Милливольтметр

Милливольтметр переменного тока позволяет совместно с генератором звуковой частоты проверить и наладить усилитель 34, низкочастотный фильтр и другие устройства.

Прибор измеряет переменное напряжение от 3…5 мВ до 5 В частотой от 20 Гц до 200 кГц. Завал амплитудно-частотной характеристики на границах этого диапазона не превышает 1 дБ. Милливольтметр имеет девять пределов измерения, которые обеспечиваются двумя переключателями и составляют 10, 20, 50, 100, 200, 500 мВ; 1, 2 и 5 В. Выбор пределов измерений, кратных числам 1, 2 и 5, позволяет обойтись одной шкалой прибора со 100 делениями и упрощает пересчет значения напряжения при переходе с одного диапазона измерения на другой.

Входное сопротивление милливольтметра постоянно на всех пределах измерения и составляет около 1 МОм. Погрешность измерений милливольтметром зависит от точности калибровки. При использовании в качестве эталонного прибора поверенного вольтметра переменного тока точность измерений может составлять 3…10%.

Принципиальная схема милливольтметра приведена на рис. 9.10.

Он состоит из входного каскада на ОУ DA1.1, вольтметра переменного тока на второй половине сдвоенного ОУ DA1.2, диодах VD1—VD4 и микроамперметре РА1.

Измеряемое переменное напряжение с разъема XS1 подается через делитель напряжения, состоящий из переключателя SA1 и резисторов Rl, R2 и R3, на входной каскад на ОУ , DA1.1. С помощью этого делителя напряжение может быть уменьшено в 10 или 100 раз. В положении переключателя «х10 мВ» делитель образован резисторами Rl, R2, а в положении «хЮО мВ» — резисторами Rl, R3. Каскад на ОУ DA1.1 выполнен по схеме неинвертирующего усилителя. Резисторы R4, R5 образуют искусственную среднюю точку, которая по переменному току шунтируется конденсатором С2. Резистор R6 определяет входное сопротивление каскада.

В цепь обратной связи ОУ DA1.1 включен еще один делитель напряжения R8—R11, СЗ, коммутируемый переключателем SA2. Этот делитель позволяет получить три коэффициента передачи неинвертирующего усилителя:

 (положение переключателя «10»),

и

Таким образом, оба делителя совместно обеспечивают указанные в начале описания пределы измерения милливольтметра. Резистор R7 предотвращает изменение режимов по постоянному току при переключениях SA2.

С выхода каскада на DA1.1 усиленное переменное напряжение поступает на вход вольтметра переменного тока с линейной шкалой на ОУ DA1.2. Вольтметр представляет собой неинвертирующий усилитель, охваченный отрицательной обратной связью через диодный мост (VD1—VD4). Микроамперметр РА1 включен в диагональ этого моста.

Глубина отрицательной обратной связи и, как следствие, коэффициент усиления усилителя зависит от прямого сопротивления диодов моста. При больших переменных напряжениях это сопротивление мало. В этом случае глубина ООС также оказывается большой, а коэффициент передачи — малым. При уменьшении напряжения прямое сопротивление диодов увеличивается. Это приводит к уменьшению глубины обратной связи, охватывающей усилитель. В результате его коэффициент усиления увеличивается и на диодный мост поступает большее напряжение. Указанные процессы приводят к линеаризации шкалы прибора.

Дополнительно улучшить линейность позволяет резистор R13, шунтирующий микроамперметр РА1. Этот резистор увеличивает ток через диоды выпрямительного моста, выводя их рабочие точки подальше от начального участка, отличающегося наибольшей нелинейностью характеристик. Тем не менее следует помнить, что примерно на одной трети шкалы прибор имеет большую нелинейность, чем в оставшемся рабочем участке.

Резистором R12 регулируют чувствительность милливольтметра при калибровке. Конденсатор С5 шунтирует цепи питания милливольтметра. Питание прибора осуществляется от стабилизированного напряжения величиной 12…15 В.

Милливольтметр собран в корпусе размером 150 х 110 х 65 мм. Если корпус пластмассовый, его внутреннюю часть экранируют алюминиевой или медной фольгой и надежно соединяют экран с общим проводом.

В приборе использованы резисторы MJIT, Cl-4, С2-10, С2-33, подстроечный резистор R12 типа СПЗ-19а. Оксидные конденсаторы К50-35, конденсатор CI К10-17, КМ. Диоды VD1—VD4 — любые из серии Д9. Переключатели SA1, SA2 — малогабаритные галетные, SA1 — на три положения и два направления, SA2 — на три положения и одно направление. Разъем XS1 — любой экранированный, например СР-50. Микроамперметр РА1 типа М42100.

Детали прибора, кроме разъема XS1, резисторов делителя Rl—R3, переключателей SA1, SA2 и микроамперметра РА1, смонтированы на плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (рис. 9.11).

Налаживание милливольтметра начинают с подбора резисторов R8—R11. Для этого переключатель SA1 устанавливают в положение «х1 мВ», SA2 — в положение «10», а резистор R12 — в верхнее (по принципиальной схеме) положение.

С генератора звуковой частоты подают на вход милливольтметра синусоидальное напряжение частотой 1 кГц и амплитудой 10 мВ (контролируют образцовым милливольтметром). Резистором R12 выставляют стрелку микроамперметра точно на конечную отметку шкалы. После этого переключатель переводят в положение «20» и, подбирая резистор R9, устанавливают стрелку прибора на середину шкалы. Добившись этого, вновь переводят переключатель в положение «10» и резистором R12 устанавливают стрелку прибора на конечную отметку. Далее переводят переключатель в положение «50» и подбором резистора R10 устанавливают стрелку на отметку, соответствующую 20% шкалы. Операции по подбору резисторов приходится повторять несколько раз, добиваясь точного соотношения коэффициентов передачи (10:5:2) неинвертирующего усилителя.

Далее подбирают резистор R2 входного делителя. Для этого переключатель SA1 переводят в положение «х10 мВ». Переключатель SA2 во время этой операции находится в положении «10». Подают на вход милливольтметра с генератора звуковой частоты синусоидальное напряжение той же частоты амплитудой 100 мВ. Подбором резистора R2 добиваются , того, чтобы стрелка измерительного прибора РА1 установилась на отметку «100». После этого переключатель переводят в положение «хЮО мВ», а входное напряжение увеличивают до 1 В. Подбором сопротивления резистора R3 вновь устанавливают стрелку прибора на конечную отметку шкалы микроамперметра.

Рис. 9.11. Печатная плата милливольтметра и размещение деталей

на ней

Для повышения доверия к прибору полезно снять характеристики прибора во всем диапазоне рабочих частот, сняв амплитудно-частотные характеристики. Эти характеристики в дальнейшем можно использовать как поправочные при проведении измерений.

Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником / В. В. Мосягин