Анализатор аудиоискажений

За годы работы в разных компаниях у меня всегда был доступ к высококачественным аудиоанализаторам THD (Total Harmonic Distortion). Я нашел их очень полезными для проектной работы, отладки и ремонта аудиооборудования. Моя нынешняя компания не нуждается в них, и, следовательно, они не включены в их арсенал тестового оборудования. Часто он мне нужен, но я никогда не мог позволить себе его купить, даже подержанный. Я подумал, что это будет стоящим проектом, поэтому в следующей статье будет описан мой опыт и все подробности о том, как его построить, если вы того пожелаете. Как я уже говорил, некоторые коммерческие устройства обладают невероятным уровнем производительности, но нужен ли нам такой уровень? Мы все видели рекламируемые характеристики 0,001% THD или даже выше на некоторых аудиоусилителях, что является отличной дизайнерской работой, но, вероятно, излишним для большинства слушателей. К настоящему времени вы можете видеть, что характеристики «без искажений» усилителя были на несколько порядков заглушены другими компонентами в цепочке. Теперь самое важное: вы заметите, что до этого момента я не упоминал отдельное слово ЗВУК. Усилители воспроизводят электрические сигналы, а динамики преобразуют их в физические звуковые волны. Однако — пока — никакого звука не было произведено. Если сильно напрягать слух, то можно обнаружить искажения до 1%; может приближаться к 0,5% — МОЖЕТ БЫТЬ! Помимо этого уровня, это может быть 0,5% или 0,0005%, и я не слышу разницы. Я ценю хорошую музыку и хорошие звуковые системы и чувствую, что 99,9% слушателей попадают на мой уровень дискриминации в этом отношении. Анализаторы искажений подают синусоидальную волну с низким уровнем искажений на вход тестируемого устройства, а затем извлекают этот сигнал где-то ниже по потоку от этой точки. Сигнал подается на очень резкий режекторный фильтр, который обнуляет только исходную частоту синусоиды. Все, что осталось, — это продукты искажения; шум и гул, создаваемые в ИУ. Этот уровень сравнивается с уровнем извлеченного сигнала перед фильтром и преобразуется в числовое значение, процентное значение, число в децибелах или любое другое желаемое значение и отображается на дисплее. Мой анализатор состоит из трех основных узлов: платы генератора с низким уровнем искажений, содержащей три генератора синусоидальных колебаний с номинальными частотами 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц; плата режекторного фильтра из трех фильтров, соответствующих этим генераторам; и панель управления с соответствующими элементами управления на передней панели. Плюс, конечно, источник питания. Элементы управления на передней панели адекватны, но не слишком чрезмерны, так что работа выполняется быстро и легко. Весь пакет умещается в небольшом корпусе и при правильном подходе к покупке может быть построен относительно дешево. Я построил внутренние компоненты на четырех отдельных платах и ​​советую вам сделать то же самое, так как это значительно упрощает сборку и тестирование. Платы: генератор, фильтр, управление и блок питания. На этой плате есть три отдельных синусоидальных генератора; номинально 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц, как показано на рисунке 1 . Я потратил довольно много времени на изучение осцилляторов, но ни один из них не удовлетворил мои потребности. Стандартный стиль моста Вина относительно стабилен и чист, но для правильной работы требуется лампа накаливания (или другая автоматическая коррекция амплитуды).

РИСУНОК 1. Плата осциллятора.

