Миливолтметър за постоянен и променлив ток и омметър с линейна скала. Високочестотен миливолтметър с линейна скала с променливо напрежение

Високата точност на измерване на големината на RF напреженията (до третата или четвъртата цифра) в радиолюбителската практика всъщност не е необходима. По-важен е качественият компонент (наличието на сигнал с достатъчно високо ниво - колкото повече, толкова по-добре). Обикновено при измерване на RF сигнала на изхода на локалния осцилатор (генератор) тази стойност не надвишава 1,5 - 2 волта, а самата верига се настройва на резонанс според максималната стойност на RF напрежението. С настройките в IF пътищата сигналът се повишава на етапи от единици до стотици миливолта.

За такива измервания все още често се предлагат тръбни волтметри (тип VK 7-9, V 7-15 и др.) С обхват на измерване 1-3V. Високият входен импеданс и ниският входен капацитет в такива устройства е определящ фактор, а грешката е до 5-10% и се определя от точността на използваната стрелкова измервателна глава. Измерванията на същите параметри могат да се извършват с помощта на домашно приготвени стрелкови устройства, чиито вериги са направени на транзистори с полеви ефекти. Например, в радиочестотния миливолтметър на Б. Степанов (2), входният капацитет е само 3 pF, съпротивлението в различни поддиапазони (от 3 mV до 1000 mV), дори в най-лошия случай, не надвишава 100 kOhm с грешка от +/- 10% (определено от използваната глава и грешката на инструмента за калибриране). В същото време измереното радиочестотно напрежение с горната граница на честотния диапазон от 30 MHz без очевидна честотна грешка, което е напълно приемливо в любителската радиопрактика.

защото съвременните цифрови устройства все още са скъпи за повечето радиолюбители, миналата година в списание Радио Б. Степанов (3) предложи използването на RF сонда за евтин цифров мултицет тип M-832 с подробно описание на неговата схема и методи на приложение. Междувременно, без да харчите никакви пари, е възможно успешно да използвате стрелкови RF миливолтметри, като същевременно освободите основния цифров мултицет за паралелни измервания на ток или съпротивление в разработваната верига ...

По отношение на схемата, предложеното устройство е много просто и минимум използвани компоненти могат да бъдат намерени „в кутията“ на почти всеки радиолюбител. Всъщност в схемата няма нищо ново. Използването на DU за такива цели е описано подробно в радиолюбителската литература от 80-90-те години (1, 4). Използвана е широко използваната микросхема K544UD2A (или UD2B, UD1A, B) с полеви транзистори на входа (и следователно с високо входно съпротивление). Можете да използвате всякакви операционни усилватели от други серии с полеви устройства на входа и в типична връзка, например K140UD8A. Техническите характеристики на миливолтметър-волтметър съответстват на тези, дадени по-горе, тъй като схемата на Б. Степанов (2) стана основата на устройството.

В режим на волтметър усилването на операционния усилвател е 1 (100% OOS), а напрежението се измерва с микроамперметър до 100 μA с допълнителни съпротивления (R12 - R17). Те всъщност определят поддиапазоните на устройството в режим на волтметър. Когато OOS намалее (превключвател S2 включва резистори R6 - R8) Kus. нараства, съответно се увеличава чувствителността на операционния усилвател, което позволява използването му в режим на миливолтметър.

особеностПредложената разработка е възможност за работа на устройството в два режима - DC волтметър с граници от 0,1 до 1000 V и миливолтметър с горни граници на поддиапазоните 12,5, 25, 50 mV. В този случай един и същ делител (X1, X100) се използва в два режима, така че, например, в поддиапазон от 25 mV (0,025 V), използвайки умножител X100, може да се измери напрежение от 2,5 V. За превключване на поддиапазоните на устройството се използва един многопозиционен двуплатков ключ.

С помощта на външна радиочестотна сонда, базирана на германиев диод GD507A, е възможно да се измери радиочестотното напрежение в същите поддиапазони с честота до 30 MHz.

