fluke341A、343A电压源的原理，附电路图

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以前对电压校准源源很有一些神秘感，不知那东东为什么那么准，那么贵。多方查找这东西的介绍资料也没有结果。后来有机会解剖了一台此机，发现这东西并不是想象的那么神秘和复杂，实际上就是由常规的线路加上少许的特有线路组成的。相信想了解此东东构造的朋友也不在少数，特根据其手册，搞了这么一堆文字供大家参考。由于自己是第一次接触，实在是有点班门弄斧，权作抛砖引玉，望各位高手多多赐教。
个人觉得，通过了解此种机器的电路原理，对合理使用机器、维护、修理甚至仿制都有一定的意义。
文字的主要来源是E文手册，线路图是拼成的。由于篇幅较长（大概7000字左右），拟分若干个部分介绍给大家。

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待续。

王珏

谢谢楼主！

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3-1．简介
3-2．后边的段落是341A和343A校准源的操作原理。方块图的分析，请参看图3-1。详细的电路图请参看第5小节。
3-3.方框图分析
    仪器的电路基本上是一个高增益运算放大器，如图3-2. 驱动信号产生的精密电压基准，并通过一系列控制网络应用到放大器的输入。该串联稳压器，它是放大器的输出级，提供高电压能力。放大器通过档位和微调电阻器，可以控制输入信号和负反馈。
（待续）

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还有很多，大概7000多字。正在整理，慢慢来。

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（续4楼）
3-4．仪器的电路基本上是一个高增益运算放大器，象图3-2. 驱动信号产生的精密电压基准，并通过一系列控制网络应用到放大器的输入。放大器的输出级是线性稳压器，提供高电压能力。放大器输出由档位和微调的电阻器控制，可以控制输入信号和负反馈。

3-5．信号源是15伏的基准电源。电源内置的参考放大器保证对时间和温度稳定性高。通过档位控制开关可以控制，100V输出电流为10毫安，1000V输出为1ma，10V输出为100ma。在S点相加产生的电压施加到斩波稳定放大器的输入。这个放大器的功能是控制该串联稳压器传导，使在S点产生的电压接近零。如图所示的信号流程，信号从串联稳压器电流通过整流器和滤波器，并通过进入相加结电压控制网络，从而完成了伺服回路。

3-6．斩波稳定放大器由一个斩波放大器和前置放大器组成。斩波放大器放大直流到30赫兹的频率范围;前置放大器则主要用于频率从30到500赫兹左右的放大。
3-7．受控电流限制器与斩波稳定放大器和线性稳压器共同构成了第二伺服回路，这些部分只是在不正常负载条件下运作（如短路输出），以确保放大器线性工作。受控电流限制器连续监视输出电流，并比较其当前限制控制设置。当在电流感应电阻R70的电压超过参考电压电流限制控制设置时，限制器产生一个电流，而从15伏减去参考电流。因此，输出被限制或锁定到预设值。
（未完待续）

lymex

总结的不错，但341A是个很老的基准了，1969年之前设计并开始生产的。当然，也许Fluke不思进取，自从那个时候用了参考放大器后，几十年一直这样用，现在生产的732B仍然是用的同样技术。 有关Fluke的参考放大器基准部分，参考这里：https://bbs.38hot.net/read.php?tid=177

另外，标题名字错了，不是Fluke431A。

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谢谢，已改正。

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（续7楼）
3-8．负电压限制器的功能是确保斩波放大器的工作时的线性稳定。如档位调低时 ，串联稳压器被切断，主要伺服回路被打开，负电压限制器被激活。当放大器输出可能在-2.5伏特以下，限制器就会生成电流到求和节点上，平衡输入基准和β字符串电路的电流，从而限制了放大器的负输出电流。限制器的动作从而确保快速恢复和解决放大器的时间。
3-9．吸收电路和消弧电路的主要功能是当降低档位的时候快速泄放输出电容和高压滤波电容的电压。这些电路还可以在诸如输出端短路等情况下提供保护作用。吸收电路有两个意义:使输出电容放电,并且通过钳位在电压的安全值保护串联稳压晶体管。消弧电路通过泄放滤波电容的电压保护串联稳压器的晶体管。它也会在某些条件下形成控制电路的触发信号，使仪器处于待机状态。

3-10．从交流接通到高压电源供电，控制电路提供一个固定的3到5秒的延迟。这允许高电压稳定前，辅助电源稳定并达到平衡。其次,当在1000V档位电压设置为300V或更高，输出端短路时，控制电路使仪器处于待机状态。控制电路由与门组成,只要输入延迟和输入错误都是存在的，就会保持高电压继电器维持激励。