В прошлые годы лампочки были доступны в любом размере и стиле, которые только можно себе представить, но сегодня они практически исчезли с рынка. Те, что остались, довольно дорогие и могут даже не быть доступны для точного нужного. Они также потребляют много тока, что вызывает проблемы с нагрузкой. На верхнем уровне выбора находятся проекты, построенные с использованием принципов переменных состояний, которые обеспечивают превосходную производительность. Однако для достижения наилучших результатов следует использовать чип, предназначенный именно для этой цели. Чип представляет собой UAF42 и продается по цене 17 долларов за штуку. Таким образом, три встроенных микросхемы генератора будут стоить 51 доллар только для начала, и им все еще потребуется изрядное количество вспомогательных схем — просто слишком дорого. Я вспомнил схему генератора, которую использовал в прошлом: менее известный генератор «Бубба». С технической точки зрения, это буферный фильтр четвертого порядка с каскадом усиления, соединенный в замкнутый контур. На практике это генератор, использующий четыре RC-цепи, которые изолированы друг от друга, чтобы обеспечить фазовый сдвиг на 180 градусов. Благодаря буферизации каждого каскада RC они полностью изолированы друг от друга. Это делает конструкцию и эксплуатацию намного проще и понятнее. Единственным требованием является соблюдение определенных правил, известных как критерии Баркгаузена (показаны на рис. 2 ). Проще говоря, для любого заданного линейного синусоидального генератора схема должна иметь коэффициент усиления, равный единице, и фазовый сдвиг на 360 градусов для каждого прохождения сигнала через контур. В схеме Bubba схема фазового сдвига использует четыре отдельные RC-цепи, каждая из которых вносит фазовый сдвиг на 45 градусов, что в сумме составляет 180 градусов. Инвертирующий усилитель добавляет дополнительные 180 градусов фазового сдвига, что в сумме дает 360 градусов. Это удовлетворяет половине критериев.

РИСУНОК 2. Критерии Баркгаузена.

Для сдвига RC-цепи на 45 градусов импеданс ветви R должен быть равен импедансу ветви C на данной частоте. Амплитуда на его стыке составит 0,707 от входного уровня (проигрыш). Если мы умножим 0,707 само на себя четыре раза, последний этап теперь будет иметь уровень 0,2401 входного сигнала. Это соответствует потере 4,165. Рисунок 3 представляет собой схему генератора. Поскольку все три осциллятора расположены одинаково, для этого требуется только один отпечаток со значениями компонентов для каждого, показанными в правом верхнем углу. Я знаю, что любой осциллятор с тегом «Бубба» не внушает особой уверенности в своей способности работать очень хорошо, но верно как раз обратное. При правильной настройке он имеет низкий уровень искажений, приближающийся к 0,1%, и отличную стабильность — не так уж и плохо для RC-генератора. Единственным его недостатком является настройка в широком диапазоне, требующая четырех потенциометров вместо R1-R4, которые должны настраиваться одновременно и очень точно отслеживать друг друга.

РИСУНОК 3. Схема шасси.

