Überprüfung der Liearität eines Meßverstärkers

[Gegse]

MoinMoin.

Hier frage ich mal in die Runde:
Hat jemand einen Tip und Erfahrung,
wie die Linearirät eines Meßverstärkers
zu überprüfen ist?
Es handelt sich um den Transistorteil des Röhrenvoltmeters
MV-20 von Präcitronic (Schaltbild vorh.).
Der dreistufige Transistormeßverstärker ist
dem Röhrenvorverstärker nachgeschaltet.
Die drei Transis sind Germaniumtransis,
und die könnten -dem Vernehmen nach- "gealtert" sein.
Die Skalenlinearität ist nicht mehr korrekt einstellbar.
Um herauszufinden, wer von den beiden Verstärkern
denn nun nicht linear arbeitet, müßte ich mal nachprüfen.
Wie macht man das?
Danke und Gruß,
gegse.-

 

[barclay66]

Hi,

wenn Du eine Verstärkerstufe vereinfacht darstellst sieht sie ja ungefähr so aus:

IN O-------|>-------O OUT

Du musst dann nur den Signalbereich des Eingangs feststellen (z.B. 0-50 Volt). Dann brauchst Du noch eine Signalquelle, die den Signalbereich in bekannten Schritten durchläuft (z.B. 1 Volt / Schritt). Wenn Du jetzt am Ausgang das Signal misst, müsste der Quotient zwischen Ein- und Ausgangssignal (also Ausgangswert geteilt durch Eingangswert) bei jedem Schritt konstant bleiben. Ist dies nicht der Fall, ist demnach die Verstärkung nicht linear. In einem Diagramm eingetragen (Eingang auf X-Achse, Ausgang auf Y-Achse, Punkte verbinden) müsste eine gerade Linie (=linear) oder eine krumme entstehen...

Gruß
barclay66

 

[BurningSilicon]

man sollte auf jeden fall geeichte meßtechnik verwenden... ansonsten misst man unter umständen die abweichungen des verwendeten messgeräts.

 

[Gegse]

Guten Abend.

Vielen Dank für Eure Nachrichten.
Ja, so ungefähr hatte ich mir das auch schon vorgestellt.
(Ich hätte nur kurz noch daran gedacht, ob es da so was wie einen "Tracking-Generator"
(meine Erfindung ist das jetzt) gibt-oder den man sich dann baut, um diese Stufungen vornehmen zu können.
oder einen Kennlinienschreiber dazu zweckzuentfremden...)
Ja, genau, und das Teil müßte eben geeicht sein für die mVolt-Schritte...

Findige Leute (ich nicht) und Leute, die dann gerne mit PC arbeiten
(ich erst recht nicht) könnten dann vielleicht noch 'n
"Quotienten-Berechnungsprogramm" da ransetzen...
hmmm...-

(Hinweis in eigener Sache:
ich mach' immer so Einiges parallel...wenn ich die Nase von einem Projekt voll habe, sprich k.o. bin,
erhole ich mich für eine Weile dann bei einem nächsten, lieber barclay66...).
Tausend dank für Eure Hinweise!
Gruß, Gegse.-

 

[barclay66]

ich mach' immer so Einiges parallel...wenn ich die Nase von einem Projekt voll habe, sprich k.o. bin,
erhole ich mich für eine Weile dann bei einem nächsten, lieber barclay66

Hi,

so haben sich bei mir auch meine ca. 10 laufenden (und 20 vergessenen) Projekte angesammelt...

Gruß
barclay66

 

[Bertl100]

... wer kennt das nicht.

Und ich bleib guter Hoffnung, dass ich irgendwann mal alles anstehende aufgearbeitet habe .-)

Gruß
Bernhard

 

[Gegse]

Guten Morgen.

Ach soo! also, jetzt bin ich ja beruhigt;
ich dachte schon, ich bin ja völlig daneben!

