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今天给大家拆解一下祖国版的HP3400。
交流毫伏表大家都见过,闲鱼几十块钱一个,
可能只有那种双针,和测到10μV的才能勾起你的兴趣。
真有效值测量也很容易实现,ADI的有效值转换芯片应用在
很多手持万用表,可能一两百就可以拥有一个。
可是如果有那么一个表呢,可以在10Hz到10MHz进行真有效值测量,
波峰因数为10还可以正确读数,甚至波峰因数达到100时仍可以显示。
而且这些在上个世纪六十年代就实现了。
大家可以去微博观看大佬的HP3400的拆解图。
这个是祖国版的HP3400,我当时看到时,
很想知道国产的真空热电偶是啥样的,但是搜不到资料。。
这个表型号为DA30,是苏州电讯仪器厂的产品,
在网上仅有的资料显示这个表是在上个世纪70 80年代,
苏州厂生产的。可能是有一些资产变动,现在
属于百神科技。百神科技官网显示,这表“军品级”,
打开之后果然是军工级操作,请往下看。。。
此外屁股后面写着2002.7生产,距今20年了。
废话不多说,这是打开后两面的布局。
可以看到生产日期,还有一个铁壳子罩住了变压器。
通常来说万用表的交流测量最简单的办法就是平均值检波,
包括老式的指针表,以及福禄克那种低端15b,17b都是
用二极管啥的变换成直流,但是表显示的是有效值,
比如指针表测量220V 50Hz交流电,表针偏转了一些,指示到了
某个地方,虽然这个响应式平均值响应但是指示的数字是~220V。
这就造成了一个问题当你测量的不是正弦波,但是有效值为220V
,表是平均值响应,那么指示的值就有可能偏大或者偏小。
前面提到了波峰因数,波峰因数指的是最大值与有效值之比。
另外一个词叫波形因数,是有效值与平均值之比。不要弄混。
电源部分,上古整流桥。和平牌电容挺好看的,不过似乎不生产了。
三个校准电位器旋钮,带锁紧的。
BNC输入进来后,进入一个聚四氟乙烯的小板子。
电位器和电容分别是高频和低频校准。
左边的铁盒子内部是衰减器,懒得打开了。。
这里已经可以看出,果然是军工级操作,
都是小姐姐给你焊上的,不对应该是大娘。
表头,应该是定做的,内磁的,不知道是不是张丝,
游丝可能性大,不过我测试后发现线性度极好,
除了0.7V右边的部分,偏大不到半格,
其他左边的部分基本算是刀刀压线。
上面讲到了平均值响应,如果想要获得有效值,
通常有下面几种办法:
1.二极管平方率检波
2.热电转换
3.真有效值芯片
4.采样计算
第一种方法是利用二极管的曲线,在低端类似于平方
,通过一个或两个拟合出一个平方曲线,来进行测量。
真有效值芯片就是经过乘法器自己乘自己,这样就平方了
然后再积分开方啥的,输出直流。
采样计算就不多说了,与ADC和算法有很大关系。
右上角的小盒子就是真空热电偶对的位置。
另一侧。
经过衰减器后,通过那根黑线到达这边的视频放大器,
那个可调电容是10MHz校准。我与HP3400对比了里面的阻容,
几乎是一致的,但是由于上古版本的HP3400使用的是
电子管作为输入阻抗变换所以用到了75V,为了不浪费,
也用到了这里,由于这个用的是正负15V电源,所以
为了工作点正常,修改了一些阻容。
视频放大器讲信号放大后输入到了,小盒子中其中一个热电偶里。
少了一张图,军品级骚操作,背面焊线到斩波放大器板。
然后这边是斩波放大器。
上古惠普用的是光电斩波器,这里用的是4047和
JFET实现的。后期的惠普就使用了集成电路了。
包括视频放大器以及,斩波放大器,还有一个电压跟随的输出。。
2002年还用这些上古元件的原因就是,懒得改了。
还库存几十斤三极管一直没用呢。
测量一下10M有源晶振,
指针在哆嗦。。。似乎测不出。
占空比为1%左右,幅值为4V的脉冲,
测的还是很准确的。
下面看一下小盒子的内部。。
打开后,两个热电偶是用海绵分别包裹的。
这个上面写了个100.
另一个写着75,引脚线似乎是特氟龙的
结构和惠普使用的是一样的,四个引脚,
电阻丝缠在热电偶上,十字交叉。
关于两个热电偶是否要隔离还是在一起,
我认为是应该处于一个差不多的环境,
如果你仔细观察HP的内部,两个热电偶的“-”端
是用点焊近距离接在一起的,肯定会更容易
传导热量。
这台DA30,并没有惠普指针响应的那么快,
可能是因为热电偶或者斩波放大器的原因。
最后说下原理,用的是一个所谓的自平衡桥。
两个圆圈是真空热电偶,
圆圈里面左边的电阻丝,右边是热电偶。
上面一个热电偶的电阻丝负责交流输入。
两个热电偶的“-”端相连,然后“+”端分别接到了
斩波放大器的输入,放大器输出接到了下面
热电偶的电阻丝。由于增益很高,
所以两个热电偶“+”端,相差电压很小。
假设已经处于平衡状态,AC输入值增大,
这样电阻丝会发热,上面热电偶电压也会
增大,这时直流放大器会调整输出,
使放大器输入端一致,这样就实现了
交流输入与直流输出产生的效果一致,
完成了交流到直流的RMS转换。
大家可以到B站观看我拍的视频。。
【可以测到10MHz的真有效值电压表(祖国版HP3400)】
https://www.bilibili.com/video/BV1Ga411S7eM
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