Транзисторный милливольтомметр

Прибор относительно несложен в изготовлении и может быть использован при налаживании радиолюбительской аппаратуры. Милливольтомметр позволяет измерить напряжение переменного тока до 200 В с частотой до 300 кГц (пределы измерений 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 мВ; 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200 В), напряжение постоянного тока до 400

В (пределы 10, 20, 40, 100, 200, 400 мВ; 1, 2, 4, 10, 20, 40, 100, 200, 400 В), сопротивления до 100 кОм (пределы 100, 200, 400 Ом; 1, 2, 4, 10, 20, 40, 100 кОм). Входное сопротивление прибора на первых трех поддиапазонах измерения постоянного и переменного напряжения около 2 МОм, на остальных 3,6 МОм. Ток при измерении сопротивлений — 100 мкА. Прибор питается от трех последовательно включенных гальванических элементов напряжением 3,5—4,5 В.

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 1. Измеряемое переменное напряжение подается на входное гнездо Гн1. Через контакты реле Р1/1 оно поступает на пятиступенчатый аттенюатор, позволяющий уменьшать измеряемое напряжение в 10, 100, 1000 и 10 000 раз. Частотная компенсация осуществляется шунтированием резисторов R2— R6 конденсаторами СЗ—С7.

Предварительный усилитель собран на транзисторах Т5 и Т6. Нагрузка Тб выполнена в виде делителя напряжения (резисторы R17—R19), который позволяет дополнительно изменять величину сигнала в отношении 1:1; 1:2; 1 : 4 в зависимости от положения переключателя В2. Сочетание этого делителя с входным аттенюатором дает возможность иметь в приборе 15 пределов измерений при несложной коммутации.

Оконечный усилитель выполнен на транзисторах Т8, T11, Т12 с гальванической связью между ними. Он охвачен отрицательной обратной связью по напряжению, которое снимается с резистора R36 и подается через резистор R25 на базу транзистора Т8. Кроме этого напряжение обратной связи снимают с переменного резистора R38 и через разделительный конденсатор С21 и резистор R26 подают на базу того же транзистора. С помощью второй цепи обратной связи расширяют горизонтальный участок частотной характеристики и компенсируют в значительной мере нелинейность диодов Д4, Д5, Д9, Д10 выпрямительного моста. Корректирующие цепочки R23CI6 и R24C17 служат для расширения частотной характеристики в области высших частот.

При измерении постоянного напряжения его преобразуют в переменное с помощью реле P1 по обмотке которого протекает коллекторный ток транзистора ТЗ. Частота срабатывания реле задается мультивибратором (на транзисторах Т4, Т7). Нестабильность частоты мультивибратора не сказывается на точности измерений, которая в данном случае зависит от скважности импульсов (скважность импульсов мультивибратора сохраняется достаточно хорошо).

Так как постоянное напряжение на выходе прибора преобразуется в П-образные импульсы одной полярности, чувствительность вольтметра по постоянному напряжению оказывается ниже, чем по переменному (синусоидальному) почти в 1,5 раза при скважности импульсов 2. Поскольку в этом случае пользоваться единой шкалой для разных измерении было бы неудобно, в мультивибратор с помощью переменного резистора R14 вводится асимметрия. При скважности около 3,3 соотношение чувствительности прибора по переменному и постоянному напряжению равно 2:1, что позволяет использовать единую шкалу.

Измерение сопротивлений сводится к измерению падения напряжения на них при протекании тока определенной величины. Для этого в приборе имеется стабилизатор тока, выполненный на транзисторах Т1 и Т2, который включается в измерительную цепь кнопкой Кн1. Шкала сопротивлений совпадает со шкалой напряжений (с учетом заданной величины тока).

Непосредственно от батареи в приборе питается только мультивибратор и реле при измерении постоянных напряжений и сопротивлений. Для питания остальных каскадов напряжение повышается с помощью преобразователя и стабилизируется.

Преобразователь напряжения представляет собой генератор, выполненный на транзисторах Т9, T10 по двухтактной схеме с трансформаторной обратной связью. Выпрямитель собран на диодах Д2, ДЗ, Д6, Д7. Конденсатор С22 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Стабилизация напряжения осуществляется диодами Д11, Д12.

