальванического разделения. При этом для удобства соединяют земляные шины аналоговой и цифровой частей. После этого проверяют устройство управления аналоговое. При отсутствии узла интегратора подключают линию задерж-
Временные диаграммы работы интегрирующих АЦП
ки между выходом триггера
Zr/xi и выходом сравнивающего устройства. Линия задержки
может быть реализована на выходном согласующем транзисторе сравнивающего устройства. Временная диаграмма работы УУА должна соответствовать временной диаграмме, изображенной на рис. 8.18.
Регулировка входного усилителя заключается в проверке коэффициента передачи. При этом на вход усилителя ВхУ подают напряжение 20 мВ и проверяют выходное напряжение на всех поддиапазонах измерения. Выходное напряжение усилителя контролируют интегрирующим цифровым вольтметром. На поддиапазоне 1В его значение должно быть равным 78 мЁ, а на поддиапазонах 2ГЮ, 100 и 20 мВ — соответственно 390, 780, 3900 мВ.
Временную диаграмму работы интегратора проверяют согласно рис. 8.18. Чтобы проверить функционирование АЦП
в целом, на его вход подают регулируемое напряжение и про
Рис 8 19 Схема линии задержки
веряют изменение показания на цифровом табло. После этого переходят к окончательной регулировке АЦП: установке нуля интегратора; установке нуля «>+0<1», «[>—0<]»;
9 270 7
169
калибровке «4- V» и «— V»; регулировке масштаба преобразования на других поддиапазонах.
АЦП регулируют в следующей последовательности:
а)	закорачивают вход АЦП на поддиапазоне 1 В и регулировкой нуля интегратора добиваются поочередного изменения индикации полярности;
б)	подают на вход АЦП Ux — -ф 10 мВ и регулировкой смещения сравнивающего устройства «>4-0<» добиваются показания на цифровом табло 4-0010,0 мВ;
в)	подают на вход АЦП Ux= — 10 мВ и регулировкой смещения сравнивающего устройства «> —0<|» добиваются показания на цифровом табло —0010,0 мВ;
г)	подают на вход АЦП Ux — 1 В и регулировкой « 4~ V » устанавливают соответствующее показание на цифровом табло;
д)	подают на вход АЦП Ux= — 1 В и регулировкой «—V» устанавливают соответствующее показание на цифровом табло;
ж) АЦП на поддиапазонах 200, 100 и 20 мВ калибруют при входном напряжении, соответствующем номинальному значению на отдельных поддиапазонах, регулировкой соответствующих резисторов обратной связи входного усилителя, устанавливая необходимое показание;
з) помехозащищенность регулируют в соответствии со схемой, приведенной на рис. 8.20. На вход прибора на поддиапазоне 1 В подают на вход прибора Ux — 100 мВ и через разделительный трансформатор синусоидальную помеху частотой 49 Гц, амплитудой 2 В и регулировкой резистора интегратора «Уст. Кп» добиваются минимального разброса показаний. После этого определяется погрешность преобразования в точках, определяемых техническими условиями.
Рис. 8.20 Схема регулировки помехозащищенности
Рис. 8.21. Схема проверки предела основной погрешности АЦП
Предел основной погрешности АЦП проверяют в точках, определяемых техническими условиями на проверяемый АЦП (рис. 8.21). Абсолютную погрешность определяют путем нахождения разности показаний проверяемого АЦП и образцового измерительного прибора.
Проверку времени преобразования АЦП проводят по схе-
170
L
ме, приведенной на рис. 8.22. Эта операция заключается в измерении времени от момента запуска АЦП до момента выдачи результата преобразования.
