Стрелочный милливольтметр постоянного тока 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
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
Милливольтметр постоянного тока
Нередко при налаживании радиолюбительских конструкций требуется измерительный прибор, обладающий большим входным сопротивлением и позволяющий измерять весьма малые напряжения постоянного тока — до десятков милливольт. Таким требованиям отвечает предлагаемый прибор. Его входное сопротивление составляет 10 МОм, а рабочий диапазон разбит на девять поддиапазонов: 50, 150, 500 мВ, 1,5, 5, 15, 50, 150 и 500 В. Отсчет измеряемого напряжения ведется по стрелочному индикатору с нулем посередине шкалы. Прибор достаточно термостабилен — в комнатных условиях дрейф нуля (уход стрелки индикатора от нулевого положения) практически отсутствует, а при изменении температуры окружающей среды на 10 °С не превышает 0,5% /°С от конечного значения шкалы.
Милливольтметр (рис. М-24) состоит из входного делителя напряжения, переключателя поддиапазонов, усилителя постоянного тока (УПТ), стрелочного индикатора и стабилизированного источника питания. Измеряемое напряжение как положительной, так и отрицательной полярности (относительно общего провода) подается через коаксиальный разъем XS1 на делитель напряжения, составленный из резисторов R1—R9. Выбирают нужный поддиапазон измерения переключателем SA1. С подвижного контакта переключателя напряжение поступает на вход УПТ через фильтр R10C1, «срезающий» попадающие на вход прибора наводки переменного тока.
К усилителю постоянного тока милливольтметра предъявляются определенные требования: он должен обладать незначительным дрейфом нуля, большим входным сопротивлением и стабильным коэффициентом усиления. Для уменьшения дрейфа нуля УПТ выполнен по балансной схеме и в нем применены так называемые композитные транзисторы, включающие полевой транзистор VT1 (VT4) и биполярный транзистор VT2 (VT3). Использование полевых транзисторов позволило получить большое входное сопротивление УПТ, а биполярных — большую крутизну вольтам-перной характеристики композитного транзистора, что повысило чувствительность прибора. Резисторы R11, R18, R19 обеспечивают необходимый режим работы композитных транзисторов. Для повышения стабильности коэффициента усиления УПТ и его линейности дополнительно введены резисторы R13 и R16. Нагрузками композитных транзисторов являются резисторы R12 и R17, между которыми включен стрелочный индикатор РА1 с подстроенным резистором R15, предназначенным для калибровки усилителя. Балансируют УПТ переменным резистором R18 «Уст. «0».
При указанных на схеме номиналах резисторов стрелка индикатора отклоняется до конечного деления шкалы (100 мкА) при подаче на вход УПТ напряжения 50 мВ. В случае превышения входного напряжения вступает в действие защита из включенных встречно-параллельно цепочек диодов VD1VD2 и VD3VD4, предотвращающая выход из строя полевого транзистора VT1.
Источник питания прибора состоит из трансформатора Т1, выпрямителя, собранного по мостовой схеме на диодах VD6—VD9, и параметрического стабилизатора напряжения, состоящего из резисторов R21, R22 и стабилитрона VD5. Конденсатор С2 уменьшает пульсации напряжения на выходе параметрического стабилизатора. О включении питания сигнализирует неоновая лампа HL1. Напряжение питания УПТ некритично и может быть от 9 до 12 В, потребляемый УПТ ток составляет примерно 3,5 мА. При желании УПТ можно питать от двух последовательно соединенных батарей «Крона», подключая их через выключатель Q1 к конденсатору СЗ. В этом случае выпрямитель, индикаторную лампу HL1 с резистором R23 и трансформатор Т1 исключают.
В УПТ использованы полевые транзисторы КПЗОЗ с начальным током стока 3,8. 4 мА и напряжением отсечки 1,8. 2 В. Биполярные транзисторы — серии КТ203 со статическим коэффициентом передачи тока 90. 100 (при токе коллектора 1 мА). Желательно подобрать одинаковые или возможно близкие по параметрам как полевые, так и биполярные транзисторы. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, переменный и подстроенный — СП-1, причем R18 —с функциональной характеристикой А (линейный). Резисторы входного делителя R1—R9 необходимо подобрать с точностью не хуже 1 % на образцовом приборе. Выполнять это условие проще, если каждый резистор составить из двух последовательно соединенных резисторов.
