Как работает низкочастотный милливольтметр. Для чего он нужен. Какие преимущества имеет самодельный прибор. Как собрать и настроить милливольтметр своими руками.
Содержание
Принцип работы низкочастотного милливольтметра
Низкочастотный милливольтметр — это измерительный прибор, предназначенный для измерения переменных напряжений малой величины в диапазоне звуковых частот. Основные компоненты схемы милливольтметра включают:
Входной делитель напряжения
Усилитель на транзисторах или операционных усилителях
Выпрямитель переменного тока
Измерительный прибор (микроамперметр)
Принцип работы заключается в следующем:
Входной сигнал подается на делитель напряжения для выбора нужного диапазона измерений
Далее сигнал усиливается усилителем с высоким входным сопротивлением
Усиленный сигнал выпрямляется диодным мостом
Выпрямленное напряжение подается на микроамперметр со шкалой, откалиброванной в милливольтах
Преимущества самодельного милливольтметра
Самостоятельная сборка низкочастотного милливольтметра имеет ряд преимуществ по сравнению с покупными цифровыми мультиметрами:
Более широкий диапазон измеряемых напряжений (от долей милливольт до сотен вольт)
Высокое входное сопротивление (до 10 МОм)
Хорошая линейность в звуковом диапазоне частот (10-30000 Гц)
Возможность измерения истинных среднеквадратичных значений
Низкая стоимость компонентов
Возможность модификации схемы под конкретные задачи
Применение низкочастотного милливольтметра
Низкочастотный милливольтметр находит широкое применение при разработке, настройке и ремонте различной аудиотехники:
Измерение уровней сигналов в различных точках усилителей
Снятие амплитудно-частотных характеристик
Измерение коэффициента усиления
Определение уровня шумов и помех
Проверка чувствительности микрофонов
Настройка эквалайзеров и регуляторов тембра
Прибор будет полезен как профессиональным разработчикам аудиотехники, так и радиолюбителям.
Схема низкочастотного милливольтметра на транзисторах
Рассмотрим простую схему милливольтметра на 5 транзисторах:
Входной эмиттерный повторитель на транзисторах V1 и V2
Усилительный каскад на транзисторе V3
Вольтметр переменного тока на транзисторах V4, V5 и диодах V6-V9
Микроамперметр P1 на 100 мкА
Основные характеристики схемы:
Диапазоны измерения: 10 мВ, 100 мВ, 1 В
Входное сопротивление: 100 кОм
Частотный диапазон: 20 Гц — 75 кГц
Нелинейность шкалы: не более 3%
Сборка милливольтметра своими руками
Для сборки милливольтметра понадобятся следующие компоненты:
Низкочастотные транзисторы с h21э = 30-60
Германиевые диоды Д2 или Д9
Конденсаторы МБМ, К50-6
Резисторы МЛТ-0,125
Подстроечный резистор СПО-0,5
Переключатели на 3 положения
Микроамперметр на 100 мкА
Монтаж выполняется на печатной плате или навесным способом. Важно обеспечить хорошее экранирование для защиты от наводок.
Настройка и калибровка прибора
Настройка милливольтметра выполняется в следующем порядке:
Подача на вход калиброванного напряжения 1 мВ частотой 1 кГц
Установка стрелки индикатора на последнюю отметку шкалы подстройкой R12
Подача входного напряжения 1 В частотой 100 Гц
Подбор сопротивления R2 для установки стрелки на последнюю отметку
Проверка линейности шкалы на всех диапазонах
Для калибровки необходим источник образцового напряжения или осциллограф.
Расширение диапазона измерений милливольтметра
Для расширения возможностей прибора можно модифицировать схему следующим образом:
Добавить дополнительные пределы измерения (до 300 В)
При настройка и ремонте аудиотехники необходим прибор, измеряющий низкочастотные переменные напряжения в широком диапазоне (от долей милливольт до сотен вольт), при этом, обладающий высоким входным сопротивлением и хорошей линейностью, хотя бы, в пределах частотного спектра 10-30000 Гц. Популярные цифровые мультиметры этим требованиям не соответствуют. Поэтому, радиолюбителю ничего не остается, как сделать низкочастотный милливольтметр самостоятельно.
Милливольтметр со стрелочной индикацией, схема которого показана на рисунке справа, может измерять переменные напряжения в 12-ти пределах: 1mV, 3mV, 10mV, 30mV, 100mV, 300mV, 1V, 3V, 10V, 30V, 100V, 300V. Входное сопротивление прибора при измерении в милливольтах 3 мегаома, при измерении вольтах — 10 мегаом.