Aber noch mal zurück zu der Meßaufgabe:
Einen Kalibrator für mV und Volt habe ich ja sogar (Burster),
aber mir kam gestern Nacht (äh) noch diese Idee:
"Stufenweises Spannungsmessen"- d.h. doch aber im Grunde genommen:
Einfach ein Sägezahn!
Und diesen Sägezahn an den Eingang des zu messenden Verstärkers legen,
(entsprechende Spannungsdimensionierung),
gleichzeitig diesen Eingangs-Sägezahn auf Kanal 1 im Oszilloguck darstellen,
und gleichzeitig das am Ausgang des Verstärkers entstehende Produkt
-wie auch immer das aussehen mag-
am Kanal 2 des Osz. damit vergleichen.
Die absoluten Spannungen sind doch eigentlich egal;
es käme ja nur auf den Vergleich der beiden Teilkurven des Sägezahns an-
quasi eine Art "Kennlinie".
Wenn es Ausgangsseitig (immerhin) eine Gerade wäre,
wäre der Verstärker immerhin doch schon mal linear (oder nicht?)-
Und wenn dazuhin noch der Winkel von Eingangs-und Ausgangsseitigem
Sägezahn gleich wäre, wär's doch der Idealfall ?
(Oder habe ich da 'nen Denkfehler drin?)
Wär' das nicht was?
Muß ich mal ausprobieren.

 

[barclay66]

Hi,

klar! So geht das natürlich auch. Je nach Frequenz des Sägezahns könnte so auch festgestellt werden, welches die Grenzfrequenz des Verstärkers ist. Kommt man in deren Nähe, müssten sich die oberen und unteren Spitzen des Sägezahns immer mehr abflachen...

Gruß
barclay66

 

[Gegse]

Wunderbar!

Also kann ich ja doch ein bißchen Sinnvolles Denken.
Werde ich ausprobieren, und mal sehen,
ob sich durch (ggfs.) Wechsel der Germaniums was ändert.
(Denn, wie ich ja kürzlich erfahren habe,
altern ja die Germanium-transis.).

Herzlichen Dank!.
Gruß, Gegse..-

 

[Gegse]

So, jetzt weiß ich ein wenig mehr.
Das Gerät ist ja auf den ersten Blick ganz überschaubar-
erweist sich jetzt aber durchaus als trickreiche Ingenieurskunst!
In der Schaltungsbeschreibung steht u.a.Folgendes:

"Die Verstärkung erfolgt im Wesentlichen in einem dreistufigen Transistorverstärker,
dem ein zweistufiger Röhrenverstärker zur Erzielung des hohen Eingangswiderstandes
als Impedanzwandler vorgeschaltet ist. (klar)
Beide Verstärker besitzen eine starke Gegenkopplung,
in die auch das Gleichrichtersystem einbezogen ist ;
sie bewirkt große Verstärkungskonstanz sowie Skalenlinearität
und damit hohe Meßgenauigkeit.(...) "
also: die erste Gegenkopplung erfolgt hier über die Versorgungsspannungen:
Der Röhrenverstärker liegt am Plus-Flügel,
der Transistorteil liegt am Minus-Flügel.
Eine virtuelle Mitte wird davon durch kleine C's erzeugt.
Aber jetzt: Mit "Gleichrichtersystem" ist der Meßgleichrichter gemeint,
der nach dem dritten End-Transi das Drehspulinstrument versorgt.

Hier beginnt es diffizil zu werden:
Zwei der vier Dioden (klassischer Gleichricher) sind durch Widerstände ersetzt,
die zusammengeführt werden,
und von dort ein Signal geleitet wird zur Basis des
ersten Anfangstransistors (!).
Es besteht hiermit eine Art Rückkopplung zum Verstärker-Eingang (!).
Dort ist dann zu beobachten, daß eine Spitze des eingespeisten Sägezahnsignales
wie "hineingestaucht" wird in den Rest des Signales-
Und genau diese Rückkopplung bewirkt aber, daß der ganze Verbund
eben nicht mehr linear zu arbeiten scheint; am Ausgang des verstärkers erscheint dann
letztendlich kein Sägezahn mehr, sondern was ganz Komisches
mit einer Art ausgehöhlten Mitte.
Also, ich hoffe mal, daß ich jetzt hier im Forum nicht zuviel Platz beansprucht habe-
aber hat einer eine Idee, wie denn diese Art einer Rückkopplung gemeint sein könnte,
gerade um "Linearität" zu sichern?
Ein stark reduziertes pos-neg-Signal, also Gleichspannungshaltig, wirkt wie ein
"Bias" am Eingang...wozu?
Bitte um Vergebung, wenn ich hier den Rahmen sprenge.
Alles Liebe, Gegse.