Рис. 8.22. Схема проверки времени Рис. 8.23 Схема определения преобразования АЦП	динамической погрешности
Динамическую погрешность АЦП определяют при входном импульсном сигнале (рис. 8.23). Схема содержит источник постоянного напряжения ИПН, коммутатор К, формирователь временного интервала ФВИ, линию задержки ЛЗ и проверяемый АЦП. Сначала в статическом режиме подают через коммутатор на вход АЦП напряжение, соответствующее номинальному значению поддиапазона. После этого генератор ГЗ запускает формирователь ФВИ и через линию задержки — АЦП.
Рис 8.24.
Блок-схема проверки
входной емкости (а) и осциллограмма
определения о, г2 (б)
При этом на входе АЦП формируется импульсный сигнал, амплитуда которого равна значению постоянного напряжения ИПН. Динамическую погрешность определяют путем нахождения разности показаний АЦП при импульсном входном сигнале и при постоянном входном напряжении.
Проверку входной емкости АЦП производят в соответствии с рис. 8.24. Методика определения емкости основана на определении эквивалентной постоянной времени входной цепи АЦП с входным кабелем и постоянной времени кабеля.
9*
171
При этом входную емкость АЦП определяют по формуле
та —Ti
где та — эквивалентное значение постоянной времени входной цепи АЦП с входным кабелем,
Ti — эквивалентное значение постоянной времени входного кабеля,
7? — сопротивление, включенное на выходе генератора
8.5. Функциональная подгонка АЦП в гибридно-пленочном исполнении
Функциональная подгонка аналого-цифровых преобразователей зависит от метода преобразования, использующегося в этих устройствах. Функциональной подгонке обычно предшествует подгонка пассивных элементов на подложке и последующая термоэлектрическая тренировка с целью повышения стабильности параметров аналоговых узлов АЦП. Для примера рассмотрим схему АЦП поразрядного уравновешивания (рис. 8.25). Она имеет две функциональные части: аналоговую и дискретную. Аналоговая часть состоит из входного повторителя-инвертора ПИ, суммирующего резистора /А, нуль-органа НО, цифро-аналогового преобразователя с источниками тока ИТ1—ИТ14 и делителем токов ДТ. В дискретную часть входят схема запуска Сх3, электронный переключатель режимов запуска П, триггер цикла ТгЦ, генератор тактов ГТ, формирователь стробов ФС, кольцевой
Рис 8 25 Структурная схема АЦП поразрядного уравновешивания
172
счетчик, состоящий из триггеров ТгК1—ТгК14 и регистра памяти, собранного из триггеров ТгР1—ТгР14, логических схем И; ИЛИ1-ИЛИ14.
В конце цикла преобразования выходной код, снимаемый с триггеров регистра памяти ТгР1-ТгР14, будет соответствовать преобразуемому напряжению.
Для упрощения схемы АЦП применен однополярный цифро-аналоговый преобразователь, а для преобразования двухполярных напряжений — входной повторитель-инвертор ПИ, повторяющий положительное входное напряжение 6/х и инвертирующий отрицательное. Принципиальная схема блока ПИ приведена на рис. 8.26. Она построена на трех дифференциальных усилителях DA1—DA3, в качестве которых использованы интегральные дифференциальные усилители
типа К740УД4-1 (в бескорпусном исполнении). Усилитель DA3 работает в режиме повторителя или инвентора, т. е. с коэффициентом передачи + I или — I. Усилитель DA2 предназначен для управления режимами работы усилителя DA3. При положительной полярности входного напряжения на инвертирующий вход усилителя DA2 через R4 и R2 поступает положительное напряжение. При этом на выходе устанавливается отрицательное напряжение, и диод VD2 оказывается в закрытом состоянии, что обеспечивает режим повторителя для усилителя DA3. При отрицательной полярности входного напряжения на инвертирующий вход усилителя DA2 подается отрицательное напряжение, а на его выходе устанавливается положительное напряжение, диод RD2 открывается и через резистор R2 и диод VD2 обеспечивается отрицательная обратная связь данного усилителя. Усилитель DA2 в точке соединения резисторов R4 и R5 поддерживает нулевой потенциал, что обеспечивает работу усилителя DA3 в режиме инвертора. Его выходное напряжение при этом определяется значениями сопротивлений резисторов R3 и R6.
