GB——9型电子管毫伏表的原理和使用

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电子管毫伏表输入阻抗很高,输入电容很小,测量频率范围较宽,灵敏度也较高。常用来测量频率高、频带宽、功率很小的交流电压。本文介绍一下G\(_{B}\)—9型电子管毫伏表的工作原理与正确地使用方法。

主要性能指标

①测量电压范围:可测从1毫伏至300伏的正弦交流电压,量程共分十档,即10毫伏、30毫伏、100毫伏、300毫伏、1伏、3伏、10伏、30伏、100伏、300伏。

②测量频率范围:从25赫至200千赫。

③输入阻抗:频率为1千赫时,输入电阻大于500千欧,输入电容小于40微微法。

④测量基本误差:以50赫为基准时,不超过各量程满刻度值的±2.5%。

⑤频率响应特性:以1千赫为基准时,频率特性曲线的不均匀性,在25赫至50千赫频率范围内不超过±2.5%,在50千赫至200千赫的频率范围内不超过±7.5%。

⑥仪器消耗功率不大于25瓦。

电路原理简介

G\(_{B}\)—9电子管亳伏表是一种放大—检波式电子管电压表,用来测量正弦交流电压的有效值,仪器方框图如图1。整个电路由输入分压电路、两级放大电路、检波指示电路和电源整流电路组成。图2是毫伏表的电原理图。

图1
图1 🔍原图 (885×236)
图2
图2 🔍原图 (1640×1215)

①检波指示电路

如图2所示,检波指示电路包括由双二极管6H2并联组成的闭路峰值式检波电路、100微安磁电式表头、静流补偿电路。它是利用二极管6H2的单向导电特性,将被测电压检波后,再用100微安表头测量检波后电路中的直流成分,根据指针偏转的大小就可表示出被测正弦交流电压的有效值。

图3为检波指示电路的单独电路。图中6H2为检波管,C\(_{21}\)为隔直耦合电容,R32和C\(_{18}\)组成滤波电路,用以消除通过表头的脉动高频部分,使通过表头的电流更平稳,R32和R\(_{33}\)同时也是检波管的负载电阻。

图3
图3 🔍原图 (642×362)

在检波管6H2的灯丝电源接通后,虽无输入被测电压,但由于阴极发射一部分初速较高的电子,能够克服空间电荷的电场影响而到达屏极,形成静止屏流I\(_{A}\),如图3虚线所示。这个电流流过表头,使仪表在未进行测量时指什就偏转一个角度,影响仪表的准确性,为了抵消IA的影响,采用补偿静流的电路,如图3所示。该电路由R\(_{34}\)、R35和电位器R\(_{36}\)(面板上“零点调整”旋钮)组成,屏极直流电压经R35降压后,再由电位器R\(_{36}\)取出适当补偿电压,经R34形成补偿电流I\(_{K}\)而流过表头,其方向与IA相反,调整R\(_{36}\)可使IA=I\(_{K}\),当没有输入电压时,表头指针指示为零。

②两级电压放大电路

为了提高仪表的灵敏度,在检波指示电路前加了两级电压放大,加图2所示。它是由两只6J1电子管组成的两级阻容耦合放大器。被测交流信号由R\(_{22}\)输入管子G1的栅极,R\(_{22}\)的作用是防止产生高频寄生振荡。R23、C\(_{11}\)和R31、C\(_{15}\)分别是G1和G\(_{2}\)的屏极去耦电路;R24、C\(_{14}\)和R29、C\(_{17}\)分别是G1和G\(_{2}\)的帘栅极降压电阻和去耦电容。它们既保证了供给G1和G\(_{2}\)的屏极、帘栅极所需的平稳直流电压,同时也给交流信号有足够的旁路,防止其通过公用电源而造成低频寄生振荡。G1和G\(_{2}\)的栅负偏压分别由阴极电阻R21、R\(_{28}\)上取得,C12和C\(_{16}\)为阴极旁通电容。(图中R26、C\(_{14}\)和R30、C\(_{17}\)相接处应接地)。

被测交流信号由G\(_{1}\)放大后,经C13耦合到G\(_{2}\)的栅极,再经G2放大后由隔直耦合电容C\(_{21}\)耦合到检波指示电路中去。

在G\(_{2}\)的屏极电路中接有电感L,是为了改善高频段增益特性的,G2的帘栅极电压由R\(_{29}\)、R30组成分压电路供给,使其直流电压更加稳定。

负反馈电阻R\(_{25}\)与G1的阴极电阻串联,使G\(_{1}\)产生局部电流负反馈,同时在R25上又取得G\(_{2}\)输出的部分电压,构成电压负反馈。反馈的途径由G2的屏极,经隔直流电容C\(_{21}\)以及G3而到R\(_{25}\)。由于电路中采用了负反馈,就改善了放大器的增益频率特性,降低了放大器内部干扰,并使放大器的增益因电源变化和更换电子管等影响而发生的变化减小,从而提高了增益的稳定性。