В частотном диапазоне 10-30000 Гц неравномерность показаний не более 1 dB. Погрешность измерения на частоте 1 кГц — 3% (полностью зависит от точности резисторов делителя).
Измеряемое напряжение подают на разъем Х1. Это коаксиальный разъем, такой как используется в качестве антенного в современных телевизорах. На входе стоит частотно-компенсированный делитель на 1000 — R1, R2, С1, С2. Переключатель S1 служит для выбора прямого (показания в mV) или деленного (показания в V) сигнала, который далее поступает на истоковый повторитель на полевом транзисторе VT1.
Этот каскад нужен, в основном, для получения большого входного сопротивления прибора. Переключатель S2 служит для выбора пределов измерения, с его помощью переключаются коэффициенты деления делителя напряжения на резисторах R4-R8, в сумме, образующих нагрузку каскада на VT1. У переключателя шесть положений, обозначенных числами «1», «3», «10», «30», «100», «300».
При выборе предела измерения переключателем S2 устанавливают величину предела, а переключателем S1 — единицу измерения. Например, если нужен предел измерения 100mV, S1 устанавливают в положение «mV», a S2 — «100». Далее, переменное напряжение поступает на трехкаскадный усилитель на транзисторах VT2-VT4, на выходе которого есть измеритель (P1, VD1, VD2, VD3, VD4), включенный в цепи обратной связи усилителя.
Усилитель выполнен по схеме с гальванической связью между каскадами. Коэффициент усиления усилителя устанавливается с помощью подстроенного резистора R12, изменяющего глубину ООС.
Измеритель представляет собой диодный мост (VD1-VD4) в диагональ которого включен микроамперметр Р1 на 100 mА. Микроамперметр имеет две линейные шкалы — «0-100» и «0-300».
Питаются усилители милливольтметра напряжением 15V от интегрального стабилизатора А1, на который поступает напряжение с выхода источника, состоящего из маломощного силового трансформатора Т1 и выпрямителя на диодах VD5-VD8. Светодиод HL1 служит индикатором включенного состояния.
Сборка
Прибор собран в корпусе неисправного лампового милливольтметра переменного тока. От старого прибора остались только индикаторный миллиамперметр, корпус, шасси, и некоторые переключатели (сетевой трансформатор и большинство других деталей были сняты ранее на сборку самодельного лампово-полупроводникового осциллографа).
Поскольку, щупов со специфическим разъемом от лампового милливольтметра не было, имеющийся на передней панели разъем пришлось заменить стандартным антенным гнездом, таким как у телевизора. Корпус может быть другим, но обязательно экранированным.
Детали входного делителя, истокового повторителя, делителя на резисторах R4-R9 смонтированы объемным монтажом на контактах Х1, S1, S2 и контактных лепестках, которые есть в корпусе на передней панели. Монтаж усилителя на транзисторах VT2-VT4 сделан на одной из контактных планок, которых в корпусе есть четыре штуки. Детали выпрямителя VD1-VD4 смонтированы на контактах измерительного прибора Р1.
Трансформатор питания Т1, — китайский маломощный трансформатор с вторичной обмоткой 9+9V. Обмотка используется целиком. Отвод не используется, переменное напряжение на выпрямитель VD5-VD8 подается с крайних выводов вторичной обмотки (получается 18V). Можно использовать другой трансформатор с выходом 16-18V.
Детали источника питания помещены под шасси, чтобы наводки от трансформатора не проникали в схему прибора. Детали могут быть самыми разнообразными. Корпус просторный, и там поместится практически все что угодно. Конденсаторы С10 и С11 должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 25V, а все остальные конденсаторы, — не ниже 16V. Конденсатор С1 должен допускать работу на напряжении до 300V.
Это старый керамический конденсатор КПК-МТ. Под его крепежную гайку нужно установить контактный лепесток-петельку (или сделать петельку из луженой проволоки) и использовать его как вывод одной из обкладок.
Резисторы R4-R9 должны быть достаточно высокой точности (либо их нужно подобрать измеряя сопротивление точным омметром). Реальные сопротивления должны быть такими: R4 = 5,1 k, R5 = 1,75 к, R6 = 510 Оm, R7 = 175 Оm, R8 = 51 От, R9 = 17,5 Оm. Погрешность прибора во многом зависит от точности выбора этих сопротивлений.
Настройка
Для налаживания нужен низкочастотный генератор и какой-то образцовый милливольтметр переменного тока, или осциллограф, с помощью которого можно будет откалибровать прибор. Налаживая прибор, примите во внимание, что наводки переменного тока, имеющиеся в вашем теле, могут оказать существенное влияние на показания прибора. Поэтому, снимая показания, не прикасайтесь руками или металлическими инструментами к деталям схемы прибора.