3-11.高压电源是常规的倍压全波整流。输出电压决定于由档位开关选择的六个变压器次级抽头。
3-12.电路分析
3-13．+15V电压基准和辅助电路
3-14．+15V电压基准电路是一个传统的串联稳压电源，采用参考放大器和误差放大器提供一个稳定，良好的稳压输出。+15V电源的未稳压已滤波电压由CR22、CR25和C23提供。达林顿放大器Q25,Q23和CR19、CR20一起组成简单的预稳压电路。预稳压电路可以改善电源调整率，降低电源端传入的瞬变噪音。参考放大器Q14（DH71005A）是一个包含齐纳基准和配套元件的组件，从而能够在温度变化的时候提供非常稳定的电压参考。输出的参考电压送给由Q15、Q17组成的差分放大器。差分放大器的输出送给由Q19、Q20组成的达林顿放大器，从而输出一个稳定的基准电压。整个环路的频率响应由R14和C20控制。


（未完待续）

一杯清茶

很好啊！下来看看，学习了。

唐歧

继续关注

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（续10楼）
3-15． -15伏直流辅助电压的电源由CR23，CR24和C22提供整流滤波。此电源的参考电压为15伏的参考基准电源输出。误差放大器由Q16，Q18组成差分放大器。串联调整的输出控制是由达林顿放大器Q22，Q21完成。晶体管Q24和相关组件构成一个Q16的恒流源，从而实现了高总回路增益。电容C21和电阻R6控制此伺服回路的频率。
3-16．斩波放大器
3-17．斩波放大器由输入调制器、 一个高增益放大器、一个同步解调器、和输出滤波网络构成。输入信号通过由R172、R171和C47组成的低通滤波器限制在30Hz以下。直流至30赫兹的基带信号是通过R170送到斩波器MOS FETQ39的漏极。Q39通过方波信号驱动开闭，从而调节输入信号，产生一个幅度正比于输入基带信号的方波输出。由此产生的信号耦合到JFET放大器的输入端。使用JFET Q38作为输入放大器确保供输入阻抗和低噪音的。从Q39，信号经过IC1，运算放大器在20赫兹至10kHZ的频率响应具有约420倍的增益。 IC1的输出经Q37反相，并且在Q37的C和E输出振幅相等相位相反的信号。Q37 C极信号被并联开关Q36同步解调。生成的电压通过R129和C31滤波，只留下放大了的直流和低频信号。Q37的E信号通过一个滤波网络送到C31，以协助降低斩波器纹波和消除任何存在的基带信号。CR57的作用是通过提供一个C36的快速充电路径，以确保放大器的稳定和快速恢复。二极管CR56的作用是使Q36 E极钳位到一个安全的电压值。
（待续）

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（续13楼）
3-18．在215赫兹的斩波驱动器的信号源是Q2，Q3组成的多谐振荡器并且驱动Q1。在Q1的集电极信号耦合到Q39漏极D以补偿的Q39栅漏电容引入的直流误差，并且由R162调整。
3-19．前置放大器包括两个差分放大器和射极跟随输出。前置放大器包括两个差分放大器和射极跟随输出。该信号通过输入FET放大器Q35，通过第二差分对Q33，Q34，并从Q32发射极输出到串联稳压器。基准板C1、 C2的目的是降低噪音，增加了60赫兹交流反馈滤除无用的纹波。
3-20．串联稳压器
3-21．串联稳压器由预调节器、控制晶体管和固定的电流限制器组成。Q42到Q49四个达林顿放大器组成预调节器。R58、R60、R61、R64电阻把高压平均分给四放大器,使每一个预调节控制晶体管分担四分之一的高电压。最终预调节晶体管Q42的基极通过稳压二极管CR48稳定在12.4V。Q42的发射极在任何高压输出时都保持11.6V不变。控制晶体管Q40以及Q41形成一个达林顿对。二极管CR65有两个作用：它阻止Q40突然截止时，Q42击穿；并且它能使Q40的集电极钳位在安全值以下，二极管CR41到CR45防止在某些条件下电阻R70上的电压降过大，例如输出负载短路等。
（待续）

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（续14楼）.