Диодите VD1, VD2 предпазват измервателното устройство на стрелката от претоварване по време на работа. Друга особеностзащитата на микроамперметъра по време на преходни процеси, които възникват, когато устройството е включено / изключено, когато стрелката на устройството излиза извън скалата и дори може да се огъне, е използването на реле изключване на микроамперметъра и затваряне на изхода на операционния усилвател към товарен резистор (релета P1, C7 и R11). В този случай (когато устройството е включено), зареждането на C7 отнема част от секундата, така че релето работи със закъснение и микроамперметърът се свързва към изхода на операционния усилвател част от секундата по-късно. Когато устройството е изключено, C7 се разрежда през индикаторната лампа много бързо, релето се изключва и прекъсва веригата за свързване на микроамперметъра, преди захранващите вериги на операционния усилвател да бъдат напълно изключени. Защитата на действителния оп-усилвател се осъществява чрез включване на входа R9 и C1. Кондензаторите С2, С3 блокират и предотвратяват възбуждането на ОС. Устройството е балансирано („настройка 0“) чрез променлив резистор R10 на поддиапазон от 0,1 V (възможно е на по-чувствителни поддиапазони, но когато дистанционната сонда е включена, влиянието на стрелките се увеличава). Кондензаторите са желателни тип K73-xx, но при тяхна липса може да се вземе и керамика 47 - 68n. В отдалечената сонда-сонда се използва KSO кондензатор за работно напрежение от най-малко 1000V.

Настройкамиливолтметър-волтметър се извършва в тази последователност. Първо настройте делителя на напрежението. Режим на работа - волтметър. Тримерният резистор R16 (поддиапазон 10V) е настроен на максимално съпротивление. На съпротивлението R9, контролирайки с примерен цифров волтметър, настройте напрежението от стабилизиран източник на захранване от 10 V (позиция S1 - X1, S3 - 10v). След това, в позиция S1 - X100, подстригващите резистори R1 и R4 се настройват на 0,1 v с помощта на стандартен волтметър. В този случай, в позиция S3 - 0,1v, стрелката на микроамперметъра трябва да бъде настроена на последната маркировка на скалата на инструмента. Съотношението 100/1 (напрежението на резистора R9 - X1 - 10v до X100 - 0,1v, когато позицията на стрелката на настроеното устройство е на последното деление на скалата на поддиапазон S3 - 0,1v) се проверява и коригирани няколко пъти. В този случай задължително условие: при превключване на S1 примерното напрежение от 10V не може да бъде променено.

По-нататък. В режим на измерване на постояннотоково напрежение, в позицията на превключвателя за разделител S1 - X1 и превключвателя за подобхват S3 - 10v, стрелката на микроамперметъра е настроена на последното деление с променлив резистор R16. Резултатът (при 10 V на входа) трябва да бъде едни и същи показания на инструмента в поддиапазон 0,1v - X100 и поддиапазон 10v - X1.

Методът за настройка на волтметъра на поддиапазоните 0,3v, 1v, 3v и 10v е същият. В този случай позициите на плъзгачите на резисторите R1, R4 в делителя не могат да се променят.

Режим на работа - миливолтметър. На вход 5 в. В позиция S3 - 50 mV, делителя S1 - X100 с резистор R8 поставя стрелката на последното деление на скалата. Проверяваме показанията на волтметъра: на поддиапазон 10v X1 или 0.1v X100, стрелката трябва да е в средата на скалата - 5v.

Процедурата за настройка за поддиапазоните 12,5 mV и 25 mV е същата като за поддиапазон 50 mV. Входът е съответно 1.25v и 2.5v при X 100. Проверката на показанията се извършва в режим на волтметър X100 - 0.1v, X1 - 3v, X1 - 10v. Трябва да се отбележи, че когато стрелката на микроамперметъра е в левия сектор на скалата на инструмента, грешката на измерване се увеличава.

Особеносттакава техника за калибриране на устройството: не изисква примерно захранване от 12 - 100 mV и волтметър с долна граница на измерване под 0,1 V.

Когато калибрирате устройството в режим на измерване на RF напрежения с външна сонда за поддиапазони от 12,5, 25, 50 mV (ако е необходимо), можете да построите коригиращи графики или таблици.

Устройството се сглобява чрез повърхностен монтаж в метален корпус. Размерите му зависят от размерите на използваната измервателна глава и захранващия трансформатор. Например, имам биполярно захранване, сглобено на трансформатор от внесен касетофон (първична намотка за 110v) Най-добре е стабилизаторът да се сглоби на MS 7812 и 7912 (или LM317), но може да бъде и по-просто - параметричен, на два ценерови диода. Конструкцията на дистанционната радиочестотна сонда и особеностите на работа с нея са описани подробно в (2, 3).