③输入分压电路

由于真空管毫伏表的电压测量范围由10毫伏至300伏,而放大器的增益是恒定的,在表头满度指示时,放大器的输入电压(即G\(_{1}\)栅极上所加的电压)约为10毫伏左右,因此必须采用输入分压电路,来扩大量程,本仪器共分十档。图2中C1、C\(_{2}\)至C10及R\(_{1}\)至R19等元件组成高阻抗不平衡式输入电路。C\(_{1}\)的作用是隔断被测电路中的直流电压,以免影响放大器G1的工作状态。R\(_{1}\)至R19为输入分压电阻,当量程转换开关置10毫伏档时,被测交流电压直接输入至G\(_{1}\)的栅极,不进行分压。当量程转换开关置100毫伏档时,被测交流电压加在R2和R\(_{17}\)串联电路上,由于R17R\(_{2}\)+R17=1;10,因此R\(_{17}\)两端电压(即放大器的输入电压)仅为被测电压的\(\frac{1}{10}\),而其余9;10降在分压电阻R2上,使量程扩大10倍,即从10毫伏扩大至100毫伏。其余各档也是用同样的方法扩大量程的。

电容C\(_{2}\)至C10是各档高频补偿用的,以抵消G\(_{1}\)电子管的输入电容和布线电容对分压电路的影响,保持换档正确,从而改善频率响应,其数值在出厂前调整配定,一般约为几个微微法。

④电源整流电路

电源整流电路是由电源变压器、整流管6Z4、及滤波器C\(_{19}\)、R37、C\(_{2}\)0等组成,如图2所示。电源变压器的初级绕成两个平衡的线圈,通过仪表面板上的转换开关可以接成串联或者单独使用,以适应市电电压220伏或110伏供电情况。电源变压器次级高压线圈的输出电压,供给6Z4(G4)作全波整流,然后经过C\(_{19}\)、R37、C\(_{2}\)0组成的滤波电路供给各电子管的屏极与帘栅极电压。低压线圈输出交流6.3伏电压供给G1、G\(_{2}\)、G3的灯丝和指示灯,该线圈并联一个电位器R\(_{38}\),并且将中心点接地,是用来使灯丝电路对地平衡,从而降低灯丝中的交流杂音的影响。

使用方法与注意事项

①接通电源以前的准备工作:检查电源变换110/220伏开关的位置(如图4所示)是否与电源电压相符。让仪表面板与地平面垂直地放置,以免增加读数误差,然后调整表头的“机械零点调整”螺丝,使指针指示零点,再将仪表标有“符号的输入端子接上良好的地线,这样可以消除人体电位或其它仪表所引起的寄生耦合而带来的测量误差。

图4
图4 🔍原图 (863×659)

②将两个输入接线端子短路后,接通电源预热15分钟左右,使仪表达到稳定的工作状态。调节仪表面板上的“零点调整”(R\(_{36}\))旋钮,使表头指针指示零点,然后将输入端断开,并将仪表量程转换开关拨到所需要的测量范围,即可进行测量。当变换量程范围后应重新进行零点校准。

③当使用仪表较高的灵敏度档(毫伏级档)进行测量时,应先接上地线端,然后接另一输入端子,测量完毕拆线时则应先断开不接地的输入端子,然后再拆地线,以避免当人手触及输入端子时,交流市电通过仪表的输入阻抗及人体构成回路,使表头指针打表。同时测试的连线应尽可能缩短,也可使用金属隔离线,以减少外来的感应引起的测量误差。

④用该仪表测量交流市电时,量程转换开关放在300伏档,然后先将仪表的接地端子接市电的中线,再将另一输入端子接市电的火线。注意不要接反了,倘若按反会把电源短路。

⑤GB—9型毫伏表的输入端为一端接地的高阻抗不平衡式输入电路。若被测的电路是平衡式的,则不适宜用该仪表进行直接测量。

⑥GB—9型毫伏表可以作为电平表使用,由于该仪表的输入阻抗是高阻抗,而且表面分贝数是按阻抗显600欧姆时的电压电平值进行刻度的,所以直接使用时,仅适合于被测点阻抗为600欧姆时的高阻抗测量(即跨接测量)。

当被测点的阻抗为600欧姆而进行高阻抗测量(即跨接测量)时,可将该仪表的输入端子直接跨接在被测点两端,但需注意地线端子不能接反。被测点的实际电平分贝数为表面指示的分贝数和量程转换开关所标的电平分贝数的代数和。例如毫伏表的量程转换开关放在30毫伏(-30分贝)档,这时表面指针指在+2分贝,则该点的实际电平值=(-30分贝)+(+2分贝)=-28分贝,其余类推。

若在被测点的阻抗为150欧姆的电路上进行高阻抗测量,则按上述方法测量出该点的电平值以后,还要加上+6.07分贝,才是该点实际的电平值。

当用毫伏表作低阻抗电平测量(即终端测量)时,应在该仪表的输入端子上并联一只等于被测点阻抗的电阻,如600欧姆或160欧姆,即可按上述方法测量被测点的实际电平数值。

⑦25赫以下或200千赫以上频率的交流电压,不宜用GB—9型亳伏表来进行测量,因为该仪表的放大器频带宽度不够,否则带来很大的测量误差,非正弦脉冲电压GB—9型毫伏表也不能进行测量,因为该仪表表面上的刻度是按正弦电压有效值进行刻度的。(刘龚衡)