部分剖析QBG-3D高频Q表原理及维修

sio2

        入手了一台二手QBG-3D高频Q表，被雨水淋过的，到手后故障不断，无奈找不到此机的维修手册，为排除故障兼好奇心驱使进行剖析。自己摸索，费了不少精力也有所获，分享给大家。
      要理解这个机器，原理框图需要熟记，这是在网上搜索一下QBG-3D使用手册上就有的。附上其使用手册
1_1 QBG-3D 高频Q表.pdf (253.23 KB, 下载次数: 303)

2021-7-8 20:50 上传

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        1：主控板，主控板上有单片机控制系统、频率计、检波非线性校正、调谐电压输出、键盘、显示接口等电路。

各个插接口功能如下，
2CZ1                频段控制，7根引脚，CPU将数据写入锁存器74HC573，用以选择信号源7个频段中的某一个，7根引脚总有一根为高电平，其余为低电平。该接口连接到信号源的相应引脚上。
2CZ2                调谐电压输出，CPU分别将两个8位数字量写入两块8位D/A转换芯片（DAC0832），合成一个16位的模拟电压输出到信号源的调谐电压端，加到变容二极管上控制振荡频率。该接口的电压变化范围实测为0.35到10V之间。16位的控制精度比起现在的DDS来说差得不是一两个量级了，现在的DDS原理上都不一样了。不过上世纪8、9十年代的东西能做到这样也很好了。
2CZ3                12V非稳压电源，来自电源变压器5V稳压前的整流输出端。
2CZ4            频率反馈输入端，来自于信号源频率信号，经板上的放大整形电路后对频率测算，然后CPU控制调谐电压使信号源振荡频率为设定频率。
2CZ5                各稳压电源输入端，绿（-15V），黄（0），橙（+15V），红（0），棕（+5V），黑（0）。
2CZ6                检波头输入，该信号为检波头输入的直流信号，未进行检波非线性校正。后面经非线性校正电路，之后才送到A/D转换输入端和直流机械表头显示Q值。
2CZ7                输出，接直流机械表头显示Q值，经过检波非线性校正的直流电压，一路送A/D转换，一路送表头。这个表头其实不要也不影响Q值测量，只要数字部分显示正常就行，由于是机械表头且体积太小，显示并不准确，仅能供粗调看看改变主可变电容时Q值变化趋势而已。
                这个表头如果损坏，不容易找到原装的，可以花十来块钱买个1mA或0.5mA的DH-670型表头来修复更换，取下坏表头有机玻璃外壳和刻度盘，更换掉新表头DH-670的外壳和刻度盘，尺寸刚好！偏转灵敏度可以改变串联的电阻2R46来改变。
2CZ8                频率监控输出，信号源的输入经放大整形后输出的方波信号。
2CZ9                衰减器控制，三根线，一根地线和两位数字量输出，控制衰减器输出到谐振端的激励电平，有四个激励电压水平分别对应四个量程。
2CZ10        和2CZ12                显示、键盘接口，由两块单片机到显示键盘板，读取按键信息和输出相应显示。
2CZ11                接编码开关，调节频率用，转的快频率变化快，转的慢频率变化慢，顺时针转调高频率，逆时针调低频率，编码开关其实内部就是两个机械开关，转动手柄时，两个开关相差90度相位角接通和断开，正转和反转使两个开关输出正负90度的相位变化，单片机依相位判断转向，依接通断开的速率判断转速，而后进行相应操作。如果调节频率时正反向乱变或变化快慢不稳定，是内部开关接触不好，清洗或更换，不贵，新的就几元。