После проверки монтажа подайте на вход прибора синусоидальное напряжение 1mV частотой 1 кГц (от генератора НЧ). Установить S1 в «mV», a S2 в «1» и подстройкой резистора R12 добейтесь установки стрелки индикатора на последнюю отметку шкалы (и не упиралась в ограничитель зашкаливания).
Затем, переключите S1 в «V» и подайте на вход прибора от генератора синусоидальное напряжение 1V частотой 100 Гц. Подберите сопротивление R2 (временно можно его заменить подстрочным) таким, что бы стрелка прибора была на последней отметке шкалы. 3;
Неравномерность АЧХ, дБ — ±1;
Входное сопротивление, мОм: на’пределах 10, 20, 50 мВ — 0,1; на пределах 100’мВ..5В — 1,0;
Погрешность измерений, % — 10.
Схема прибора
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.
Рис. 1. Схема милливольтметра переменного тока на пяти транзисторах.
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 ЗЧ 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.
Детали
В приборе можно использовать любые низкочастотные маломощные транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока h31э = 30…60 (при токе эмиттера 1 мА). Транзисторы с большим коэффициентом h31э 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
Налаживание прибора сводится к подбору режимов, указанных на схеме резисторами, отмеченными звездочкой, и градуировке шкалы по образцовому Прибору.
Источник: Борноволоков Э. П., Фролов В. В. — Радиолюбительские схемы.
Схема милливольтметра
Эта простая и доступная схема милливольтметра имеет три диапазона измерения: 10 мВ, 100 мВ и 1 В. Среднеквадратичная чувствительность полной шкалы.
Частотная характеристика включает точки 1 дБ на частотах около 20 Гц и 75 кГц. Инструмент подходит для создания звукового шума, измерения частотной характеристики и усиления и может быть полезен для любого новичка, думающего о области звука.
Устройство работает со стандартной схемой, имеющей схему неинвертирующего операционного усилителя, питающую счетчик через мостовой выпрямитель.
Контур отрицательной обратной связи подается на инвертирующий вход по схеме выпрямителя и милливольтметра, а не напрямую с выхода IC1.
При низком напряжении на выпрямителях возникает большое прямое сопротивление, но это приводит к малой обратной связи и усилителю с высоким коэффициентом усиления.
Таким образом, малые амплитуды входного сигнала, которые могут или не вызывают отклонений счетчика из-за высокого сопротивления выпрямителя, увеличиваются до тех пор, пока не дадут правильные показания счетчика.
В результате, несмотря на то, что выпрямитель по своей природе нелинейный, он генерирует противоположную нелинейную обратную связь, которая компенсирует это и обеспечивает линейное масштабирование устройства.
RV1 используется для изменения схемы правильной чувствительности, а D5 защищает счетчик от экстремальных перегрузок. Q1 требуется как малошумящий буферный усилитель истокового повторителя, который обеспечивает более высокое входное сопротивление схемы около 1 МОм.
Это гарантирует, что часть оборудования оказывает незначительную нагрузку на тестируемые устройства.
На выходе буферного каскада встроен аттенюатор, который можно использовать для снижения стандартной чувствительности 10 мВ до 100 мВ или 1 В полной шкалы.
Аттенюатор не имеет какой-либо частотной компенсации, так как находится в низкоимпедансной части цепи.
Для настройки прибора его поворачивают на диапазон 1В, RV1 ставят на оптимальное сопротивление, вместе с источником звука 1В RMS подключают ко входу, RV1 переделывают на полную шкалу отклонения измерителя.
Источник звука 1 В может питаться от генератора сигналов ЗЧ, установленного на надлежащем уровне выходного сигнала с помощью мультиметра, настроенного на низкий диапазон переменного напряжения.
Схема милливольтметра с расширенным диапазоном
Мультиметр, как следует из названия, является удобным инструментом для тестирования, однако он имеет свои ограничения.
Например, его диапазон для измерения переменного тока в звуковом диапазоне, как правило, недостаточен, а чувствительность, внутреннее сопротивление и частотная характеристика более дешевого многоцелевого прибора с подвижной катушкой обычно приводят к тому, что многим отдается предпочтение.
Широкодиапазонный милливольтметр, описываемый в этой статье, очень просто и легко устраняет разрыв.
Прибор позволяет рассчитывать переменный ток частот от 100 Гц до 500 кГц.
При использовании входных операционных усилителей на полевых МОП-транзисторах входной импеданс во всех диапазонах измерений, безусловно, будет составлять 10 МОм.
При наименьшем измерительном напряжении 15 мВ уровень чувствительности конечно есть отклонение на всю шкалу на 100 пА измерителе.