Използвани книги:

1. Б.Степанов. Измерване на малки RF напрежения. Ж. "Радио", бр.7, 12 - 1980 г., с.55, с.28.
2. Б.Степанов. Високочестотен миливолтметър. Ж. "Радио", бр.8 - 1984 г., с.57.
3. Б.Степанов. RF глава към цифров волтметър. Ж. "Радио", бр.8, 2006, с.58.
4. М. Дорофеев. Волтметър на ОУ. Ж. "Радио", бр.12, 1983, с.30.

Василий Кононенко (RA0CCN).

Тези инструменти се използват главно за измерване на малки напрежения. Максималната им граница на измерване е 1÷10 mV, вътрешното съпротивление е около 1÷10 mΩ.

Входното напрежение се подава към трисекционен Г-образен FS филтър, чиято цел е да намали смущенията от индустриална честота - 50 Hz във входния сигнал.

След това напрежението се модулира, усилва се от усилвателя Y 1, състоящ се от Y "(1-ви и 2-ри етапи) и Y" (3-ти - 5-ти етапи), след което се демодулира, подава към съвпадащ усилвател Y 2 , който е направен по схемата на катоден повторител и служи за съгласуване на съпротивлението μA със съпротивлението Y 2 . Напрежението се измерва в μA (100 μA), чиято скала е градуирана в единици напрежение.

Като модулатор е използван вибрационен преобразувател. DM - диоден пръстен демодулатор.

Веригата за обратна връзка служи за стабилизиране на усилването и промяната му при превключване на границите на измерване.

Превключвателят на границите на измерване, в допълнение към OS връзката, включва DN делител на напрежение, разположен между втория и третия етап Y 1 .

LFO - генератор на носеща честота осигурява захранване с напрежение на M и DM.

Съгласно тази схема е изграден DC волтметър от тип B2-11 с граници на измерване
V, вътрешно съпротивление 10÷300 mΩ и грешка 6÷1%.

Универсални волтметри

При Универсалните волтметри са изградени по схема, наречена схема "токоизправител-усилвател". Важна част от веригата е токоизправителят "B". По правило в универсалните волтметри се използват стойности на амплитудата V, изградени съгласно верига за коригиране на половин вълна (тъй като е невъзможно да се създаде заземена шина в случай на коригиране на пълна вълна) с отворен или затворен вход , но като правило се използва верига със затворен вход, което се обяснява с независимостта на напрежението на изхода му от постоянния компонент на входа.

Универсалните волтметри имат широк честотен диапазон, но относително ниска чувствителност и точност.

Широко разпространени са универсалните волтметри V7-17, V7-26, VK7-9 и др. Основната им грешка достига ±4%. Честотен обхват до 10 3 MHz. Граници на измерване от 100÷300 mV до 10 3 V.

AC волтметри

PPI - превключвател на границите на измерване.

Електронните AC волтметри са предназначени основно за измерване на ниско напрежение. Това се дължи на тяхната структура "усилвател-изправител", т.е. предварително усилване на напрежението. Тези устройства имат висок входен импеданс поради въвеждането на вериги с дълбоки локални обратни връзки, включително катодни и емитерни последователи: токоизправители със средна, амплитудна и ефективна стойност се използват като VP. Скалата по правило се градуира в единици на ефективната стойност, като се вземат предвид съотношенията
и
за синусоидални напрежения. Ако скалата е калибрирана за U срили U T, тогава има съответните обозначения.

Като цяло устройствата по схемата "усилвател-токоизправител" имат по-голяма чувствителност и точност, но честотният им диапазон е стеснен, ограничен е от U усилвателя.

Ако B се използва за средна или амплитудна стойност, тогава устройствата са от решаващо значение за формата на кривата на входното напрежение при градиране на скалата в единици. U д .

Когато се използва средната B, обикновено се извършва в схема на пълновълнова корекция. При използване на амплитуден детектор - по схемата с отворени или затворени входове.

Характеристика на електронните волтметри на текущата стойност е квадратурата на скалата поради наличието на квадратно устройство във V. Има специални методи за отстраняване на този недостатък.