Опять же, это не проблема в этой конструкции (фиксированная частота). Как описано ранее, он следует правилу Баркгаузена фазового сдвига и усиления. Компоненты с R1,C1 по R4,C4 устанавливают фазовый сдвиг на 180 градусов, необходимый для всех каскадов IC1, обеспечивая превосходную буферизацию. IC1a обеспечивает необходимое усиление, чтобы покрыть все потери через фазовращающую схему. Усиление, требуемое в IC1a, имеет решающее значение и может несколько варьироваться от одного генератора к другому из-за допусков компонентов, диэлектрических потерь и паразитной емкости. По этой причине для охвата всех основ требовался триммер усиления с большим значением. На рисунке 1 вы заметите, что эти триммеры (белые) установлены и работают на одном обороте. Это немного усложняло регулировку, и с тех пор они были заменены на 25-оборотные потенциометры, как показано на схематической диаграмме. Эта схема потребует небольшого диапазона настройки частоты, чтобы компенсировать все допуски компонентов. Это достигается на последнем RC-фильтре на выходе IC1d. 2K Freq Adj и Null Pot вместе с R4 изменяют постоянную времени, чтобы исправить все восходящие ошибки в допусках компонентов. Этот потенциометр 2K является грубой регулировкой и после установки не требует дополнительной настройки. Нулевой потенциометр, расположенный на передней панели, предназначен для точной настройки, чтобы максимально нейтрализовать основную частоту, когда прибор находится в тестовом режиме. Обратите внимание, что нулевой потенциометр является первым сопротивлением в этой цепочке и подключен к выходу IC1d. Это помещает довольно большой компонент и связанную с ним проводку, которая склонна к улавливанию шума, в среду с низким импедансом, которая ослабляет большую часть наводки. Вы можете ожидать выходной сигнал 5,5 В PP, но он зависит от отдельных генераторов. Также обратите внимание, что IC2 на рис. 3 помечен звездочкой и указан как необязательный. Так как я хотел иметь легкий доступ для переделки плат, которая может понадобиться из-за того, что схема будет перемещена в ее окончательное место и компоновку, провода от выхода к шасси были оставлены довольно длинными и связаны в жгуты и шнуры. Эти провода выходят прямо из тракта фильтра, что делает их уязвимыми для случайных наводок и шумов, которые могут присутствовать. По этой причине позже я изолировал их через встроенный буферный чип (не показан на рис. 1 ). Если схема была такова, что здесь использовались короткие жесткие выводы, сформированные вдали друг от друга в процессе пайки, или потенциометры и переключатели припаивались непосредственно к печатной плате, то выходы генератора можно было бы просто снимать непосредственно с фильтра, как показано пунктиром. линии, тем самым устраняя IC2. Он использует три секции счетверенного операционного усилителя; неиспользуемый усилитель подключен как повторитель с заземленным плюсовым входом, чтобы он оставался тихим. Помеченные частоты генератора 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц предназначены только для удобства, так как вам придется пройти через множество обручей, чтобы получить их правильно по деньгам. К счастью, тестируемый аудиоусилитель не знает и не заботится о том, чтобы эта частота немного отличалась от заявленной, если она находится рядом с выбранной частью звукового спектра; 5% так или иначе приемлемы, и мои были в пределах 1,5% от цели. Резисторы 1% металлопленочные и достаточно стабильные. Конденсаторы 5% керамические типа COG, и они настолько хороши, насколько это возможно. У них очень низкий температурный коэффициент около 30 PPM/градус C. Кроме того, они обладают высоким качеством звука (да, колпачки могут вызывать искажения звука), что в приложениях для аудиоусилителей может остаться совершенно незамеченным, но когда дело доходит до приложений для инструментов, каждый небольшое улучшение становится важным. COG здесь ключевое слово. В действительности допуск резистора в 1% недостаточно близок; даже 0,1% сомнительно, поэтому триммеры - единственный способ собрать все это вместе для желаемой работы. Как и на плате генератора, на этой плате есть три отдельных фильтра, как показано на рисунке 4 . Я обдумывал, какой тип фильтра я буду использовать в этом приложении, и остановился на типе «Twin-T» из-за его превосходной способности режекции. Это также фильтр «без потерь», что означает, что все частоты, кроме интересующей, проходят без затухания, что упрощает проектирование схемы. Единственным его недостатком является то, что его трудно настроить в широком диапазоне частот, но опять же, для этого приложения это не имеет значения, поскольку он всегда видит фиксированную частоту. Однако для окончательной настройки его можно настроить в очень узком диапазоне частот.

РИСУНОК 4. Плата фильтра.

Режекторные фильтры — это всего лишь версия обычных фильтров верхних частот, нижних частот и полосовых фильтров, которые мы все видели. Тем не менее, есть некоторые предостережения, которые необходимо принять для этого приложения. На рисунке 5 показаны различные результаты для режекторного фильтра, настроенного на частоту 1000 Гц; На рис. 5А показаны фильтр нижних частот и фильтр верхних частот с несколько разнесенными частотами спада. Если использовать знакомую формулу зависимости полосы пропускания от центральной частоты для определения «Q» (коэффициент качества), этот фильтр имеет низкую добротность, но обратите внимание, насколько глубокой может быть полоса подавления. Глубина режекции режекции — это точка, в которой вертикальный наклон каждого фильтра пересекает друг друга и нейтрализует любое дальнейшее падение режекции. Также обратите внимание, что точка -3 дБ в колене фильтра находится на частоте 2000 кГц. Это было бы неприемлемо для тестирования THD, поскольку оно начинает ослаблять вторую гармонику (2 кГц) основной гармоники 1 кГц и будет отображать тестовое показание этой гармоники на 3 дБ ниже, чем то, что действительно происходит в этой точке.

