Вот и финал.
Что сделано?
На все платы сопротивлений впаяны отсутствующие 100 МОмные резисторы типа С5-66 с последовательными подгоночными резисторами С2-29В.
На все платы DCV/DCI подобраны и запаяны настроечные резисторы в ИОН для установки выходного напряжения, близкого к теоретическому 10,48 В. Это обеспечит некоторый запас для цифровой калибровки и возможность установки выходного напряжения на 2-3% выше "круглого" номинала.
Уточнён номинал резисторов R5 и R6 в ООС усилителя мощности канала DCV с целью минимизации НЧ шума в диапазоне 0,1-10 Гц при обеспечении запаса устойчивости.
Обнаружена неприятная особенность калибратора - большая величина дрейфа смещения нуля (>70 ppm) на пределе 100 мВ при холодном включении. При анализе причин были последовательно исключены ИОН, ЦАП, делители 1:10 и 1:100, выходной усилитель мощности. Единственное, что осталось на пути сигнала (дорожки голубого цвета), это реле K1, которое находится в непосредственной близости от нескольких источников тепла. Т.о. причина в термоЭДС.
Реле K1 типа NEC EB2-5SNW имеет малые габариты и симметричную конструкцию. При использованной встречной схеме соединения контактов собственная термоЭДС ограничена величиной 300 нВ даже при ошибочной подаче 5 В на катушку реле в течении нескольких минут (мощность 0,1 Вт). Это всего 3 ppm от предела 0,1 В. Откуда берутся 7 мкВ (70 ppm) становится понятно при взгляде на таблицу коэффициента термоЭДС некоторых пар материалов:
Реле в SMD исполнении и выводы к площадкам на плате припаяны обычным оловянно-свинцовым ПОС61. К сожалению, пространственного разрешения тепловизора Flir E60 оказалось недостаточно, чтобы оценить градиент температуры. Тем не менее, в качестве первого приближения можно считать, что возникновение термоЭДС обусловлено парой медь-припой, а не выводами и контактами реле (медь, серебро, золото).
Поскольку я скептически отношусь к численным данным из науч-поп источников (типа вышеприведенной таблицы), я соорудил простейшую установку для измерения термоЭДС и два образца: 1) две разные медные проволочки, 2) медная проволочка и припой ПОС61. Результаты говорят, что таблице можно верить
Впрочем, в случае пары медь-ПОС можно было обойтись и без эксперимента.
Выходов из этой ситуации несколько: 1) изменить топологию печатной платы, 2) вынести реле на мезонинную плату с изменением мест припайки, 4) фрезеровать на плате сквозные пазы, 5) использовать специальный припой на основе кадмия. Последний вариант технологически является самым простым. В диапазоне до 200°С коэффициент термоЭДС меди находится по середине между кадмием и оловом. Поэтому существует такой состав сплава, при котором его термоЭДС будет близка к таковой меди. В литературе этот сплав указан как Cd70Sn30. Такое же соотношение компонентов легко получить и теоретически, используя правило смешения (но оно не применимо к твёрдым растворам):
Хотя достать х.ч. кадмий и олово не составляет особого труда, от этой авантюры я отказался без тени сомнения. Здоровье намного важнее, чем какие-то страдания о термоЭДС.
В конце концов для решения проблемы дрейфа нуля был изготовлен дополнительный блок делителей напряжения (1:10, 1:100):
Теперь дрейф смещения нуля на пределе 0,1 В при запуске прибора определяется намного более стабильным каналом 1 В. Заодно с помощью каскадного соединения 2-х делителей получена возможность расширить диапазон воспроизведения в сторону меньших напряжений.
Для воспроизведения силы тока на поддиапазоне 0...+/-1 А смакетирован ИТУН с крутизной 1 А/В. Схема тривиальная. Входной буфер на половинке сдвоенного auto-zero ОУ MAX44246, делитель напряжения на 10, ИТУН на второй половинке MAX44246, мощный выходной каскад на LT1210. Основная проблема - выбор резистора шунта. Выбирать было особо не из чего. сначала опробовал из 2-х проволочных LR600 2 Ом 0,01% 1,2 Вт 3 ppm. Ужасно. Ввиду их большого сопротивления дрейф силы тока из-за саморазогрева резисторов составляет до 70 ppm. Такой же величины нелинейность.
Второй шанс - проволочный 0,1 Ом 1 Вт 0,5%, ТКС не известен. Хотя саморазогрев уменьшился, но дрейф силы тока снизился всего на 20 ppm, т.е. незначительно. Причина - более высокий ТКС шунта (экспериментально - около 5 ppm/°C). Т.к. больше шунтов у меня не было, я рискнул выполнить старый трюк с компенсацией ТКС с помощью медного резистора. 75 сантиметров медного провода, сложенные в гармошку и размещённые в отверстии шунта, сделали своё дело. Переделывать макет и тратить время на никому не нужные печатные платы я не стал.
Высоковольтный масштабный усилитель используется при воспроизведении напряжения на пределах 100 и 1000 В. О нём я уже писал в теме о калибровке. Опасная штука, поэтому включается редко.
P.S. Решил опробовать компоновку в новом корпус. Не сказать, чтобы дешёвый, но ужасно неудобный и некачественный. Тонкая жесть, которую нужно чем-то усиливать. Пластиковые рамки с дефектами литья. Ножки не резиновые, а пластмассовые, скользят как коньки на льду.