Миливолтметрите за променлив ток от типа V3-14, V3-88, V3-2 и др. са широко разпространени.

Сред електронните волтметри диодният компенсационен волтметър (DKV) има най-висока точност. Грешката му не надвишава стотни от процента. Принципът на действие е обяснен от следната диаграма.

NI - нулев индикатор

При кандидатстване
и компенсиращо напрежение на компенсация последното може да се коригира така, че NI да показва 0. Тогава можем да приемем, че
.

Импулсни волтметри

Pulse V са предназначени за измерване на амплитудите на периодични импулси на сигнали с голям работен цикъл и амплитудите на единични импулси.

Трудността на измерването се състои в разнообразието от форми на импулси и широк диапазон от промени във времевите характеристики.

Всичко това не винаги е известно на оператора.

Измерването на единични импулси създава допълнителни трудности, тъй като не е възможно да се натрупа информация за измерената стойност чрез многократно излагане на сигнала.

Impulse V са изградени по горната схема. Тук PAI е преобразувател на амплитуда и импулс в напрежение. Това е най-важният блок. В редица случаи той осигурява не само зададената трансформация и съхраняването на преобразуваната стойност през референтното време.

Най-често в PAI се използват диодно-кондензаторни пикови детектори. Особеността на тези детектори е, че продължителността на импулса τ Uможе да е малък, но работният цикъл - голям. В резултат на τ U"C" няма да бъде напълно зареден, а за "T" ще бъде значително разреден.

Самоделни измервателни уреди

Основни параметри:

Диапазон на измерваните напрежения, mV 3...5*І0^3;

Работен честотен диапазон, Hz 30.. .30* 10^3;

Неравномерност на честотната характеристика, dB ±1;

Входно съпротивление, mOhm:

на "в рамките на 10, 20, 50 mV 0,1;

в рамките на 100 "mV .. .5 V 1.0;

Грешка на измерване, % 10.

Схема на устройството

Устройството се състои от входен емитер последовател (транзистори V1, V2), усилващ етап - (транзистор V3) и AC волтметър (транзистори V4, V5, диоди V6-V9 и микроамперметър P1).

Измереното променливо напрежение от конектор X1 се подава към входния емитерен повторител през делител на напрежение (резистори R1, R2* и R22), с който това напрежение може да се намали 10 или 100 пъти. 10-кратно намаление възниква, когато превключвателят S1 е настроен на X 10 mV (делителят се формира от резистор R1 и резистор R22, свързани паралелно, и входното съпротивление на емитерния повторител). Резистор R22 се използва за точно задаване на входното съпротивление на устройството (100 kOhm). Когато превключвателят S1 е настроен на X 0,1 V, 1/100 от измереното напрежение се подава към входа на емитерния повторител.

Долното рамо на делителя в този случай се състои от входното съпротивление на повторителя и резисторите R22 и R2*.

На изхода на емитерния повторител е включен друг делител на напрежение (превключвател S2 и резистори R6-R8), което позволява да се отслаби сигналът, който се подава допълнително към усилвателя.

Следващият етап на миливолтметъра - усилвателят на напрежението AF на транзистора V3 (коефициент на усилване около 30) - осигурява възможност за измерване на ниски напрежения / От изхода на този етап усиленото напрежение 34 се подава към входа на променливотоковото напрежение метър с линейна скала, който е двустепенен усилвател (V4, V5), покрит с отрицателна обратна връзка през токоизправителния мост (V7-V10). В диагонала на този мост е включен микроамперметър P1.

Нелинейността на скалата на описания волтметър в диапазона от марки 30 ... 100 не надвишава 3%, а в работната зона (50 ... 100) -2%. При калибриране чувствителността на миливолтметъра се регулира от резистора R13.

Устройството може да използва всякакви нискочестотни транзистори с ниска мощност със статичен коефициент на пренос на ток h21e = 30...60 (при ток на емитер 1 mA). На мястото на V1 и V4 трябва да се монтират транзистори с голям коефициент h21e. Диоди V7-V10 - всеки германий от серията D2 или D9.

Ценерови диод KS168A може да бъде заменен с два ценерови диода KS133A, като ги включите последователно. Устройството използва кондензатори MBM (C1), K50-6 (всички останали), постоянни резистори MLT-0.125, тример SPO-0.5.