PS: wen es interessiert, dem kann ich auch ein Schaltbild mailen.

 

[Bertl100]

Hallo,

also ich wäre an dem Schaltplan interessiert!!

Zwecks gemeinsamer Fehlersuche!

Gruß
Bernhard

 

[barclay66]

Hi,

me three...

Gruß
barclay66

 

[Bertl100]

Hallo Gegse,

ja, interessante Schaltung!

Mit der Gegenkopplung über die Betriebsspannung bin ich mir nicht so ganz sicher.
Immerhin sind da 5µF parallel zur Transistorstufen-Versorgung.
Und die beiden Stabidioden sollen das ja auch noch glätten (D1, D2).

Die Gegenkopplung des Transistorverstärkers ist - obwohl die Gleichrichterdioden mit drin sind - eine AC-Gegenkopplung.
Aber interessant geschaltet!

Nun, was hast du denn schon alles überprüft? Hast du alle Spannungen der Transistorstufe nachgemessen?
Meine ersten Verdächtigen wären alle Elkos, angefangen von den 5µF der Versorgung (c, der Koppel-C C5, C1, und auch der Emitterelko C4.
Wenn einer Schluß/Feinschluß hat, verzieht es alle Spannungen, und die Aussteuerbarkeit wird unsymmetrisch.
Ebenso kann die Versorgung bei höheren Strömen in T3 (bei höheren AC-Amplituden) einknicken, wenn C5 Kapazitätsverlust hat.

Gruß
Bernhard

 

[barclay66]

Meine ersten Verdächtigen wären alle Elkos...

Hi,

Plan ist bei mir auch angekommen. Ich würde auch die Elkos als erstes ins Visier nehmen. Deren Alterung ist mit Sicherheit wesentlich schwerwiegender als die der Transistoren. Das nächste wären die Lötstellen der Röhrensockel und dann schließlich die Röhren selbst. Wäre mal interessant zu sehen, ob sich das Verhalten bei Einsatz anderer Röhren maßgeblich ändert...

Gruß
barclay66

 

[Bertl100]

Hallo,

die Schaltung der Röhrenstufe ist auch interessant.
Rö 1 verstärkt in Kathodenbasisschaltung, Richtung Gitter von Rö2, aber phasengedreht.
Aber auch in Anodenbasisschaltung zum Ausgang über R6, also nicht phasengedreht.

Rö 2 verstärkt jetzt nochmal mit Phasendrehung in Kathodenbasisschaltung, und ihr Ausgangssignal, wird dem von Rö1 "aufaddiert"??!

Ich muß mich ja wundern, dass bei so einer Schaltung nicht für irgendeine Frequenz die Schwingbedingung erfüllt ist!

Gruß
Bernhard

 

[Gegse]

Guten Abend.

Ausgangspunkt war der Umstand, daß das Meßwerk insgesamt
nicht auf Vollausschlag kam.
Die Einzelbereiche konnten nicht richtig ausgeregelt werden.
Daraufhin prüfte ich alle C’s (nach der Widerstands-bzw. Durchgangsprüfmethode,
(ein Kapazitätsmeßgerät habe ich nicht), alle Transis, alle Widerstände.
Ergebnis: Alles scheint OK.
Der kapatitive Spannungsteiler wurde per Oszi. überprüft und neu justiert
auf genau 1 zu 1000 (Literaturwert).
Ebenso der Bereichswahlschalter mit seinen Übergangswiderständen.
Der Röhrenverstärker lieferte am Ausgang genau das Signal vom Eingang (Oszi.)
(Man kann aber beide Teilverstärker nicht ausbauen, um sie voneinander getrennt zu überprüfen wegen der Situation mit den Versorgungsspannungen).-