Конструкция и детали. Прибор смонтирован в металлическом корпусе размерами 200X125X70 мм. Внешний вид прибора показан на фотографии в заголовке статьи. Монтаж милливольтомметра блочный. Каждый блок выполнен на печатной плате из фольгированиого гетинакса размером 80X30 мм. На этих платах размещены предварительный усилитель, оконечный усилитель, мультивибратор с реле, преобразователь напряжения. Детали выпрямительного моста измерительного прибора ИП1 расположены на круглой плате диаметром 75. мм, укрепленной непосредственно на микроамперметре.

Выбор деталей определяется в основном габаритами прибора. Сопротивление резисторов R2—R6 аттенюатора и R17—R19 нагрузки транзистора Т6 должны подбираться с точностью ±1% от величины, указанной на принципиальной схеме. Конденсаторы С2, С14, С15, С21 должны обладать большим сопротивлением утечки. Диоды выпрямительного моста микроамперметра должны открыться при возможно более малых напряжениях и иметь линейную характеристику на начальном участке характеристики. Параметры транзисторов Т1 и Т2 должны слабо зависеть от температуры окружающей среды. Для того чтобы реле переключало без дребезга, оно должно быть рассчитано на малые ток и напряжение срабатывания (в конструкции использовано реле РЭС-55А паспорт РС4. 569. 610, сопротивление обмотки 30 Ом, ток срабатывания 30 мА).

Измерительный прибор М24 с током полного отклонения 100 мкА.

Сердечник трансформатора Tp1 состоит из двух ферритовых колец марки НН2000 или НМ2000 с типоразмерами К16Х 10X4,5, сложенными вместе. Первичная обмотка содержит 180 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм, вторичная — 500 витков провода ПЭВ-2 0,1, обмотка обратной связи — 60 витков того же провода. В первичной обмотке и обмотке связи отводы сделаны от середины. Собранный трансформатор пропитан нитролаком.

Налаживание узлов прибора производят до установки их на общую плату.

Необходимо, чтобы преобразователь напряжения устойчиво возбуждался и при к.п.д. не хуже 50% обеспечивал ток до 20 мА при напряжении на выходе 22—24 В,

Частота следования импульсов мультивибратора должна быть 50— 100 Гц, при скважности их от 2 до 4. Изменяя сопротивление, резистора R20, добиваются неискаженной формы сигнала на выходе предварительного усилителя при напряжении на входе, не превышающем 50 мВ. Оконечный усилитель налаживают при подключенном микроамперметре. Движок переменного резистора R38 находится в положении, при котором сигнал обратной связи равен нулю. Изменяя режимы работы транзисторов, необходимо получить симметричную форму выходного сигнала (наблюдают на экране осциллографа).

Налаживание стабилизатора тока сводится к получению выходного тока 0,1 мА на нагрузке до 100 кОм (с помощью резистора R1). При изменении нагрузки от 0 до 100 кОм величина тока не должна изменяться более чем на 2%.

Калибруют милливольтомметр по образцовым приборам. С помощью переменных резисторов R38 и R14 устанавливают стрелку измерительного прибора ИП1 на последнюю отметку шкалы, подавая на вход милливольтомметра 1 В переменного и постоянного напряжений соответственно.

В начальном участке шкалы (первые 10 мкА шкалы микроамперметра) возможна нелинейность, связанная с характеристиками диодов. При обнаружении нарушения кратности значений шкалы на различных пределах следует подобрать сопротивления резисторов в аттенюаторе или в нагрузке транзистора Т6. Коррекцию частотной характеристики прибора, в случае необходимости, производят подбором емкости конденсатора С16 (на частотах до 100 кГц) или С17 (частоты свыше 100 кГц). г. Октябрьский Башкирской АССР

Примечание. При измерении постоянных напряжений в измеряемую цепь вносится переменное напряжение, частота которого равна частоте мультивибратора. В верхнем положении контактов реле Р1 входное сопротивление прибора велико и милливольтомметр не оказывает влияния на измеряемую цепь. При переключении контактов реле в нижнее положение параллельно входным гнездам подключается разряженный конденсатор С1. При высокоомном характере измеряемой цепи напряжение в ней падает до нуля. Если сопротивление цепи достаточно велико, то показания милливольтомметра будут меньше истинного значения напряжения. Избежать такого явления можно, включив на входе прибора RС-фильтр (рис. 2). Сопротивление резистора должно быть около 100 кОм, а емкость конденсатора — около 0,5 мкФ.

Для повышения температурной стабильности прибора каскады, выполненные на транзисторах Т5 и Т6, рекомендуется переделать так, как показано на рис. 3. Сопротивление резистора R20 — около 50 Ом, а сумма сопротивлений резисторов R17 и R20 должна быть 300 Ом.