Превключвателите S1 и S2 (плъзгащи се от транзисторното радио Sokol) са модифицирани така, че всеки от тях да стане двуполюсен в три позиции: във всеки ред крайните неподвижни контакти (два подвижни контакта) се премахват, а останалите подвижни контакти се премахват пренаредени в съответствие с превключването на диаграмата.

Настройката на устройството се свежда до избора на режимите, посочени на диаграмата чрез резистори, отбелязани със звездичка, и градуирането на скалата според примерното устройство.

Имах нужда от точен AC миливолтметър, наистина не исках да се разсейвам с търсене на подходяща верига и събиране на части, а след това взех и купих готов комплект „AC Millivoltmeter“. Когато се зарових в инструкциите, се оказа, че имам само половината от необходимото в ръцете си. Напуснах това начинание и купих старинен, но в почти отлично състояние осцилоскоп LO-70 на пазара и направих всичко перфектно. И тъй като през следващия път доста се изморих да местя тази чанта с дизайнера от място на място, реших все пак да я сглобя. Има и любопитство колко добър ще бъде.

Комплектът включва микросхема K544UD1B, която е операционен диференциален усилвател с високо входно съпротивление и ниски входни токове, с вътрешна корекция на честотата. Плюс печатна платка с два кондензатора, с две двойки резистори и диоди. Има и инструкция за сглобяване. Всичко е скромно, но без обида, един комплект струва по-малко от един чип от него на дребно.

Миливолтметър, сглобен по тази схема, ви позволява да измервате напрежение с граници:

• 1 - до 100 mV
• 2 - до 1 V
• 3 - до 5 V

В диапазона 20 Hz - 100 kHz, входен импеданс около 1 MΩ, захранващо напрежение
от + 6 до 15 V.

Печатната платка на променливотоковия миливолтметър е показана от страната на отпечатаните писти, за „начертаване“ в Sprint-Layout („огледално“ не е необходимо), ако е необходимо.

Сглобяването започна с промени в състава на компонентите: поставих гнездо под микросхемата (ще бъде по-безопасно), керамичният кондензатор беше променен на филмов кондензатор, деноминацията естествено беше същата. Един от диодите D9B се повреди по време на монтажа - той запои всички D9I, тъй като последната буква на диода изобщо не е изписана в инструкциите. Измерени са номиналните стойности на всички компоненти, инсталирани на платката, те съответстват на посочените във веригата (за електролита).

Комплектът включваше три резистора с номинална стойност R2 - 910 Ohm, R3 - 9,1 kOhm и R4 - 47 kOhm, но в ръководството за монтаж има клауза, че техните стойности трябва да бъдат избрани по време на процеса на настройка , така че веднага настроих подстригващите резистори на 3, 3 kOhm, 22 kOhm и 100 kOhm. Те трябваше да бъдат монтирани на всеки подходящ превключвател, взех наличната марка PD17-1. Изглеждаше много удобно, миниатюрно, има какво да се прикрепи към таблото, има три фиксирани позиции на превключване.

В резултат на това поставих всички възли от електронните компоненти на платката, свързах ги помежду си и ги свързах към източник на променлив ток с ниска мощност - трансформаторът TP-8-3, който ще осигури напрежение от 8,5 волта към веригата.

И сега последната операция - калибриране. Виртуален е използван като генератор на аудио честота. Компютърна звукова карта (дори и най-посредствената) се справя доста добре с честоти до 5 kHz. На входа на миливолтметъра се подава сигнал с честота 1000 Hz от генератора на звукова честота, чиято ефективна стойност съответства на граничното напрежение на избрания поддиапазон.

Звукът се взема от жака за слушалки (зелен). Ако след свързване към веригата и включване на генератора на виртуален звук звукът „не върви“ и дори след свързване на слушалките няма да се чуе, тогава в менюто „Старт“ задръжте курсора на мишката върху „настройки“ и изберете „ контролен панел“, където изберете „мениджър на звукови ефекти“ и в него щракнете върху „S / PDIF изход“, където ще бъдат посочени няколко опции. Нашият е този с думите "аналогов изход". И звукът ще изчезне.