2：信号源



屏幕太小，一个图要分成几张贴，该部分主要电路就是BG2构成的典型电感三点式振荡电路，BG1为BG2提供射极恒流，改变恒流值可改变振荡管增益让其达到稳定振幅。
稳幅原理：BG11功率管输出的振荡信号通过同轴电缆送到衰减器，在衰减器内的输入端就就对这个信号进行整流后送回信号源经R39到运放OP07的负输入端，与W1设定的电压比较后控制BG1的电流，继而控制BG2的增益完成稳幅控制，一个大环路的负反馈回路。稳幅部分和单片机没有关系，全是模拟电路的事情。这就是所谓自动定标，信号源的输出电压幅度由W1决定。
信号源内还预留了BG14、C32构成的整流电路，和衰减器里的一样，如果断开衰减器反馈输入，而接这个回路，那就可以从信号源内部控制输出的幅度稳定。估计设计者当时是考虑到到衰减器连接电缆的接触电阻才采取从衰减器反馈幅度信号的。两种方式都有利有弊吧。
我有点没看明白的就是提供稳幅基准的BG12用了一个简单的稳压管，稳压二极管反相有正温度特性的，温度越高稳压值越高，运放3脚又连了一个二极管，二极管正向是负温度特性的，两者综合会让运放3脚的电压随温度增高而更快速的变高，这还叫基准吗？实测也证实了运放3脚电压在开机后的十几分钟内会升高二十几个mV，导致信号源输出幅度慢慢变大，Q值读数不断变高。后来我将BG13短接，BG12换成了双向稳压管2DW235，通电后调节电位器W1让运放3脚电压回到原来的电压，如果调不回去可以适当改变R33或R34的值。具体数值应该多少我也不明确，在1.2V左右吧。由于没有厂家给定的标准值，我最终是将振荡输出调到有效值1V多一点，经后续电路后能在激励端头上形成30mv，10mv，3mv，1mv的四档激励电压。

3：衰减器




衰减器电路简单，由单片机输出的两位数字量D0和D1控制四个继电器，J1、J2为一组，总有一个动作一个不动作。J3、J4也是。结合后面驱动放大有个51欧的输入电阻，衰减器共有四种衰减系数，有兴趣的朋友自己去推算衰减系数。

4：谐振部



这部分由驱动电路、激励变压器、主谐振电容、微调电容组成。驱动电路是一块小电路板由铜柱固定到上面铝板上便于散热。电路如下：

就是两个射随器，然后去驱动激励变压器，变压器由磁环构成，初级31匝，次级就是那根铜柱，不要理解为只有半匝，与Lx，Cx形成的是一个完整的1匝次级。

5：检波头


左面那个突出的柱就是输入分压电容，两个镀银铜环套在一根中空的聚四氟乙烯管上，管内有螺纹和一个铜螺柱，调节铜螺柱的深浅改变电容量。

从电路可以看出，检波输出并不是和Q值成比例的，而是被衰减了一个二极管正向压降的。
我的机器曾出现检波输出值乱跳问题，将输入端对地短路也乱跳，后来换了一个uA733集成块就好了。


6：检波非线性校正电路

这部分电路在主控板上，检波头输出的直流电压送到2CZ6插座上，到达2CJ20正输入端。74ls04构成一个方波震荡器，K163在此处相当于一个开关，对2BG12输出的直流电压进行斩波，变换成交流， 2L3、2L5、2L4以及相关电容将方波过滤成正玄波。2BG13就是补偿的关键元件，是和检波头内的检波二极管同样参数的。他的输出反馈到2JC20的负输入端，对应检波头输出。由于其输入是来自BG12的直流经斩波及线性比例变化后的信号，因此BG12的输出线性比例于检波头检波二极管前段的电压。由此完成检波二极管的非线性校正。
花了好几个月对照实物断断续续绘图累计资料并完成维修，今天整理完贴出和大家分享，肯定有错漏，请网友们指正。

sio2

DWQ-2008 发表于 2022-2-11 12:18
希望楼主能把详细资料分享。上面的电路图有一块缺了一些。

qbg-3d.zip (38.42 KB, 下载次数: 132)

