简介

自古以来(误),信号发生器一直是惠普的强项之一,毕竟这家公司的第一个产品便是著名的HP200A音频信号发生器。本文拆解的HP3310A推出于1969年,定位并不高端,但惠普在1969年6月的HPJ中将其比喻成”信号发生器中的瑞士军刀”。因为它在区区20*20*11cm的体积内,集成了正弦波,三角波,方波,斜坡和脉冲信号功能,并且频率范围覆盖了0.5mHz到5MHz整整10个数量级。在50年前,这无疑是无数电子工程师梦寐以求的万能工具。
HP3310A原理框图

HP3310A原理框图


为了达到跨度如此巨大的频率范围,惠普的工程师也没有少费心思,在机器内使用了不少奇淫技巧。这台机器的基本原理,是首先使用积分电路产生一个三角波,再通过波形整形器等将其转换为正弦波。方波是直接通过积分信号极性得到,而斜坡信号则是通过改变积分时充放电的电流比例产生。
为了得到0.5mHz的超低频率信号,首先需要产生一个稳定的低频三角波。想产生如此低频的波形,要么增加积分电容容量,要么减小充电电流。显然,电容的容量是有限的,想获得如此低的电流也非常困难。于是,惠普的工程师先用一个不是那么精确的电流源给电容充电,同时采用测量三角波斜率的方式,根据斜率与目标的误差,产生另一个电流源,给电容放电,通过负反馈实现精确的斜率控制。就这样巧妙解决了低频下信号稳定性的问题。为了提高集成度,缩小仪器的体积,工程师还在机器里用上了不止一颗大名鼎鼎的uA741集成运放。这款发明于1967年的运放芯片,在当时也算是新鲜事物,直到今天仍未停产,堪称芯片界的活化石了。
话不多说,请看拆解。



拆解

简单直接的面板,左边是一个巨大的频率调谐旋钮,调谐旋钮下方的黑色旋钮通过摩擦力与刻度盘连接,可用于频率精密调节

HP经典的蓝黑标

波形选择旋钮。这台机器面板上所有标识都是刻上后再上漆的,做工精良,毕竟得对得起500多刀的售价呢

频率选择旋钮,横跨10个数量级

可调的直流偏置

反面,只有一个电源输入,保险丝和电压选择开关

拆下四块盖板,不是很脏,稍微清洗下就好

清洗干净的盖板

这是脚撑,按下中间刻着HP LOGO的按钮就可左右滑动将其取下

拆旋钮清理面板

拆下的旋钮。机器频率稍微有点偏差,装回去的时候顺便调整了一下度盘,之后频率就很准了

固定频率档位旋钮的内六角螺丝居然裂了,拆不下来。就索性不拆了

这台机器保养得真的很好,面板的BNC头只有轻微氧化,用钢笔橡皮擦一下就闪亮如新了

前后对比

机器内部,稍微有点灰

刷一下后,跟新的一样。古朴的电路板和五彩斑斓的元件让人仿佛又回到了50年前

仪器一共四块电路板,以下是四视图



主板,负责产生不同频率的三角波

这颗大电容是测量三角波斜率的微分电容,边上是个场效应对管。为了降低杂散参数影响,关键部分包了一圈地

频率档位选择开关

各个档位的频率微调电位器,下边是两颗仙童公司生产的uA741运放(打了惠普的型号),看日期码生产于1971年

频率调节电位器

戴草帽的三极管,其实是散热片。三极管脚上还套了磁环

这里似乎是生产失误,掉了一个插孔,并且被永久焊在了板子上。不过不影响功能,也一直没被发现

两颗通体金黄的二极管,插在座子上。之前的插孔似乎就是用在这的

取下看看,是1N3713,镓材质隧道二极管,主要特性就是开关速度快而且在特定工作区呈现负阻性质。现在不多见了

反面,是电源变压器和输出功放板

金光闪闪的LOGO

电源稳压电路


输出功放三极管

侧面的板子之一,这里是正弦波通路放大器。正弦波整形电路在功放板上,大致原理是用一堆二极管和电阻实现分段拟合,因此谐波较多,但也不是不能用。这台机器的正弦波输出THD在0.5%~3%之间

侧面另一块板子,只是电源整流桥和大滤波电容

前面板,两颗金光闪闪的二极管,其实只是起个保护作用的稳压管,真奢侈啊

最后来张5kHz正弦波的测试图,左下角是HP3580A音频频谱仪,可以看到谐波还是挺多的。右边是HP331A失真分析仪,上面的示波器显示的是输出信号中的谐波分量。至于HP3580A和HP331A,等后面有空再拆吧~

顺带附上HP3310A的使用和维护说明书,及1969年6月的HPJ链接,里面有关于这台仪器的简单介绍。感兴趣可以下载。
HPJ-1969-06.pdf
3310A使用维护说明书

~全文完,感谢您阅读~

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