В практике радиолюбителя бывают такие моменты, когда требуется одновременно измерить постоянную составляющую сигнала и переменную. Обычно в таком случае пользуются осциллографом, но как быть если нет осциллографа. Если нет необходимости в точном определении формы сигнала переменной составляющей, можно воспользоваться двумя вольтметрами, один для измерения постоянного напряжения, другой - для переменного, включив их к одной точке.
В этом случае требуется два прибора, пользоваться одним универсальным (с переключателем - "переменный-постоянный") не удобно, невозможно наблюдать одновременно за племенной и постоянной составляющей, требуется время на переключение, а в некоторых случаях желательно видеть изменение обеих составляющих.
В такой ситуации может оказаться полезным описанный ниже прибор. Он в одном корпусе содержит два электронных вольтметра, переменного и постоянного тока, имеющих один общий источник питания и один общий провод, и два независимых стрелочных индикатора и входа.
Оба входа такого вольтметра можно подключить к одной точке и одновременно наблюдать за изменением постоянной и переменной составляющей, либо вольтметром постоянного тока измерять какое-либо управляющее напряжение, или режим работы каскада (например, напряжение смещения), и одновременно наблюдать за уровнем выходного переменного сигнала при помощи вольтметра переменного тока, включенного на выходе устройства.
Прибор имеет такие параметры: диапазон измеряемых напряжений постоянного тока - от 1 мВ до 1000В, диапазон измеряемых напряжений переменного тока - от 1 мВ до 100В, входное сопротивление входа измерения постоянного напряжения - 10 Мом, входное сопротивление входа измерения переменного напряжения - 1 Мом, мощность потребления от сети 1 Вт, граничная частота измеряемого переменного напряжения - 100 кгц при погрешности не более 1% и 1 Мгц при погрешности не более 10%.
Принципиальная схема показана на рисунке 1. Вольт-метр постоянного тока сделан на операционном усилителе А1. Здесь, при переключении пределов измерения используется одновременно два способа, во-первых входное напряжение делится при помощи двухступенчатого делителя на резисторах R1 R2, во-вторых изменяется коэффициент усиления самого операционного усилителя при помощи изменения глубины ООС переключением резисторов R7-R9.
При измерении напряжения величиной менее 1 В (на пределах 0,01,0,1, 1 В), входной сигнал не делится, и только изменяется коэффициент усиления ОУ А1, при измерении напряжения более 1В (пределы 10, 100, 1000В) , входной сигнал делится на 1000 резисторами R1 R2, а выбор этих пределов производится также изменением усиления ОУ.
Входная цепь, состоящая из резистора R3 и двунаправленного стабилитрона V1 предназначена для защиты входа операционного усилителя от перегрузки, вызванной ошибочно неправильным включением предела измерения. Резистор и стабилитрон представляют собой параметрический стабилизатор, который не дает входному напряжению быть больше 6,2 В.
Микроамперметр PV1 , по шкале которого производится отсчет постоянного напряжения, включен в цепь ООС ОУ между его инвертирующим входом и выходом, его сопротивление вместе с сопротивлением резисторов R7-R9 создает делитель выходного напряжения, и соответственно изменяя нижнее плечо этого делителя (при переключении резисторов) изменяется и глубина ООС, следовательно изменяется и коэффициент усиления. Такое построение схемы выбора пределов измерения позволило свести к минимуму число высокоомных резисторов.
Предварительную установку стрелочного индикатора в нулевое положение (перед началом измерения) производят балансировкой операционного усилителя при помощи переменного резистора R5. Резисторы R4 и R6 ограничивают пределы балансировки и увеличивают точность установки нуля. Для установки нуля переключатель пределов S1 нужно установить в положение "0", при этом входная цепь вольтметра замыкается накоротко.
Переменное напряжение измеряется вольтметром на операционном усилителе А2. Здесь используется такая-же схема с двухступенчатым входным делителем и трехступенчатым изменением коэффициента усиления ОУ. Разница в том, что входной делитель имеет частотную коррекцию на конденсаторах С2 и С3. Это необходимо для обеспечения достоверности измерений в широком диапазоне входных частот.
Резистор R12 и стабилитрон V2 служат для предохранения входа от перегрузки при неправильном выборе предела измерения, работают точно также как и в вольтметре постоянного тока.
Индикатор PV2 такой-же как в вольтметре постоянного тока, но здесь он служит дли измерения переменного напряжения и включается через мостовой выпрямитель на диодах V3-V6, резистор R16 служит для точной установки чувствительности микроамперметра, для сохранения уже имеющейся градуировки шкалы.
Переключение коэффициентов усиления ОУ производится также, путем изменения глубины ООС изменением коэффициента деления цепи, состоящей из микроамперметра и одного из резисторов R17-R19, включенной между инверсным входом и выходом ОУ А2.
Установка нуля измерительного прибора производится балансировкой операционного усилителя при помощи переменного резистора R14, резисторы R13 и R15 ограничивают пределы балансировки, делая её более точной.
Источник питания сделан по простой трансформаторной схеме с мостовым выпрямителем и параметрическим двухполярным стабилизатором на стабилитрона V7 и V8 (ОУ потребляют небольшой ток, и использование транзисторных стабилизаторов, обеспечивающих большой выходной ток не требуется).
Вольтметр на операционном усилителе
http://www. irls. narod. ru/izm/volt/volt05.htm
При налаживании различной электронной аппаратуры часто требуется вольтметр переменного и постоянного напряжения с высоким входным сопротивлением, работающий в широком интервале частот. Именно такой и относительно несложный прибор удалось сконструировать на ОУ К574УД1А, обладающем высокими характеристиками (частотой единичного усиления более 10 МГц и скоростью нарастания выходного напряжения до 90 В/мкс).
Принципиальная схема вольтметра приведена на рис. 1.
Он позволяет измерять переменное и постоянное напряжения в 11 поддиапазонах (верхние пределы измерений указаны на схеме). Интервал частот - от 20 Гц до 100 кГц в поддиапазоне “10 мВ”, до 200 кГц в поддиапазоне “30 мВ” и до 600 кГц в остальных. Входное сопротивление - 1 МОм. Погрешность измерения постоянного напряжения - ±2, переменного - ± 4 %. Дрейф нуля после прогрева (20 мин) практически отсутствует. Потребляемый ток - не более 20 мА.
Прибор содержит прецизионный выпрямитель на ОУ DA1 с диодным мостом VD1-VD4 в цепи ООС. Выпрямленное напряжение поступает на микроамперметр РА1. Такое включение позволяет получить максимально линейную шкалу вольтметра. Резистор R14 служит для балансировки ОУ, т. е. для установки нулевых показаний прибора.
Прецизионный выпрямитель использован для измерения не только переменного, но и постоянного напряжения, что уменьшило число переключении при переходе с одного режима работы на другой. Кроме того, это упростило процесс измерения постоянного напряжения, так как отпала необходимость изменять полярность включения микроамперметра РА1. Знак измеряемого постоянного напряжения определяет индикатор полярности на ОУ DA2, включенном по схеме масштабного усилителя и нагруженном светодиодами HL1, HL2. Чувствительность устройства такова, что оно индицирует полярность напряжения при отклонении стрелки микроамперметра всего на одно деление шкалы.
Режим работы прибора выбирают переключателем SA1, поддиапазон измерения - переключателем SA2, изменяющим глубину ООС, охватывающей ОУ DA1. При этом в цепь ООС могут быть включены две группы резисторов: R7-R11 (при постоянном напряжении на входе) и R18, R19, R21- R23 (при переменном). Номиналы последних подобраны таким образом, что показания прибора соответствуют эффективным значениям синусоидального
переменного напряжения. Корректирующие цепи R17C8, R20C9 уменьшают неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) прибора на поддиапазонах “10 мВ” и “30 мВ”. Дроссель L1 компенсирует нелинейность АЧХ операционного усилителя DA1. Кратность пределов измерения единице и трем обеспечивается входными частотнокомпенсированными делителями на элементах R1-R6, С2- С7. Изменение коэффициента деления происходит одновременно с переключением резисторов в цепи ООС микросхемы DA1 переключателем SA2.
Питается прибор от импульсного источника (рис. 2). За основу взято устройство, описанное в статье В. Зайцева, В. Рыженкова “Малогабаритный сетевой блок питания” (“Радио”, 1976, № 8, с. 42, 43). Для повышения стабильности и снижения уровня пульсации питающих напряжений оно дополнено стабилизаторами на микросхемах DA3, DA4 и LC-фильтрами. Можно использовать и другой подходящий стабилизированный источник напряжений ±15 В, а также батарею гальванических элементов или аккумуляторов.
