К140Уд8А. Милливольтметр постоянного и переменного тока: устройство, особенности, применение

красота

Высокая точность измерения величины ВЧ напряжений (до третьего-четвертого разряда) в радиолюбительской практике, по сути, не нужна. Важнее качественная составляющая (наличие сигнала достаточно высокого уровня — чем больше, тем лучше). Обычно при измерении ВЧ-сигнала на выходе гетеродина (генератора) это значение не превышает 1,5 — 2 вольт, а сама схема настраивается в резонанс по максимальному значению ВЧ-напряжения. При настройках в трактах ПЧ сигнал повышается ступенчато от единиц до сотен милливольт.

Для таких измерений еще часто предлагаются ламповые вольтметры (типа ВК 7-9, В 7-15 и др.) с диапазонами измерения 1-3В. Высокое входное сопротивление и малая входная емкость в таких приборах является определяющим фактором, а погрешность составляет до 5-10% и определяется точностью используемой стрелочной измерительной головки. Измерения тех же параметров можно проводить с помощью самодельных стрелочных приборов, схемы которых выполнены на полевых транзисторах. Например, в милливольтметре ВЧ 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 с погрешностью +/- 10% (определяется используемой головкой и погрешностью прибора для калибровки). При этом измеренное ВЧ напряжение с верхней границей частотного диапазона 30 МГц без явной погрешности частоты, что вполне допустимо в радиолюбительской практике.

Поскольку современные цифровые приборы для большинства радиолюбителей все еще дороги, в прошлом году в журнале «Радио» Б. Степанов (3) предложил использовать ВЧ пробник для дешевого цифрового мультиметра типа М-832 с подробным описанием его схемы и способов применения . Между тем, вообще не тратя денег, можно с успехом использовать стрелочные ВЧ милливольтметры, освободив при этом основной цифровой мультиметр для параллельных измерений тока или сопротивления в разрабатываемой схеме…

По схемотехнике предлагаемое устройство очень простое, а минимум используемых компонентов можно найти «в коробке» практически у каждого радиолюбителя. Собственно, ничего нового в схеме нет. Использование ДУ для таких целей подробно описано в радиолюбительской литературе 80-90-х годов (1, 4). Использовалась широко распространенная микросхема К544УД2А (или УД2Б, УД1А, Б) с полевыми транзисторами на входе (а значит, и с большим входным сопротивлением). Можно использовать любые операционные усилители других серий с полевыми устройствами на входе и в типовом подключении, например, К140УД8А. Технические характеристики милливольтметра-вольтметра соответствуют приведенным выше, так как в основу прибора легла схема Б. Степанова (2).

В режиме вольтметра коэффициент усиления ОУ равен 1 (100% ООС) и напряжение измеряется микроамперметром до 100 мкА с дополнительными сопротивлениями (R12 — R17). Они, собственно, и определяют поддиапазоны прибора в режиме вольтметра. При уменьшении ООС (переключатель S2 включает резисторы R6 — R8) Кус. увеличивается, соответственно увеличивается чувствительность операционного усилителя, что позволяет использовать его в режиме милливольтметра.

особенность Предлагаемая разработка — возможность работы прибора в двух режимах — вольтметр постоянного тока с пределами от 0,1 до 1000 В и милливольтметр с верхними пределами поддиапазонов 12,5, 25, 50 мВ. При этом один и тот же делитель (Х1, Х100) используется в двух режимах, так, например, на поддиапазоне 25 мВ (0,025 В) с помощью умножителя Х100 можно измерить напряжение 2,5 В. Для переключения поддиапазонов прибора используется один многопозиционный двухплатный переключатель.

С помощью выносного ВЧ-пробника на основе германиевого диода ГД507А возможно измерение ВЧ-напряжения в тех же поддиапазонах с частотой до 30 МГц.

Диоды VD1, VD2 защищают стрелочный измерительный прибор от перегрузок в процессе эксплуатации. Еще одной особенностью защиты микроамперметра при переходных процессах, возникающих при включении/выключении прибора, когда стрелка прибора зашкаливает и даже может погнуться, является использование реле отключения микроамперметра и замыкания выхода ОУ к нагрузочному резистору (реле P1, C7 и R11). В этом случае (при включении прибора) на зарядку С7 уходит доля секунды, поэтому реле срабатывает с задержкой и микроамперметр подключается к выходу ОУ на долю секунды позже. При выключении прибора С7 очень быстро разряжается через индикаторную лампу, реле обесточивается и разрывает цепь подключения микроамперметра до полного обесточивания цепей питания ОУ. Защита собственно ОУ осуществляется включением входа R9и С1. Конденсаторы С2, С3 являются блокирующими и предотвращают возбуждение ОС. Прибор балансируется («установка 0») переменным резистором R10 на поддиапазоне 0,1 В (можно на более чувствительных поддиапазонах, но при включении выносного щупа влияние рук возрастает). 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.