Die Versorgungsspannung des Trans-Verstärker ist minus 13,3 Volt.
>Eine Info, die so nicht im Schaltbild steht:
Die damaligen Hersteller haben-entgegen dem Schaltbild !- vor die Basis des T1
einen Vorwiderstand von 100 Ohm (gemessen : 93,7) gesetzt.-

Dann zu den Einzelspannungen:
Hier ist etwas sehr auffällig:
Ich kann nicht beide Spannungen am T2 mit dem Soll-Wert
von „-7Volt“ UND „-3,5 Volt“ zugleich einstellen:
Entweder „-7Volt“ am Collector, dann komme ich am Emitter aber nur auf ca.“- 2,9Volt“;
oder andersrum: Ich stelle am Emitter den Sollwert von „-3,5 Volt“ ein,
dann komme ich oben am Collector auf ca. „-5,5 Volt“ .

Daraufhin habe ich den R14-Trimmer (100K) leicht vergrößert (!),
und dem R16 (3K) einen kleinen zusätzlichenTrimmer nachgesetzt :
>JETZT kann ich die Literaturwerte erreichen! (Alle anderen auch)
(Also irgendwie scheint es, als läge auf der Masse ein zu großes positives Potential.
Das war jwedenfalls meine Überlegung, weshalb ich jene Widerstände vergrößerte)

>Aber jetzt ist keine Skalenlinearität mehr gegeben!

An dieser Stelle bitte ich auch noch um Nachhilfeunterricht bzgl. der genannten
„AC-Gegenkopplung“: Wie arbeitet sowas? Was ist der Sinn davon?

Vielen dank für Eure Mitarbeit!
Gruß,
Gerhard.

 

[Gegse]

Ja, hier hatte ich noch was vergessen zu erwähnen:
Wenn ich ein Signal (z.B. Sägezahn) eingebe,
kann ich dasselbe weiter verfolgen bis zur Basis des T3.
An dessen Collector hingegen erscheint dann Merkwürdiges:
Dort sieht es dann aus, als wäre sozusagen „die Mitte“ der Kurvenform kaugummiartig
ausgehöhlt; man stelle sich ein Oszillogramm vor, durch dessen Null-Linie
ein breiter schwarzer Streifen geht; das obere Drittel und das untere Drittel der Kurvenform
sind durch „schwarzes Undefiniertes“ voneinander getrennt.-
Unter anderen Versuchsbedingungen hingegen kann ich sehen-am Beginn der drei Transis-, wie das obere Drittel eines Sägezahnes KLEINER ist als der Rest, und demselben aufgesetzt erscheint:
Da ist irgendwo ein Gleichstromanteil, der die Sägezahnform unterbricht, und der dann später (weiter oben an T3) diesen schwarzen Streifen verursacht.
(Man verzeihe mir diese bildhaften -aber exakten- Beschreibungen;
ich bin stark bildhaft und imaginativ veranlagt).-
Und diesen Gleichstromanteil vermute ich irgendwie
als durch jene „AC-Rückkopplung“ verursacht bzw. von der Masse herrührend.-

Vielleicht mal generell alle Elkos raus, und neue?
Röhren? glaub' ich nicht so recht...
Gruß,
Gerhard.-

 

[Bertl100]

Hallo Gegse,

man stelle sich ein Oszillogramm vor, durch dessen Null-Linie
ein breiter schwarzer Streifen geht; das obere Drittel und das untere Drittel der Kurvenform
sind durch „schwarzes Undefiniertes“ voneinander getrennt.-

Genau das ist der Sinn dieser AC-Gegenkopplung mit den Diodenstrecken, die einbezogen sind.
Dieser von Dir beobachtete Sprung in der Kurvenform entsteht dadurch, dass genau zu diesem Zeitpunkt Gr. 2 sperrt, und Gr. 1 den Strom übernimmt (oder umgekehrt).
Damit das lückenlos geschieht, muß erst mal die Flußspannung beider Dioden überwunden werden.
Das besorgt die Gegenkopplung.
Die Gegenkopplung versucht, das Signal in der Mitte von C9 und C7 als ein Abbild der Eingangsspannung zu halten.
Oszillographiere dieses Signal bitte mal.
Damit das Signal dort so aussieht, muß am Kollektor von T3 dieser Sprung sein.