В вольтметре применен микроамперметр М265 (класса точности 1) с током полного отклонения 100 мкА и двумя шкалами (с конечными отметками 100 и 300). Допускаемое отклонение сопротивлений резисторов R1-R6, R7-R11, R18, R19, R21-R23 - не более ±0,5 %. Микросхему К574УД1А можно заменить на К574УД1Б, К574УД1В. Дроссели L1-L5 - ДМ-0,1. Трансформатор Т1 намотан на тороидальном магнитопроводе внешним диаметром 34, внутренним 18 и высотой 8 мм из пермаллоевой ленты толщиной 0,1 мм. Обмотки I и IV содержат по 60 витков провода ПЭВ-2 0,1, II и III - по 120 (ПЭВ-2 0,2), а V и VI - по 110 (ПЭВ-2 0,3) витков.
Для уменьшения наводок элементы входного делителя и резисторы цепи ООС R7-R11, R18, R19, R21-R23 смонтированы непосредственно на контактах переключателя SA2. Остальные детали размещены на плате, закрепленной на резьбовых шпильках-выводах микроамперметра. Микросхема DA1 закрыта латунным экраном. Выводы питания 5 и 8 ОУ непосредственно у микросхемы DA1 соединяют через конденсаторы емкостью 0,022...0,1 мкФ с общим проводом. С переключателями SA1, SA2 ее выводы 3 и 4 соединены экранированными проводами. Транзисторы VT1, VT2 источника питания установлены на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности около 6 см2. Источник необходимо заэкранировать.
Налаживание начинают с источника питания. Если его блокинг-генератор не самовозбуждается, генерации добиваются подбором резистора R26. После этого подстроечными резисторами R28, R30 устанавливают напряжения +15 и -15 В, подключают к источнику налаживаемый прибор и убеждаются в отсутствии самовозбуждения микросхемы DA1. Если это все же происходит, то между ее выводами 6 и 7 включают конденсатор емкостью 4...10 пФ и проверяют отсутствие самовозбуждения на всех поддиапазонах измерения постоянного и переменного напряжения.
Далее прибор переключают на поддиапазон измерения переменного напряжения “1 В” и подают на вход синусоидальный сигнал частотой 100 Гц. Изменяя его амплитуду, добиваются отклонения стрелки на среднюю отметку шкалы. Увеличивая частоту входного напряжения, подстроечным конденсатором С2 добиваются минимальных изменений показаний прибора в рабочем интервале частот. То же самое делают на поддиапазонах “10 В” и “100 В”, изменяя емкость конденсаторов С4 и С6 соответственно. После этого по образцовому вольтметру проверяют показания прибора на всех поддиапазонах.
Следует отметить, что при отсутствии микросхемы К574УД1А в вольтметре можно использовать ОУ К140УД8 с любым буквенным индексом, однако это приведет к некоторому сужению рабочего интервала частот.
В. ЩЕЛКАНОВ
Милливольтметр
http://www. irls. narod. ru/izm/volt/volt06.htm
Прибор, внешний вид которого показан на рис. 1 3-й с. обложки журнала(здесь не показан), измеряет эффективные значения синусоидального напряжения от 1 мВ до 1 В, при использовании дополнительного делителя-насадки до 300 В, в интервале частот 20 Гц...20 МГц. Применение в милливольтметре широкополосного усилителя с выпрямителем, охваченных общей отрицательной обратной связью (ООС), позволило получить высокую точность показаний и линейную шкалу. Основная погрешность на частоте 20 кГц - не более ±2 %. Дополнительная частотная погрешность в интервале 100 Гц...10 МГц не превышает ±1, а в интервалах 20...100 Гц и 10...20 МГц - ±5 %. Погрешность от переключения пределов измерения в интервалах частот до 10 и от 10 до 20 МГц - соответственно не более ±2 и ±6 %. С достаточной для радиолюбительской практики точностью (±10...12%) прибором можно измерять напряжения частотой до 30 МГц, однако минимальное напряжение при этом составляет 3 мВ. Входное сопротивление милливольтметра - 1 МОм, входная емкость - 8 пФ. Прибор питается от батареи из одиннадцати аккумуляторов Д-0,25. Потребляемый ток - около 20 мА. Время непрерывной работы от свежезаряженной батареи - не менее 12 ч.
Зарядные устройства" href="/text/category/zaryadnie_ustrojstva/" rel="bookmark">зарядное устройства (VD4).
Каскад выносного пробника охвачен 100 %-ной ООС. Его нагрузкой и одновременно элементом цепи ООС служит делитель напряжения R8-R13. Дополнительный резистор R8 включен для согласования делителя с волновым сопротивлением (1500м) соединительного кабеля. Конденсаторы С4. С5 компенсируют частотные искажения.
Широкополосный усилитель милливольтметра собран на транзисторах VT3--VT10. Собственно усилитель - трехкаскадный, на транзисторах VT4. VT7, VT10 с нагрузкой, функции которой выполняет усилитель на транзисторах VT3, VT6, VT9. Включенные диодами транзисторы VT5 и VT8 увеличивают напряжение между коллекторами и эмиттерами транзисторов VT3 и VT4.
Вход усилителя подключен через конденсаторы С6, С7 и переключатель SA1.2 к выходу делителя напряжения. Поляризующее напряжение в точку соединения конденсаторов подано через резистор R14. Резистор R15 образует с входной емкостью транзистора VT4 фильтр нижних частот, обеспечивающий снижение усиления за пределами рабочей полосы частот усилителя.
По постоянному току усилитель охвачен общей ООС через резисторы R15 и R21. Каскады нагрузки также охвачены общей ООС, причем глубина ее равна 100 %, так как база транзистора VT3 непосредственно соединена с эмиттером транзистора VT9. Эта ООС действует и на переменном токе (резистор R25 не шунтирован конденсатором), что значительно увеличивает выходное сопротивление транзистора VT9 (и всего усилителя) и уменьшает его выходную емкость до единиц пикофарад. При этом создаются условия для передачи всей мощности усиливаемого сигнала на выпрямитель (VD1. VD2) в широком интервале частот. Высокое выходное сопротивление обеспечивает режим генератора тока в цепи выпрямителя и линейную шкалу.
При указанном на схеме включении транзисторов VT9 и VT10 добиться стабильности рабочего режима усилителя очень трудно. Хороших результатов удалось достичь соединением коллекторов транзисторов VT3 и VT4 через резисторы R18 и R19 и подключением коллекторов транзисторов VT6 и, VT7 к точке их соединения (2).
Если по какой-либо причине, например, из-за увеличения температуры транзистора VT3, возрастает его коллекторный ток. В результате уменьшаются напряжение между его коллектором и эмиттером и токи транзисторов VT6, VT9, а напряжение коллектор-эмиттер последнего возрастает. Однако коллекторный ток транзистора VT6 уменьшается значительно в большей степени, чем увеличивается ток транзистора VT3. поэтому их суммарный ток становится существенно меньше. Это вызывает снижение тока транзистора VT7, а следовательно и VT10, что приводит к росту напряжения коллектор-эмиттер транзистора VT10 и изменению напряжения в точке соединения коллекторов транзисторов VT9, VT10 в сторону первоначального значения. Таким образом обеспечивается относительно высокая стабильность работы устройства: при изменении исходной температуры (+18...20°С) на ±30 "С постоянное напряжение на выходе изменяется на 10...25 %.
Основной недостаток описываемого усилителя - необходимость (из-за большого разброса параметров транзисторов) начальной установки постоянного напряжения на выходе подбором одного из резисторов R25 или R26. Чтобы этого не делать, усилитель дополнен следящим каскадом на транзисторах VT16-VT19, который обеспечивает дополнительную общую ООС по постоянному току и служит для стабилизации рабочего режима усилителя . Полезная особенность каскада заключается в том, что токи баз транзисторов VT16 и VT18 протекают через резистор R27 в противоположных направлениях, результирующий ток очень мал, поэтому сопротивление резистора может быть очень большим, а стабилизирующее действие каскада высоким.
Если из-за каких-либо причин напряжение на выходе усилителя увеличивается, токи транзисторов VT18, VT19 возрастают, а транзисторов VT16, VT17 - уменьшаются. В итоге падение напряжения на резисторе R17 становится меньше, и напряжение между эмиттером и базой транзистора VT3 повышается, что вызывает увеличение его коллекторного тока и уменьшение напряжения между эмиттером и коллектором. Это приводит к снижению тока транзисторов VT6 и VT9, в результате чего напряжение на выходе стремится к первоначальному значению. Кроме того, при уменьшении коллекторного тока транзисторов VT16, VT17 становится меньше напряжение на резисторе R26, а следовательно, и коллекторный ток транзистора VT4. Напряжение на его коллекторе и токи транзисторов VT7 и VT10 возрастают, что вызывает уменьшение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора VT10 и восстановление первоначального режима работы усилителя. К тому же уменьшение коллекторного тока транзистора VT4 приводит к снижению тока транзистора VT6, а следовательно и VT9, что также способствует поддержанию заданного режима работы усилителя.