173
Выходной каскад, построенный на транзисторе VT\ и резисторах 7?1—7?9, служит для выдачи сигнала о знаке' полярности входного напряжения.
При положительной полярности входного напряжения транзистор закрыт отрицательным напряжением с выхода усилителя DA2. При отрицательном входном напряжении выходное напряжение усилителя DA2 определяется напряжением на диоде RD2. Следовательно, выбирая соответствующий резистор 7? 8 и /?1, можно управлять транзистором V71.
Диод VD1 и резистор R1 служат для ограничения разбаланса напряжений на входах усилителя DA2, а диод VD3 — для ограничения отрицательного напряжения на базе транзистора VTI. Устойчивую работу усилителя DA2 обеспечивает корректирующий конденсатор С.
Одним из основных узлов, определяющих точность и быстродействие АЦП, кроме повторителя-инвентора и нуль-органа, является ЦАП, выполненный по схеме с суммированием токов.
Для уменьшения влияния отдельных стабилизаторов на общую погрешность выходной ток стабилизаторов ИТ1-ИТ14 (рис. 8.25) выбран одного значения.
Так как к отдельным стабилизаторам предъявляются разные требования (в зависимости от разряда), в преобразователе применяются и различные схемы стабилизации тока: стабилизаторы тока для первых трех разрядов построены на дифференциальных операционных усилителях типа К740УД4-1, а для последующих — на транзисторных сборках типа К129НТ1В.
Конструктивно АЦП выполнен в виде комплекта функциональных узлов (входного повторителя-инвертора, ЦАП и дискретной части АЦП), размещенных в отдельных металлостеклянных корпусах типа К151 и К157. Поэтому проверку его работоспособности и функциональную подгонку каждого узла целесообразно проводить отдельно.
Подгонку сопротивления резисторов производят одним из вышеописанных методов (гл. 7.2). Чтобы добиться высокой точности подгонки пленочных резисторов, используют лазерную подгонку и впоследствии термоэлектрическую тренировку.
Перед функциональной подгонкой визуально осматривают соединительные проводники и резисторы и проверяют их сопротивление (соответствие с технологической документацией) , а также правильность установки дискретных элементов. Измерительный прибор к проверяемым элементам подключают при помощи специальных игольчатых щупов; все работы при этом проводят под микроскопом. Отбраковав и
174
устранив обнаруженные дефекты, приступают к дальнейшей работе. Функциональная подгонка входного повторителя-инвертора заключается в подгонке коэффициента передачи операционного усилителя DA3 в режиме инвертирования. Для этого на вход повторителя-инвертора подают номинальное отрицательное напряжение и подгонкой резисторов R3, R6 обратной связи усилителя DA3 устанавливают выходное напряжение положительной полярности, равным по модулю входному напряжению с точностью ±0,01%. Установку нулей операционных усилителей производят внешними резисторами.
Перед проверкой работоспособности и функциональной подгонкой ЦАП подгоняют сопротивление резисторов делителя ДТ до получения требуемой точности коэффициента отношений сопротивлений, используя цифровой омметр. С этой целью определяют резисторы R и 2R с максимальным значением сопротивления и подгонкой устанавливают коэффициент их отношений, равный 2. После этого производят подгонку остальных резисторов.
Для проверки работоспособности ЦАП на его управляющие входы поочередно подают код каждого проверяющего разряда. При этом показания цифрового миллиамперметра, подключенного на выходе стабилизатора тока ИТ1, при проверке каждого последующего разряда, начиная с младшего, должны увеличиваться примерно вдвое.
