Милливольтметр переменного 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 напряжения ЗЧ со стрелочным индикатором (0,01-1В)
Прибор предназначен для измерения низкочастотного напряжения переменноготока частотой от 10 Hz до 50 kHz. Можно измерять в трех пределах измерения: до 0,01 V, до 0,01 V и до 1V. Входное сопротивление составляет 910 kOm независимо от предела измерения.
Вход прибора от перенапряжения защищен ограничительной цепью из двух диодов и резистора. От постоянной составляющей вход защищен конденсатором.
В приборе используется измерительная головка магнитодинамической системы. Прибор сделан на основе операционного усилителя А1 типа 741. Усилитель питается двуполярным напряжением от источника, состоящего из двух девятивольтовых гальванических батарей G1 и G2, выключаемых с помощью двойного включателя S1.
Балансировка производится переменным резистором R5, который устанавливает нулевое напряжение на выходе ОУ А1. Этим резистором, перед началом измерения, нужно установить стрелку прибора на нулевую отметку при отсутствии входного напряжения.
Рис. 1. Принципиальная схема милливольтметра сигналов звуковой частоты.
Входное напряжение подается на разъем Х1 коаксиального типа. ОУ А1 усиливает напряжение и оно поступает на выпрямитель на германиевых диодах VD5-VD8. Далее через диод VD3 на измерительную головку Р1.
Предел измерения зависит от чувствительности усилителя, которая регулируется с помощью переключателя S2, переключающего резисторы цепи ООС операционного усилителя, отвечающие за его коэффициент усиления.
Налаживание заключается в градуировке и юстировки прибора точным подбором сопротивлений R1-R3. При этом нужно пользоваться образцовым прибором, например, мультиметром, и источником регулируемого переменного напряжения ЗЧ, например, лабораторным генератором НЧ. Диоды Д9Б можно заменить любыми Д9, или другими германиевыми, например, ГД507, ОА91 и др.
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
Милливольтметр переменного тока на пяти транзисторах
Прибор состоит из входного эмиттерного повторителя (транзисторы V1, V2), усилительного каскада — (транзистор V3) и вольтметра переменного тока (транзисторы V4, V5, диоды V6—V9 и микроамперметр Р1).
Измеряемое переменное напряжение с разъема X1 подается на входной эмиттерный повторитель через делитель напряжения (резисторы R1, R2* и R22), с помощью которого это напряжение может быть уменьшено в 10 или 100 раз. Уменьшение в 10 раз происходит при установке переключателя S1 в положение X 10 мВ (делитель образуется резистором R1 и включенными параллельно резистором R22 и входным сопротивлением эмиттерного повторителя). Резистор R22 служит для точной установки входного сопротивления прибора (100 кОм). При установке переключателя S1 в положение X 0,1 В на вход эмиттерного повторителя поступает 1/100 часть измеряемого напряжения.
Диапазон измеряемых напряжений, мВ 3. 5*І0^3;
Диапазон рабочих частот, Гц 30.. .30* 10^3;
Неравномерность АЧХ, дБ ±1;
Входное сопротивление, мОм:
на’пределах 10, 20, 50 мВ 0,1;
на пределах 100’мВ.. .5 В 1,0;
Погрешность измерений, % 10.
Нижнее плечо делителя в этом случае состоит из входного сопротивления повторителя и резисторов R22 и R2*.
На выходе эмиттерного повторителя включен еще один делитель напряжения (переключатель S2 и резисторы R6—R8), позволяющий ослабить сигнал, поступающий далее на усилитель.
Следующий каскад милливольтметра — усилитель напряжения ЗЧ на транзисторе V3 (коэффициент усиления примерно 30) — обеспечивает возможность измерения малых напряжений/ С выхода этого каскада усиленное напряжение 34 поступает на вход измерителя напряжения переменного тока с линейной шкалой, представляющей собой двухкаскадный усилитель (V4, V5), охваченный отрицательной обратной связью через выпрямительный мост (V7—V10). В диагональ этого моста включен микроамперметр P1.
Нелинейность шкалы описываемого вольтметра в интервале отметок 30. 100 не превышает 3 %, а в рабочем участке (50. 100) —2 %. При калибровке чувствительность милливольтметра регулируют резистором R13.
В приборе можно использовать любые низкочастотные маломощные транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока h21э = 30. 60 (при токе эмиттера 1 мА). Транзисторы с большим коэффициентом h21э следует установить на место V1 и V4. Диоды V7—V10 — любые германиевые из серий Д2 или Д9.
Стабилитрон КС168А можно заменить двумя стабилитронами КС133А, включив их последовательно. В приборе применены конденсаторы МБМ (С1), К50-6 (все остальные), постоянные резисторы МЛТ-0,125, подстроечный резистор СПО-0,5.
Переключатели S1 и S2 (движковые, от транзисторного радиоприемника «Сокол») доработаны так, чтобы каждый из них стал двухполюсным на три положения: в каждом ряду удалены краиние неподвижные контакты (по два подвижных контакта), а оставшиеся подвижные контакты переставлены в соответствии со схемой коммутации.
Налаживание прибора сводится к подбору режимов, указанных на схеме резисторами, отмеченными звездочкой, и градуировке шкалы по образцовому Прибору.
Источник