Следует отметить, что восстановительное действие по коллекторной цепи транзисторов VT16 и VT17 значительно слабее, чем по эмиттерной, так как их коллекторы подключены к цепи эмиттера транзистора VT10 выходного каскада усилителя. Тем не менее оно улучшает работу следящего каскада.
Аналогичным образом стабилизирует режим работы усилителя составной транзистор VT18VT19.
Благодаря применению следящего каскада широкополосный усилитель не требует установки режимов транзисторов и может работать в широком интервале температуры.
Выпрямитель милливольтметра - двухполупериодный с раздельной нагрузкой в каждом плече (R28C15 и R29C16). Резистор R30 служит для калибровки прибора РА1.
Широкополосный усилитель и выпрямитель охвачены общей ООС по переменному току через резистор R22. Это обеспечивает повышение линейности выпрямителя и стабильности показаний прибора, а также расширение рабочего интервала частот. Для увеличения глубины ООС по переменному току в цепи эмиттеров транзисторов VT4, VT10 включены блокировочные конденсаторы С10 и С12. Цепь R16C8, шунтирующая резистор R22, корректирует частотную характеристику усилителя на высших частотах.
Стабилизатор напряжения (VT11- VT15, VD3) - параметрического типа.
Транзисторы VT11-VT13 использованы в качестве стабисторов в цепи стабилитрона Д814Г (VD3), имеющего большой разброс напряжения стабилизации. Соединяя перемычкой точки 1 и 2, 1 и 3 или 1 и 4, получают требуемое для работы прибора напряжение питания 12±0,3 В.
Зарядное устройство собрано по схеме однополупериодного выпрямителя с ограничительными резисторами R39, R40.
В милливольтметре предусмотрен контроль напряжения аккумуляторной батареи GB1 в положении “Контр. пит.” переключателя SA2. При. этом резистор R38 задает верхний предел измерения 20 В-
Резисторы R1, R2, R9-R13, R15, R22 и R38 должны иметь малый температурный коэффициент сопротивления, поэтому следует использовать резисторы С2-29. С2-23, БЛП, УЛИ и т. п. Если же повышенные стабильность и точность в широком интервале температуры не требуются, то можно применить резисторы МЛТ. В этом случае приемлемая для радиолюбительской практики погрешность измерений будет обеспечиваться при температуре 20±15 °С. Остальные резисторы - МЛТ с допуском 5 %. Все оксидные конденсаторы в милливольтметре - К50-6, остальные - КМ4-КМ6 и т. п.
Транзисторы серий КТ315, КТЗ6З, К. Т368 и диоды серии КД419 можно использовать с любым буквенным индексом. Диод VD4 - любой кремниевый маломощный с допустимым обратным напряжением 400 В и прямым током не менее 50 мА. Стабилитрон Д814Г можно заменить любым другим маломощным с напряжением стабилизации 11 В. В выпрямителе (VD1, VD2) можно использовать детекторные или смесительные диоды СВЧ (Д604, Д605 и др.), а в крайнем случае и германиевые диоды Д18, Д20, однако при этом верхний предел рабочего интервала частот уменьшится до 10...15 МГц.
Переключатель SA1 - ПГ-3 (5П2Н), но можно использовать ПГК, ПМ и другие галетные, лучше керамические; SA2 и SA3 - тумблеры ТП1-2.
Измерительный прибор РА1 - микроамперметр М93 с внутренним сопротивлением 350 Ом, током полного отклонения 100 мкА и двумя шкалами с конечными отметками 30 и 100. Можно использовать и другие приборы (например, М24 и аналогичные) с иным током полного отклонения, но не более 300 мкА, необходимо только подобрать резисторы R32 и R38.
Милливольтметр смонтирован в корпусе (см. обложку) размерами 200Х115Х66 мм из дюралюминия толщиной 1,5 мм; лицевая панель изготовлена из того же материала толщиной 2,5 мм. В последней имеются два отверстия диаметром 28 мм для размещения выносного пробника и делителя-насадки.
Выносной пробник и делитель-насадка выполнены в виде стыкуемых одна с другой частей коаксиального разъема (штепсель - пробник, гнездо - делитель-насадка). Конструкция первого из них показана на рис. 3 обложки. К латунному штырю припаян вывод конденсатора С2, расположенного на монтажной плате, которая плотно вставлена в конусообразный наконечник из органического стекла. В качестве цилиндрического экрана использован корпус оксидного конденсатора. Внешний диаметр экрана - 28, длина - 54 мм. На экране закреплен хомут из жести с гибким проводом для подключения к контролируемому устройству. Через отверстие в торце экрана в пробник введены два кабеля длиной около 1 м:
один из них (коаксиальный с волновым сопротивлением 150 Ом) использован для соединения пробника с делителем напряжения, другой (экранированный провод) - для подачи напряжения питания. Экранирующие оплетки обоих кабелей припаяны к общим точкам пробника и усилителя. К ним же подключены экран пробника и корпус прибора.
Примерно так же устроен и делитель-насадка (см. рис. 4 обложки). К конусообразному наконечнику из органического стекла на расстоянии примерно 20 мм от штыря привинчена перегородка из жести с экранирующей трубкой внутренним диаметром в 2...3 раза большим, чем диаметр резистора Rl, и длиной на 1...2 мм большей его длины (без выводов). Перегородка припаяна к трубке в средней части и имеет электрический контакт с внешним цилиндрическим экраном. Резистор Rl размещен в трубке коаксиальною, один его вывод припаян к штырю, второй - к латунному гнезду, расположенному на расстоянии 14...15 мм от перегородки. Гнездо закреплено в диске из органического стекла толщиной 7 и диаметром 27 мм, соединенном с перегородкой двумя Г - образными латунными уголками и винтами.
Резисторы R8-R13 и конденсаторы С4, С5 с предварительно укороченными выводами припаяны непосредственно к контактам переключателя SA1. Вывод подвижного контакта переключателя SA1.2 расположен поблизости от входа усилителя, а вывод, к которому припаяны резисторы R12 и R13, - на расстоянии, чуть большем длины резистора R13 (без выводов), от общей точки усилителя. Выводы резистора R13 укорочены до 2...2,5 мм для того, чтобы их индуктивное сопротивление на высшей рабочей частоте было значительно меньше активного сопротивления резистора (иначе возрастут частотные искажения на высоких частотах).
Элементы зарядного устройства R39, R40 и диод VD4 смонтированы на небольшой плате, закрепленной на лицевой панели возле вилки ХРЗ.
Остальные детали милливольтметра размещены на плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, как показано на рис. 5 обложки. Она закреплена на резьбовых шпильках-выводах микроамперметра РА1. Оксидные конденсаторы установлены на плате вертикально, выводы загнуты с противоположной стороны в соответствующих монтажу направлениях. Выводы резистора R22 укорочены до 2...3 мм.
Через отверстия а-а в левой (на обложке) части платы пропущен 3 раза луженый провод диаметром 0,7 мм и залит припоем. Этот провод - общая точка усилителя. Соединения с ней, показанные штриховой линией, выполнены проводом того же диаметра с противоположной деталям стороны, причем от конденсатора СИ проложен двойной провод для уменьшения индуктивности. Таким же способом подключены выводы резисторов R28, R29 и конденсаторов С 15, С 16 к точке соединения резистора R22 и конденсаторов С8, С10. При повторении конструкции все эти провода следует проложить кратчайшим путем, но так, чтобы они по возможности не пересекали других проводов и не проходили над точками пайки (на обложке они для наглядности показаны без учета этих требований).
Аккумуляторная батарея GB1 установлена на плате между двумя пружинящими уголками, служащими ее выводами. Аккумуляторы помещены в трубку, склеенную из плотной бумаги (2- 3 слоя). Края трубки длиной 110... 115 мм завальцованы с обоих концов. На плате батарея закреплена гибким монтажным проводом.
Налаживание милливольтметра начинают с установки напряжения питания, соединяя при необходимости перемычкой контакты 2,3 или 4 с контактом 1. Далее проверяют напряжение на истоке транзистора VT1. Если оно меньше 1,5 В, то на затвор транзистора следует подать небольшое (доли вольта) положительное напряжение с резистивного делителя общим сопротивлением 130...140 кОм. Затем проверяют режимы работы транзисторов в усилителе. Измеренные значения напряжения не должны отличаться от указанных на схеме более чем на ±10 %.
После этого на вход милливольтметра (КР2) подают с генератора стандартных сигналов колебания частотой 100 кГц и напряжением 10 мВ. Переключатель устанавливают в положение ”0,01”. Изменяя сопротивление резистора R30, добиваются отклонения стрелки прибора РА1 на конечную отметку шкалы.
Наконец, плавно перестраивая генератор, проверяют частотную характеристику прибора в области высоких частот, предварительно отключив вывод конденсатора С8 от резистора R22. На частоте 20 МГц показание милливольтметра не должно уменьшаться (по отношению к 100 кГц) более чем на 10...20 %. Если же это не так. необходимо уменьшить сопротивление резистора R15.
