Известны устройства для усиления малых напряжений постоянного и переменного токов, содержащие коммутатор и усилитель переменного тока. Недостаток подобных устройств состоит в значительном уровне помех, создаваемых коммутатором.
В описываемом устройстве этот недостаток устранен тем, что в нем применен дополнительный коммутатор, служащий для компенсации как внешних, так и внутренних помех, в результате чего чувствительность устройства и точность измерений повышаются.
В описываемом устройстве напряжение постоянного тока сперва преобразуется с помощью контактного, магнитоэлектрического, электронного или иного коммутатора в переменное напряжение, которое затем усиливается усилителем переменного тока. Для подавления внешних и внутренних помех па выход усилителя включают дополнительный коммутатор, работающий синхронно с основным. Посредством дополнительного коммутатора к усилителю поочередно подключают два плеча моста с детекторами. В диагонали моста включен измерительный прибор и накопительная ячейка, в которой полезные сигналы суммируются, а токи, вызванные помехами, вычитаются.
На фиг- 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг .2 -та же схема с источником эталонных сигналов.
Здесь: Е - источник постоянного или переменного тока, напряжение которого усиливается; Е - источник эталонных сигналов; / - сопротивление, эквивалентное сопротивлению источника постоянного или переменного тока; 2 -я 2 - вибраторы двух одинаковых коммутаторов-преобразователей; 5 - входной трансформатор усилителя переменного тока; 4 - усилитель переменного тока; 5 - выходной трансформатор усилителя 4; 6 - переменное сопротивление; 7 - электроизмерительный прибор постоянного тока, например, микроамперметр, постоянная времени показаний которого задается накопительной ячейкой, состоящей из сопротивления 8 и конденсатора 9.
№ 118055- 2 -
Вибраторы 2, 2 отрегулированы нейтрально, т. е. их якори установлены симметрично по отношению к сердечникам и работают синхронно. В те моменты времени, когда замкнуты контакты а, а вибраторов 2 и 2, через трансформатор 3 на вход усилителя 4 подается сигнал постоянного или переменного тока. Этот сигнал трансформируется выходным трансформатором 5, зашунтированным сопротивлением 6, и вызывает отклонение стрелки прибора 7 в определенном направлении- В следующий момент времени, когда замкнуты контакты б,б вибраторов 2 и 2, ко входу усилителя 4 подключено лишь эквивалентное .сопротивление 1 и сигнал на вход усилителя не поступает, так как источник постоянного тока отключен. При непрерывной работе вибраторов 2 и 2 сигналы подаются на вход усилителя каждый раз при замыкании контакта а и а , суммируясь в накопительной ячейке, образованной сопротивлением 8 и конденсатором 9, вызывают интенсивное отклонение стрелки прибора.
В противоположность сигналам помехи, создаваемые самим преобразователем, а также внешние помехи непрерывно поступают на вход усилителя, независимо от того, какой из контактов вибратора 2 замкнут. Помехи этого рода, а также внутренние помехи усилителя (ламповые, тепловые шумы и т. п.) отклоняют указатель прибора 7 попеременно в разные направления. При достаточно большой постоянной времени накопительной ячейки, при наложении сигналов и помех друг на друга указатель прибора 7 отклоняется в одну сторону под влиянием суммы средних значений сигналов и помех + В (где А - уровень сигнала, а В - уровень помехи), а в другую -под влиянием среднего значения одних помех В. Результирующее отклонение прибора будет пропорционально
Если число гп случайных изменений амплитуды и фазы помех в течение промежутка времени Т, равному постоянной времени ячейки 8 и 9, будет больше числа / переключений контактов за время Т, т. е. , то
амплитуду помех в течение интервала времени -г можно считать беспорядочно и случайным образом меняющейся. Поэтому необходимо для расчетов эффективности устройства применять законы сложения случайных величин. Теоретические исследования показывают, что подавление помех будет тем интенсивнее, чем больше ГД/, где Д/- ширина спектра принимаемых частот, обычно определяемая шириной полосы пропускания фильтров приемного тракта- При Т 1 сек. и Д/ 1000 гц достигается ослабление помехи в 20-30 раз.
При усилении всякого рода сигналов переменного тока для эффективного подавления помех необходимо, чтобы 1, где -f-длительность Сигнала .
Недостаток описанного устройства заключается в том, что при пользовании им для измерений постоянных или переменных токов не исключается влияние нестабильности усилителя на точность измерений. Если Т велико (например, 100 сек. и более), то за этот промежуток времени из-за нерегулярных изменений коэффициента усиления усилителя может нарушиться точность калибровки последнего, вследствие чего возникает погрешность при измерениях.
На фиг. 2 показана принципиальная схема устройства, устраняю щая указанный недостаток путем применения нулевого метода измере ння, полностью исключающего ощибки, обусловленные изменением коэффициента усиления усилителя, который в данном случае представляет собой лишь нулевой индикатор.
Схема на фиг. 2 отличается от схемы, представленной на фиг. 1, по существу, лишь наличием в ней дополнительного источника эталонных сигналов Е , в качестве которого может быть использован генератор стандартных сигналов или шумовой диод.
В данной схеме при замкнутых контактах а к а переключателей-вибраторов 2 и 2 на вход усилителя 4 подается измеряемое напряжение сигналов Е, вызываюш;ее отклонение стрелки прибора 7 в определенном направлении; в следующий момент времени, когда замкнуты контакты б и б , на вход усилителя 4 подается напряжение от источника стандартных сигналов или шумов, вызывающее отклонение стрелки прибора 7, обратное по направлению тому, которое вызывается измеряемыми сигналами. При непрерывной работе переключателей баланс моста, а Следовательно, отсутствие отклонения указателя прибора 7, достигается при Е Е .
Процесс измерения сигналов состоит в точной установке баланса моста и измерении напряжения на выходе стандартного генератора (или шумового генератора), соответствующего балансу. Так как усилитель 4 в данной схеме выполняет функции нулевого индикатора, ошибки измерений, происходящие из-за нестабильности усилителя и нарушения калибровки последнего, полностью устраняются.
Предмет изобретения
1.Устройство для усиления малых напряжений постоянного и переменного токов, содержащее коммутатор, преобразующий, в случае усиления постоянного тока, постоянный ток в переменный, и усилитель переменного тока, отличающееся тем, что, с целью подавления как внешних помех, так и собственных помех в преобразовательно-усилительной части устройства, применен дополнительный коммутатор, включенный на выход усилителя, работающий синхронно с коммутатором на входе последнего и служащий для попеременного подключения к его выходу двух плеч моста с детекторами, содержащего в диагонали измерительный прибор и накопительную ячейку, в которой сигналы суммируются, а токи, вызванные помехами, вычитаются.
2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью применения его для измерения напряжений постоянного и переменного токов и и исключения влияния нестабильности усиления на точность измерений, к входу усилителя, используемого в качестве нулевого индикатора, при помощи коммутатора попеременно с источником измеряемого напряжения подключается источник эталонных сигналов.
Приоритет по п. 2 - от 17 января 1956 г.
№ 118055
Фиг-I
Фиг. 2