2022-2-11 18:02 上传

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这是用protel绘制的电路图，希望对你有用。

sio2

关于维修方面，还有些心得。
       信号源部分，是由继电器切换振荡线圈的，当某个频段无输出时重点检查继电器触点是否接触不好。所有频段都无输出则BG1、BG2损坏的可能性大，原因多半是线圈抽头到振荡管的继电器触点接触不好，不能起振，此时稳幅环路会给两个管子最大静态电流，时间久了会导致两个管子过热击穿。这两种情况我都遇到过 。
        大环路的负反馈容易导致不稳定、自激，当输出信号幅度不稳出现低频振荡时试着改变环路上的某些电容值或电阻值以消除自激震荡，当然不是随意更改，重点检查那些电解电容，时代久远了漏液和其他参数变化是很正常的，找同容量、性能好的电解电容更换。瓷片电容有变性也不能排除。原设计肯定是能保证整个电路稳定工作的，维修中没必要乱改动。
        我这台机器就更换过不少电解电容，有直接就看到漏液到电路板上的，有容量变小漏电阻变小的。总之维修中保持修旧如旧的原则不要随意改动原电路参数。
        正常情况下旋转编码开关到每个频段的高低端极限位置后频段是会自动切换的，比如在二频段，74到213kHz
,当旋转频率选择旋钮让频率低到72、71kHz时，停滞两三秒，CPU会自动将频段切换到一频段，高端亦是如此，当频率调节到214、215kHz时，停滞两三秒，CPU会自动切换到三频段。如果不停地旋转频率调节开关CPU是不会切换频段的。每个频段的频率覆盖范围高低端都必须超过标称值一定范围才能自动切换频段。年代久远让某些频段覆盖范围整体左移或右移，此时用烙铁融化磁芯的封腊调节覆盖范围。
       我这台遇到了第三频段无论如何调节磁芯都不能满足低端覆盖而无法自动切换到第二频段的问题，而高端却可以高出频段最高值很多，轻松自动切换到四频段，后截取一段3mm长左右、直径小于螺纹直径的磁芯，用502胶固定在原磁芯上，将整体覆盖范围下拉，满足了高低端都能自动切换频段的覆盖要求。
        屏蔽盖对频率也有影响，盖上盖子会让频率覆盖整体偏移，低频段尤其明显，调磁芯时要考虑。
        几个月断断续续摸索这个机器有些东西也忘记了，当时也没做记录，等想起时再贴上来，希望网友们别嫌弃。

LAOSUN123

感谢分享  这是第一个弄清高频线性检波线路原理的帖子 .   传统的高频毫伏表实现了线形检波,但仅仅对两兆以下的频率适用.     这个线路和超高频毫伏表的原理差不多.  

jnfyl

楼主维修功底非常扎实佩服佩服。。。

qml2205

太有用了，正需要这个，收藏了。

zhke

好的很                        

DWQ-2008

正好有此机，楼主原理分析加图纸太好了，已收藏了。

yk0yk

楼主牛B

090

关于Q表的技术文章。难得。

topskyhorse

楼主水平真高，赞一个！

topskyhorse

sio2 发表于 2021-7-11 14:29
关于维修方面，还有些心得。
       信号源部分，是由继电器切换振荡线圈的，当某个频段无输出时重点检查 ...

请教楼主：修完后怎么校准呢？

sio2

topskyhorse 发表于 2022-2-10 03:20
请教楼主：修完后怎么校准呢？

关于校准，我也是在本论坛问了大家，大家也热情回复，谢谢论坛的朋友们！我最终是用示波器实测谐振电压和激励电压的比值来粗略校准的。因为用示波器可以很好的看到波形叠加的杂波形态，更有利于判断准确度如何。我用的示波器是一台可以直读各种参数的100M数字示波器。具体操作要考虑的是示波器探头阻抗对谐振回路的影响如何降到最小，测激励电压可以直接用探头测，激励源阻抗足够低，探头对激励信号无影响。测谐振电压时则在探头上串一个高Q的NPO电容（1到3p都行），我串了个3p的。

至于如何确定衰减系数，考虑到驱动变压器初级的激励阻抗也足够低，先探头不衰减测驱动电压（峰峰值3v左右），然后串上电容看被衰减了多少倍，由此确定衰减系数。
我这种校准方法精度不高，理想情况下能达到示波器8位分辨率更低的精度，大家有更好的方法吗欢迎分享！

topskyhorse

sio2 发表于 2022-2-10 19:58
关于校准，我也是在本论坛问了大家，大家也热情回复，谢谢论坛的朋友们！我最终是用示波器实测谐振电压和 ...

佩服楼主的钻研精神，为你点赞！

DWQ-2008

希望楼主能把详细资料分享。上面的电路图有一块缺了一些。