После этого восстанавливают соединение конденсатора С8 с резистором R22 и добиваются равномерности частотной характеристики на высоких частотах, подбирая при необходимости конденсатор С8 и резистор R16. В отдельных случаях для более точной корректировки частотной характеристики в интервале от 16 до 20 МГц в эту цепь последовательно включают дроссель, намотав на резисторе МЛТ-0,25 сопротивлением более 15 кОм 10-25 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,11... 0,13 мм в один ряд
Для проверки частотной характеристики в области низких частот используют генератор ГЗ-33, ГЗ-56 или аналогичный при включенном внутреннем сопротивлении 600 Ом и в положении “АТТ” переключателя выходных сопротивлений. Частотные искажения в этой области зависят исключительно от емкости блокировочных и разделительных конденсаторов С2, СЗ, С6, С7, С9--С13 (чем она больше, тем искажения меньше).
Г. МИКИРТИЧАН
г. Москва
ЛИТЕРАТУРА
1. Авт. свид. СССР № 000 (Бюл. “Открытия, изобретения...”, 1977, № 9).
2. Авт. свил. СССР J6 634449 (Блюл. “Открытия, изобретения...”. 1978, № 43).
3. Авт. свил. СССР № 000 (Блюл. “Открытия. изобретения...”, 1984. № 13).
РАДИО №5, 1985 г. с. 37-42.
Милливольтметр - Q-метр
http://www. irls. narod. ru/izm/volt/voltq. htm
И. Прокопьев
Прибор, описание которого предлагается вниманию читателей, предназначен для измерения добротности катушек, их индуктивности, емкости конденсаторов, а также высокочастотного напряжения. При измерении добротности на колебательный контур подается напряжение 1 мВ (вместо 50 мВ в Е9-4), поэтому от внешнего генератора ВЧ требуется напряжение всего 100 мВ, т. е. можно воспользоваться практически любым маломощным транзисторным генератором сигналов с диапазоном рабочих мест не менее 0,24...24 МГц.
Диапазон измеряемых значений добротности - 5...1000 с погрешностью 1%, емкости - от 1 до 400 пФ с погрешностью 1% и 0,2 пФ при измерении емкости 1...6 пФ. Индуктивность определяется на фиксированных частотах в пяти поддиапазонах согласно таблице.
Частота измерения, МГц | Поддиапазон, мкГ |
Встроенным милливольтметром (схема заимствована из (1)) можно измерять переменное напряжение в шести поддиапазонах 3, 10, 30, 100, 300, 1000 мВ в полосе частот от 100 кГц до 35МГц. Входное сопротивление - 3 МОм, входная емкость 5 пФ. Погрешность измерений не превышает 5%.
Прибор имеет небольшие габариты - 270х150х140 мм, несложен по конструкции и легок в налаживании. Питается он от сети переменного тока напряжением 220 В через встроенный стабилизированный источник питания.
Принципиальная схема милливольтметра с выносным пробником и источником питания показана на рис. 1,
https://pandia.ru/text/80/142/images/image006_47.gif" width="455" height="176">
Рис. 2.
Гнезда Х5-Х8 измерительного блока смонтированы на пластине из фторопласта (другие материалы непригодны) и расположены по углам квадрата со стороной 25 мм (рис. 3.)
Рис. 3.
Конденсатор С27 - подстроечный, с воздушным диэлектриком, С23 - обязательно слюдяной с малыми потерями (например, КСО). Конденсатор С24 - любой керамический, но обязательно с минимальной собственной индуктивностью. Для этого собственные выводы конденсатора отпаивают, к одной обкладке припаивают медную пластину размерами 20х20х1 мм, которую затем винтом крепят к корпусу переменного конденсатора С25 как можно ближе к гнездам Х5-Х8. Ко второй обкладке конденсатора С24 припаивают один конец ленты из медной фольги, второй конец которой припаивают к гнезду Х5, как показано на вкладке. Гнезда и другие медные детали измерительного блока желательно посеребрить.
Милливольтметр состоит из выносного пробника, аттенюатора, трехкаскадного широкополосного усилителя, детектора с удвоением напряжения и микроамперметра.
Пробник собран по схеме повторителя напряжения на транзисторах V1, V2. Он соединен с прибором экранированным кабелем с дополнительным проводником, по которому поступает напряжение питания.
Широкополосный аттенюатор смонтирован на плате керамического переключателя на 11 положений. Между группами деталей аттенюатора относящимися к одному поддиапазону, установлены экранирующие пластины из листовой меди толщиной 0,5 мм, а весь аттенюатор заключен в латунный экран диаметром 50 мм и длиной 45 мм.
Все три каскада широкополосного усилителя собраны по схеме с общим эмиттером и имеют коэффициент передачи 10. Усиленный сигнал поступает на амплитудный детектор и далее, через подстроечный резистор R31 (калибровка), на измерительный прибор P1.
Блок питания прибора особенностей не имеет. Сетевое напряжение понижается трансформатором T1, выпрямляется и поступает на стабилизатор на транзисторах V9, V10.
Конструктивно прибор собран в дюралюминиевом корпусе (рис. 4).
Рис. 4.
Выносной пробник (рис. 5)
Рис. 5.
смонтирован на слюдяной пластине методом навесного монтажа и заключен в алюминиевый корпус - экран диаметром 18 и длиной 80 мм. При повторении прибора следует строго выполнять правила монтажа высокочастотных устройств.
В приборе использованы постоянные резисторы ОМЛТ, МЛТ-0,125. В аттенюаторе резисторы подобраны с точностью 10%. Конденсаторы К50-6, КЛС, КТП, КМ-6. Подстроечный резистор R31 - СП-11; его ручка выведена под шлиц на переднюю панель. Микроамперметр М265 с током полного отклонения 100 мкА. Выключатели МТ-1, МТ-3, ПГК.
Налаживание прибора начинают с установки номинального тока через стабилитрон V8. Для этого при напряжении сети 220 В подбирают резистор R35 так, чтобы ток стабилизации был равен 15 мА. Затем подбором резистора R34 устанавливают на выходе стабилизатора напряжение 9 В. Потребляемый прибором ток при этом не превышает 25 мА. После этого на вход пробника подают напряжение от генератора сигналов и контролируя напряжение на выходе широкополосного усилителя, подбором корректирующих цепей в эмиттерных цепях транзисторов V3-V5, добиваются равномерной АЧХ усилителя в полосе частот 0,1...35 МГц (о том, как это сделать. можно прочитать в (1).
Для налаживания измерительного блока Q-метра нужно от генератора стандартных сигналов н» гнездо Х4 подать напряжение 100 мВ частотой 760кГц и к гнездам Х5, Х6 подключить любую катушку с индуктивностью в пределах 0,1…1 мГ. Вращая ось конденсатора С26, добиваются резонанса, по максимуму показаний милливольтметра, подключенного к измерительному блоку Q-метра. Если это удалось сделать, значит, измерительный блок смонтирован правильно и можно приступать к градуировке шкал конденсаторов. Конденсатор С26 служит длю точной настройки контура, поэтому его шкала должна быть с нулевой отметкой посредине и отградуирована в пределах от – 3 до +3 пФ.
Шкалу конденсатора С25 градуируют на одной частоте, например 760 кГц, расчетным путем по формуле L=25,4/f2*(C+Cq), где Cq – емкость конденсатора С26, соответствующая нулевой отметке шкалы. Индуктивность получается в мГ, если частоту подставлять в МГц, а емкость в пФ. Коррекцию показаний производят на частоте 24МГц конденсатором С27 и подбором числа витков индуктивности L1 (0,03 мкГ).
Для измерения добротности необходимо подключить выносной пробник к гнезду Х9 измерительного блока Q-метра (входной Х4 и выходной Х9 разъемы измерительного блока Q-метра расположены на задней панели прибора). От внешнего генератора подать на гнездо Х4 напряжение нужной частоты и при нажатой кнопке “K” (S3) регулятором выходного напряжения генератора установить по шкале милливольтметра напряжение 100 мВ. Далее подключают катушку и добиваются резонанса вращением ручек настройки конденсаторов С25, С26 и считывают показания (при измерении добротности показания милливольтметра умножают на 10).
Более подробно о возможных вариантах использования Q-метра для измерения различных параметров катушек и конденсаторов рассказано в .
Литература
1. Уткин И. Переносной милливольтветр - Радио, 1978, 12, с. 42-44
2. Заводское описание конструкции Q-метра Е9-4
3. Роговенко С. Радиоизмерительные приборы - Высшая школа, часть 2, с. 314-334
Милливольтнаноамперметр
http://www. irls. narod. ru/izm/volt/volt04.htm
Для того чтобы вольтметр обладал большим входным сопротивлением (несколько мегаом), вполне достаточно выполнить его входной каскад на полевом транзисторе, включенном по схеме истокового повторителя. В отличие от часто используемого (для компенсации дрейфа нуля) дифференциального каскада на этих полупроводниковых приборах такое решение проще, избавляет от подбора пары экземпляров, идентичных по нескольким параметрам, что из-за значительного их разброса требует большого числа транзисторов, хотя и приводит к необходимости подстройки нуля вольтметра. Так как падение напряжения на входном сопротивлении пропорционально протекающему через него току, прибором одновременно можно измерять и его.
