Схема милливольтметра своими руками
Милливольтметр-вольтметр начинающего радиолюбителя
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.
Для таких измерений до сих пор часто предлагаются ламповые вольтметры (типа ВК 7-9, В 7-15 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 полевых транзисторах. 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.
Т.к. современные цифровые приборы для большинства радиолюбителей все еще дороги, в прошлом году в журнале «Радио» Б.Степанов (3) предложил применять ВЧ-пробник для дешевого цифрового мультиметра типа М-832 с подробным описанием его схемы и методики применения. Между тем, не затрачивая вообще средств, с успехом можно применять стрелочные ВЧ-милливольтметры, при этом освобождая основной цифровой мультиметр для параллельно проводимых измерений тока или сопротивления в разрабатываемой схеме…
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. У меня, например, работает двухполярный БП, собранный на трансформаторе от импортного магнитофона (первичная обмотка на 110в), Стабилизатор лучше всего собрать на МС 7812 и 7912 (или LM317), но можно и проще – параметрический, на двух стабилитронах. Конструкция выносного ВЧ пробника и особенности работы с ним подробно описана в (2, 3).
- Б.Степанов. Измерение малых ВЧ напряжений. Ж. «Радио», № 7, 12 – 1980, с.55, с.28.
- Б.Степанов. Высокочастотный милливольтметр. Ж. «Радио», № 8 – 1984, с.57.
- Б.Степанов. ВЧ головка к цифровому вольтметру. Ж. «Радио», № 8, 2006,с.58.
- М.Дорофеев. Вольтомметр на ОУ. Ж. «Радио», № 12, 1983, с.30.
Источник
Батарейный милливольтметр с линейной шкалой
Предлагаемый милливольтметр позволяет измерять переменное напряжение частотой от 20 Гц до 300 кГц от 1 мВ до 1 Вольта. Схема представлена на рисунке.
Входной стоковый повторитель работает без ограничения сигнала до напряжения 1.2 вольта. Входное сопротивление каскада 1.5 мОм.
В качестве усилителя сигнала используется низковольтный малошумящий усилитель с обратной связью на микросхеме К538УН3 с любой буквой. Микроамперметр индикатора может иметь ток полного отклонения от 50 мкА до 150 мкА. Питается схема от литиевого аккумулятора 14500 и потребляет ток менее двух миллиампер. Показания индикатора снижаются при понижении напряжения аккумулятора с 4.1 вольта до 3.5 вольта на 4%, что вполне достаточно для радиолюбительских целей. Работоспособность прибора сохраняется до напряжения 3 вольта.
Для настройки готового устройства необходимо подать на вход милливольтметра сигнал частотой 300-1000 Гц в положении переключателя 10 мВ и выставить построечным резистором 25 кОм (на входе к538ун3) стрелку микроамперметра на конечное деление шкалы. У меня получилось 9.8 кОм. Больше резистор не трогать! Затем перейти на предел 30 мВ и точнее подобрать резистор 5.6 кОм в делителе истока полевого транзистора, добиваясь установки стрелки на конечное деление шкалы 30 мВ. Далее повторить указанные операции с другими пределами измерения, изменяя соответственно входное напряжение и точнее подбирая низкоомные резисторы делителя. Резистор 2.4 кОм не изменять! На время настройки лучше поставить резисторы делителя подстроечными.
Печатную плату прибора удобнее всего расположить на выводах индикатора (М24, М94, М906 и т.п.). Размеры платы и ее разводка зависят от габаритов применяемого микроамперметра. Делитель напряжения распаян непосредственно на выводах одноплатного переключателя пределов измерения. Он же используется в качестве выключателя питания. Используется шестое положение, когда движок подключается к общему контакту второй группы контактов.
Заряд встроенного аккумулятора производится от любого USB источника через установленный mini USB разъем. Напряжение заряда снижено набором из одного кремниевого и одного-двух германиевых диодов. Важно чтобы оно не превышало после заряда 4.1 вольта. При потреблении 1.9 мА заряда аккумулятора хватит на год.
Имеется кнопка контроля питания, на шкале отмечена риска «4V».
Для измерения больших напряжений можно сделать внешний делитель (1мОм / 10кОм) и снимать с 10 кОм в 100 раз меньшее напряжение, вставляя делитель штырями непосредственно во входные клеммы прибора.
Для расширения частотного диапазона вверх со 100 до 300кгц введён конденсатор С3. Для компенсации подъёма частотной характеристики на пределе 1 вольт на этих же частотах – конденсатор С10.
Источник
Простой ВЧ милливольтметр своими руками
Для налаживания различных ВЧ устройств (приёмники, передатчики…) измерить уровень сигнала обычным вольтметром не получится. Поэтому здесь необходимо воспользоваться ВЧ вольтметром.
Одним из таких предложена ниже схема простого ВЧ милливольтметра на двух транзисторах.
Принципиальная схема ВЧ милливольтметра
Схема милливольтметра постоянного тока построена на транзисторах VI.1 и VI.2 и выпрямителя высокочастотного напряжения на диоде V2.
Применение интегральной сборки транзисторов позволяет свести к минимуму разбаланс усилителя постоянного тока милливольтметра из-за изменения окружающей температуры.
В качестве V2 целесообразно использовать кремниевый диод, предназначенный для смешения сигналов или их детектирования в диапазоне дециметровых волн.
