2. Аналіз відомих методів і засобів калібрування підсилювачів

На сьогодні найбільше розповсюдження мають підсилювачі, які збільшують значення вхідних електричних сигналів. Решта фізичних величин зазвичай приводяться до напруги,струму і потужності. Тому найпершим завданням є створення систем метрологічної самоперевірки власне таких підсилювачів. Для цього спочатку розглянемо їх метрологічні параметри.

Згідно ГОСТ 8.009-78 , метрологічні параметри підсилювачів діляться на дев’ять груп:

• Нерівномірність частотної характеристики;

• Максимальний коефіцієнт підсилення;

• Діапазон зміни коефіцієнта підсилення;

• Похибка установки коефіцієнта посилення;

• Допустима напруга власних шумів підсилювача;

• Приведена основна похибка індикатора вихідної напруги;

• Допустимий коефіцієнт гармонік вихідної напруги;

• Вихідні параметри підсилювача;

• Вхідні параметри підсилювача та ін.

Динамічні параметри підсилювача дуже важливі для швидкодіючих підсилювачів, які працюють з швидкозмінними вхідними сигналами., які зазвичай працюють з вхідними сигналами, що змінюються дуже повільно, більш важливі статичні параметри, які визначаються в основному основні та додаткові похибки установки коефіцієнта посилення тісно пов’язані між собою, тому розглядати їх доцільно попарно. Аналіз складових похибки установки коефіцієнту підсилення підсилювача проводився багато разів, однак, при розробці методів метрологічної самоперевірки підсилювача, його необхідно повторити, орієнтуючись на вимоги власне методів метрологічної самоперевірки та забезпечення метрологічної надійності результатів підсилення підсилювача. Тому спочатку розглянемо загальний поділ похибок підсилювача на різні групи. При розробці методів метрологічної самоперевірки підсилювачів важливим є те, що для переважної більшості видів підсилювачів випадкові похибки практично не залежать від результату підсилення, тобто є майже сталими при зміні вхідного сигналу. Тому контроль випадкової похибки можна вести в довільній точці діапазону підсилення , головною вимогою до вхідної напруги при цьому є її сталість за час метрологічної перевірки. Однак при підсиленні напруги довільного джерела сигналу на випадкову складову похибки підсилення підсилювача накладається випадкова складова (шум) вихідної напруги цього джерела сигналу та випадкова похибка спаду напруги на ключах, що підключають джерело сигналу до входу підсилювача. Це спотворює отримане значення випадкової складової похибки підсилювача.Тому доцільно визначати випадкову складову похибки підсилення підсилювача при закороченому вході, тобто при нульовій вхідній напрузі. Систематичні похибки навпаки, залежать від результату підсилення, тобто можуть суттєво мінятися при зміні вхідногоелектричного сигналу .Тому важливою класифікаційною ознакою систематичних похибок є їх розподіл в межах діапазону підсилення сигналу підсилювача. Згідно цього признаку похибки підсилювача діляться на адитивні, мультиплікативні та нелінійні. Слід відзначити, що для підвищення точності та стабільності результату перетворення в прецизійних ОП дуже часто передбачається можливість автоматичного встановлення нуля та калібрування . В цьому випадку адитивна похибка таких підсилювачів залежить від того, чи підсистема автоматичного встановлення нуля використовується. В багатьох типах прецизійних ОП така підсистема є вбудованою, треба лише програмно дозволити її роботу.Якщо вона використовується, то систематична складова адитивної похибки таких підсилювачів визначається в основному паразитними термо-е.р.с. ключа, який закорочує вхід підсилювача. Значення кп підсилювача, визначене під час автоматичного встановлення нуля, є одним з критеріїв справності підсилювачів під час метрологічної самоперевірки. Якщо це значення значно перевищує допустиме для даного типу підсилювача, особливо, якщо воно різко зросло або змінилося порівняно із значенням, отриманим під час попереднього циклу автоматичного встановлення нуля (при невеликих змінах умов експлуатації підсилювачів), то дуже висока імовірність того, що підсилювач несправний і не може бути допущений до подальшої експлуатації. Так само ознакою несправності може бути значне збільшення випадкової складової ряду значень адитивної похибки, отриманих під час попередніх циклів автоматичного встановлення нуля. Однак ці ознаки несправності не обов’язково означають несправність самого підсилювача, вони можуть відноситися і до елементів схеми, які оточують підсилювач і забезпечують його роботу (тобто несправність всього вимірювального каналу при повірці підсилювача проявляється як похибка підсилювача).Мультиплікативна похибка операційних підсилювачів залежить від того, чи використовується підсистема автоматичного калібрування. Як і підсистема автоматичного встановлення нуля, в багатьох типах операційних підсилювачів підсистема калібрування є вбудованою, треба лише програмно дозволити її роботу. Якщо вона використовується, то систематична складова мультиплікативної похибки таких підсилювачів визначається, в основному, похибкою джерела напруги калібрування та паразитними термо-е.р.с. ключів, які підключають це джерело до входу підсилювача. Випадкова складова мультиплікативної похибки підсилювача визначається в основному випадковими похибками джерела напруги калібрування та самого підсилювача.

Значення мультиплікативної похибки підсилювача, визначене під час його автоматичного калібрування, також є критерієм справності підсилювача під час метрологічної самоперевірки. Всі зауваження, зроблені щодо значень систематичної та випадкової складових адитивної похибки підсилювача, визначених під час автоматичного встановлення нуля, повністю відносяться і до значень систематичної та випадкової складових мультиплікативної похибки підсилювача, визначених під час автоматичного калібрування.