Искренние "соболезнования" ув.Mickle. Но м.б. Вы еще что-то придумаете для реанимации В1-19.

А также Ваши вопросы выше про номинал входного резистора и т.д.

Ув.TEKTRON: проект Mickle-а довольно сбалансированный. Его надо либо повторять полностью, с минимальными изменениями, либо перерабатывать под новый баланс характеристик. При этом, конечно, весьма важны тонкости конструкции (подавление паразитных эффектов до приемлемых уровней), но и о фундаментальных проблемах обеспечения малошумности нановольтметра (схемотехника, номиналы и типы компонентов) не следует забывать.
Сейчас вклад во входной шум дают входной резистор и ОУ1 примерно в равной степени. У МАХ44246 типовой шум в актуальной полосе 117нВ (пик-пик). У идеального сопротивления 5,1кОм тепловой шум в полосе 10Гц 29нВ(действ.), т.е. размах пик-пик от 116нВ до примерно 200нВ - в зависимости от принятого определения размаха напряжения (если шумовое напряжение находится в пределах оговоренной шумовой дорожки 95% всего времени, то коэффициент пересчета=4, если, например, 99,9% времени, то коэффициент=6,6 и т.д.) По аналогии с базовой статьей из Линеар, предполагаю, что Михаил использовал К=4. Два вышеуказанных компонента уже дают почти всю наблюдаемую мощность шумов (160...200нВ), что говорит о хорошем качестве исполнения (почти ничего не добавилось, сверх "положенного").
Если увеличивать номинал входного резистора, его мощность теплового шума будет расти пропорционально (напряжение шума-корень из сопротивления). Когда эта величина станет ощутимо больше вклада шумов ОУ1, общее наблюдаемое напряжение шумов нановольтметра будет расти как корень из сопротивления. Вам это надо? (м.б. Вы полагаете достигнутый Михаилом уровень шума избыточно хорошим-ведь он на порядок лучше самых малошумящих ИОНов? Вам виднее, но все же вряд ли следует отступать с достигнутых Михаилом позиций).
При используемой схемотехнике (необходимости получения постоянной времени 1,6с с сопротивлением около 5кОм, что требует емкости порядка 300мкФ) пленочные конденсаторы мало реальны (во всяком случае по цене!) Михаил приводит результаты тестирования К52-2-200мкФ. Большинство его экземпляров оказалось с сопротивлением утечки более 10В/(0,5мВ/5кОм)=100МОм. Т.е. их постоянная времени утечки больше, чем 200мкФ*100МОм=20000с (правда, Михаил жалуется на длительность установления режима). Несколько экземпляров - не вписались. Применение керамики X5R после некоторого шаманства с феном дало устроивший автора результат.
Но если посмотреть на гарантии утечки для этой керамики (я навскидку взял Хитано), то она составляет всего 100с! Это аналогично гарантиям на подавляющее большинство алюминиевых электролитических конденсаторов!!! (которые принято считать позорными в этом отношении). Навскидку залез в Нишикон (никогда не глядел их продукцию, но часто встречал упоминание, что это - бренд). Оказывается, что типовые величины постоянных времени утечки составляют (при 20град Цельсия) 2000с (для 1000мкФ*50В) или даже 4700с (для 470мкФ*200В). И эти утечки удваиваются (т.е. сопротивление утечки снижается вдвое) при 75 градусах или 50 градусах, соответственно (рост приблизительно равномерно-экспоненциальный). При этом гарантии у Нишикона стандартные - 100с. Т.е. получается, что типовых характеристики лучше в 20...47 раз и не так уж сильно хуже (в 4...10 раз), чем измеренные Михаилом у К52-2. Добавим к этому, что у большинства производителей есть специальные серии алюминиевых "электролитов" с увеличенной до 500с гарантией утечки. Какие у них типовые свойства можно только догадываться (или попробовать).
Возвращаясь к схемотехнике нановольтметра, ПМСМ, значительный резерв заключается в разделении каскадов ОУ1 и ОУ2 по переменному току и приблизительном выравнивании усиления между ними. Тогда требования к утечке конденсаторов резко снижаются! На полтора, м.б. даже 2 порядка. Но это - уже принципиально другой проект!

