Селективный усилитель низкой частоты
В каждом устройстве, выполняющем функцию вольтметра, есть встроенная мера напряжения. Это может быть нормальный элемент, газоразрядная лампа, но чаще всего - интегральный ИОН или дискретный стабилитрон. В силу того, параметры п/п приборов имеют существенный разброс, перед установкой в изделие они проходят отбраковочные испытания, в ходе которых оцениваются такие параметры, как температурная и временная нестабильность напряжения стабилизации, размах или спектральная плотность напряжения шума и др. Иногда, отбраковка даёт сбой и на выходе неудачливый потребитель получает прибор с заведомо худшими параметрами, чем большинство выпускавшихся до этого. А ещё приборы выходят из строя или не проходят поверку, в том числе из-за деградации параметров встроенной меры напряжения. Хорошо, если это гарантийный случай или хотя бы ремонтопригодный силами сервисного центра. А если нет?
Кейс №1: Несколько лет назад я приобрёл для дома, для семьи новый вольтметр В7-78/1 у официального дистрибьютора. Поэксплуатировав прибор какое-то время, я понял, что не смотря на формальное соответствие всем параметрам описания типа, вольтметр этот по кратковременной нестабильности показаний примерно в 4 и более раз уступает другим аналогичным. Т.к. вольтметр сдавать в ремонт нет оснований, а нужен мне он чисто для хобби и в сфере ГРОЕИ не будет используется, я устранил проблему самостоятельно, предварительно локализовав источник нестабильности путём измерения вышеописанным селективным усилителем размаха напряжения шума интегрального ИОН типа VRE310 и сравнения с даташитом.
Кейс №2: Превеликое множество широко распространённых у радиолюбителей советских вольтметров типа В7, В1 и др. имеют в своём составе опорный элемент в виде прецизионного термокомпенсированного стабилитрона. Стоит ли говорить, что длительное хранение этих приборов под 30 и более лет с момента выпуска зачастую сводит на нет результаты электротермотренировки стабилитронов, проводившейся на заводе. Самый простой выход в этом случае - замена. Но вопрос, на что менять? Вот к примеру, результаты оценки размаха напряжения шума 41 стабилитрона, которые предполагалось использовать в том числе для ТО и восстановления старых вольтметров и калибраторов. Как говорил ослик Иа: "Жалкое зрелище… Душераздирающее зрелище… Кошмар!"
Ещё один пример - исследование наличия в шумовом спектре т.н. телеграфной составляющей. Ниже приведён график выходного напряжения ИОН, состоящего из термостатированного интегрального стабилитрона LM399, ШИМ на attiny25 и RC фильтра с ОУ. Резкие случайные всплески амплитудой 5-10 мкВ не позволяют полноценно использовать этот ИОН по назначению и в подавляющем большинстве указывают на единственную причину - стабилитрон.
Я ничтоже сумняшеся меняю стабилитрон на новый и... телеграфный шум, не повезло :( Меняю снова... опять же самое. Я перепробовал 6 стабилитронов, каждый раз убеждаясь в наличии всплесков. Не веря в то, что все мной опробованные стабилитроны подвержены этому недугу, а собрал "стенд" из балластного резистора и источника питания и селективным усилителем перемерял стабильность всех стабилитронов, включая исходный. Графики чистые, аки слеза. После этого я методично проверил ОУ, модулятор, даже прошивку и источник питания как возможные причины формирования телеграфного шума. Всё бестолку. Пока не дотумкал протестировать... тонкоплёночные 1%-ные 100 кОмные резисторы фильтра. И таки да, чудо случилось, помеха исчезла.
А теперь по делу.
Шумовая полка усилителя при к/з входе примерно 0,12 мкВ. Siglent своим источником питания всё же привносит синфазную помеху, т.к. на батарейном PDS5022S было чуть лучше, около 0,09 мкВ.
Ку усилителя чуть менее 500 тыс. При касании входной к/з заглушки пальцем возникающая при этом термоЭДС уносит осциллограмму в небеса. Требуется несколько десятков секунд, пока температура выравняется.
Поэтому все подключения желательно только короткой витой парой и все места соединений, пайки, сам объект испытаний защищать тканью, поролоном и т.п. от конвективных потоков.