Конденсатор О—КСО; С2, СЗ— К50-6. Вместо диодов КД503Б могут быть установлены любые маломощные кремниевые диоды с обратным сопротивлением не менее 50 МОм, вместо Д223Б— другие маломощные выпрямительные, вместо стабилитрона Д811—Д810, Д814Г. Индикаторная лампа —ТН-0,2 или другая маломощная неоновая, нужную яркость ее свечения устанавливают подбором резистора R23. Переключатель поддиапазонов — галетный, например 11П2Н (11 положений^ 2 направления), желательно с керамическими плата ми. Стрелочный индикатор — микроамперметр М24 с током полного отклонения стрелки 50. 100 мкА и нулем посередине шкалы. На циферблате микроамперметра целесообразно нанести две шкалы с конечными делениями 50 и 150 или 15 и 50. Можно, конечно, использовать и обычный микроамперметр, добавив переключатель полярности подключения индикатора. Входной разъем — коаксиальный или высокочастотный любой конструкции. Подойдет, к примеру, антенный разъем от телевизора или разъем от магнитофона (типа СГ-3 или СГ-5).
Трансформатор питания выполнен на магнитопроводе Ш12Х16, обмотка I содержит 4400 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка 11—400 витков ПЭВ-1 0,15. Можно использовать готовый маломощный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 15. 18 В. К примеру, подойдет ТВК-110Л2 — унифицированный выходной трансформатор кадровой развертки телевизоров.
Часть деталей УПТ смонтирована на одной печатной плате (рис. М-25) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5. 2 мм, а источника питания — на другой (рис. М-26). Резисторы R1 —R9 размещены на переключателе поддиапазонов.
Корпус прибора (рис. М-27) изготовлен из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Внутренние швы корпуса пропаяны, а наружные проклеены эпоксидной смолой и выравнены наждачной бумагой. На передней панели прибора расположены переключатель поддиапазонов, переменный резистор, входной разъем, микроамперметр, выключатель питания и индикаторная лампа. Наружная токоведущая часть разъема припаяна к внутренней фольгированной поверхности корпуса, соединенной с общим проводом прибора. Печатные платы, подстроечный резистор припаяны непосредственно к внутренним стенкам корпуса. плата УПТ размещена между переключателем поддиапазонов и микроамперметром, а плата с деталями источника питания над микроамперметром. Трансформатор установлен в нижней части корпуса под выключателем сети.
Измерительный щуп изготавливают из пластмассовой шариковой авторучки. Щуп соединяют с прибором гибким коаксиальным кабелем диаметром 4. 5 мм с ответной частью входного разъема иа конце.
Оплетку кабеля, являющуюся общим проводом милливольтметра, соединяют с зажимом «крокодил», а центральную жилу припаивают к наконечнику стержня авторучки (из стержня предварительно удаляют шарик).
Налаживают прибор в следующем порядке. Отсоединяют верхние по схеме выводы резисторов R12, R17 от источника питания. Включают прибор и убеждаются в свечении лампы HL1. Миллиамперметром измеряют ток, протекающий через стабилитрон, и подбором резисторов R21 и R22 устанавливают его равным примерно 10 мА. Затем, предварительно отключив стрелочный индикатор, подключают резисторы R12, R17 к источнику питания и устанавливают движок резистора R18 примерно в среднее положение. Подбором резистора R19 уравнивают напряжения на эмиттерах транзисторов VT2 и VT3 (или токи коллекторов этих транзисторов, а также токи истоков транзисторов VT1, VT4). Подключают микроамперметр и резистором R18 устанавливают стрелку его на нулевую отметку шкалы.
Переключателем поддиапазонов выбирают предел измерений 50 мВ. Подают на вход прибора такое же напряжение (его контролируют образцовым прибором) и движком подстроечного резистора R15 устанавливают стрелку микроамперметра на конечное деление шкалы.
Проверяют калибровку прибора на других поддиапазонах и при необходимости составляют таблицу прогрешностей прибора либо более тщательно подбирают соответствующие резисторы входного делителя.
Б.С. Иванов. Энциклопедия начинающего радиолюбителя
Источник