2 Mickle Вид знакомый. Гляньте в личку , когда не лень...
2 S.W.P. Спасибо за подробный анализ, есть над чем подумать.

В поисках твёрдотельной замены для почивших нормальных элементов немного обновил "шумовую" табличку. Добавилась ещё одна мера В1-30 и три стабилитрона: КС190Г (из вольтметра В7-34), 2С108К и 1N829A (из вольтметра Solartron 7081). Последние два дополнительно испытывались в частотном диапазоне 0,14...0,65 Гц, который примерно соответствует полосе пропускания нановольтметра (tau=0,25 сек) с RC цепочкой на входе (tau=1,1 сек).



Кстати, как показывает практика меры напряжения В1-30 кроме невысокой цены и малых габаритов имеют ещё и превосходную долгосрочную стабильность, правда если ими не пользоваться Вот, к примеру, разброс показаний для двух свежераспакованных экземпляров с хранения, 2000 и 2002 годов выпуска:



Принципиальная схема, если кому интересно:



Update:

Вот они, родные, нормальные элементы. Запечатлены перед утилизацией (осторожно, большие фотки):





А вот на что я решил их поменять:

Mickle я хотел поинтересоваться, а в качестве первого каскада усиления в Вашей схеме измерителя шума, наверное, можно попробовать использовать NE5534, шумы у неё всё-таки меньше в диапазоне 10 Гц-100 КГц. Правда я не нашёл информации по поводу шума <10 Гц. Но логично предположить, что этот шум должен быть тоже не большим. Это всё понятно, что смещение у неё большое для такого усиления, но как тут предлагали использовать два каскада усиления. Меня больше интересует вопрос использования NE5534 в качестве малошумящего усилителя для этой схемы.

Открыт интернет-магазин MEAN WELL.Market – весь ассортимент MEAN WELL, выгодные цены

Открыта удобная площадка с выгодными ценами, поставляющая весь ассортимент продукции, производимой компанией MEAN WELL – от завоевавших популярность и известных на рынке изделий до новинок. MEAN WELL.Market предоставляет гарантийную и сервисную поддержку, удобный подбор продукции, оперативную доставку по России. На сайте интернет-магазина посетители смогут найти обзоры, интересные статьи о применении, максимальный объем технических сведений.

Подробнее>>

Поскольку природа широкополосных шумов и шумов вида 1/f разная, я бы с осторожностью относился к корреляции плотностей шума в диапазонах до 10 Гц и свыше.

LED-драйверы MOSO - надежные решения для индустриальных приложений

Продукция MOSO предназначена в основном для индустриальных приложений, использует инновационные решения на основе более 200 собственных патентов для силовой электроники и соответствует международным стандартам. LED-драйверы MOSO применяются в системах наружного освещения разных отраслей, включая промышленность, сельское хозяйство, транспорт и железную дорогу. В ряде серий реализована возможность дистанционного контроля и программирования работы по заданному сценарию. Разберем решения MOSO подробнее>>

Вот, от безысходности в попытках раздобыть "правильный" выходной делитель для ИОН, в своё время соорудил этот "экземпляр".
Выкладываю не потому, что он имеет какие-то "фишки" - вовсе нет, он самый обыкновенный, не статистический.
Просто хочу получить помощь подкованных в плане метрологии форумчан в плане того, правильно ли я вычисляю его погрешности и ТК деления.Ну и по методологии определения этих параметров, что сделано не так.

Поскольку нужного номинала для среднего резистора в пределах доступа обнаружить не удалось, он составлен параллельным соединением R2 и R3.
Конструктивно делитель собран на фторопластовом обрезке толщиной 5мм, соединения выполнялись подгибанием и пропайкой выводов резисторов. Затем делитель с подпаянными выводными проводами был помещён в самодельную коробочку из оцинковки и залит Виксинтом. Собственно это была проба в применении данного эластичного компаунда в приложениях с повышенной требовательностью к электроизоляционным свойствам диэлектрика. Стеклотекстолит никоим боком не устраивал. Достаточно сказать, что после доработки промышленного делителя ДНМ-30 перестало хватать диапазона подстройки первой ступени. Доработка заключалась в профрезеровке стеклотекстолита вокруг выводов высокоомных (2,25МОм) резисторов с последующей заливкой тем же Виксинтом.
Было дано 3 недели на окончательную полимеризацию компаунда (не потому, что так надо, а просто раньше не дошли руки приступить к "издевательствам" ).