3-10．从交流接通到高压电源供电，控制电路提供一个固定的3到5秒的延迟。这允许高电压稳定前，辅助电源稳定并达到平衡。其次,当在1000V档位电压设置为300V或更高，输出端短路时，控制电路使仪器处于待机状态。控制电路由与门组成,只要输入延迟和输入错误都是存在的，就会保持高电压继电器维持激励。
3-11.高压电源是常规的倍压全波整流。输出电压决定于由档位开关选择的六个变压器次级抽头。
3-12.电路分析
3-13．+15V电压基准和辅助电路
3-14．+15V电压基准电路是一个传统的串联稳压电源，采用参考放大器和误差放大器提供一个稳定，良好的稳压输出。+15V电源的未稳压已滤波电压由CR22、CR25和C23提供。达林顿放大器Q25,Q23和CR19、CR20一起组成简单的预稳压电路。预稳压电路可以改善电源调整率，降低电源端传入的瞬变噪音。参考放大器Q14（DH71005A）是一个包含齐纳基准和配套元件的组件，从而能够在温度变化的时候提供非常稳定的电压参考。输出的参考电压送给由Q15、Q17组成的差分放大器。差分放大器的输出送给由Q19、Q20组成的达林顿放大器，从而输出一个稳定的基准电压。整个环路的频率响应由R14和C20控制。
3-15． -15伏直流辅助电压的电源由CR23，CR24和C22提供整流滤波。此电源的参考电压为15伏的参考基准电源输出。误差放大器由Q16，Q18组成差分放大器。串联调整的输出控制是由达林顿放大器Q22，Q21完成。晶体管Q24和相关组件构成一个Q16的恒流源，从而实现了高总回路增益。电容C21和电阻R6控制此伺服回路的频率。
3-16．斩波放大器
3-17．斩波放大器由输入调制器、 一个高增益放大器、一个同步解调器、输出滤波网络构成。输入信号通过由R172、R171和C47组成的低通滤波器限制在30Hz以下。直流至30赫兹的基带信号是通过R170送到斩波器MOS FETQ39的漏极（D）。Q39通过215HZ的方波信号驱动开闭，从而调制输入信号，产生一个幅度正比于输入基带信号的方波输出。由此产生的信号耦合到JFET放大器的输入端。使用JFET Q38作为输入放大器确保供输入阻抗和低噪音。从Q39，信号经过IC1，运算放大器在20赫兹至10kHZ的频率响应具有约420倍的增益。 IC1的输出经Q37反相，并且在Q37的C和E输出振幅相等相位相反的信号。Q37 C极信号被并联开关Q36同步解调。生成的电压通过R129和C31滤波，只留下放大了的直流和低频信号。Q37的E信号通过一个滤波网络送到C31，以协助降低斩波器纹波和消除任何存在的基带信号。CR57的作用是通过提供一个C36的快速充电路径，以确保放大器的稳定和快速恢复。二极管CR56的作用是使Q36E极钳位到一个安全的电压值。
（待续）

baof

等下文

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续15楼
3-18．在215赫兹的斩波驱动器的信号源是Q2，Q3组成的多谐振荡器并且驱动Q1。在Q1的集电极信号耦合到Q39漏极D以补偿的Q39栅漏电容引入的直流误差，并且由R162调整。
3-19．前置放大器包括两个差分放大器和射极跟随输出。前置放大器包括两个差分放大器和射极跟随输出。该信号通过输入FET放大器Q35，通过第二差分对Q33，Q34，并从Q32发射极输出到串联稳压器。基准板C1、 C2的目的是降低噪音，增加了60赫兹交流反馈滤除无用的纹波。
3-20．串联稳压器
3-21．串联稳压器由预调节器、控制晶体管和固定的电流限制器组成。Q42到Q49四个达林顿放大器组成预调节器。R58、R60、R61、R64电阻把高压平均分给四放大器,使每一个预调节控制晶体管分担四分之一的高电压。最终预调节晶体管Q42的基极通过稳压二极管CR48稳定在12.4V。Q42的发射极在任何高压输出时都保持11.6V不变。控制晶体管Q40以及Q41形成一个达林顿对。二极管CR65有两个作用：它阻止Q40突然截止时，Q42击穿；并且它能使Q40的集电极钳位在安全值以下，二极管CR41到CR45防止在某些条件下电阻R70上的电压降过大，例如输出负载短路等。
3-22．固定电流限制是由Q50和相关组件组成，旨在防止串联稳压器的灾难性故障。Q50连接为一个横跨Q41基极和限制控制晶体管的最大电流为60 mA的并联稳压器。当通过R70电流超过60毫安，三极管Q50导通，消耗电流从q41的基极通过，从而限制了输出的电流达到60毫安。二极管CR50的用途是允许的前置放大器的输出电压摆幅低于零伏。