Wenn die Spannungen an T2 nicht genau stimmen, kann das NUR an veränderten Widerständen (6.2k, 3k) liegen, oder dass der 200µF Elko Leckstom hat. Letzteres ist sogar recht wahrscheinlich.
Generell dürfte das aber eigentlich nicht so schlimm sein, wenn -2.9V statt -3.5V anliegen.

Gruß
Bernhard

 

[Gegse]

Guten Abend.
Also, herzlichen Dank für diese präzisen Angaben, die ich gut nachvollziehen kann.
Ergebnisse:
1) das Oszillogramm am Punkt C9/C7 entspricht exakt Deinen Angaben:
Dort taucht je eine halbe Impulsform auf (pos/neg).
D.h. also-entgegen meiner ersten Annahme-daß an jenem Ausgang
die Regelung der "Gegenkopplung" geschieht,
und nicht eingangsseitig (Was ich mit "Bias" bezeichnete).
Das -stark reduzierte- Signal (am Eingang T1 abgegriffen) verursacht demnach an jenem Punkt
eine Vorspannung, eine Spannungssenke,
um den Stromfluß der beiden Gleichrichterdioden gleichsam zu triggern, zu erleichtern.
(eine Art "Schrittmacher", richtig?)
2)Regelungen an T1 oder T2 zeitigen nicht wirklich Änderungen an der Anzeige.
3)Ich habe C5,C6 ausgetauscht.-

> Es verhält sich nun (Elkowechsel) etwas besser mit der Linearität- so ganz zufieden bin ich aber nicht:
Die Regeltrimmer sind am Ende, und die Bereichswechsel sind noch nicht optimal.
(Der Bereich 1,5mV ist natürlich schwierig zu eichen, wegen der Abschirmung.
Also ein Loch ins Gehäuse bohren, und Kunststoff-Schraubenzieher nehmen...Witz)-
>Röhrenwechsel: Keine Veränderung.
Ein Zeichen der Präzision des Gerätes an sich: es erfolgte EXAKT derselbe Ausschlag nach Röhrenwechsel!)
>Überhaupt Eichung: Richtig anspruchsvoll !
Mit dem Oszi geht es deshalb nicht, weil das Gerät arthmetr. Mittel anzeigt, nicht Spitze-Spitze.
Und mein bescheidenes Multimeter hier läuft nur sinnvoll bis max. 300 Hz.-
Und dann: Natürlich darf ich eben KEINEN Sägezahn (Dreieck) nehmen! Das Gerät ist für Sinus gebaut!
Das macht einen Unterscheid vom ca. 10 Prozent aus!-

Dann nochmals den kapazit.Spannungsteiler am Eingang untersucht:
Merkwürdig: Da ist ein Trimmer R2 (1K)- aber dessen Regelung bewirkt komplett NICHTS !
Spaßeshalber nochmal einen dazugesetzt (50K): die Spannung läßt sich damit nicht regeln.
Wozu also mag der wohl gut sein? Stromregelung?
Allein die Regelkapazität C3 ist sehr relevant, und mit jener habe ich (nochmals) per Oszi
auf exakt 1 zu 1000 (Literaturwert) ausgeregelt (Kurvenform)
(Und auch hier: da ist ein Unterschied, ob ich das per Oszi regele, oder über die eigene Anzeige:
Jene liefert falsche Ergebnisse).
Demnächst werde ich noch ein paar Germaniumtransis (Dank an Dirk Euhus) erhalten-
dann noch versuchen, die auch auszutauschen....-

Hui, was für ein Teil!
Eigentlich ein Lehrstück für die Ausbildung- was das so alles drinsteckt!
Gruß,
Gerhard.-

 

[Bertl100]

Hallo Gegse,

ich würde mal lieber alle Elkos in der Transistorstufe tauschen.
Auch wenn dein Multimeter angezeigt hat, dass sie ok sind, mag das nicht stimmen!

Zu R2:
Der wirkt nur, wenn der Schalter S301/1 in Stellung 2 steht.
D.h. wenn der Vorteiler aktiviert ist. Das ist er vermutlich nur in den Bereichen mit den höchsten Eingangsspannungen.

Gruß
Bernhard