DF-1B晶体管烦用表PCB重制

D631783713

小鬼头 发表于 2021-12-1 14:43
我在帮你找欧姆档的不够准确的原因。看来你没认真看我这几个回帖。

基准源今天才到，回这个贴的时候我就测完了，电流和电压也是中心压线，最右边不准。。。我的意思就是说这个表头已经不行了。。

D631783713

小鬼头 发表于 2021-12-1 10:02
看来你对楼主状况描述的解读，跟我理解的相差还颇远。

1、可能你看到他对电压电流档满意，就认为他已 ...

之前组装好之后的测量数据，都是基于我手里的简易基准源测试，但这些都是组装好万用表整体之后进行测试的。刚才直接用新买的基准源电流输出端单独的测量了DF1B的原装表头，也是一样的问题---中心值能压上，但满度值这里就小了多半格。鉴于刚才的测量结果，将之前的测量结果全部推翻了。
于是，我才又买了一块100uA的44c2，等着收到之后去单独测量它，然后看看是啥结果。
所以刚刚回复您的是表头不行了。我并不是没有认真看您给我的分析，而是回错楼层了，应该是回38楼的。读完了您39楼的回复之后，回错了楼层

xjw01

D631783713 发表于 2021-12-1 17:33
之前组装好之后的测量数据，都是基于我手里的简易基准源测试，但这些都是组装好万用表整体之后进行测试的 ...

这样的测结果是挺好的。
中间压线，右边差了半格。
反之，如果调到右边压线，中间就差了1/4格。
电压校准时，如果照顾全程精度，可以在80%偏转角处压线，那么全程误差要小于1/4格，甚至可能达到1/6或更小，眼力已经不容易分辨。

xjw01

测量线性度，不必使用基准。用万用表就可以了。

三位半的万用表就可以了。我所见过的万用表，哪怕8元的表，线性度也优于指针表。调压电路用多圈电位器即可。

多测几个点，然后输入Excel计算一下就可以了。


欧姆档的精度，与非线性误差的关系是4倍关系。
半偏电流输入，如果误差占全弧长的1%，那么总误差至少4%，加上其它误差，会达到6%，这是很明显的误差，调整一下内阻就可以了。

D631783713

xjw01 发表于 2021-12-1 18:34
测量线性度，不必使用基准。用万用表就可以了。

三位半的万用表就可以了。我所见过的万用表，哪怕8元的 ...

问题是，欧姆档比较怪异。比方说Rx1档位，测量10欧电阻，能压到中心值。但是测量1欧电阻，它显示的就是0.9欧。偏右了一格左右。这就很怪异，因为用数字表量1欧电阻的结果是1.1左右，指针表0.9，差的有点太多了。。。回头我用新的表头再看看电流电压的情况吧，目前暴露出的问题太多，当然，不排除我绘制电路的时候，可能什么地方画错了的原因

xjw01

D631783713 发表于 2021-12-1 22:35
问题是，欧姆档比较怪异。比方说Rx1档位，测量10欧电阻，能压到中心值。但是测量1欧电阻，它显示的就是0. ...

１欧的电阻不必用三位半数字万用表比对,测不准的。用标称值就可了。
或者串个10至20欧的已知电阻(可以用万用表测得)，接入１Ｖ或2V电压，测一下分压比，就可以算出１欧电阻的真值，轻松分辨到毫欧级。

此外，测１欧得0.9欧，误差很小的。两端线测量，能有效分辨到0.05欧就已有点困难了。要想再准确，还是要用电桥测量，它是采用四线测量的，与分压法类似。

xjw01

D631783713 发表于 2021-12-1 22:35
问题是，欧姆档比较怪异。比方说Rx1档位，测量10欧电阻，能压到中心值。但是测量1欧电阻，它显示的就是0. ...

关于非线性误差，理论计算也是比较麻烦的。
对于电流误差曲线，可以用多项式拟合，三点标定，可以做二阶插值，四点可以做三阶插值。
插值计算不要用初中的那种代定系数法，太麻烦了。常用的方法比较多，牛顿法、拉格朗日插值、切比雪夫等等，我觉得这个问题直接用牛顿内插公式计算最方便。可以参考70、80年代的《高等数学》，或现在的《数值方法》。


具体推导计算比较麻烦，我只是直接给出结论。
插值后，得到非线性误差函数：
f(x) =a0 + a1*n + a2*n*(n-1) + a3*n*(n-1)*(n-0.5)+a4*n*(n-1)(n-0.5)(n-0.75)+……
插值点的值代入后，可以简化为
f(x) =4Co*n*(n-1) + a3*n*(n-1)*(n-0.5)+……
Co表示中点的误差弧度占满偏弧度的比例。