Теперь о методах и результатах.
По причине отсутствия доступа к поверенным приборам повышенной (7,5...8,5) разрядности, было принято решение как-то абстрагироваться от абсолютной точности измерений. Такое позволил HP34401A в режиме измерения отношений постоянных напряжений.
Правда, остались погрешности его внутреннего делителя при переходе между диапазонами, но тут ничего поделать нельзя.
Делитель был подключен к выходу первого, "пробного" ИОН на LTZ1k, и ко входу упомянутого мультиметра в режиме отношений, разрешение "slow 6 digits" . После 10 минут для установления температурных режимов, на мультиметре был включен режим накопления статистики по минимальным и максимальным значениям.
Вообще целью исследования являлось определение НАИХУДШИХ в плане точности параметров, поэтому и выбран был такой режим, а не логгирование с последующим сглаживанием или усреднением.
В течение примерно часа набиралась статистика при комнатной температуре - 35,5...36,5гр.Цельсия, затем делитель погружался в ванночку с водопроводной водой примерно на 5 минут с контролем температуры по внешнему прибору, после чего он оттуда извлекался и сбор данных продолжался ещё минут 20...30 (до выравнивания его температуры с комнатной и установления неизменных показаний на вольтметре).

Поскольку Виксинт как кремнийорганический (силиконовый) полимер имеет хоть и очень высокую, но всё же конечную теплопроводность, в первую минуту после погружения в воду коэффициент деления изменялся очень сильно, после чего следовал откат в сторону исходных значений (по мере выравнивания температуры центральных 2-х резисторов с теми, что ближе к стенкам). Тем не менее, зарегистрированными остались именно эти, экстремальные значения.
За "холодную" принималась температура воды непосредственно перед извлечением делителя.
По окончании экспериментов имеем по набору данных для каждой ступени деления - максимальное и минимальное отношения и разность температур.

Для ступени 1 к 10-ти:
кфт.деления макс. 10,00121515; мин. 10,0014282; среднее 10,00137219. Разность температур 21гр.Цельсия (35,0 - 14,0).
Дальнейшие выкладки прошу проверить и при наличии ошибок указать на них - не уверен, верно ли я подсчитываю.
Абсолютная точность данной ступени делителя как отклонение средней измеренной от идеальной: 10,0-10,00137219=-0,00137219 или -0,0137% или -137 ррм.
ТК делителя как отношение разности макс. и мин. к разности температур: (10,00121515-10,0014282)/(35-14)=-0,00021305/21=-0,000010145=-1,0145ррм/гр. или округлённо -1ррм/гр.Цельсия.

Для ступени 1 к 100:
кфт.деления макс. 100,00069; мин. 100,0203241; среднее 100,0160326. Разность температур 21гр.Цельсия (36,1 - 15,1).
Абсолютная точность: 100,0-100,0160326=-0,0160326 или 0,016% или 160 ррм.
ТК делителя: (100,00069-100,0203241)/(36,1-15,1)=-0,0196341/21=-0,000934957=-9,34957ррм/гр. или округлённо -9,35ррм/гр.Цельсия.

TEKTRON, проверил, расчёты выполнены верно. Даже можно немного упростить методику и сузить доверительный интервал, если измерять непосредственно выходное напряжение делителя, а не отношение. Смущает только одно: в реальных условиях эксплуатации прецизионных делителей резких перепадов температуры просто не допускают. В том числе по причине возникновения градиентов температуры и термоЭДС. Каков вклад последней из проведённых экспериментов определить невозможно. Поэтому имеет смысл провести ещё один, контрольный эксперимент с накоротко замкнутым входом делителя. По изменению показаний вольтметра на пределе 100 мВ при охлаждении делителя можно будет судить о порядке величины термоЭДС и привносимой погрешности в оценку ТКД.