Избран е поддиапазонът „до 100 mV“ и с помощта на резистор за настройка стрелката се отклонява от крайното деление на скалата на микроамперметъра (не е необходимо да обръщате внимание на символа за честота на скалата). Същото беше направено успешно с други поддиапазони. Инструкциите на производителя в архива. Въпреки своята простота, дизайнерът на радиото се оказа доста ефективен и това, което особено ми хареса, беше адекватна настройка. С една дума комплектът е добър. Поставянето на всичко в подходящ калъф (ако е необходимо), инсталирането на конектори и така нататък ще бъде въпрос на техника.

Обсъдете статията AC MILLIVOLTMETER

Тази статия се фокусира върху два волтметъра, внедрени в микроконтролера PIC16F676. Единият волтметър има диапазон на напрежение от 0,001 до 1,023 волта, другият, с подходящ резистивен делител 1:10, може да измерва напрежение от 0,01 до 10,02 волта. Консумацията на ток на цялото устройство с изходно напрежение на стабилизатора +5 волта е приблизително 13,7 mA. Веригата на волтметъра е показана на фигура 1.

Верига с два волтметъра

Цифров волтметър, работа по веригата

За реализиране на два волтметъра се използват два изхода на микроконтролера, конфигурирани като вход за модула за цифрово преобразуване. Входът RA2 се използва за измерване на ниски напрежения, в областта на волта, а делител на напрежение 1:10 е свързан към входа RA0, състоящ се от резистори R1 и R2, което ви позволява да измервате напрежения до 10 волта. Този микроконтролер използва десетбитов ADC модули за да се приложи измерване на напрежението с точност от 0,001 волта за диапазон от 1 V, беше необходимо да се приложи външно референтно напрежение от ION на микросхемата DA1 K157XP2. Тъй като властта И ТОЙмикросхемата е много малка и за да се изключи влиянието на външни вериги върху този ION, във веригата беше въведен буферен оп-усилвател на микросхемата DA2.1 LM358N. Това е неинвертиращ последовател на напрежение със 100% отрицателна обратна връзка - OOS. Изходът на този операционен усилвател е зареден с товар, състоящ се от резистори R4 и R5. От тримерния резистор R4 се прилага референтно напрежение от 1,024 V към пин 12 на микроконтролера DD1, конфигуриран като вход за референтно напрежение за работа ADC модул. При това напрежение всеки бит от цифровизирания сигнал ще бъде равен на 0,001 V. За да се намали ефектът от шума, при измерване на малки стойности на напрежението беше използван друг последовател на напрежение, внедрен във втория операционен усилвател на чипа DA2. OOS на този усилвател рязко намалява шумовия компонент на измерената стойност на напрежението. Напрежението на импулсния шум на измереното напрежение също намалява.

Използван е двуредов LCD за показване на информация за измерените стойности, въпреки че един ред би бил достатъчен за този дизайн. Но възможността за показване на още информация в резерв също не е лоша. Яркостта на подсветката на индикатора се регулира от резистор R6, контрастът на показаните знаци зависи от стойността на резисторите на делителя на напрежението R7 и R8. Устройството се захранва от регулатор на напрежението, монтиран на чипа DA1. Изходното напрежение +5 V се задава от резистор R3. За да се намали общата консумация на ток, захранващото напрежение на самия контролер може да бъде намалено до стойност, при която контролерът на индикатора ще остане работещ. При проверка на тази схема индикаторът работи стабилно при захранващо напрежение на микроконтролера от 3,3 волта.

Настройка на волтметър

Настройката на този волтметър изисква най-малко цифров мултиметър, способен да измерва 1,023 волта, за да зададе еталонното напрежение на еталонното напрежение. И така, използвайки контролен волтметър, задаваме напрежение от 1,024 волта на щифт 12 на микросхемата DD1. След това на входа на операционния усилвател DA2.2, щифт 5, прилагаме напрежение с известна стойност, например 1000 волта. Ако показанията на контролния и регулируемия волтметър не съвпадат, тогава резисторът за подстригване R4, чрез промяна на стойността на еталонното напрежение, постига еквивалентни показания. След това към входа U2 се прилага управляващо напрежение с известна стойност, например 10,00 волта, и чрез избиране на стойността на съпротивлението на резистора R1 е възможно и R2, или и двете, да постигнат еквивалентни показания на двата волтметъра. Това завършва настройката.