3-23．控制电流限制器
3-24．受控电流限制器采用了差分放大器Q11，Q12，电压放大器Q10，和一个做二极管使用的晶体管Q8实现限流功能。在电流感应电阻器R70产生的电压加到Q12基级。其他输入到差分放大器的Q11基极，连接到电流控制电位器R41。当在R70产生的电压超出R41的电压设定，晶体管Q12截止。当Q12截止，分流电流路径提供了参考电流流进了汇合连接处。这条路径通过Q8和 Q10连接到-15伏的电源。主放大器的输入电流也相应缩短，仪器输出电流从而限制在设定值。电阻R44和晶体管Q8形成一个耦合网络，防止Q10的漏电流影响汇合点的点的总电流。Q8由于其固有的低泄漏特性在此处用作晶体管二极管。
3-25．晶体管Q13是用于在仪器预热和STANDBY时激活控制电流限制器。Q13的基极连接到CR48，当CR48电压超过8伏特， Q13截止。当在CR48两端的电压电压降至低于8伏，Q13导通，Q12截止，电流限制器被激活。Q13的用途在控制电路讨论，见第3-36小节。
3-26． 当过流保护电路被激活，过流保护指示灯就会点亮。当过流电路动作，通过Q12的电流减小时, Q11的电流增加。Q11的电流变化通过Q9放大，Q7导通，过流指示灯DS3点亮.

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插上一句。
以前看这个图，觉得里面的斩波放大器搞得过于复杂，总觉得普通的低频高增益放大器就可以。后来查阅了一些资料算是基本搞明白，斩波放大器和普通放大器的主要区别，在于前者可以通过斩波调制-放大-解调，消除放大器零点漂移的影响。如果普通的放大器，其零点漂移对输出的影响比较严重，难以解决。

baof

全文完了?

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后边还有许多。待续。

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续17楼
3-27．负电压限制
3-28．负电压限制器由一两阶段反相放大器Q5，Q6及双二极管Q4，限制器连接在斩波稳定放大器的输出和的输入端之间。当斩波稳定放大器输出去尝试超过约-2.5伏特，晶体管Q6已经难以打开Q5，从+15伏的电源通过Q5的电流，通过耦合二极管Q4，并达到放大器输入端的求和点。这限制输入参考电源和β字符串电流的平衡，从而限制了该放大器的输出接近-2.5伏特。Q4耦合二极管和电阻R52是用来限制Q5泄漏电流的影响。 电阻R51和电容C14控制该伺服回路的频率响应，此外，晶体管Q4因为其固有的低泄漏被用作二极管。


3-29．吸收电路和消弧电路
3-30．吸收电路的730伏供电是由两个电源串联而成。570伏的电源系统是由二极管CR1,CR2,CR4,CR5和电容C1和C2组成的全波倍压整流电路。160伏的电源系统是由二极管CR3和电容C3组成的一个半波整流电路。吸收电路的负载电阻是R96和R97。吸收电路通过R96和R97连接到输出电容C49。仪器在降低档位时,电流通过吸收电路及其负载电阻和C49迅速降低到所选择的低档位电压。

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续21楼
3-31．当仪器降低档位或输出短路，因为高电压滤波电容器的充电，该串联稳压器的电压将尝试上涨。这些电容器的充电电压可高达1500伏。吸收电路和消弧电路，会起作用，直至整个串联稳压器输出安全值的电压, 它发生在不到100毫秒。吸收电路通过二极管CR32和CR33连接整个串联稳压器，当串联稳压器两端的电压接近730伏，CR32 和 CR33 导通，吸收电路钳位稳压器两端的电压为730伏特。只要撬棍（消弧）电路被激活，就会使电高压滤波电容器放电并停止吸收电路的功能。
3-32．该撬棍（消弧）电路由施密特触发器Q28，Q29，继电器驱动Q30，串联调整稳压器Q31，撬棍（消弧）继电器K2A和K3A和相关组件组成。在正常情况下，Q28的截止和Q29是导通。因此，Q30也关闭，撬棍（消弧）继电器断电。假设仪器降低档位，输出电容C49开始放电，整个串联稳压器的输出电压开始上升。由于这个电压升高，通过CR51，CR52 ，R88，R89的电流增大，从而使加在Q28基极正电压升高。当该串联稳压器在电压上升到吸收电路的40伏电压以内时，Q28导通并且施密特触发器的改变状态。这会使继电器驱动Q30导通，激活撬棍（消弧）继电器。撬棍继电器的R81和R84直接通过滤波电容器C55-C58，电容器迅速开始放电。当滤波电容两端的电压下降了约80伏特，Q28基极减少的电压使施密特触发器重置，消弧继电器断开。C49持续的放电，但是，使整个串联稳压器的输出再次上升。当电压上升到吸收电路的的40伏电压以内时，撬棍（消弧）电路再次激活，并且滤波电容放电另一个80伏的步骤。这一行动继续下去，直到C49和C55到C58已经稳定在已降低的档位电压上为止。该滤波电容器放电步骤是由施密特触发器形成的功能，即施密特触发器是一个更高电压激活（与非激活状态相比）。因此，撬棍（消弧）继电器通电的有限时间内激励，有效提高了其工作可靠性和工作寿命。晶体管Q31的作用是一个施密特触发器和继电器驱动。