Параметр милливольтметр-вольтметр проводится в такой последовательности. Сначала установите делитель напряжения. Режим работы — вольтметр. Подстроечный резистор R16 (поддиапазон 10В) устанавливается на максимальное сопротивление. На сопротивлении R9, контролируя образцовым цифровым вольтметром, установить напряжение от стабилизированного источника питания 10 В (положение S1 — Х1, S3 — 10в). Затем в положении S1 — X100 подстроечные резисторы R1 и R4 устанавливаются на 0,1в с помощью штатного вольтметра. При этом в положении S3 — 0,1в стрелка микроамперметра должна быть установлена ​​на последнюю отметку на шкале прибора. Отношение 100/1 (напряжение на резисторе R9- Х1 — 10в до Х100 — 0,1в, при этом несколько раз проверяется и корректируется положение стрелки настраиваемого прибора на последнем делении шкалы на поддиапазоне S3 — 0,1в). 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 стрелку микроамперметра устанавливают в последнее деление переменным резистором R16. В результате (при 10 В на входе) должны получиться одинаковые показания прибора на поддиапазоне 0,1в — Х100 и на поддиапазоне 10в — Х1.

Метод установки вольтметра на поддиапазоны 0,3 В, 1 В, 3 В и 10 В одинаков. При этом положения ползунков резисторов R1, R4 в делителе изменить нельзя.

Режим работы — милливольтметр. На входе 5 в. В положении S3 — 50 мВ делителем S1 — Х100 резистором R8 устанавливается стрелка на последнее деление шкалы. Проверяем показания вольтметра: на поддиапазоне 10в Х1 или 0,1в Х100 стрелка должна быть посередине шкалы — 5в.

Процедура настройки для поддиапазонов 12,5 мВ и 25 мВ такая же, как и для поддиапазонов 50 мВ. Вход 1,25в и 2,5в соответственно на Х 100. Проверка показаний осуществляется в режиме вольтметра Х100 — 0,1в, Х1 — 3в, Х1 — 10в. Следует отметить, что при нахождении стрелки микроамперметра в левом секторе шкалы прибора погрешность измерения увеличивается.

Особенность такой методики калибровки прибора: не требует образцового источника питания 12 — 100 мВ и вольтметра с нижним пределом измерения менее 0,1 В.

При калибровке прибора в режиме измерения ВЧ-напряжений выносным щупом для поддиапазонов 12,5, 25, 50 мВ (при необходимости) возможно построение корректирующих графиков или таблиц.

Прибор собран методом накладного монтажа в металлическом корпусе. Его размеры зависят от размеров используемой измерительной головки и трансформатора питания. Например, у меня двухполярный блок питания собран на трансформаторе от импортного магнитофона (первичная обмотка на 110в). Стабилизатор лучше всего собирать на МС 7812 и 7912 (или LM317), но можно и попроще — параметрический, на двух стабилитронах. Конструкция выносного ВЧ-зонда и особенности работы с ним подробно описаны в (2, 3).

Б/у книги:

1. Б.Степанов. Измерение малых ВЧ напряжений. ж. «Радио», № 7, 12 — 1980, с.55, с.28.
2. Б.Степанов. Высокочастотный милливольтметр. ж. «Радио», №8 — 1984, с.57.
3. Б.Степанов. Головка РФ к цифровому вольтметру. ж. «Радио», №8, 2006 г. , с.58.
4. М. Дорофеев. Вольтметр на ОУ. ж. «Радио», № 12, 1983 г., стр.30.

Василий Кононенко (RA0CCN).

Эти приборы в основном используются для измерения малых напряжений. Их максимальный предел измерения составляет 1÷10 мВ, внутреннее сопротивление около 1÷10 мОм.

Входное напряжение подается на трехсекционный Г-образный фильтр ФС, назначение которого — снижение помех промышленной частоты — 50 Гц во входном сигнале.

Затем напряжение модулируется, усиливается усилителем У 1, состоящим из У» (1-й и 2-й каскады) и У» (3-й — 5-й каскады), затем демодулируется, поступает на согласующий усилитель Д 2 , выполненный по схеме катодного повторителя и служащий для согласования сопротивления мкА с сопротивлением Y 2 . Напряжение измеряется в мкА (100 мкА), шкала которого градуирована в единицах напряжения.