РИСУНОК 5. Характеристики фильтра.

 Давайте добавим более высокую добротность, сдвинув эти два фильтра ближе друг к другу, как показано на рисунке 5B . Здорово! Теперь у нас есть хорошая ровная характеристика в точке 2 кГц, которая не ослабляет вторую гармонику. Но посмотрите, что случилось с выемкой. Пересечение склонов теперь намного выше, а глубина выемки неприемлема. Так что, как и во многих электронных разработках, здесь необходимо найти компромисс. Регулируя Q (как показано на рисунке 5C ) так, чтобы отклик фильтра был таким, что верхняя часть колена едва касалась части спектра 2 кГц и не влияла на отклик второй гармоники, но все же давала приемлемую режекцию, мы достигли оптимальной точки. Оказывается, что Q находится в районе 2,4, и оптимальные значения сопротивления были рассчитаны как R4 и R5 на схеме фильтра для достижения этого. Эти графики и коэффициенты справедливы для всех фильтров; только частоты меняются. На рис. 6 показана схема платы фильтра. Для простоты нарисован только один, а значения отдельных компонентов для каждого фильтра показаны в правом верхнем углу. Схема довольно проста: два квадранта операционного усилителя используются для реального фильтра, а два других используются в качестве буферов для внешнего мира.

РИСУНОК 6. Схема фильтра.

Фильтры Twin-T работают как источник с низким импедансом на входе и работают с высоким импедансом на выходе, поэтому две секции операционного усилителя здесь работают идеально. Как и в плате генератора, обязательными являются металлопленочные резисторы 1% и керамические конденсаторы COG 5%. Опять же, требуемые допуски более жесткие, чем доступные компоненты, поэтому требуется несколько триммеров. Значения выходной ветви R2, C2 фиксированы, а потенциометр 2K «Leg Adj» предназначен для регулировки постоянной времени входной ветви, чтобы она соответствовала выходной ветви. Регулятор 2K Pillar Adj. заключается в том, чтобы отрегулировать вертикальную ногу, чтобы соответствовать. Как уже упоминалось, IC1a является входным буфером, а IC1b обеспечивает высокий импеданс для выхода фильтра и управляет резистивным делителем R4, R5. Этот делитель применяет оптимальный уровень выходного сигнала фильтра для управления IC1c, который используется в конфигурации «самозагрузки». Думайте о бутстрэппинге, как о том, чтобы схватиться за ремешки собственных ботинок, а затем подтянуться как можно выше, чтобы стать выше. Нелепо, я знаю, но это единственная упрощенная аналогия, которую я мог придумать, как самозагрузка, повышающая уровень производительности надрезов, что на самом деле является типом обратной связи. Эта схема также устанавливает добротность фильтра. IC1d просто буферизует всю сборку для выхода во внешний мир. Затем этот вывод отправляется через конфигурацию переключения и непосредственно на считывающее устройство: осциллограф, измеритель и т. д. Компоновка шасси, показанная на рис. 7 , представляет собой готовое устройство. Здесь все платы, переключатели и элементы управления связаны друг с другом.

РИСУНОК 7. Шасси.