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续22楼
3-33． 消弧电路的第二个功能是当电路闭合时间过长时提供一个触发信号控制电路。这将发生在当仪器在1000V档位输出电压设定高于300伏短路时。如果仪器降低档位过分时它也会发生。撬棍电路继电器的闭合需要由R101,R102,和 C5组成的RC时间常数电路形成的电压以决定继电器的闭合时间范围。当电路闭合的时间超过这个范围,一个正的电压便会通过CR57耦合到控制电路。
3-34．控制电路
3-35．控制电路包含与门Q26、Q27，高电压继电器K1c ，可控硅CR29，以及相关组件。当仪器的功能开关从OFF 打到STANDBY/RESET时，控制电路的电压接通到+15V基准输出和辅助电源，此时高电压被继电器K1a关闭， 并且在放大器稳定之前仪器的输出端被高压继电器的K1b触点短路。控制电路的整流电压是由二极管CR26，CR27和CR24提供。这个电压施加于Q51基极，通过一个由R86和C25的组成的时间常数电路，从而在开机时延缓Q51 3到5秒钟。这样的延迟保证了高电压启动之前辅助电源的稳定。延迟还确保然后打开Q51和Q27，其他的输入到与门是由功能开关控制关断，直到功能开关打到开机的位置。一个正电压通过R87然后加到Q26的基极上，使其导通，高压继电器随即动作，高电压接通到整流器和滤波器，随之而来的是整机的正常运行。二极管CR68的作用是使C25在电源部分发生故障时迅速放电，从而保证一个完整的3到5秒的延迟。
3-36．在待机/复位状态,串联稳压器被关闭以确保高电压接通时，主要控制放大器的线性工作范围。像3-25小节所叙的一样，通过Q13，激活控制电流限制器来完成的。当高电压断开时，稳压二极管CR48没有击穿电流，因此晶体管Q13将导通并且控制电流限制器将被激活。此时主反馈回路由负电压限制器提供，将差分放大器的输出钳位在-2.5V。

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续23楼
3-37．控制电路的“跳闸”功能是通过可控硅整流器CR29实现的。CR29在两种情况下获得一个有利的触发。当消弧继电器闭合过长，触发电压的发展如3-33小节所述。第二个触发CR29的情况是由DS1和DS2的氖灯和电阻R98组成的电路。如果仪器输出电压在10V或100V的档位变的过高，该电路被激活，例如，如果主放大器打开，该串联稳压器就完全被驱动打开。在这些条件下，DS1和DS2公司将点亮并且CR67的阳极将产生触发电压。当CR29的栅极电压足够高，CR29触发并且删除一个与门的输入。此失电的高电压传递使仪器处于待机状态的。重置继电器，有必要暂时将功能切换到STANDBY/RESET然后返回到ON的位置。
3-38．高压电源输出
3-39．二极管CR53 、CR54 和电容C55 -C58组成全波倍压整流电路。输出电压的高低取决于档位开关和字符开关。在10V和100V档位，输出电压大概固定在500V， 在1000V档位，根据字符开关的位置，输出电压在500V-1500V。
3-40．表头电路
3-41．表头电路连接在+和 -电压检测之间输出电压读数，并和R70并联连接输出电流读数。在当前的测量模式，表头电流包括贝塔字符串电阻的电流。这引入了一个小错误，这是在10和100伏的范围不大。1000伏的档位，误差将等于1毫安。
3-42．贝塔字符串
3-43．贝塔字符串是一个六组十进制电阻网络（343A是七组）。它提供的反馈精确控制到斩波放大器的稳定化，从而控制仪器输出。341A的第一组和343A的第一、第二组十进制电阻纳入校准时线性调整的范围，以确保准确的校准电阻率。贝塔字符串的电阻和开关，属于基准板组件。



全文完
欢迎高手拍砖

baof

优秀文章，支持！n神马都是浮云

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原来的附件已损坏，补发在这里。

deall8668

THANKS  THANKSS

long3312

老大
关于输出部分  还能细讲？
求教了

wbxms

long3312 发表于 2014-3-18 17:14
老大
关于输出部分  还能细讲？
求教了

这是原厂手册的翻译。
有什么问题可以提出来，大家讨论。