Функциональную подгонку ЦАП начинают с лазерной подгонки сопротивления токозадающих резисторов стабилизаторов тока ИТ1—ИТ14 и сопротивления суммирующего резистора /?£. Последний включают в цепь обратной связи внешнего дополнительного операционного усилителя, выходное напряжение которого контролируется цифровым вольтметром. Сначала определяют разряд с минимальным током и к этому значению подгоняют остальные разряды с учетом -коэффициента деления делителя ДТ. Подгоняют суммирующий резистор /?£ при всех включенных разрядах.
Чтобы стабилизировать параметры резисторов повторителя-инвертора, ЦАЦ и их параметры в целом, проводят термоэлектротренировку в рабочем режиме при 333 К в течение 50 ч. Цри этом на вход повторителя-инвертора подают входное отрицательное напряжение, значение которого равно номинальному, а также включают все разряды ЦАП. Дискретную часть проверяют с помощью осциллографа, который синхронизируют от переднего фронта внешнего запускающего импульса. Контролируют также выходные импульсы, которые должны соответствовать временной диаграмме работы дискретной части.
В качестве еще одного примера рассмотрим функциональную подгонку аналоговой (измерительной) части АЦП двух-
175
Рис. 8.28. Временная диаграмма работы АЦП
тактного весового интегрирования (рис. 8.27). На рис. 8.28 приведены временные диаграммы работы АЦП, где указаны сигналы управления ключами, поступающие из дискретной части (высокому уровню соответствует замкнутое состояние ключа, низкому — разомкнутое). Схема работает следующим образом. Во время установки «нуля» (между преобразованиями) замыкаются ключи К2—Кб и при равенстве R3 = = /?4 = 2/?5 на инвертирующем входе интегратора устанавливается напряжение
Vi = КуЦ-0,5ЦОП, где Uon — опорное напряжение, определяемое стабилитроном VD;
Л U, Ку — соответственно напряжение смещения и коэффициент усиления операционного усилителя DA1
Это напряжение запоминается на конденсаторе С1 с помо-
176
щью обратной связи через нуль-орган DA3 и является нуле-
вым уровнем интегратора, построенного на операционном усилителе DA2.
В начальный момент преобразования ключи К2—Кб размыкаются, а ключ К1 — замыкается, и на вход усилителя DA2 подается преобразуемое напряжение Ux. Через время (/ = 30...40 мкс), необходимое для устранения влияния переходных процессов усилителя на погрешность преобразования, ключ КЗ замыкается на 30 мс и происходит интегрирование преобразуемого напряжения. Через 10 мс после замыкания ключа КЗ, замыкается на 10 мс ключ К4, в результате чего
коэффициент передачи интегратора Через 30 мс от начала интегрирования ключи К1 и КЗ размыкаются, а ключ К2 замыкается и, следовательно, первый такт интегрирования оканчивается. Таким образом, формирование трехступенчатой весовой функции соответствует методу, приведенному на рис. 8.29. Через время t3 замыкается ключ К5 и начинается второй такт интегрирования.
В первом такте к входу интегратора подключается напряжение Ui = = Ку(£/х+ A U), а ток через конденсатор интегратора С2 определяется разностью (/2—U\ = KyLG + 0,5 и, следовательно, не зависит от напряжения смещения усилителя DA1 (и от его дрейфа). Во втором такте вход усилителя подключается к общему проводу, а на вход интегратора по-
увеличивается вдвое.
Рис. 8 29. Формирование весовой функции
дается с помощью ключа К5 опорное напряжение, равное Us — Ку A U — Uon относительно общего провода и U3 — U\ = = — O,5t7on по отношению к начальному входному уровню
интегратора.
Напряжение смещения усилителя во втором такте также
не влияет на значение.тока через конденсатор интегратора, т. е. влияние дрейфа напряжения смещения полностью подавляется. Длительность временного интервала второго такта преобразования равна
4£Д-Т0	2
д=——-+— д.