В качестве модулятора использовался датчик вибрации. ДМ — диодный кольцевой демодулятор.

Цепь обратной связи служит для стабилизации коэффициента усиления и его изменения при переключении пределов измерения.

Переключатель пределов измерений, кроме звена ОС, включает делитель напряжения ДН, расположенный между второй и третьей ступенью Д 1 .

ГНЧ — генератор несущей частоты обеспечивает питание М и ДМ.

По этой схеме построен вольтметр постоянного тока типа В2-11 с пределами измерений
В, внутренним сопротивлением 10÷300 мОм и погрешностью 6÷1%.

Вольтметры универсальные

В Универсальные вольтметры построены по схеме, называемой схемой «выпрямитель-усилитель». Важной частью схемы является выпрямитель «В». Как правило, в универсальных вольтметрах используются амплитудные значения V, построенные по схеме однополупериодного выпрямления (поскольку при двухполупериодном выпрямлении невозможно создать заземленную шину) с открытым или закрытым входом , но, как правило, применяется схема с замкнутым входом, что объясняется независимостью напряжения на ее выходе от постоянной составляющей на входе.

Универсальные вольтметры имеют широкий диапазон частот, но относительно низкую чувствительность и точность.

Широкое распространение получили универсальные вольтметры В7-17, В7-26, ВК7-9 и другие. Их основная погрешность достигает ±4%. Диапазон частот до 10 3 МГц. Пределы измерения от 100÷300 мВ до 10 3 В.

Вольтметры переменного тока

ИПП — переключатель пределов измерений.

Электронные вольтметры переменного тока в основном предназначены для измерения низких напряжений. Это связано с их структурой «усилитель-выпрямитель», т.е. предварительным усилением напряжения. Эти устройства имеют высокое входное сопротивление за счет введения цепей с глубокими локальными обратными связями, включающими катодный и эмиттерный повторители: в качестве ВП используются выпрямители среднего, амплитудного и действующего значения. Шкала, как правило, градуируется в единицах действующего значения с учетом коэффициентов
и
для синусоидального напряжения. Если шкала калибруется на U Ср или U t , то она имеет соответствующие обозначения.

В целом приборы по схеме «усилитель-выпрямитель» обладают большей чувствительностью и точностью, но их частотный диапазон сужен, он ограничен У усилителем.

Если B используется для среднего или амплитудного значения, то устройства критичны к форме кривой входного напряжения при градации шкалы в единицах. У д .

При использовании среднего В обычно выполняется по схеме двухполупериодного выпрямления. При использовании амплитудного детектора — по схеме с открытыми или закрытыми входами.

Особенностью электронных вольтметров значения тока является прямоугольность шкалы из-за наличия устройства возведения в квадрат по В. Существуют специальные методы устранения этого недостатка.

Получили распространение милливольтметры переменного тока типов В3-14, В3-88, В3-2 и др.

Среди электронных вольтметров наибольшей точностью обладает диодный компенсационный вольтметр (ДКВ). Его погрешность не превышает сотых долей процента. Принцип работы поясняется следующей схемой.

NI — нулевой индикатор

При подаче
и смещения напряжения компенсации последнее можно настроить так, чтобы NI показывал 0. Тогда можно считать, что
.

Вольтметры импульсные

Импульсные В предназначены для измерения амплитуд периодических импульсов сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.

Сложность измерения заключается в разнообразии форм импульсов и широком диапазоне изменения временных характеристик.

Все это не всегда известно оператору.

Измерение одиночных импульсов создает дополнительные трудности, так как нет возможности накапливать информацию об измеряемой величине повторным воздействием сигнала.

Impulse V построены по вышеуказанной схеме. Здесь PAI — преобразователь амплитуды и импульса в напряжение. Это самый важный блок. В ряде случаев он обеспечивает не только заданное преобразование, но и хранение преобразованного значения в течение эталонного времени. 93;

Неравномерность АЧХ, дБ ±1;

Входное сопротивление, мОм:

на «в пределах 10, 20, 50 мВ 0,1;

в пределах 100″ мВ .. .5 В 1,0;

Погрешность измерения, % 10.

Схема устройства

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 P1).

Измеряемое переменное напряжение с разъема Х1 подается на входной эмиттерный повторитель через делитель напряжения (резисторы R1, R2* и R22), с помощью которого это напряжение можно уменьшить в 10 или 100 раз. Уменьшение в 10 раз происходит при установке переключателя S1 в положение X 10 мВ (делитель образован параллельно соединенными резисторами R1 и R22 и входным сопротивлением эмиттерного повторителя). Резистор R22 служит для точной установки входного сопротивления устройства (100 кОм). При установке переключателя S1 в положение X 0,1 В на вход эмиттерного повторителя подается 1/100 измеряемого напряжения.