Mickle, спасибо!
Фактически, именно выходное напряжение делителя и измеряется (не отношение сопротивлений!), просто в качестве опорного используется не внутренний ИОН вольтметра, а ВХОДНОЕ напряжение делителя. Тем самым устраняется масса погрешностей и нестабильностей, связанных с источником этого самого напряжения, поступающего на вход делителя. Показания вольтметра при этом к примеру имеют вид 99.9862m (m=10^-3) или в более привычном виде 0,0999862. Кдел я рассчитывал вручную как обратную величину: 1/0,0999862=10,00138019
Вектор ясен, повторю с логгированием и с КЗ на входе делителя. Надеюсь, что на выходных .

P.S. А как остудить делитель плавно? Разве что поместить его сначала в 5 вложенных друг в друга полиэтиленовых пакетов, и уже потом погружать в ванночку с водой? Без кондея и Пелтье ничего другого придумать не могу.

Ага, с КЗ получилось сделать сегодня.
Повторил все условия прошлого эксперимента, была соблюдена полярность всех подключений.
Разность температур 35,3-14,4=20,9 гр.Цельсия.
До охлаждения показания держались около 2,9мкВ, после погружения прыгнули за 20мкВ, потом стали спадать.
Данные статистики:
мин.=2,262 мкВ; макс.=20,858 мкВ; средн.=5,473 мкВ.
Входное напряжение делителя вчера было 9,99972 В.
Честно говоря, дальнейшая математика ставит в тупик, но попытаюсь .
Итак, 10/9,99972=1,000028001 - поправочный коэффициент, на него надо умножить вчерашние данные
и вычесть из них результаты КЗ:
мин.=0,9998572*1,000028001-0,000002262=0,999882935; Кдел=10/0,999882934=10,00117079
макс.=0,9998785*1,000028001-0,000020858=0,999885639; Кдел=10/0,999885639=10,00114373
сред.=0,9998628*1,000028001-0,000005473=0,999885324; Кдел=10/0,999885324=10,00114689 (-114,7ррм)
макс.-мин.=10,00114373-10,00117079=-0,00002706=-2,706ррм(?)
ТКдел.=-2,706/20,9=0,129 ррм/гр.Цельсия.
Довольно фантастично выглядит . Наверное, напутал где-то, но ошибку найти не могу, мозги сварились от жары

TEKTRON, выходит, что при таком малом ТКД нельзя недооценивать термоЭДС. А отсюда вывод: методику стоит слегка доработать. Что бы я сделал в таком случае?
Во-первых, разнёс дальше друг от друга температурные реперные точки (вода со льдом, горячая вода). ТКС фольговых резисторов имеет несравнимо меньший коэффициент при квадратичном члене, чем у микропроволочных резисторов. А следовательно о локальных экстремумах ТКД в диапазоне температур можно не беспокоиться.
Во вторых, исключил бы причину возникновения нескомпенсированных термоЭДС за счёт выравнивания температур по объёму делителя. Другими словами погружать делитель с проводниками в теплоноситель нужно надолго (десятки минут - полчаса) и только после выдержки проводить измерения. В этом плане наиболее удобен обычный термос

Mickle, т.е. повторить и для режима КЗ, и для рабочего с более длительными выдержками? ОК, это точно не ранее выходных. Вот только сильно греть делитель я опасаюсь, никаких сведений о кфцте расширения для Виксинта у меня нет, может сплющить корпуса резисторов, а замены нет. Думаю, от 0 до 45...50гр.Цельсия, не более. Приемлемо?

Режим относительных измерений (Null) поможет?