3t/on 3
где То — длительность временного интервала первого такта интегрирования
Постоянная составляющая Тпс=-|-Т0 соответствует напряжению Uх — 0. При положительном входном напряжении
177
Тх> Тпс и отрицательном ТХ<ТПС. Компенсация значения Тпс производится в дискретной части АЦП.
Неинвертирующий вход сравнивающего устройства подключается к положительному напряжению смещения (/см, которое выбирают в зависимости от максимального выходного напряжения усилителя интегратора и максимального входного напряжения сравнивающего устройства. Это позволяет вдвое увеличить размах выходного напряжения интегратора и уменьшить вдвое требования к чувствительности сравнивающего устройства.
Конструктивно аналоговая часть АЦП выполнена в виде тонкопленочной гибридной интегральной микросхемы, размещенной в металлостеклянном корпусе типа К157.
Функциональная подгонка аналоговой части АЦП производится на специализированном стенде, иммитирующем цифровую часть АЦП. При этом имеется возможность внешнего управления ключами KI, К2 и переключения сигналов управления между ключами КЗ, К4.
Сначала производят подгонку резисторов /?1, R2, которые определяют номинальный коэффициент передачи КВОм уси-
Т	TZ ^ВЫХ	Л1 + Л2	й
лителя DA1. Так как КНОм-г,—~	™---> необходимо
определить действительное значение коэффициента передачи Kg и подгонкой резисторов Rl, R2 добиться равенства Kg — Кном- Для этого на вход от калибратора подают UBX = ^ном и цифровым вольтметром измеряют выходное напряжение Цвых неинвертирующего усилителя (DA1). Определив действительное значение Kg, приступают к подгонке сопротивлений резисторов. При Kg> Кном подгонке подлежит сопротивление резистора R2, а при Kg<KHOM — сопротивление резистора /?1, так как сопротивление резистора при подгонке увеличивается.
После подгонки сопротивлений резисторов R\, R2 приступают к подгонке масштабных резисторов интегратора R3— R5. Для этого на вход подают 6/вх=Цном и измеряют 6/вх, фиксируя показание NI индикатора стенда. Потом переключают управляющие сигналы ключей КЗ и К4 и фиксируют показание N2 индикатора стенда. Если А1>А2, подгоняют сопротивление резистора R3, и если Nl<zN2— сопротивление резистора /?4. Процесс подгонки необходимо повторить несколько раз до равенства АИ = А2. Далее приступают к подгонке сопротивления резистора R5. Для этого на вход подают UBK = 0 и фиксируют показания Ао индикатора стенда. Если А0<0, подгоняют R5, и если Ао> 0, повторно подгоняют резисторы R3, R4. Процесс подгонки необходимо повторять до равенства No — 0.
178
После этого проверяют калибровку АЦП. Для этого на вход подают Uвх = Цном и, если показания индикатора стенда не равны значению Цвх, повторно подгоняют сопротивление резистора R1 или R2. На этом процесс функциональной подгонки заканчивается, после чего микросхему подвергают термоэлектрической тренировке так же, как и узлы АЦП поразрядного уравновешивания.
В результате функциональной подгонки указанных выше узлов класс точности АЦП поразрядного уравновешивания равняется 0,1/0,06 в диапазоне преобразуемого напряжения от минус 10 до 10 В, а АЦП двухтактного весового интегрирования он составляет 0,06/0,05 в диапазоне преобразуемого напряжения от минус 200 до 200 мВ.
Глава 9
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖНЫХ
И РЕГУЛИРОВОЧНО-НАСТРОЕЧНЫХ
РАБОТАХ
При выполнении монтажных и регулировочно-настроечных работ необходимо строго соблюдать основные правила техники безопасности.
В процессе регулировки нередко приходится выполнять и монтажные работы, при которых категорически "запрещается принимать пищу и курить в помещениях, где паяют припоями, содержащими свинец; перед обеденным перерывом и после работы необходимо тщательно обмывать руки однопроцентным раствором соды и тщательно мыть их теплой водой; после работы следует принять душ; спецодежду регулярно стирать и хранить на производстве; не реже одного раза в год проходить медицинский осмотр.