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, подаваемый далее на усилитель.

Следующий каскад милливольтметра — усилитель напряжения ЗЧ на транзисторе V3 (коэффициент усиления около 30) — обеспечивает возможность измерения малых напряжений/ С выхода этого каскада усиленное напряжение 34 поступает на вход милливольтметра Вольтметр переменного тока с линейной шкалой, представляющий собой двухкаскадный усилитель (V4, V5), охваченный отрицательной обратной связью через выпрямительный мост (V7-V10). В диагональ этого моста включен микроамперметр Р1.

Нелинейность шкалы описываемого вольтметра в диапазоне отметок 30…100 не превышает 3%, а в рабочем диапазоне (50…100) -2%. При калибровке чувствительность милливольтметра настраивается резистором R13.

В устройстве могут быть использованы любые низкочастотные маломощные транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока h31e = 30. ..60 (при токе эмиттера 1 мА). На место V1 и V4 следует установить транзисторы с большим коэффициентом h31э. Диоды В7-В10 — любые германиевые от Д2 или Д9серии.

Стабилитрон КС168А можно заменить двумя стабилитронами КС133А, включив их последовательно. В устройстве применены конденсаторы МБМ (С1), К50-6 (все остальные), постоянные резисторы МЛТ-0,125, подстроечный СПО-0,5.

Переключатели S1 и S2 (скользящие, от транзисторного радиоприемника «Сокол») доработаны так, что каждый из них становится двухполюсным в трех положениях: в каждом ряду крайние неподвижные контакты (два подвижных контакта) удаляются, а оставшиеся подвижными контакты переставляются в соответствии со схемой включения.

Наладка прибора сводится к выбору режимов, указанных на схеме резисторами, отмеченными звездочкой, и градуировке шкалы по образцовому прибору.

Мне нужен был точный милливольтметр переменного тока, очень не хотелось отвлекаться на поиск подходящей схемы и подбор деталей, и тогда я взял и купил готовый набор «Милливольтметр переменного тока». Когда я углубился в инструкцию, оказалось, что у меня на руках только половина того, что мне нужно. Я оставил эту затею и купил на рынке древний, но почти в отличном состоянии, осциллограф ЛО-70 и сделал все на отлично. А так как в следующий раз мне изрядно надоело перекладывать эту сумку с конструктором с места на место, я решил все же ее собрать. Есть также любопытство о том, насколько хорошо это будет.

В комплект входит микросхема К544УД1Б, представляющая собой операционный дифференциальный усилитель с большим входным сопротивлением и малыми входными токами, с внутренней частотной коррекцией. Плюс печатная плата с двумя конденсаторами, с двумя парами резисторов и диодами. Также есть инструкция по сборке. Все скромно, но без обид, комплект стоит меньше одной фишки из него в рознице.

Собранный по этой схеме милливольтметр 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 показана со стороны печатных дорожек, для «рисования» в Sprint-Layout («отзеркаливание» не обязательно), если это необходимо.

Сборка началась с изменения компонентного состава: под микросхему поставил панельку (надежнее будет), керамический конденсатор поменял на пленочный, номинал естественно тот же. Один из D9.Диоды Б пришли в негодность при установке — перепаял все Д9И, так как последняя буква диода в инструкции вообще не прописана. Измерены номиналы всех установленных на плате компонентов, они соответствуют указанным в схеме (по электролиту).

В комплект входило три резистора номиналом R2 — 910 Ом, R3 — 9,1 кОм и R4 — 47 кОм, однако в инструкции по сборке есть пункт, что их номиналы должны быть подобраны в процессе настройки, поэтому сразу поставил подстроечные резисторы на 3, 3 кОм, 22 кОм и 100 кОм. Их нужно было монтировать на любой подходящий выключатель, я взял имеющийся марки ПД17-1. Показался очень удобным, миниатюрным, к плате есть что прикрепить, имеет три фиксированных положения переключения.

В итоге все узлы из электронных компонентов я разместил на плате, соединил их между собой и подключил к маломощному источнику переменного тока — трансформатору ТП-8-3, который бы питал напряжение 8,5 вольт на цепь.

А теперь последняя операция — калибровка. В качестве генератора звуковой частоты использовался виртуальный. Компьютерная звуковая карта (даже самая посредственная) неплохо справляется с частотами до 5 кГц. На вход милливольтметра поступает сигнал частотой 1000 Гц от генератора звуковой частоты, действующее значение которого соответствует предельному напряжению выбранного поддиапазона.