欧姆档误差项含有1/[n*(n-1)]因子，会与电流误差的同类因子相消，
得非线性引起的电阻档相对误差公式为4Co + a3*(n-0.5)+……
这说明了：
1.不计三阶量，误差为常数4Co，它可以通过调整内阻来补偿
2.残余的三阶误差为 a3*(n-0.5)，说明越偏了中心点越多，非线性引起的相对误差越大，而且是以中心左右对称，左边偏大，右边对称偏角处则偏小相同的比例。
3.以上没有计入4阶量，它比较小了，不必分析了，直接一刀一刀比对就可以了。比如，刻度盘上有些刻度线画错了，也会引起高阶误差。
如果中心是压线的，右侧偏小，左侧一般会偏大。有点类似潮夕原理，地心平衡了，朝向月亮与背向月亮的都会凸起，他是引力梯度引起的。


所以，最右边的1欧与最左边的误差会比较大。

此外，关于误差，用压线法评估，心理因素大。随便输入一个电压，读数电压值并与数字万用比对误差，这样可以减小“心理误差”，这时会发现，刀刀压线也没有想象中的那么靠谱。指针表误差一般按0.5格计算。精确一点的万用表，顶多0.2格，再精确的话，按我的眼力是不行的，而且还有回差的因素，两次测量结果，指针也未必在同一位置。

xjw01

我的MF47调整Ro后，测值结果如下
该表，电压档，满度校准后，中心误差0.7格左右。

该表X100档测得内阻Ro=1.65kΩ，接入16kΩ电阻测得1.5kΩ，偏小误差6%，须把Ro调小6%，在Ro上并联25kΩ电阻即可。借助电阻箱等工具，全程测量结果如下：

Rx/kΩ        测值/kΩ        误差
0.10        0.09        -10%
0.20        0.19        -5%
0.30        0.28        -7%
0.40        0.38        -5%
0.50        0.48        -5%
0.60        0.58        -3%
0.70        0.68        -3%
0.80        0.58        -3%
0.90        0.88        -2%
1.00        0.98        -2%
1.60        1.58        -1.5%
2.00        2.0        0%
3.00        3.0        0%
4.00        4.0        0%
5.00        5.1        2%
6.00        6.1        2%
7.00        7.1        2%
8.00        8.2        2%
9.00        9.2        2%
10.0        10.2        2%
51        53        4%
100        102        2%

D631783713

xjw01 发表于 2021-12-2 11:52
我的MF47调整Ro后，测值结果如下
该表，电压档，满度校准后，中心误差0.7格左右。

感谢老师耐心细致的指导，我按照此方法一步一步试试看、、

xjw01

小鬼头 发表于 2021-12-1 10:02
看来你对楼主状况描述的解读，跟我理解的相差还颇远。

1、可能你看到他对电压电流档满意，就认为他已 ...

看来你还是没有理解我上面说到的欧姆档调整内阻后消除表头非线性误差的原理。

这个东西，要动手计算的，偏向于数学。通过数学+直觉，可以找到答案的。

不想计算，就调一下内阻，用电阻箱，一刀刀的测，并罗列出来，找出误差的规律。建议用放大镜，把刻度读准。

表盘不匹配也没事的，不差那１格或半格，可以补偿过来的。


直觉分析如下：
欧姆表误差规律是：中间误差小，两边误差大。并阻与绝对弧长误差成正比
非线性误差规律是：绝对弧长误差，中间大两边小。
所以二者会“相消”，结果是全程相对误差是一样的。
即然全程有了一样的误差，何不调一下内阻，把“全程一样的误差”补偿了。
要严格一点，那就用数学方法了。多说无益。
或者更简单的理解为：三点校准，是抛物线，把二阶的非线性量消除了。
楼主对欧姆档不满意，可以偿试一下调整内阻。这就是我说的，不必把非线性作为大前提。

看问题的解度不同，目标也不太一样。我用过的指针表，每个都测试过线性度，但都没有解决问题。线性度问题，对与电流、电压档影响较小，但对欧姆档影响实在太大，所以我还是调节内阻，使得欧姆档测值更可信。

小鬼头

xjw01 发表于 2021-12-2 16:51
看来你还是没有理解我上面说到的欧姆档调整内阻后消除表头非线性误差的原理。

这个东西，要动手计算 ...

我数学不好，所以你前面帖子有些内容我没认真看。当你发53楼的回帖后，我意识到，我倆关注的重点不同，给楼主提的建议和做法不同，不在一个频道上。

1、你的意思是，表头线性度差一些问题不大。可以通过调整好测量回路的内阻，保证刻度中值附近的误差小，就能保证欧姆档有相当不错的准确度，能满足实际使用的要求。

你帖子关注点只在欧姆档，而且有意无意地鼓动楼主不用管表头的线性度，只在欧姆档的范围内弄就行。

2、我的意思是，现在欧姆档出现准确度方面，楼主应该先核实表头的线性度，以帮助判断根源在哪里，再作打算。这样做，还可以弄清整块表的线性度方面的误差情况。

我的关注点是整个表。

我计划在后面说而没有说的是（因为来不及说并被你说了），如果楼主确实遇到像你mf47的线性问题，又没有其他更好的解决办法（更换为吻合的刻度盘）的话，那就强行调欧姆档的相关电阻——现在看，我没说的这部分，也是你几个回帖反复说的做法