Указанные соображения позволили сконструировать простой милливольтнаноамперметр, который обеспечивает измерение как малых постоянных и переменных напряжений, так и токов в высокоомных цепях различной радиоаппаратуры. В исходных положениях переключателей прибор готов к измерению напряжения от 0 до 500 мВ или тока от 0 до 50 нА. Манипулируя переключателями, верхний предел измерения напряжения можно понизить до 250, 50 и 10 мВ, а тока - до 25, 5 и 1 нА, или повысить каждый из них в 100 раз (при нажатии кнопок “мВХ100” и “нАХ100”). Таким образом, максимальные измеряемые напряжение и ток ограничены соответственно пределами 50 В и 5 мкА (большие значения могут быть измерены обычными авометрами с достаточно большим входным сопротивлением и малым падением напряжения. например, Ц4315). Входное сопротивление прибора равно 10 МОм. при ненажатом или 100 кОм при нажатом кнопочном переключателе “нАХ100”. Максимальная частота измеряемых переменных напряжения и тока - не менее 200 кГц.
Принципиальная схема прибора изображена на рис. 1.
Он состоит из входного узла (R1 - R3, С2, СЗ, SA1, SA2), истокового повторителя (VT1), усилительного каскада (DA1), устройства выбора пределов измерения и рода тока (R9-R16, SA3, SA4), измерительного узла (VD3-VD6, PA1, C5) и источника питания (T1, VD7-VD12, С8 - С11, R17, R18).
Истоковый повторитель обеспечивает высокое входное сопротивление прибора. Согласно справочным данным ток утечки затвора примененного полевого транзистора может достигать 1 нА, что вроде бы не позволяет измерять ток меньших значений. Однако такой ток утечки возникает лишь при напряжении между затвором и истоком, равном 10 В. а в приборе это напряжение близко к нулю. Поэтому реальные значения тока утечки намного меньше паспортного и можно считать, что входное сопротивление прибора определяется элементами входного узла. Последний представляет собой частотнонезависимый делитель напряжения R1-R3C2C3. управляемый переключателями SA1 и SA2, расширяющими пределы измерения тока и напряжения до 5 мкА и 50 В соответственно. Диоды VD1, VD2 защищают транзистор VT1 от входных напряжений опасного для него уровня. В усилительном каскаде применен доступный ОУ К140УД1Б, обладающий достаточно высоким коэффициентом усиления и хорошими частотными свойствами. Входное сопротивление усилителя - несколько сотен килоом. На неинвертирующий вход ОУ с истока транзистора VT1 поступает измеряемое напряжение. Подстроечный резистор R5 служит дли установки нулевых показаний прибора при переключении пределов измерения, ОУ охвачен цепью ООС через измерительный узел и устройство выбора пределов измерения и рода тока. С помощью переключателей SA3 и SA4 к инвертирующему входу ОУ подсоединяют один из резисторов R9-R16, переключателем SA4 микроамперметр РА1 включают в цепь ООС либо непосредственно (при измерении постоянных напряжения и тока), либо через выпрямитель VU3-VD6 (при измерении переменных величин). Для защиты от бросков тока в момент выключения питания микроамперметр замыкается накоротко секцией SA5.2 выключателя SA5 одновременно с отключением прибора от сети.
Двуполярный источник питания прибора содержит параметрические стабилизаторы VD7R17 и VD8R18.
Детали и конструкция. В приборе, применены резисторы СП5-3 (R5) и МЛТ (остальные), конденсаторы. К50-6 (С5, С8, С9), К50-7 (GIO, СИ), МБМ, КТ1, БМ (остальные), микроамперметр М2003 с током полного отклонения стрелки 50 мкА. переключатели П2К.
Сетевой трансформатор Т1 намотан на магнитопроводе ШЛ15Х25 с окном 10Х35 мм. Обмотка 1-2 содержит 4000 витков провода ПЭВ-2 0.12, 3-4-5 -- 320 + 320 витков провода ПЭВ-2 0,2.
ОУ К140УД1Б можно заменить любым другим (с соответствующими напряжениями питания и коррекцией), однако из-за худших частотных свойств большинства доступных ОУ рабочий диапазон частот прибора в этом случае сузится. Вместо транзистора КП303Б можно использовать КП303А или КП303Ж, вместо диодов Д223, Д104 --любые кремниевые с такими же параметрами, вместо Д18 - германиевые диоды серии Д2 или Д9 с любым буквенным индексом.
В приборе можно применить и другие микроамперметры с током полного отклонения стрелки 100 или 200 мкА, однако резисторы R9-R16 В этом случае придется подобрать заново.
Прибор собран на двух печатных платах из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Их чертежи приведены па рис. 2 (плата 1)
и 3 (плата 2).
Переключатели SA1-SA4 вместе с платой 1 смонтированы па алюминиевом уголке, который привинчивают к передней панели. На ней установлен и подстроечный резистор R5 для подстройки нуля прибора, для чего предусмотрено отверстие для отвертки. Плата 2 закреплена с помощью втулок и гаек на винтах крепления микроамперметра. В ее средней части выпилено отверстие размерами 45Х X 15 мм, открывающее доступ к лепесткам на выводах-шпильках микроамперметра, к которым припаяны выводы конденсатора С5. Конденсаторы С10 и СИ установлены на металлическом уголке, привинченном к этой плате, причем корпус конденсатора СИ изолирован от него.
Налаживание. До монтажа некоторые детали прибора рекомендуется подобрать. В первую очередь это относится к резисторам R2 и R3. Их суммарное сопротивление должно быть равно 10 МОм (допускаемое отклонение - не более ±0,5 %), а отношение сопротивлений R2/R3 - 99. С такой же точностью необходимо подобрать и резистор R1. Для облегчения подбора каждый из названных резисторов можно составить из двух (меньших номиналов). Диоды VD3- VD6 подбирают по примерно одинаковому обратному сопротивлению, которое должно быть не менее 1 МОм.
Далее все детали, кроме резисторов RIO-R16, монтируют на платах, подсоединяют трансформатор питания, детали измерительного узла, входные гнезда и, установив переключатели в положения, показанные на схеме, включают питание. Вначале измеряют напряжения на выходе двуполярного источника питания и, если они различаются более чем на 0,1 В, подбирают стабилитрон VD7 или VD8. Напряжение пульсации обоих плеч источника не должно превышать 2 мВ.
После этого в среднем положении движка подстроечного резистора R5 подбором резистора R6 устанавливают стрелку микроамперметра РА1 точно на нулевую отметку шкалы и переходят к калибровке прибора. Вначале на входные гнезда XS1 и XS3 подают постоянное напряжение 10 мВ и при нажатой кнопке SA3.1 подбором резистора R10 добиваются отклонения стрелки до последней отметки шкалы. Затем входное напряжение последовательно увеличивают до 50, 250 и 500 мВ и этой же цели добиваются подбором соответственно резисторов R13 (при нажатой кнопке SA3.2), R15 (нажата кнопка SA3.3) и R9 (все кнопки - в положениях, показанных на схеме).
Затем переключателем SA4 прибор переводят в режим измерения переменных напряжения и тока и, последовательно подавая на гнезда XS2, XS3 переменные напряжения 10, 50, 250 и 500 мВ частотой 1 кГц, калибруют прибор подбором соответственно резисторов R12, R14, R16 и R11.
В заключение при нажатой кнопке SA2 и входном напряжении частотой 100 кГц проверяют калибровку па одном из пределов измерения переменного напряжения и, если необходимо, корректируют показания прибора подбором конденсатора С2.
Б. АКИЛОВ
г. Саяногорск, Хакасской АО
РАДИО № 2, 1987 г. с. 43.
Высокая точность измерений величины ВЧ-напряжений (до третьего-четвертого знака) в радиолюбительской практике, собственно, и не нужна. Больше важна качественная составляющая (наличие сигнала достаточно высокого уровня - чем больше, тем лучше). Обычно, при измерении ВЧ-сигнала на выходе гетеродина (генератора), такая величина не превышает 1,5 - 2 вольт, а сам контур в резонанс настраивают по максимальной величине ВЧ напряжения. При настройках в трактах ПЧ сигнал покаскадно повышающаяся от единиц до сотни милливольт.