На рабочем месте регулировщика существует опасность поражения электрическим током в результате прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением; к обесточенным токоведущим частям с остаточным электрическим зарядом; к металлическим нетоковедущим частям, соединенным (вследствие нарушения целостности изоляции), с токоведущими частями.
Действие тока на организм человека зависит от его силы, напряжения прикосновения, частоты, продолжительности воздействия, пути прохождения тока и индивидуальных особенностей организма.
Различают следующие воздействия электрического тока на организм человека — тепловое (ожог), механическое
179
(разрыв тканей), химическое (электролиз) и биологическое (сокращение мышц, паралич дыхания и сердца).
Токи высокой частоты вызывают ожоги. С уменьшением частоты и увеличением времени воздействия опасность поражения увеличивается. Чем больше значение напряжения прикосновения, тем больше опасность поражения. Безопасным для жизни человека считают напряжение не выше 42 В. Напряжение 220 В и 380 В является источником повышенной опасности поражения электрическим током. Поэтому неукоснительное выполнение и соблюдение правил и требований безопасности резко уменьшают электротравматизм.
Основные требования при проведении регулировочнонастроечных работ следующие:
все доступные для прикосновения токоведущие части оборудования должны быть ограждены;
рубильники и выключатели общего питания должны быть мгновенного действия;
все электрооборудование, а также его части и механизмы, которые могут оказаться под напряжением, подлежат заземлению;
рабочий электроинструмент и лампы местного освещения должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не более 42 В; при необходимости понижения сетевого напряжения 220 В (380 В) до 42 В необходимо применять разделительные понижающие трансформаторы. Использовать с этой целью автотрансформаторы недопустимо.
Основные правила при проведении регулировочнонастроечных работ следующие:
не отсоединяйте заземления, убедитесь в том, что оно имеется во всех необходимых местах, не используйте приспособлений, прерывающих цепи заземления;
не пытайтесь внести изменения в работу схемы защиты, не отсоединяйте систему блокировки, удостоверьтесь, что она работает нормально;
никогда не полагайте, что схема или приборы отключены, проверьте при помощи специального прибора все ли функционирует в соответствии с условиями работы;
не измеряйте напряжения и токи переносными приборами с неисправными щупами;
используйте инструменты, приборы и защитные средства, предусмотренные инструкциями по технике безопасности;
содержите рабочий инструмент, оборудование в хорошем состоянии, используйте его только по назначению;
производите замену неисправных элементов, доработку монтажа или другие работы в схеме прибора только при отключенном питании;
при замене одних элементов другими следите за точным
180
соответствием между ними, т. к. некоторые электроэлементы оказывают решающее влияние на безопасность функционирования изделия;
не пытайтесь работать со сложными схемами или оборудованием до получения специальной подготовки;
перед началом работы снимите кольца, браслеты и другие металлические предметы вашего туалета;
не работайте во влажной одежде;
не работайте при плохом освещении;
не работайте, если чувствуете усталость или сонливость (например, вследствие принятия медикаментов);
помните, что более полные сведения по технике безопасности при работе с изделием находятся в руководстве по эксплуатации или паспорте данного изделия.
При работе с установками сверхвысоких частот можно попасть под воздействие электромагнитного поля, излучаемого генераторами. Наиболее интенсивно излучают электромагнитные волны антенны, открытые концы волноводов, катоды мощных генераторных ламп и др. Работа с аппаратурой СВЧ должна выполняться при строгом соблюдении санитарных правил. Несоблюдение их может привести к расстройству нервной системы, нарушению работы сердечно-сосудистой системы, поражению органов зрения и к другим необратимым функциональным расстройствам, вызванным воздействием электромагнитного облучения.
