Аппарат Фолля.
Схемная реализация.
Практическая схема измерительного блока получилась несколько громоздкой, но, на мой взгляд, нельзя назвать ее сложной. Основная часть составлена из четырех ячеек, описанных выше, соединенных параллельно. Каждая ячейка настроена таким образом, чтобы соответствовать приведенным в первой части, четырем отрезкам прямых.
Собранная на макете конструкция, показала хорошую долговременную стабильность, поэтому я не ставил никаких элементов подстройки, подразумевающих оперативную регулировку. Единожды настроенный, в дальнейшем, прибор в подстройке не нуждается.
(напряжение питания 9Вольт, потребляемый ток около 3 мА)
Когда напряжение в точке F равно -3 925мВ (нулю относительно земли), все операционные усилители разбалансированы и на выходе имеют напряжение, близкое к нулю (транзисторы нижних плеч выходных двухтактных повторителей ОУ находятся в состоянии насыщения).
Если мы будем плавно уменьшать напряжение в точке F, то в диапазоне напряжений от -3 925 до напряжения -2 491,7 мВ , схема никак не будет реагировать, все операционники по-прежнему разбалансированы, на выходе каждого напряжение близко к нулю.
При превышении напряжения -2 491,7 мВ, операционник А1 получает возможность сбалансироваться и напряжение на его выходе начинает линейно (относительно входного) увеличиваться, стрелка микроамперметра начинает отклоняться.
Так будет продолжаться до достижения в точке F напряжения -1 541,8 мВ (стрелка микроамперметра находится около отметки 20). Далее начинает балансироваться операционник А2 и начинает расти напряжение на его выходе. Теперь, А2 тоже начинает вносить свой вклад в ток текущий через микроамперметр. Так будет продолжаться до тех пор, пока напряжение в точке F не достигнет величины -995,03 мВ , тогда включится в работу операционник А3 (стрелка около 40) и начнет добавлять свой выходной ток в цепь микроамперметра. Аналогично, при достижении в точке F -368,57 мВ подключится операционник А4.
Источник опорного напряжения собран по обычной схеме на регулируемом стабилитроне А3 ( TL431 ). Величина опорного напряжения 3 925 мВ выставляется проволочным подстроечным резистором R14 47kом. Опорное напряжение поступает на инвертирующие входы операционных усилителей и на активный щуп. При измерениях оно используется в качестве точки отсчета.
картинка крупнее -
Настройка. Это наиболее ответственная часть работы, от нее зависит точнось показаний прибора.
Первое, что необходимо сделать, это выставить опорное напряжние 3 925мВ подстроечным резистором R14 (47kом).
Каждую из четырех ячеек удобнее настраивать поотдельности. Для каждой ячейки нужно выставить два параметра: напряжение отсечки и ток через микроамперметр, создающий заданное отклонение стрелки прибора при максимальном значении напряжения на выходе операционного усилителя.
Начинаем с настройки ячейки на А1. {Для этого неодходимо отсоединить выходы остальных ОУ отпаяв резисторы R3, R6, R9, R12}. Первым настраиваем величину тока через микроамперметр, для чего R3 подключаем одним выводом к микроамперметру, вторым выводом к источнику опорного напряжения 3 925 мВ. Изменяя величину R3, добиваемся отклонения стрелки микроамперметра на 61 единицу (ток 61 мкА). Рис. 150:
Аналогично настраиваем ячейки на А2, А3 и А4, подстраивая сопротивление резисторов R6, R9, R12 соответственно; нужно получить отклонение стрелки 19 единиц (19 мкА) для R6, 13 единиц для R9 и 7единиц для R12.
Ориентировочные значения R3 = 64,3k R6 = 206,6k R9 = 302k R12 = 560,7k (Зависит от сопротивления рамки микроамперметра).
Затем, настраиваем напряжение отсечки: восстановив соединение R3 с выходом ОУ, подстраиваем величину R1, так, чтобы стрелка микроамперметра начала отклоняться при напряжении на входе -2492 мВ (при изменении напряжения на входе от -3000 мВ к -2493 мВ). Удобно подключить цифровой мультиметр прямо к выходу операционного усилителя, тогда будет хорошо заметен рост напряжения на выходе уже на уровне одного - двух милливольт — это должно происходить при напряжении на входе 2492 мВ (рис. 151).
Точно также настраиваются ячейки на А2 (напряжение отсечки – 1542 мВ ; настраивается резистором R4), А3 (напряжение отсечки – 995 мВ ; настраивается резистором R7), А4 (напряжение отсечки – 368,6 мВ ; настраивается резистором R10).
Здесь надо заметить, что важно не конкретное значение R1, а соотношение R1/R2. Так, для ячейки на А1 R1/R2 = 1,74 , для ячейки на А2 R4/R5 = 0,647 , — на А3 R7/R8 = 0,34 , — на А4 R10/R11 = 0,104 .
R4/R5 = 0,647 R7/R8 = 0,34 R10/R11 = 0,104
R1 = 360 * 1,74 = 626,4k R4 = 360 * 0,647 = 232.92k R7 = 360 * 0,34 = 122,4k R10 = 360 * 0,104 = 37,44k
Теперь нужно соединить параллельно все ячейки (рис. 149). Соединяем вместе выходы ячеек, т.е. правые по схеме выводы резисторов R3, R6, R9, R12 — они будут коллективно работать на микроамперметр (точнее на сопротивление его рамки) по классической схеме резистивного сумматора.
Объединяем входы ячеек, т.е. левые выводы R1, R4, R7, R10 — на них будет подаваться опорное напряжение 3 925мВ.
Осталось проверить работоспособность аппарата в целом и подстроить токозадающие резисторы. Резисторы, задаюшие напряжение отсечки, т.е. R1, R4, R7, R10 — больше не трогаем.
Сначала подаем между точками B и F напряжение около 3 Вольт — все операционные усилители должны быть в состоянии отсечки (на выходе — ноль), затем плавно уменьшаем напряжение до 2492 мВ — с этого момента должна включаться первая ячейка и стрелка микроамперметра начинает отклоняться. При достижении напряжения 2082 мВ стрелка отклоняется на 10 (мкА), при напряжении 1674 мВ — на 20, поскольку от 0 до 20 в нашей схеме зависимость линейная — имеет смысл устанавливать точку 20, совпадение стрелки с рисками шкалы регулируется подстройкой R3 (дальше его не трогаем). В диапазоне отклонений 30 — 40 ( точки 1358мВ и 1088 мВ — калибруем по точке 1088мВ) подстраиваем резистором R6 (дальше его не трогаем). Диапазон 50 — 70 (точнее попадание стрелки на 70 — 463 мВ ) подстраиваем R9, попадание стрелки на 100 (ноль мВ) — резистором R12.
_________________________________________________________
Компоненты. Подстроечные резисторы проволочные многооборотные типа СП5-2. К1446УД14Р. Микроамперметр М265 (класс точности 1.0) на ток полного отклонения 100 мкА, сопротивление рамки (измеренное) 513 Ом.
Величины сопротивлений, измеренные на макете: R3 = 67,62k R6 = 224,7k R9 = 312,1k R12 = 469,1k
R1 = 618,0k R4 = 236,0k R7 = 127,70k R10 = 38,93k
...
Отредактировано Stern (05.06.2014 06:27)