При настройках гетеродинов, трактов ПЧ до сих пор часто применяются ламповые вольтметры (типа ВК 7-9, В7-15 и др.) с диапазонами измерений 1 - 3в. Высокое входное сопротивление и малая входная емкость в таких приборах является определяющим фактором, а погрешность составляет до 5-10% и определяется точностью применяемой стрелочной измерительной головки. Измерения таких же параметров можно проводить с помощью самодельных стрелочных приборов, схемы которых выполнены на микросхемах с полевыми транзисторами на входе. Например, в ВЧ милливольтметре Б.Степанова (2) входная емкость составляет всего 3 пФ, сопротивление на различных поддиапазонах (от 3 мВ до 1000 мВ) даже в худшем случае не превышает 100 кОм при погрешности +/- 10% (определяется применяемой головкой и погрешностью КИП для градуировки). При этом измеряемое ВЧ напряжение с верхней границей частотного диапазона 30 мГц без явной частотной погрешности, что вполне приемлемо в радиолюбительской практике.
По схемотехнике предлагаемый прибор очень прост, а минимум применяемых комплектующих найдутся «в ящике» практически каждого радиолюбителя. Собственно, в схеме ничего нового нет. Применение ОУ для таких целей подробно описано в радиолюбительской литературе 80-90 годов (1, 4). Использована широкораспространенная микросхема К544УД2А (или УД2Б, УД1А, Б) с полевыми транзисторами на входе (а значит и с высоким входным сопротивлением). Можно применять любые операционные усилители других серий с полевиками на входе и в типичном включении, например, К140УД8А. Технические характеристики милливольтметра-вольтметра соответствуют приведенным выше, поскольку основой прибора стала схема Б.Степанова (2).
В режиме вольтметра коэффициент усиления ОУ равен 1 (100% ООС) и напряжение измеряется микроамперметром до 100 мкА с добавочными сопротивлениями (R12 - R17). Они, собственно, и определяют поддиапазоны прибора в режиме вольтметра. При уменьшении ООС (переключателем S2 включаются резисторы R6 - R8) Кус. возрастает, соответственно повышается чувствительность операционного усилителя, что позволяет его использовать в режиме милливольтметра.
Особенностью предлагаемой разработки является возможность работы прибора в двух режимах - вольтметра постоянного тока с границами от 0,1 до 1000 в, и милливольтметра с верхними границами поддиапазонов 12,5, 25, 50 мВ. При этом в двух режимах используется один и тот же делитель (Х1, Х100), так что, к примеру, на поддиапазоне 25 мВ (0,025 в) с применением множителя Х100 можно измерять напряжение 2,5 в. Для переключения поддиапазонов прибора применен один многопозиционный двухплатный переключатель.
С применением выносного ВЧ-пробника на германиевом диоде ГД507А можно измерять ВЧ-напряжение в тех же поддиапазонах с частотой до 30 мГц.
Диоды VD1, VD2 защищают стрелочный измерительный прибор от перегрузкок при работе.
Еще одной особенностью защиты микроамперметра при переходных процессах, возникающих при включении-выключении прибора, когда стрелка прибора зашкаливает и может даже погнуться, является применение релейного отключения микроамперметра и замыкание выхода ОУ на нагрузочный резистор (реле Р1, С7 и R11). При этом (при включении прибора) на зарядку С7 требуются доли секунды, поэтому реле срабатывает с задержкой и микроамперметр подключается к выходу ОУ на доли секунды позже. При выключении прибора С7 разряжается через лампу-индикатор очень быстро, реле обесточивается и разрывает цепь подключения микроамперметра раньше, чем полностью обесточатся цепи питания ОУ. Защита собственно ОУ осуществляется включением по входу R9 и С1. Конденсаторы С2, С3 являются блокировочными и предотвращают возбуждение ОУ.
Балансировка прибора («установка 0») осуществляется переменным резистором R10 на поддиапазоне 0,1 в (можно и на более чувствительных поддиапазонах, но при включенном выносном пробнике возрастает влияние рук). Конденсаторы желательны типа К73-хх, но при их отсутствии можно взять и керамические 47 - 68н. В выносном щупе-пробнике применен конденсатор КСО на рабочее напряжение не менее 1000в.
Настройка милливольтметра-вольтметра проводится в такой последовательности. Сначала настраивают делитель напряжения. Режим работы - вольтметр. Подстроечный резистор R16 (поддиапазон 10в) устанавливают на максимальное сопротивление. На сопротивлении R9, контролируя образцовым цифровым вольтметром, устанавливают напряжение от стабилизированного источника питания 10 в (положении S1 - Х1, S3 - 10в). Затем в положении S1 - Х100 подстроечными резисторами R1 и R4 по образцовому вольтметру устанавливают 0,1в. При этом в положении S3 - 0,1в стрелка микроамперметра должна установиться на последнюю отметку шкалы прибора. Соотношение 100/1 (напряжение на резисторе R9 - Х1 - 10в к Х100 - 0,1в, когда положение стрелки настраиваемого прибора на последнем делении шкалы на поддиапазоне S3 - 0,1в) проверяют и корректируют несколько раз. При этом обязательное условие: при переключении S1 образцовое напряжение 10в менять нельзя.
Далее. В режиме измерения постоянного напряжения в положении переключателя делителя S1 - Х1 и переключателя поддиапазонов S3 - 10в переменным резистором R16 устанавливают стрелку микроамперметра на последнее деление. Результатом (при 10 в на входе) должны быть одинаковые показания прибора на поддиапазоне 0,1в - Х100 и поддиапазоне 10в - Х1.
Методика настройки вольтметра на поддиапазонах 0,3в, 1в, 3в и 10в прежняя. При этом положения движков резисторов R1, R4 в делителе менять нельзя.
Режим работы - милливольтметр. На входе 5 в. В положении S3 - 50 мВ делитель S1 - Х100 резистором R8 устанавливают стрелку на последнее деление шкалы. Проверяем показания вольтметра: на поддиапазоне 10в Х1 или 0,1в Х100 стрелкка должна быть на середине шкалы - 5в.
Методика настройки на поддиапазонах 12,5мВ, и 25мВ такая же, как и для поддиапазона 50мВ. На вход подается соответственно 1,25в и 2,5в при Х 100. Проверка показаний проводится в режиме вольтметра Х100 - 0,1в, Х1 - 3в, Х1 - 10в. Следует учесть, что когда стрелка микроамперметра находится в левом секторе шкалы прибора, погрешность при измерениях увеличивается.
Особенность такой методики калибровки прибора: не требуется наличие образцового источника питания 12 - 100 мВ и вольтметра с нижним пределом измерения меньше 0,1 в.
При калибровке прибора в режиме измерения ВЧ напряжений выносным пробником на поддиапазоны 12,5, 25, 50 мВ (при необходимости) можно построить корректирующие графики или таблицы.
Прибор собран навесным монтажом в металлическом корпусе. Его размеры зависят от размеров применяемой измерительной головки и трансформатора блока питания. В приведенной схеме работает двухполярный БП, собранный на трансформаторе от импортного магнитофона (первичная обмотка на 110в). Стабилизатор лучше всего собрать на МС 7812 и 7912 (или двух LM317), но можно и проще - параметрический, на двух стабилитронах. Конструкция выносного ВЧ пробника и особенности работы с ним подробно описана в (2, 3).
Используемая литература:
1. Б.Степанов. Измерение малых ВЧ напряжений. Ж. «Радио», № 7, 12 - 1980, с.55, с.28.
2. Б.Степанов. Высокочастотный милливольтметр. Ж. «Радио», № 8 - 1984, с.57.
3. Б.Степанов. ВЧ головка к цифровому вольтметру. Ж. «Радио», № 8, 2006,с.58.
4. М.Дорофеев. Вольтомметр на ОУ. Ж. «Радио», № 12, 1983, с.30.
Возможность преждевременного выхода из строя дорогостоящего аккумулятора вынуждает автолюбителя тщательно следить за работой реле-регулятора напряжения и состоянием бортовой электросети автомобиля. Напряжение в ней не должно отличаться более ±3% от оптимальной величины, которая определяется для данных условий эксплуатации аккумуляторной батареи и зависит от климатической зоны, места установки аккумулятора и его технического состояния, режима эксплуатации автомобиля. Чем точнее будет поддерживаться оптимальное напряжение при подзарядке аккумуляторной батареи, тем дольше она прослужит.
Большое значение имеет правильная работа автомобильного генератора. При повышении напряжения генератора выше оптимального на 10-12% (около 0,15 В) срок службы аккумуляторной батареи и электроламп сокращается в 2-2,5 раза.
Чтобы точно выполнять все необходимые регулировки, нужен специальный вольтметр, измеряющий напряжение в диапазоне 13-15 В с точностью до 0,1 В. Купить такой прибор трудно, но изготовить подобный с растянутой в диапазоне 10-15 В шкалой смогут многие. Повышенная точность измерений, линейная шкала во всем диапазоне измерений, отсутствие собственного источника питания, повышенная надежность (за счет предусмотренных в устройстве элементов зашиты, не влияющих на точность измерений), возможность регулирования зоны "растяжки" шкалы - отличительные особенности данного прибора. Выполнен он на базе операционного усилителя и представляет собой измеритель разности напряжений.