Правила устанавливают допустимое значение интенсивности облучения и время пребывания в зоне облучения, необходимость применения специальных защитных мер.
В помещениях, в которых проводятся регулировочнонастроечные работы и эксплуатируются устройства СВЧ, не реже одного раза в два месяца проверяют интенсивность излучения. В случае превышения его нормативных значений работа прекращается. Возобновление ее допускается лишь после устранения причины излучения.
Рабочие должны находиться под наблюдением врача и не реже одного раза в год проходить медицинский осмотр.
При выполнении монтажных и регулировочных работ особое внимание необходимо обращать на освещенность рабочих мест, т. к. операции, выполняемые на этих местах, сопряжены со значительным напряжением зрения и внимания работающих.
Соблюдение требований и выполнение правил техники безопасности, регулярное проведение соответствующих мероприятий способствуют повышению производительности труда, качества продукции и сохранению здоровья трудящихся.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Артюшенко В. I. Монтаж радюапаратурн: Пошбник К Техшка, 1978 200 с
Атамалян Э. Г., Портной Ю. В., Чепурнова Ю. Д. Методы и средства измерения электрических вершин. М Высш шк , 1974 200 с
Б а н к М. У. Параметры бытовой прнемно-усилительной аппаратуры н методы их измерения. М Радио и связь, 1982 136 с
Бахтнаров Г. Д., Малинин В. В., Ш к о л и н В. П. Аналого-цифровые преобразователи. М Сов радио, 1980 280 с
Бобровников Л. 3. Радиотехника и электроника. М Недра, 1974 360 с
Гальперин М. В. Введение в схемотехнику. М Энергоиздат, 1982 120 с
Голдованский Б. А., Готра 3. Ю., Матвиив В. И. Резистивные делители для аналого-цифровых преобразователей //Приборы и системы управления 1979 № 11 С 37- 38
Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь типа Ф4833 / Гореликов Н. И., Козицкий М Д., Кочан В. В. и др. //
Приборы и системы управления 1979 № 2 С 20—22
Аналого-цифровой преобразователь двухтактного интегрирования в гибридно-пленочном исполнении / Готра 3. Ю., Голдован-с к и й Б. А., Козицкий А. И. и др. // Приборы и системы управ ления 1983 № 3 С 30—42
АЦП в гибридно-пленочном исполнении // Приборы и системы управ лення 1983 № 10 С 35—36
Готра 3. Ю., Матвиив В. И., X р о м я к И. Я. АЦП с коррекцией динамической погрешности в гибридно-пленочном исполнении //
Приборы и системы управления 1986 № 11 С 25—26
Гутннков В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л Энергия, 1980 248 с
3 а р х И. М. Справочное пособие по монтажу н регулировке радиоэлектронной аппаратуры. Л Лениздат, 1966 448 с
Захаров В. К. Электронные элементы автоматики. Л Энергия, 1975 336 с
Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры / Под ред Р Г Варламова М Сов радио 1972 856 с
Аналоговые интегральные микросхемы: Справ / Б П Кудряшов, Ю В Назаров, Б В Табарин М Радио и связь, 1981 160 с
Любимов Л. И., Форси лов И. Д. Поверка средств электрических измерений: Справ кн / Под ред Т Б Рождественской Л Энергия, 1979 192 с
А. с. 690400 СССР. Преобразователь напряжения В И Матвиив, О Л Николайчук, П П Паскур и др // БИ 1979 № 37
Матвиив В. И. Интегрирующий цифровой вольтметр с повышенной помехоустойчивостью // Приборы и системы управления 1983 № 5 С 23—25
182
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ	3
Глава 1 ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РЭА	5
1 1 Пассивные элементы	5
1 2 Активные элементы	15
Глава 2 ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ РЕГУЛ ИРОВКЕ И НАСТРОЙКЕ РЭА 22