Можно здесь применить и некоторые из импульсных диодов, предназначенных для коммутаторов с высоким быстродействием. Температурную компенсацию режима работы диода V2 обеспечивает кремниевый диод V3, смещенный в прямом направлении.
Рабочую точку диода выпрямителя V2 устанавливают подстроечным резистором R9 по максимальной его чувствительности. Балансировку милливольтметра (в отсутствие ВЧ напряжения на входе) производят подстроечным резистором R 7.
Калибруют прибор, используя подстроечный резистор R8.
Шкала милливольтметра нелинейна и ее изготавливают индивидуально для каждого экземпляра прибора.
Вместо интегральной пары транзисторов можно использовать и отдельные транзисторы, подобранные по коэффициенту усиления одинаковыми.
Все узлы прибора выполнены на печатной плате.
В ВЧ милливольтметре можно применить транзисторные сборки К125НТ1 или К166НТ1А (причем один из транзисторов сборки с успехом выполнит роль термостабилизирующего диода) или им подобным, а также (как писали выше) можно подобрать пару транзисторов из серий КТ312, КТ315 и т. д. (по статическим коэффициентам передачи тока при фиксированном значении тока коллектора и по напряжению база-эмиттер при фиксированном значении тока базы).
Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей. 1987. (МРБ № 1113)
Источник
МИЛЛИВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Как-то, года два назад, для «сведения» катушек металлодетектора понадобился точный милливольтметр переменного тока, отвлекаться на поиски подходящей схемы и подбирать детали уж очень не хотелось, и тогда взял и купил готовый набор «Милливольтметр переменного тока». Когда вник в инструкцию выяснилось, что у меня на руках только половина того что нужно. Оставил эту затею и купил на базаре древний, но в почти отличном состоянии осциллограф ЛО-70 и прекрасно всё сделал. А так как за последующее время изрядно надоело перекладывать этот пакетик с конструктором с места на место, решил всё же его собрать. Также присутствует любопытство по поводу того насколько хорош он будет.
В набор входит микросхема К544УД1Б которая представляет собой операционный дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением и низким уровнем входных токов, с внутренней частотной коррекцией. Плюс печатная плата с двумя конденсаторами, с двумя парами резисторов и диодов. Также имеется инструкция по сборке. Всё скромно, но обид нет, стоит набор меньше чем одна микросхема из него в розничной продаже.
Милливольтметр, собранный по данной схеме позволяет измерять напряжение с пределами:
- 1 – до 100 мВ
- 2 – до 1 В
- 3 – до 5 В
В диапазоне 20 Гц – 100 кГц, входное сопротивление около 1 МОм, напряжение питания
от + 6 до 15 В.
Печатная плата милливольтметра переменного тока изображена со стороны печатных дорожек, для «отрисовки» в Sprint-Layout («зеркалить» не нужно), если понадобиться.
Сборка началась с изменений в компонентном составе: под микросхему поставил панельку (сохранней будет), керамический конденсатор поменял на плёночный, номинал естественно прежний. Один из диодов Д9Б при монтаже пришёл в негодность – запаял все Д9И, благо в инструкции последняя буква диода вообще не прописана. Номиналы всех устанавливаемых на плату компонентов были измерены, они соответствуют указанным в схеме (у электролита проверил ещё и ESR).
В набор были включены три резистора номиналом R2 — 910 Ом, R3 — 9,1 кОм и R4 — 47 кОм однако при этом в руководстве по сборке есть оговорка что их номиналы необходимо подбирать в процессе настройки, так что сразу поставил подстроечные резисторы на 3,3 кОм, 22 кОм и 100 кОм. Их было нужно смонтировать на любой подходящий переключатель, взял имевшийся в наличии марки ПД17-1. Показался весьма удобным, миниатюрен, есть за что крепить на плате, имеет три фиксированных положения переключения.
В итоге все узлы из электронных компонентов поместил на монтажную плату, соединил их между собой и подсоединил к маломощному источнику переменного тока – трансформатору ТП-8-3, который подаст на схему напряжение 8,5 вольт.
А теперь заключительная операция – калибровка. В качестве генератора звуковой частоты использован виртуальный. Звуковая карта компьютера (даже самая посредственная) вполне прилично справляется с работой на частотах до 5 кГц. На вход милливольтметра подан от генератора звуковой частоты сигнал частотой 1000 Гц, действующее значение которого соответствует предельному напряжению выбранного поддиапазона.
Звук берётся с разъёма «наушники» (зелёного цвета). Если после подсоединения к схеме и включения виртуального звукового генератора звук «не пойдёт» и даже подключив наушники его, не будет слышно, то в меню «пуск» наведите курсор на «настройки» и выберите «панель управления», где выберите «диспетчер звуковых эффектов» и в нём нажмите на «Выход S/PDIF», где будет указано несколько вариантов. Наш тот, где есть слова «аналоговый выход». И звук «пойдёт».
Был выбран поддиапазон «до 100 мВ» и при помощи подстроечного резистора достигнуто отклонение стрелки на конечное деление шкалы микроамперметра (внимание на символ частоты, на шкале, обращать не нужно). То же самое было успешно проделано с другими поддиапазонами. Инструкция производителя в архиве. Несмотря на свою простоту, радиоконструктор оказался вполне работоспособным, и что особенно понравилось – адекватным в настройке. Одним словом набор хорош. Поместить всё в подходящий корпус (если нужно), установить разъёмы и прочее будет делом техники.
Источник