Операция по замене нормальных элементов в калибраторе В1-19 прошла успешно
Не скажу, что было всё просто. Ведь основное требование к ИОНам в составе этого чудного прибора - высокая краткосрочная стабильность напряжения, включающая как компоненту шума, так и температурный коэффициент. И с тем, и с другим в штатных ненасыщенных нормальных элементах было всё просто замечательно: НЧ шум в диапазоне сотен нановольт п-п, температурный коэффициент 2 ppm/С при номинальном напряжении 1,019 В. Твёрдотельные ИОН, легко обеспечивая ТК<2 ppm/C, по относительной амплитуде НЧ шумов к ртутным нормальным элементам даже близко не могут подобраться. Среди всех низковольтных интегральных ИОН лишь LTC6655 с его 0,3 ppm в диапазоне 0,1-10 Гц составляет хоть какую-то конкуренцию. Но увы, ждать на заказ месяц мне совсем не хотелось.
Другой альтернативой могли быть прецизионные стабилитроны. Среди доступных в розничной продаже вполне подходят 2С108 после дополнительного отбора по шуму. Имеющийся у меня 2С108К с паспортом 0675 обеспечивает те же самые 0,3 ppm в диапазоне 0,1-10 Гц, правда по цене эквивалентен целому калибратору (замена колёс по цене автомобиля)



Впрочем, кроме выбора опорного элемента необходимо решить ещё три задачи: 1) как выбрать рабочий ток стабилитрона, 2) как получить 1,019 В, 3) от чего всё это запитывать.
Первая задача при строгом решении требует неимоверных усилий. В технических условиях на стабилитрон указан лишь номинальный ток, который вовсе не обязан соответствовать нулевому ТКН при температуре испытаний. Получается, что для определения фактической рабочей точки нужно используя термокамеру снять семейство графиков U(T) и уже по этим графикам судить о наличии и положении минимума ТКН. Не имея возможности полностью автоматизировать этот процесс, я решил обойтись малой кровью: минимизировать тепловой дрейф напряжения стабилизации при включении рабочего тока (т.е. по причине саморазогрева). Для этой цели стабилитрон упаковывался в кусочек пенопласта и подключался через балластный микропроволочный резистор 1 кОм к выходу калибратора Datron. Падение напряжения на стабилитроне измерялось 6,5-разрядным мультиметром. Интервал времени от включения тока до установления стационарного теплового режима занимал буквально несколько минут. Затем следовал минутный "отдых" в обесточенном состоянии. Таким образом удалось снизить величину дрейфа с 400 мкВ (при рекомендуемом токе 7,5 мА) до 10 мкВ (при токе 6,85 мА). Краткосрочная стабильность напряжения за 25 минут при холодном старте прибора показана на графике:



Вторая задача - как и чем получить из "кривого" напряжения стабилитрона не менее "кривое" 1,019 В? В первоначальном варианте я запланировал плёночный делитель напряжения КМ308НР1 первой группы точности. Он должен был обеспечить ТК не более 3 ppm/C. Должен... В конечном итоге всё свелось к подобранным в пару фольговым С5-61 с несогласованностью ТК не более 1 ppm/C. На них и остановился.
Третья задача оказалась проще всего. Сам калибратор В1-19 не имеет встроенного источника питания и получает оное от внешних батарей. С другой стороны, сконструированный ИОН должен запитываться от гальванически изолированного источника с напряжением не менее 10 В. С третьей стороны, внутри корпуса много свободного места. Таким образом, всё питание свелось к 9-ти Li-Ion аккумуляторам, скомпонованным в две независимые батареи: одна служит для питания В1-19 (+/- 10-12 В), вторая - для питания ИОН (10-12 В). Клеммы, изначально предусмотренные на задней панели для подключения внешних батарей, теперь служат (вместе с двумя дополнительными) для зарядки батарей внутренних.
Теперь о результатах испытаний. Напомню, что В1-19 - это слаботочный источник калиброванных напряжения в диапазоне 0...1 В и 0...10 В, устанавливаемых с шагом 0,1 и 1 В соответственно. Основная особенность и отличие от аналогичных приборов заключается в невероятной линейности установки выходного напряжения и возможность самокалибровки. При должной подготовке и аккуратности несложно добиться величины приведенной дифференциальной нелинейности 0,00003%. Схемотехнически калибратор представляет собой двухдиапазонный источник тока (1 мА и 10 мА), нагруженный на цепочку из 10-ти прецизионных фольговых резисторов, расположенных на одном ситалловом основании. Коммутационные элементы прибора (печатные переключатели с позолоченными дорожками и контактами) позволяют выводить на выходные клеммы (бескислородная позолоченная медь с термоинтерфейсом) либо потенциал с выбранного числоа резисторов, либо с каждого из них индивидуально. Последний режим используется при самоповерке (самокалибровке), когда внешним вольтметром сравниваются падения напряжения на каждом резисторе и выравниваются с помощью многооборотных потенциометров на передней панели. Как раз в этом режиме и был задействован второй нормальный элемент. Он включался встречно-последовательно с выходными клеммами и позволял снизить требования к разрешающей способности внешнего вольтметра. Другими словами, вместо напряжения (к примеру) 1,0000001 В на выходе получалось 0,0190001 В. К сожалению, при модернизации пришлось от второго НЭ отказаться и его выводы замкнуты накоротко. Но никто не мешает использовать внешний НЭ или ИОН на напряжение около 1 В с соответствующей краткосрочной стабильностью.
В целом калибратором пользоваться можно так же, как и до замены НЭ. Не стоит правда забывать, что его выходное сопротивление 125 Ом/В и блеснуть своей невероятной sub-ppm линейностью он может лишь при гигаомной нагрузке или в режиме компенсации.