Звук берется из разъема для наушников (зеленый). Если после подключения к схеме и включения виртуального звукового генератора звук «не идет» и даже после подключения наушников его не будет слышно, то в меню «пуск» наведите курсор на «настройки» и выберите « панель управления», где выберите «менеджер звуковых эффектов» и в нем нажмите «S/PDIF Output», где будет указано несколько вариантов. Наш тот, что со словами «аналоговый выход». И звук пойдет.

Выбрали поддиапазон «до 100 мВ» и с помощью подстроечного резистора отклонили стрелку на конечное деление шкалы микроамперметра (на символ частоты на шкале обращать внимание не нужно). То же самое было успешно сделано с другими поддиапазонами. Инструкция производителя в архиве. Несмотря на свою простоту, радиоконструктор оказался достаточно работоспособным, и что особенно понравилось, адекватным в настройке. Одним словом, набор хороший. Собрать все в подходящий корпус (при необходимости), установить разъемы и прочее будет делом техники.

Обсудить статью МИЛЛИВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В данной статье речь пойдет о двух вольтметрах, реализованных на микроконтроллере PIC16F676. Один вольтметр имеет диапазон напряжения от 0,001 до 1,023 вольта, другой, с соответствующим резистивным делителем 1:10, может измерять напряжение от 0,01 до 10,02 вольта. Ток потребления всего устройства при выходном напряжении стабилизатора +5 вольт составляет примерно 13,7 мА. Схема вольтметра показана на рисунке 1.

Схема двух вольтметров

Цифровой вольтметр, работа схемы

Для реализации двух вольтметров используются два выхода микроконтроллера, сконфигурированные как вход для модуля цифрового преобразования. Вход RA2 используется для измерения малых напряжений, в районе вольта, а ко входу RA0 подключен делитель напряжения 1:10, состоящий из резисторов R1 и R2, что позволяет измерять напряжения до 10 вольт. В данном микроконтроллере используется модуль десятиразрядного АЦП и для реализации измерения напряжения с точностью 0,001 вольта для диапазона 1 В необходимо было подать внешнее опорное напряжение с ИОН микросхемы DA1 К157ХР2. Так как сила И ОН микросхема очень маленькая, и чтобы исключить влияние внешних схем на этот ИОН, в схему LM358N введен буферный ОУ на микросхеме DA2.1. Это неинвертирующий повторитель напряжения со 100% отрицательной обратной связью — ООС. Выход этого ОУ нагружен нагрузкой, состоящей из резисторов R4 и R5. С подстроечного резистора R4 опорное напряжение 1,024 В подается на вывод 12 микроконтроллера DD1, сконфигурированный как вход опорного напряжения для операции Модуль АЦП . При этом напряжении каждый бит оцифрованного сигнала будет равен 0,001 В. Для уменьшения влияния шумов при измерении малых значений напряжения был использован еще один повторитель напряжения, реализованный на втором ОУ микросхемы DA2. ООС этого усилителя резко снижает шумовую составляющую измеряемой величины напряжения. Напряжение импульсных помех измеряемого напряжения также уменьшается.

Для отображения информации об измеренных значениях использовался двухстрочный ЖК-дисплей, хотя для этой конструкции было бы достаточно одной строки. Но иметь возможность отображать еще немного информации про запас тоже неплохо. Яркость подсветки индикатора регулируется резистором R6, контрастность отображаемых символов зависит от номинала резисторов делителя напряжения R7 и R8. Питание устройства осуществляется от стабилизатора напряжения, собранного на микросхеме DA1. Выходное напряжение +5 В задается резистором R3. Для уменьшения общего потребляемого тока напряжение питания самого контроллера можно уменьшить до значения, при котором контроллер индикатора сохранял бы работоспособность. При проверке этой схемы индикатор стабильно работал при напряжении питания микроконтроллера 3,3 вольта.

Настройка вольтметра

Для настройки этого вольтметра требуется как минимум цифровой мультиметр, способный измерять 1,023 В, чтобы установить опорное напряжение опорного напряжения. И так, с помощью контрольного вольтметра устанавливаем напряжение 1,024 вольта на выводе 12 микросхемы DD1. Затем на вход ОУ DA2.2, вывод 5, подаем напряжение известной величины, например, 1000 вольт. Если показания контрольного и регулируемого вольтметров не совпадают, то подстроечным резистором R4 изменением величины опорного напряжения добиваются эквивалентных показаний. Затем на вход U2 подают управляющее напряжение известной величины, например 10,00 вольт, и подбором величины сопротивления резистора R1 можно и R2, или обоих добиться эквивалентных показаний обоих вольтметров.