Ссылаясь на принципиальную схему на рисунке 8 , платы генератора и фильтра показаны только в блочном формате, поскольку их схемы представлены на рисунках 3 и 6 соответственно. Это упрощает общий дизайн этого прибора и дает более четкую компоновку конструкции. IC1, IC2 и связанные с ними компоненты составляют плату управления, показанную в центре рисунка 7 . Плата генератора и плата фильтра расположены на противоположных сторонах корпуса, и каждая из них имеет свой собственный переключатель.

РИСУНОК 8. Схема шасси.

Печатная плата генератора будет иметь три провода на генератор (всего девять), выходящие из платы: по два для управления NULL и по одному для выхода. Частота теста выбирается переключателем SW1: трехполюсным/трехпозиционным бесфланцевым переключателем с надписью OSC SELECT. SW1a и SW1b соединяют регулятор NULL с выбранным генератором; SW1c соединяет выход с платой управления на IC1a и усиливается в два раза. Это повышает уровень 5V PP до 10V PP. Это было произвольно выбрано для получения уровня, который может понадобиться в любой конкретной ситуации. Этот уровень можно поднять до более высокого уровня, уменьшив R2. Тем не менее, я бы не стал поднимать выше 15 В PP в этот момент (R2 = 6,2 К), потому что мы не хотим вносить какие-либо искажения. Этот уровень удерживает размах напряжения значительно ниже уровня питания чипа. Этот выход питает регулятор уровня 50K, а рычаг стеклоочистителя подается на IC1b: буфер для разъема OSC OUTPUT. При подключении к неуказанной нагрузке всегда рекомендуется добавлять небольшой последовательный резистор в выходной провод, чтобы поддерживать стабилизацию буфера в любых условиях, которые могут возникнуть, особенно при нагрузках с высокой емкостью. Я рассчитал 50-100 Ом для резистора R3 и остановился на 51 Ом только для того, чтобы импеданс источника соответствовал стандартному значению. Выходной сигнал этой ступени должен поддерживаться на уровне не более 2 мА; это соответствует минимальной нагрузке 200 Ом на V PP, т. е. нагрузке 1000 Ом/максимальному сигналу 5 В PP. Плата фильтра будет иметь два провода на фильтр (всего шесть), выходящие из платы: по одному на вход и по одному на выход. Частота фильтра теста выбирается переключателем SW2b: двухполюсным/трехпозиционным бесфланцевым переключателем с надписью FILT SELECT. SW2b направляет выбранный выход в одно положение переключателя TEST/SET SW3. Выход открыт в положении SET и закрыт в положении TEST. SW2a выбирает тот же вход фильтра и подключает его к выходу IC2b. IC2b — это усилитель с коэффициентом усиления 10X. Это усиление необходимо, когда доступный сигнал, подаваемый на разъем FILT INPUT, ниже, чем требуемое 10V PP, необходимое на входе платы фильтра. Желаемый уровень устанавливается регулятором P2 INPUT LEVEL, который, в свою очередь, подается с выхода IC2a: буфер с входного разъема. SW4 выбирает входной сигнал напрямую или для больших входных сигналов ослабляет его в 10 раз с помощью резистора R4 серии 91K. Весь пакет представляет собой малобюджетную систему усилителя/аттенюатора, способную работать с широким диапазоном уровней сигнала, который может присутствовать на входном разъеме. SW3 в положении SET позволяет установить входной уровень фильтра на 10,0 В PP, который будет здесь стандартным уровнем для тестирования. Фактическое тестирование выполняется в положении TEST (подробнее об этом позже). Полюс SW3 подключается к разъему BNC на задней панели и соединяется экранированным мини-кабелем, заземленным только с одного конца. Резистор R8 сопротивлением 100 Ом используется для тех же целей, что и для разъема OSC OUTPUT. Вместо того, чтобы размещать этот резистор на плате управления со всей проводкой туда и обратно, я просто закопал его с помощью термоусадочной трубки в разъем кабеля. Для измерения емкости отключите выходные провода и вставьте оголенные штекеры типа «банан». Мост крышки ведет прямо через них. Измерения не очень точны, но они будут последовательными и должны работать нормально для целей сопоставления. Как объяснялось ранее, вам нужно сначала собрать печатную плату фильтра, но вы можете установить эти компоненты на макетную плату без пайки до окончательной сборки. Таким образом, вы сможете легче ориентироваться на целевой частоте. Просто используйте один TLO84 и меняйте компоненты после проверки каждого фильтра. Замена этих микросхем почти не влияет на работу схемы. Я не могу не подчеркнуть: используйте металлопленочные 1% резисторы и керамические конденсаторы COG! Если вы работаете с избытком конденсаторов, как это сделал я (перезаказ), выберите те из них, которые наиболее близки к целевым значениям и максимально соответствуют. Используйте лучший из них на выходе фильтра (C2). C3 всегда в два раза больше C1 или C2. Самый простой способ получить это значение — запараллелить два значения конденсатора ветви. Установите все триммеры на средний диапазон. В идеале, когда окончательная настройка будет выполнена, эти горшки будут находиться в центре 1/3 их диапазона сопротивления. По мере продвижения вы можете проверить свой прогресс с помощью осциллографа и аудиогенератора. Отметьте окончательную частоту режекции каждого фильтра, когда закончите, и не беспокойтесь о его производительности на этом этапе; просто быть на стадионе. Все немного изменится при перестройке на окончательной печатной плате. Теперь вы можете разложить и набить монтажную плату, оставив 6-дюймовые свободные выводы для последних соединений шасси. Проведите последнюю проверку, отметьте частоту и отложите ее на время. Плата осциллятора будет следовать той же процедуре, но проверка будет немного другой. Ваши целевые частоты для этого теперь соответствуют частоте фильтра, которую вы ранее отметили. Когда все триммеры установлены в средней точке, подключите регулятор NULL, установленный в среднюю точку, или резистор 250 Ом к соответствующим выводам. На этом этапе лучше всего добавить TLO82 на макетную плату, подключенную в качестве буфера к выходному проводу генератора для хорошей изоляции от тестового оборудования. Подключите осциллограф и счетчик к выходу буфера. Первое, что нужно проверить на дисплее осциллографа, это то, что осциллятор действительно работает. Если все подключено правильно, но вы не видите здесь никаких действий, вероятно, необходимо отрегулировать потенциометр усиления, так как он может находиться в положении ниже минимального усиления. Вы должны увидеть «чистую» синусоидальную волну 5-6V PP на дисплее прицела. Измерьте частотный диапазон, регулируя потенциометр 2K Freq Adj от одного крайнего положения до другого, и сделайте пометку. В идеале, вы будете на месте с этим банком и нулевым банком прямо в центре. Однако маловероятно, что это будет так. Если вы находитесь в крайнем положении с одной или с другой стороны и все еще не соответствуете действительности, значение R4 необходимо будет отрегулировать вверх или вниз, чтобы установить желаемую частоту в центр вращения потенциометра. Установите входной уровень фильтра на 10V PP. Подключите осциллограф к выходному проводу фильтра. Теперь пришло время сыграть в «тэг, ты и есть» между двумя досками, поскольку каждое улучшение на одной доске позволит улучшить другую. Во-первых, настройте генератор на правильную частоту, чтобы увидеть, как он входит в область выреза на плате фильтра. Работайте медленно, так как выемка довольно острая, и вы можете незаметно прокручивать ее. Продолжайте до самого низкого показания. Затем отрегулируйте вход платы фильтра Leg Adj, а затем Pillar Adj. Повторите два еще раз. Вернитесь к плате генератора и настройте частоту. Для схемы требуется регулируемый постоянный ток ±12 В при токе 70 мА (включая контрольную светодиодную лампу на 10 мА). Подойдет любой трансформатор