Михаил, как всегда на высоте железка!

Если позволите, снова про делитель...
Надо сразу сказать, что идеала не случилось , он остался как и ранее - недостижимым.
Также замечу, что полностью от градиента температуры избавиться не удалось - если среди льдинок показания термометра стабильно ниже 1гр.Цельсия, то на пару сантиметров ниже уже около 4гр. Но, как видно на графике, выброс, вызванный термоЭДС, продолжается только 6 минут (точнее, 5мин.40с, с 25-го по 59-й отсчёты).

Итак, показания при 5гр. 0,999840; при 40гр. 0,999866; соответственно считаем:
при 5гр.Цельсия 0,999840*1,000028001-0,0000029=0,999865096; Кдел=10/0,999865096=10,00134922 (Uкз = 2.9мкВ)
при 40гр.Цельсия 0,999866*1,000028001-(-0,0000019)=0,999895897; Кдел=10/0,999895897=10,00104114 (Uкз =-1.9мкВ)
ТКдел.=(10,00104114-10,00134922)/(40-5)=-0,000308084/35 = -0,000008802 или -0,88ррм/гр.Цельсия.
Такой результат почти идеально согласуется с разбросом ТКС резисторов, использованных в делителе.

Полагаю, можно сделать вывод о том, что фторопласт и Виксинт не вносят ощутимых дополнительных погрешностей даже при полном погружении делителя в воду.
Чего не скажешь о стеклотекстолите и лаке, даже без погружения в воду.

Фото и графики приведены ниже. Верхний график - показания мультиметра в режиме 10plc при измерении отношений двух постоянных напряжений. Показания фиксировались каждые 10с. График построен начиная с 640-го отсчета, т.к. вначале примерно полтора часа было дано на устаканивание всех переходных процессов.
Нижний график - температура в градусах Цельсия. Данные должны были сниматься каждые 120с, но прибор порой добавлял лишние отсчёты, в зависимости от стабильности параметра. Эти лишние отсчёты были удалены. Разрыв в графике вызван тем, что после непродолжительного времени разрядились батареи в приборе, фиксирующем температуру. Обнаружение и замена заняли примерно 7 минут, соответственно 4 отсчёта пропущены.



ПМСМ именно это льёт воду на мельницу энтузиастов-любителей, т.к. оставляет возможность доработок и улучшений тех приборов, которые производитель не смог, не успел, или не захотел довести до идеала. Примерам несть числа - от 3458А и 7081 до В1-19 и Advantest. Серийное производство диктует свои условия, а любитель для своего единственного прибора может пойти на многое...

Mickle, была такая мысль ещё при расчёте делителя, но из-за собственной ошибки на три порядка (!) счёл бесполезным. Теперь это задача следующих выходных ...

Для Mickle, иду по следам Ваших публикаций. Хочу собрать меру напряжений. Видел, как Вы в делителях подбираете резисторы с противоположными ТКС. Возник вопрос практический: "Как, на чём вы греете испытуемый резистор, чтобы затем измерить его? Как-то не хочется изготавливать настоящий термошкаф! Может что-то менее затратное подскажите?" И ещё не подскажите, где люди берут C5-61?