3、我知道，在表头线性度稍差一些时，把刻度中值附近调准确，是可以减少误差的。但也明白（我没你的数学能力，也是直觉告诉我的），这是把刻度中值附近原来较大的误差，分摊给其他区域。这属于没办法的办法，因为电压电流档的问题一点也没变。实际操作起来，也颇为麻烦，至少要调试和改动5个电阻（每个档一个）。

而我让楼主检查表头线性度，按我前面的方法没增加多少负担，等到发现没有其他方法时，再用你的方法也不迟。

ps1：不管怎么样，要谢谢许老师给出数学上计算这种操作的减误差能力的方法。

ps2：

前段时间有坛友遇到类似的欧姆档问题，通过论坛的短消息来咨询我。我也是这样子回答的，即是先检查表头线性度，再考虑改欧姆档里的电阻。具体看图片

D631783713

这个是放大的核心电路。RP2是运放调零电位器，原本是没有RP1的。但是我实际使用时发现，如果不加上这个电阻的话，将调零电位器右转到头并且打到电流档，表针就会直接撞到最右侧。拆掉表头之后，用数字表的uA档测量表头输出端发现，电流高达220uA。所以在二次画板的时候，加上了这个RP1电位器进行限制。这几天怀疑过是不是他引起的问题，但回忆了一下第一次打样组装的情况，那会儿没有加这个电位器，欧姆档也是同样的情况。应该和它没什么关系。
但是还存在一些这方面的疑虑。我观察MF63的调零情况，无论是A、V还是Ω档，调零的范围都是一样的。但我组装的这个电路却大相径庭，电流档调零的范围极大（刚才说了，右转电位器到头能达到220uA），但欧姆和电压档最高不超过满度，不知道这个调零是什么原理，或者更确切地说，怎样才能做到像MF63的调零那样，能够都在一个范围内。
相信各位大佬也看得出来，我就是个小白，不然也不会出现这么多的问题。之所以重新制作，一是因为真的是非常喜欢这款表，再一个也是真不甘心它就这么挂了。我也只能说尽我所能让它能够活过来吧。

图中的开关位置是测量直流

xjw01

D631783713 发表于 2021-12-3 13:08
这个是放大的核心电路。RP2是运放调零电位器，原本是没有RP1的。但是我实际使用时发现，如果不加上这个电阻 ...

你的运放失调电压比较大。
手册上是3mV，而你输入是5mV满度，调节范围当然会很大。
电流档，相当于输入短路，将失调电压放大了1M/10k=100倍，如果失调3mV，则运放会输出300mV电压。
其它档位，对地短接的电阻在你的图中未标出，所以不能计算。比如，输入对地接的是15k，那么失调电压会放大1M/(10k+15k)=40倍

TL061输入失调电压温度系数也比较大。10uV/度，如果20度温差，高达0.2mV了。就算只有5uV/度，20度温差也达到了0.1mV，而表头输入只有5mV，漂1格了。

TL061做仪表运放有点力不从心，还是找个合适的仪表运放吧，还可以省去调零电位器。斩波稳零的失调就很小。

D631783713

xjw01 发表于 2021-12-3 21:46
你的运放失调电压比较大。
手册上是3mV，而你输入是5mV满度，调节范围当然会很大。
电流档，相当于输 ...

感谢大佬的指导 要不是您提醒各档位对地电阻值这个事儿，我都没注意，所以就只发了个核心电路。

我这次制作PCB，电路的核心部分是按照这个绘制的。


这个电路是本坛里的一位大佬画的，这位大佬发过相关的帖子http://www.crystalradio.cn/thread-244588-1-1.html
只是，我们的DF-1B的外形不一样，他的是3插孔版本的，V档电压最小是10V；我这个应该是后期的表了，4个插孔，V档电压最小是5V的。所以电路结构有所区别。我也是稍加了改动才能正常使用的。4孔版本的V档电压需要将红笔插入5-500v表笔孔。

小鬼头

我对失调电压及仪用电路等，没怎么研究过，但感觉tl061这样的运放用在这个表上，只要使用得当，也不致于有这样问题的，只是楼主所用电路的设计不够合理。

现在电路采用的是运放的反相放大接法。这种接法的弱点是，他的放大倍数会受前端的输出内阻影响，许老师的计算也给出了直观的例子。而现在前端电路的输出没经过缓冲器，档位切换时输出内阻变化大。

因此，当你调好了输出零位时，你只是做到让该放大倍数下（即该档）输出为零；当你切换档位后，前端电路的输出内阻出现变化，引致放大倍数（对失调电压的）也在改变，因此，输出不能保持零位。

刚查了一下，mf63、mf70（电压档的内阻达到数字表的水平）这两种有源指针表，都是采用运放的同相放大接法。这种接法就不会有上述换档不能保持零位的问题。

不知道按许老师建议那样，换成op07这样的低失调电压运放能不能彻底解决楼主所遇问题（直觉是可以）。但改电路（改为同相放大）也是一种可选的途径，只是动静比较大。