с отводом от середины, способный подавать 30-40 вольт при таком токе и с номинальной мощностью 3 ВА. Я только что выбрал один из своего барахла, но здесь подойдет Tamura 3FD-436. Это питает диодный мост, причем два источника питания подаются от плюсовой и минусовой точек отбора постоянного тока моста. Каждый провод имеет заземленный конденсатор емкостью 1000 мкФ (соблюдайте полярность). За ним следуют регулятор 7812 для положительного питания и регулятор 7912 для отрицательного питания. Добавьте конденсаторы 10 мкФ и 0,1 мкФ на выходы каждого источника питания, и он готов к работе. Я предохранил вход линии питания на 1/8 ампера. Если вам нужна помощь с этим, я могу предоставить распечатку вместе с другой информацией. Установите платы в шасси, используя стойки 1/2 дюйма, элементы управления на передней панели и подключите их, как показано на рис. 8 . Сначала проверьте правильность работы всех органов управления. Затем подключите осциллограф к выходному гнезду фильтра. У меня разъем BNC, расположенный на задней панели. Положите свой аудиогенератор обратно в шкаф, потому что с этого момента маловероятно, что в вашей лаборатории будет более чистая синусоида, чем те, которые вы только что построили. Установите переключатели SELECT в положение 100 Гц OSC/100 Гц FILTER. Установите переключатель SET/TEST в положение SET и подключите короткий экранированный соединительный кабель от выходного разъема OSC к входному разъему FILT. Отрегулируйте уровень, видимый на прицеле, ровно до 10 В PP. Переключитесь в положение TEST. Вы должны увидеть сигнал низкого уровня на осциллографе. Вам, вероятно, потребуется увеличить чувствительность во время работы. Повторите тот же процесс калибровки, что и раньше, выполняя настройку генератора, а затем настройку фильтра. Повторяйте до тех пор, пока не обнулите сигнал как можно ниже. Теперь медленно уменьшайте уровень усиления генератора, пока генератор не перестанет работать. Вы будете видеть устойчиво более глубокий нуль, поскольку вы делаете это из-за того, что сигнал становится «чище». Чем меньше усиление в осцилляторе, тем чище будет сигнал, но и меньше будет стабильность, вплоть до полного затухания. Теперь медленно увеличивайте усиление до тех пор, пока осциллятор не оживет. Сначала вы можете увидеть очень медленное нарастание, пока оно не стабилизируется. Это пороговая точка между чистотой и стабильностью. Сдвиньте этот регулятор немного вперед, чтобы обеспечить стабильность. Повторите это для всех трех комбинаций осциллятор/фильтр, а затем оставьте его включенным на весь день. Каждые несколько часов уделяйте пять минут проверке операции, чтобы убедиться, что все еще работает правильно. Возможно, вам придется отрегулировать нулевое значение для минимального отображения диапазона или вам, возможно, придется увеличить контроль усиления, если осциллятор дрейфовал вниз и умер. Выполняя эти проверки, убедитесь, что вы всегда видите 10,0 В PP в положении SET. Это опорный уровень для всех тестов и измерений искажений. Поначалу эта схема может показаться слишком критической для надежной работы. В конце концов, мы имеем дело с одноразрядными омами и миллигерцами. Однако, как только окончательная калибровка завершена, он достаточно стабилен. С помощью короткого соединительного кабеля, соединяющего выход генератора с входом фильтра, он проверяет работу всего устройства в одном тесте. Любое изменение стабильности любого из них будет отображаться как увеличение обнуленного уровня. Я несколько раз запускал это весь день на испытательном стенде и в конце дня видел очень мало изменений в показаниях. В худшем случае можно отрегулировать регулятор NULL на четверть оборота, чтобы вернуть выходной сигнал к минимуму. Пока я говорю о нулевом потенциометре, он не обязательно должен быть 500 Ом, так как подойдет любое значение от 200 до 500 Ом. Просто проще использовать