Операционный усилитель служит как измерительным усилителем, так и активным выпрямителем.
Величина усиления зависит от переключаемых резисторов с R1 по R6.
Вместе с прибором, настроенным на определенный диапазон чувствительности, важность резистора можно определить, просто разделив входное напряжение для полного отклонения на 100 пА. Когда, например, в диапазоне измерения 150 мВ, Диапазон 200 мВ, вероятно, желателен, резистор R4 следует преобразовать на значение 2 кОм.
Поскольку диоды мостового выпрямителя D1–D4 находятся в контуре обратной связи усилителя, обычно существует компенсация предельного напряжения диодов, для чего шкала мВ реагирует линейно.
Счетчик обнуляется с помощью P1, а также закорачивается вход, хотя диапазон измерения определяется с помощью P2.
Для второго варианта требуется калибровочное напряжение, которое можно получить от небольшого сетевого трансформатора с вторичным напряжением чуть меньше 5 В. На этом уровне напряжение вполне корректно измеряется с помощью мультиметра.
Калибровочное напряжение затем должно быть подключено к милливольтметру с расширенным диапазоном, настроенному на 5 В, а затем показания прибора на 100 МА корректируются с помощью P2 в соответствии со значением калибровочного напряжения.
Обычно в то же время устанавливаются другие диапазоны измерения, эквивалентные допуску резисторов R1-R6.
Если схема используется для расширения или дополнения существующего мультиметра, секция мультиметра с подвижной катушкой должна использоваться в диапазоне 100 МА.
Наилучший источник питания, который можно включить в такой ситуации, имеет напряжение около 9 В, извлеченное из двух небольших сухих элементов на 9 В, которых хватит на довольно долгое время, поскольку потребляемая мощность очень мала.
Примечания: Подсоедините J2 и J3 к набору Avo-метра с диапазоном 50 мкА Переключая SW2, четыре входных диапазона можно умножить на 5 Полные диапазоны fsd: 10 мВ, 50 мВ, 100 мВ, 500 мВ, 1 В, 5 В, 10 В, 50 В Установите R11 на считывание 1 В в диапазоне 1 В с синусоидальным входом 1 В при 1 кГц Сравните показания с показаниями другой известной точности Милливольтметр или с помощью осциллографа Показания осциллографа должны представлять собой синусоиду с амплитудой 2,828 В от пика до пика Частотная характеристика плоская в диапазоне 20 Гц-20 кГц Если у вас возникли трудности с поиском значений резисторов для R1, R2, R3 и R4, вы можете использовать следующий трюк:
R1 = 10M + 1M параллельно R2 = 1M + 100K параллельно R3 = 100K + 10K параллельно R4 = 1K2 + 6K8 параллельно Все резисторы с допуском 1%
автор: RED Free Circuit Designs электронная почта: веб-сайт: http://www. redcircuits.com/
Категории проектов: Аудио (49) Питание и высокое напряжение (43) Радио (23) Свет и светодиод (31) Инструменты3 Телефон (18) Automotive (10) Microcontrollers (12) Датчики и контроль (47) Timers & Ascillators (40667 Timers & Ascillators (40667 (4067 9067 (4067 9067 . Поделиться этой страницей подкатегории проекта: Все подкатегории усилители предусилители, фильтры, эффекты Измерители громкости и анализаторы спектра миксеры другой
похожих проектов: Монитор звукового периметра Домофон высокого качества
Недавно добавленные проекты: Дверной звонок для глухих Домофон высокого качества Комбинированный фокус ГОРШЕЧНАЯ СИЛА Ультразвуковой свисток для собак Схема викторины Светодиодный фонарик Средство от насекомых Схема микрофона динамика Трюк с волшебной палочкой.
Например, если нужен предел измерения 100mV, S1 устанавливают в положение «mV», a S2 — «100». Далее, переменное напряжение поступает на трехкаскадный усилитель на транзисторах VT2-VT4, на выходе которого есть измеритель (P1, VD1, VD2, VD3, VD4), включенный в цепи обратной связи усилителя.
От старого прибора остались только индикаторный миллиамперметр, корпус, шасси, и некоторые переключатели (сетевой трансформатор и большинство других деталей были сняты ранее на сборку самодельного лампово-полупроводникового осциллографа).
Отвод не используется, переменное напряжение на выпрямитель VD5-VD8 подается с крайних выводов вторичной обмотки (получается 18V). Можно использовать другой трансформатор с выходом 16-18V.
Погрешность прибора во многом зависит от точности выбора этих сопротивлений.
3;
На этом уровне напряжение вполне корректно измеряется с помощью мультиметра.
Оксидный резистор 
redcircuits.com/