Технические характеристики вольтметра
- Диапазон измеряемых напряжений, В. . . от 10 до 15
Достижимая погрешность измерений при температуре 20±5°С, не хуже, % ...0,5
Дискретность, В. . . 0,05
Входное сопротивление, не менее, кОм. . . 0,75
Диапазон рабочих температур, °С. . . от -10 до +35
Габариты (с микроамперметром М906), мм. . . 65х105х120
Питается вольтметр непосредственно от объекта измерения. Начальное смещение, относительно которого производится измерение, устанавливается сопротивлением цепочки резисторов R3, R4 (см. принципиальную схему рис.1), а величина обратной связи (определяющая коэффициент усиления ОУDA1 и, соответственно, степень "растяжки" диапазона) задается сопротивлением цепочки резисторов R5, R6.
Источник опорного напряжения на стабилитроне VD3 обеспечивает также смещение потенциала на неинвертнрующем входе DA на величину, равную приблизительно половине измеряемого падения напряжения, что необходимо для работы ОУ с однополярным питанием.
Сопротивление резистора R7 зависит от чувствительности микроамперметра РА и величины максимального выходного напряжения операционного усилителя относительно катода стабилитрона VD3.
Диоды VD1, VD2 обеспечивают защиту ОУ, a VD4, VD5 - микроамперметра от перегрузки по току. VD1 запрещает прохождение тока отрицательной полярности через резистор R1 и операционный усилитель. Возможно прохождение тока через стабилитрон VD3, смещенный в прямом направлении, диод VD2 и резисторы R2-R4. Тем самым между входами DA (выводы 3,2) установится разность потенциалов не более 0,7 В. Аналогичное падение напряжения будет на выводе 3 относительно вывода 4 ОУ.
Таким образом обеспечивается надежная защита ОУ от ошибки при подключении полярности.
В вольтметре применены постоянные резисторы типа МЛТ, в качестве подстроенных желательно использовать многообортные типа СП5-2, СП5-3, СП5-14. Допустимо использовать и другие типы ОУ, например, К140УД7 или К140УД1А, К553УД1 с соответствующими цепями коррекции. Диоды - любые маломощные кремниевые. Стабилитрон КС147А можно заменить на КС156А, но, вероятно, тогда ухудшится температурная стабильность вольтметра и потребуется уточнить номиналы резисторов R1-R3. Микроамперметр - М906 или М24 с током полного отклонения 50 мкА и шкалой, соответствующей выбранной зоне измерения. Возможно применение и других стрелочных приборов с током полного отклонения до 1 мА, но в этом случае необходимо подобрать величину резистора R5, исходя из выбранного значения падения напряжения на нем (около 1,5 В). Можно также использовать авометр в режиме микроамперметра. Тогда данное устройство будет выполнено в виде приставки к тестеру.
При отсутствии дефектных элементов и ошибок в монтаже налаживание вольтметра сводится к его калибровке. Данную операцию выполняют с помощью регулируемого источника питания с выходным напряжением 9-16 В и образцового вольтметра, желательно цифрового, например В7-16, ФЗО, ВР-11.
Подстроечные резисторы устанавливают в среднее положение и на вход вольтметра подают напряжение 12-13 В, контролируя его по образцовому прибору. Стрелка налаживаемого вольтметра должна отклониться от нулевого значения. Затем на выходе источника питания устанавливают напряжение 10 В (±0,05 В) и резистором R4 переводят стрелку вольтметра на нулевое деление шкалы. После чего, увеличив измеряемое напряжение до 15 ± 0,05 В, резистором R6 устанавливают стрелку на конечное деление шкалы. Повторив указанные операции для 10 В и 15 В, добиваются наиболее точной настройки вольтметра в рабочем диапазоне 13-14,5 В.
Во время налаживания реле-регулятора напряжение измеряют непосредственно на клеммах аккумулятора.
На рис.2 приведена печатная плата со схемой расположения элементов. Плата устанавливается на контактные болты микроамперметра М906 и помещается вместе с ним в коробку.
Рис. 2
В. Баканов, Э. Качанов, г. Черновцы, Моделист-Конструктор №12, 1990 г., стр.27
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DA | ОУ | К140УД6 | 1 | К140УД7, К140УД1А, К553УД1 | В блокнот | |
| VD1, VD2, VD4, VD5 | Диод | КД521В | 4 | В блокнот | ||
| VD3 | Стабилитрон | КС147А | 1 | В блокнот | ||
| C1 | Электролитический конденсатор | 4.7 мкФ 20 В | 1 | В блокнот | ||
| C2 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 510 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 15 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 8.2 кОм | 1 | МЛТ, подбор | В блокнот | |
| R4 | Подстроечный резистор | 4.7 кОм | 1 |
Б. Григорьев (СССР)
Важнейшая характеристика переменного напряжения (тока)-его среднеквадратическое* значение (СКЗ). Знать истинное СКЗ необходимо при определении мощности или энергетических соотношений в цепях переменного тока, измерении шумовых характеристик устройств и коэффициентов гармонических или интермодуляционных искажений, налаживании тиристорных регуляторов мощности. Сочетание «истинное СКЗ» было употреблено здесь не случайно. Дело в том, что измерить СКЗ сложно, поэтому вольтметрами (самостоятельными или включенными в состав мультиметров) обычно измеряют либо среднее выпрямленное, либо пиковое значение переменного напряжения. Для напряжения синусоидальной формы, а оно чаще других встречается в практике измерений, есть однозначная связь между этими тремя значениями СКЗ: пиковое в 1,41 раза больше, чем СКЗ, а среднее выпрямленное в 1,11 раза меньше его. Поэтому вольтметры широкого применения практически всегда откалиброваны в СКЗ независимо от того, что на самом деле регистрирует данный прибор. Следовательно, при измерении СКЗ переменных напряжений, форма которых заметно отличается от синусоидальной, пользоваться этими вольтметрами в общем случае нельзя, однако для периодических сигналов несложной формы (меандр, треугольник и т. п.) можно вычислить поправочные коэффициенты. Но этот способ неприемлем для наиболее важных в практике измерений (в частности, и тех, что упоминались выше). Здесь на помощь может прийти только , регистрирующий истинные СКЗ переменного напряжения.
Длительное время для измерения СКЗ использовались методы, основанные на преобразовании переменного напряжения в постоянное с помощью термоэлектронных приборов. В модернизированной форме эти методы применяются и сейчас. Однако все более широкое распространение получает измерительная аппаратура, представляющая собой специализированные аналоговые вычислительные устройства. По той или иной математической модели они обрабатывают исходный сигнал так, чтобы продуктом обработки было его СКЗ. Этот путь, даже с учетом успехов микроэлектроники, неизбежно ведет к усложнению аппаратуры , что неприемлемо для радиолюбительской практики, поскольку измерительный прибор становится сложней устройств, для налаживания которых он необходим.
Если не выдвигать требование, чтобы СКЗ был прямопоказываю- щим (а это важно, в первую очередь, для массовых измерений), то возможно создание очень простого в изготовлении и налаживании прибора. Метод измерения СКЗ основан в нем на усилении напряжения до уровня, при котором начинает светиться обыкновенная лампочка накаливания. Яркость свечения (ее регистрируют фоторезистором) лампочки однозначно связана с СКЗ приложенного к ней переменного напряжения. Чтобы исключить нелинейность преобразователя переменное напряжение - резистора, целесообразно использовать лишь для регистрации определенной яркости свечения лампочки, устанавливаемой при калибровке прибора. Тогда измерения СКЗ сводятся к регулировке коэффициента передачи предварительного усилителя так, чтобы лампочка светилась с заданной яркостью. Среднее квадратическое значение измеряемого напряжения считывают по шкале переменного резистора.
четании с диодами VD1 и VD2 обеспечивают защиту микроамперметра при значительном разбалансе моста. Этот же микроамперметр с помощью переключателя SA1 можно подключить к выходу усилителя для его балансировки по постоянному току.
Измеряемое напряжение поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1. Следует заметить, что если исключить разделительный СI, то на вход прибора можно будет подавать переменное напряжение с постоянной составляющей. И в этом случае показания прибора будут соответствовать истинному СКЗ суммарного (постоянное + переменное) напряжения.