при тестировании на заявленном значении. Безусловно, наиболее важной регулировкой является регулировка усиления генератора. Слишком большое усиление, и чистота синусоиды ухудшается; слишком мало усиления, и стабильность ухудшается. Я смог добиться уровня искажения синусоидальной волны до 0,03% с помощью регулировки усиления. Однако это слишком сильно расширяет пределы стабильности, поэтому я решил снизить уровень искажений примерно до 0,1% для более надежной работы с точки зрения стабильности. Пока я говорю о регуляторе усиления, было бы проще настроить его, если бы он был подключен таким образом, чтобы вращение по часовой стрелке увеличивало усиление, поэтому любые дальнейшие регулировки дадут вам понять, в каком направлении двигаться — больше усиления/меньше усиления. При таком подключении сопротивление горшка будет уменьшаться при вращении по часовой стрелке. При тестировании всегда следите за тем, чтобы уровень синусоиды был установлен ровно на 10,0 В PP, если смотреть в положении SET. Я хотел, чтобы здесь был высокий уровень, так как он также повышает нулевой уровень для облегчения считывания и простой математики. Например, ноль 100 мВ PP (отношение 100:1) = 1% или 10 мВ PP (отношение 1000:1) = 0,1% искажения. Подумайте об уровне от DUT, подаваемого на входной разъем фильтра, так как 18V PP здесь является максимальным в режиме 1X. За пределами этого уровня может возникнуть искажение IC2a; намного выше этого уровня повредит его. Вот почему я включил переключатель 10X/1X SW4, который позволяет использовать входные уровни, приближающиеся к 150 В PP. Тем не менее, ошибки при переключении могут быть допущены, поэтому для защиты от зажима на вход ОУ были добавлены D1, D2 и R5. Глубина режекции фильтра близка к 80 дБ (< 0,01% от основной частоты), а содержание гармоник генератора можно отрегулировать до менее 0,03%. Однако, как уже упоминалось, для более стабильной работы я отрегулировал их регуляторы усиления примерно до 0,1% (-60 дБ), показывая остаточное значение 10 мВ PP на выходном разъеме в условиях самопроверки. Это устанавливает пол для тестовых измерений на уровне 0,1%. Любые показания, превышающие эти, являются искажением, вызванным ИУ, а показания ниже уровня пола не будут измеряться менее чем на 0,1 %, даже если ИУ не произвело искажения. В этом случае ИУ создает искажения 0,1% или менее. Это показание уже превышает мои проектные требования, поэтому независимо от того, насколько ниже фактическое искажение ИУ, оно не может быть решено этим прибором и не будет иметь значения для наших тестов, кроме как «похвастаться». Источник чистой синусоидальной волны вместе с некоторыми операционными усилителями более высокого качества (на ум приходят OPA-4134 из прошлого опыта) может снизить вышеуказанные уровни до нижнего предела измерения, возможно, -80 дБ (0,01%). Эти чипы представляют собой замену контактов, но потребляют гораздо больше энергии, чем TLO84, повышая требования к току до 150+ мА, но упомянутый трансформатор TAMURA может справиться с этим. OPA стоят около 5 долларов за штуку, не говоря уже о стоимости чистого синусоидального генератора, что увеличивает стоимость конструкции. Стоит ли оно того ради дополнительной производительности? После того, как эта рукопись была завершена, я поэкспериментировал с фильтрующей платой, чтобы посмотреть, какие улучшения я мог бы внести. Изменив несколько значений некоторых компонентов, я смог улучшить глубину режекции фильтра до -85 дБ и снизить уровень искажений примерно до 0,005%. 

Детали

Примечание . Ключевой характеристикой этих резисторов является TC (температурный коэффициент). Я искал самые низкие из тех, что смог найти. Это детали сквозного отверстия; Я не знаю, могут ли детали SMD соответствовать этим спецификациям. Эти детали довольно дороги и добавят около 8-9 долларов к общему списку деталей.

ЗАГРУЗКИ

скачать