2 1 Основные понятия об измерительной технике	22
2 2 Виды и методы измерений	23
2 3 Погрешности измерений	25
2 4 Обработка результатов измерений	27
Глава 3 ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА	29
3 1 Измерительная аппаратура для регулировки и настройки РЭА (классификация, обозначение)	29
3 2 Классы точности средств измерений	44
3 3 Основные характеристики приборов	45
3 4 Требования, предъявляемые к выбору измерительных при боров	47
3 5 Особенности выбора приборов	47
Глава 4 ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ	51
4 1	Выпрямители	52
4 2	Филотры	55
4 3	Стабилизаторы	62
4 4	Регулировка источников электропитания	75
Гл а ва 5 УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА	79
5 1	Общие сведения	79
5 2	Основные параметры и характеристики усилителей	83
5 3	Обратная связь в уситителях	92
5 4	Регулировка и проверка параметров усилителей	звуковых
частот	95
5 5	Особенности регулировки усилителей высокой частоты	99
5 6	Проверка параметров операционных усилителей	101
Глава 6 ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ	107
6 1	Цифро аналоговые преобразователи	107
6 2	Аналого цифровые преобразователи	112
6 3	Аналоювые узлы ЦА и АЦ преобразователей	119
Глава 7 РЕГУЛИРОВОЧНО-НАСТРОЕЧНЫЕ РАБОТЫ	131
7 1 Назначение, виды и особенности регулировочно настроеч ных работ	131
7 2 Методы поэлементной и функциональной подгонки микро электронных устройств	133
7 3 Характерные неисправности РЭА их признаки Способы отыскания неисправностей	138
183
7 4 Метод локализации неисправностей Поиск неисправностей функциональных групп	140
7 5 Особенности поиска неисправностей в функциональных группах, каскадах, узлах	141
7 6 Проверка исправности основных компонентов электричес ких схем, участков цепи	142
Глава 8	РЕГУЛИРОВКА РЭА	146
8 1	Регулировка радиоприемных	устройств	146
8 2	Регулировка радиопередающих	устройств	155
8 3 Регулировка и проверка основных параметров ЦАП	158
8 4 Регулировка и проверка основных параметров АЦП	164
8 5 Функциональная подгонка АЦП в гибридно пленочном испотнении	172
Глава 9 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖНЫХ И
РЕГУЛИРОВОЧНО-НАСТРОЕЧНЫХ РАБОТАХ	179
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	182
СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Зенон Юрьевич Готра Василий Иванович Матвиив
~ Петр Петрович Паскур
СПРАВОЧНИК РЕГУЛИРОВЩИКА
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Издание второе, переработанное
Редактор М И Швед
Художник Я О Лозинская
Художественный редактор Б Р Пикулицкий Технический редактор Ц А Буркатовская Корректор Л К Шумик
Информ бланк № 1658
Сдано в набор 16 02 87 Подписано к печати 22 09 87 БГ 10635 Формат 84Х 1О8'/з2 Бум типогр № 2 Гарнитура литературная Печать офсетная Усл печ л 9 66 Усл кр отт 9 87 Уч изд 1 10 92 Тираж 60 000 экз Заказ 270 7 Цена 75 к
Издательство «Каменяр» 290008 Львов Подвальная 3
Львовская книжная фабрика «Атлас» 290005 Львов Зеленая 20
Готра 3. Ю., Матвиив В И , Паскур П П
Г74 Справочник регулировщика радиоэлектронной аппаратуры — 2 е изд , перераб — Львов Каменяр, 1987 — 184 с рис , табл
В справочном пособии содержатся сведения о регулировке настройке проверке радиоэлектронных приборов и устройств о технических средствах предназначенных для выполнения этих операции Описываются также требования техники безопасности тр>да при регулировке и настройке радиоэлектронной аппаратуры
2403000000-050 с
1 ----------------Б3.16 5.87
М214(04)-87
ББК 32 844я2 6Ф2.Ц083) УДК 621 396.69(083)