Теперь о некоторых особенностях рассматриваемого вольтметра и о выборе элементов для него. Главным элементом прибора является оптрон VL1. Разумеется, очень удобно использовать готовый стандартный прибор, но аналог оптрона можно изготовить и самостоятельно. Для этого необходимы лампочка накаливания и , которые помещают в корпус, исключающий попадание на внешнего света. Кроме того, желательно с^еспечить минимальную передачу тепла от лампочки к фоторезистору (его и от температуры). Наиболее жесткие требования предъявляются к лампочке накаливания. Яркость ее свечения при СКЗ напряжения на ней около 1,5 В должна быть достаточной, чтобы вывести в рабочую точку, соответствующую балансу моста. Такое ограничение обусловлено тем, что прибор должен иметь хороший пик-фактор (отношение максимально допустимого амплитудного значения измеряемого напряжения к среднему квадратическому). При небольшом пик-факторе прибор может не зарегистрировать отдельные выбросы напряжения и занизить тем самым его СКЗ. При значениях элементов моста, данных на схеме рис. 1, СКЗ напряжения на оптроне , выводящие его в рабочую точку ( около 10 кОм), будет примерно 1,4 В. Максимальная амплитуда выходного напряжения (до начала ограничения) в данном приборе не превышает 11 В, поэтому его пик-фактор будет около 18 дБ. Это значение вполне приемлемо для большинства измерений, но при необходимости его можно несколько увеличить, повысив напряжение питания усилителя.
Еще одно ограничение на лампочку накаливания - ее ток в рабочей точке не должен превышать 10 мА. В противном случае необходим более мощный эмиттер- ный повторитель, так как он должен обеспечивать пиковый ток. примерно в 10 раз больший, чем ток, потребляемый лампочкой накаливания в рабочей точке.
К фоторезистору самодельного оптрона особых требований не предъявляется, но если у радиолюбителя есть возможность выбора, то желательно найти экземпляр, который имеет необходимое в рабочей точке при меньшей освещенности. Это позволит реализовать больший пик-фактор прибора.
Выбор ОУ однозначно определяет комбинацию двух параметров: чувствительность и полосу пропускания. Амплитудно- (АЧХ) операционного усилителя К140УД8 приведена на рис. 2 (она типична для многих ОУ с внутренней коррекцией). Как видно из АЧХ, для того чтобы обеспечить измерения СКЗ напряжения в полосе частот до 20 кГц, максимальный (при верхнем по схеме рис. 1 положении движка переменного резистора R3) коэффициент усиления не должен в данном случае превышать нескольких десятков. Это подтверждает и нормированная АЧХ прибора, которая приведена на рис. 3.
Кривые 1-3 соответствуют трем положениям движка переменного резистора R3: верхнему, среднему и нижнему.
При этих измерениях усилителя (соответствует кривой 1) был около 150, что соответствует пределам измерения СКЗ от 10 до 100 мВ. Видно, что спад АЧХ на частотах выше 10 кГц в данном случае становится уже весьма существенным. Для уменьшения спада АЧХ возможны два способа. Во-первых, можно уменьшить (подбором резисторов R4 и R5) усилителя до 15…20. Это на порядок снизит чувствительность прибора (что можно легко компенсировать предварительными усилителями), но тогда и в худшем случае его АЧХ не будет идти ниже кривой 3 на рис. 3. Во-вторых, можно заменить на другой, более широкополосный (например, на К574УД1, ), что позволит реализовать при полосе пропускания усилителя 20 кГц высокую чувствительность прибора. Так, для К574УД1 усилителя при такой полосе пропускания может быть уже около нескольких сотен.
К остальным элементам прибора особых требований не предъявляется. Отметим лишь, что максимально допустимое рабочее напряжение для транзисторов VT1 и VT2, а также для фоторезистора должно быть не менее 30 В. Впрочем, для фоторезистора оно может быть и меньше, но тогда на мост следует подать пониженное напряжение и подобрать (при необходимости) резисторы R14 и R15.
Перед первым включением вольтметра движок резистора R6 устанавливают в среднее положение, резистора R3 в нижнее, а резистора R5 в крайнее правое по схеме положение. Переключатель SA1 переводят в левое-по схеме положение, а с помощью переменного резистора R6 устанавливают стрелку микроамперметра РА1 на нулевую отметку. Затем движки резисторов R3 и R5 переводят соответственно в верхнее и крайнее левое положение и уточняют балансировку усилителя. Вернув SA1 в исходное положение (контроль баланса моста), приступают к калибровке прибора.
На вход вольтметра подают напряжение синусоидальной формы от звукового генератора. Его среднее квадратическое значение контролируют любым вольтметром переменного тока, имеющим необходимые пределы измерений и частотный диапазон. Отношение максимального измеряемого напряжения к минимальному для данного вольтметра немногим больше 10, поэтому пределы измерений целесообразно выбрать от 0,1 до 1 В (для широкополосного варианта с ОУ КИОУД8) или от 10 до 100 мВ (для варианта с номиналами по рис. 1). Установив входное напряжение чуть меньше нижнего предела измерений, например 9…9,5 мВ, с помощью подстроечного резистора R5 добиваются баланса моста (движок R3 - в верхнем по схеме положении). Затем движок резистора R3 переводят в нижнее положение, а входное напряжение увеличивают до тех пор. пока не восстановится баланс моста. Если это напряжение будет более 100 мВ (для рассматриваемого нами варианта), то можно переходить к калибровке прибора и градуировке его шкалы. В случае, когда напряжение, при котором балансируется мост, меньше 100 мВ или заметно больше этого значения, следует уточнить резистора R2 (соответственно уменьшить или увеличить его). При этом, естественно, процедуру установки пределов измерения повторяют снова. Операция калибровки прибора очевидна: подавая на его вход напряжение в пределах 10… 100 мВ, вращением движка резистора R3 добиваются нулевых показаний микроамперметра и наносят на шкалу соответствующие значения.
Измерения отношения сигнал-шум магнитофонов, усилителей и другой звуковоспроизводящей аппаратуры обычно производят со взвешивающими фильтрами, которые учитывают реальную чувствительность человеческого уха к сигналам различных частот. Вот почему среднеквадратичный целесообразно дополнить таким фильтром, принципиальная которого приведена на рис. 4. Формирование требуемой АЧХ производится тремя RC-цепями - R2C2, R4C3C4 и R6C5. Амплитудно- этого фильтра приведена на
рис. 5 (кривая 2). Здесь же для сравнения показана (кривая 1) соответствующая стандартная АЧХ (стандарт СЭВ 1359-78). В области частот ниже 250 Гц и выше 16 кГц АЧХ фильтра несколько отличается от стандартной (примерно на 1 дБ), но возникающей при этом погрешностью можно пренебречь, поскольку шумовые составляющие с такими частотами в отношении сигнал-шум звуковоспроизводящей аппаратуры невелики. Выигрыш за эти небольшие отклонения от стандартной АЧХ - простота фильтра и возможность с помощью одного переключателя на два направления (SA1) отключить фильтр и получить линейный с коэффициентом передачи 10. У фильтра коэффициент передачи на частоте 1 кГц также равен 10.
Отметим, что R5 не задействован в формировании АЧХ фильтра. Он исключает возможность его самовозбуждения на высоких частотах из-за фазовых сдвигов в цепи обратной связи, обусловленных конденсаторами СЗ и С4. этого резистора некритично. При настройке прибора его увеличивают до тех пор, пока не прекратится самовозбуждение фильтра (контролируют широкополосным осциллографом или высокочастотным милливольтметром).
После подбора резистора R5 переходят к подстройке АЧХ фильтра в области высоких частот. Последовательно снимая АЧХ фильтра при различных положениях ротора подстроечного конденсатора С4, находят такое его положение, при котором на частотах выше 1 кГц отклонения АЧХ от стандартной будут минимальными. В области низких частот (300 Гц и ниже) ход АЧХ при необходимости уточняют подбором конденсатора С5. С2 (состоящий из двух конденсаторов емкостью 0,01 мкФ и 2400 пФ, включенных параллельно) влияет в первую очередь на ход АЧХ на частотах 500…800 Гц. Последний этап в настройке фильтра - подбор резистора R2. Его должно быть таким, чтобы коэффициент передачи фильтра на частоте 1 кГц был равен 10. Затем проверяют сквозную АЧХ фильтра и при необходимости уточняют емкость конденсатора С2. Когда фильтр отключен, подбором резистора R3 устанавливают коэффициент передачи предварительного усилителя равным 10.
Если этот фильтр встраивается в среднеквадратичный , то С1 и R1 (см. рис. 1) можно исключить. Их функции будут выполнять С5 и С6, а также R6 (см. рис. 4). В этом случае сигнал с резистора R6 подают непосредственно на неинвертирующий вход операционного усилителя вольтметра.
Поскольку пик-фактор измеряемого переменного напряжения в общем случае заранее не известен, то, как уже отмечалось, возможна погрешность в измерениях
СКЗ, обусловленная ограничением амплитуды сигнала на выходе усилителя. Чтобы быть уверенным в отсутствии такого ограничения, в прибор целесообразно ввести пиковые индикаторы максимально допустимой амплитуды сигнала: один для сигналов положительной полярности, а другой для сигналов отрицательной полярности. За основу можно взять устройство, которое было описано в .
Список литературы
1. Сухов Н. Среднеквадратичный //Радио.- 1981.- № 1.- С. 53-55 и № 12.-С. 43-45.
2. Владимиров Ф. Индикатор максимального уровня//Радио.- 1983.-№ 5.-
