МИКРОВОЛЬТМЕТР.

Я радиолюбитель

МИКРОВОЛЬТМЕТР

На микросхеме К548УН1

(Низкочастотный измерительный комплекс)

Решив оснастить свою домашнюю лабораторию измерительной техникой, радиолюбители в последние годы все чаще останавливают свой выбор на измерительных комплексах — комплектах приборов, из которых один — основной (базовый), а все остальные — приставки к нему. Описания таких комплексов, разработанных в редакционной радиолаборатории, публиковались в журнале в 1971—1972 и 1976—1977 годах. В “том номере мы начинаем рассказ о комплексе приборов, разработанном призером юбилейного конкурса “Радио”-60” москвичом И. Боровиком. За основу он взял заводской авометр Ц4313 (можно использовать и любой другой с источником питания напряжением 4,S В), а приборы-приставки к нему (микровольтметр переменного тока, испытатель полупроводниковых приборов, функциональный генератор и фазомер-частотомер) изготовил в виде миниатюрных конструкций, легко умещающихся в руке. Уменьшение их габаритов стало возможным благодаря применению современной элементной базы, частности интегральных микросхем К548УН1.

Сегодня мы предлагаем вниманию читателей описание, пожалуй, самого необходимого после авометра прибора — микровольтметра переменного тока.

Этот прибор комплекса предназначен для измерения переменных напряжений частотой от 30 Гц до 30...100 кГц (в зависимости от предела измерений: см. АЧХ на рис. 1 4-й с. обложки). Его остальные технические характеристики следующие:

Пределы измерения0,1; 0,3; 1; 3, 10, 100, 300 мВ; 1; 3; 10, 30 В Основная погрешность, % от предела измерения (с учетом АЧХ)±2,5 Входное сопротивление. МОм (входная емкость, пФ), на пределе:  100,300 мкВ; 1; 3 В0,06 (12) остальных2(7) Напряжение питания, В4...5 Потребляемый ток при напряжении 4,5 В, мА, не более4 Габариты, мм105Х40Х30 Масса, г

110

Принципиальная схема микровольтметра изображена на рис. 1.

Он содержит два каскада, собранных на усилителях микросхемы DAI. Первый из них (DA1.1) — предварительный усилитель, второй (UA1.2) — двухполупериодный детектор среднего значения [I]. Предварительный усилитель — неинвертирующий. Сигнал отрицательной обратной связи (ООС) снимается с делителя напряжения, образованного резистором R8, одним из резисторов R5—R7 (в зависимости от положения переключателя пределов SA1) и конденсатором С2, и подается не на инвертирующий вход, который в данном случае соединен с общим проводом, а в цепь эмиттера транзистора входного дифференциального каскада (вывод 3). Такое решение применяется при малых усиливаемых сигналах для снижения уровня шумов [2].

Пределы измерения выбирают переключателем SA1. Его секция SA1.1 коммутирует делитель напряжения R1—R3 (коэффициенты деления 1:100 и 1:10000), а секция SA1.2 — делитель в цепи ООС, определяющий коэффициент усиления предварительного усилителя. В некоторых положениях переключателя (“3 мВ”, “300 мВ” и “30 В”) усилитель превращается в повторитель, однако коэффициент его передачи несколько превышает 1. Объясняется это тем, что входное сопротивление усилителя для сигнала ООС относительно невелико и шунтирует его.

Поскольку с увеличением коэффициента усиления полоса пропускания сужается, нижний предел измерения (0,1 мВ) ограничен в данном случае не шумами первого каскада (они не превышают 2...3 мкВ), а недопустимым спадом усиления на высших частотах.

Цепь R4VD1VD2 защищает вход усилителя DA1.1 от перегрузки. При амплитудах поступающего на эту цепь сигнала, меньших 0,6 В, диоды VD1, VD2 закрыты и не влияют на его прохождение. Когда же амплитуда сигнала увеличивается сверх этого предела, диоды открываются и рост напряжения на входе усилителя прекращается.

Сигнал с выхода предварительного усилителя поступает на инвертирующий вход детектора (DA1.2) через цепь C4R9, определяющую коэффициент передачи этого каскада. Инвертирующее включение выбрано для повышения устойчивости прибора. Дело в том, что ИМС К548УШ не предназначена для “каскадного” использования. Из-за неидеальной развязки по цепи питания ее усилители, соединенные последовательно и синфазно, образуют мультивибратор и возникает самовозбуждение. Единственный выход в этом случае -— изменить фазу выходного сигнала на 180° по отношению к входному, как это сделано в описываемом приборе. В результате паразитная обратная связь из положительной превращается в отрицательную и придает устройству дополнительную устойчивость.

Стрелочный измеритель авометра (микроамперметр) включен в диагональ выпрямительного моста (VD3—VD6) в цепи ООС, охватывающей усилитель DA1.2. Ток I через микроамперметр (его подсоединяют к гнездам 3 и 5 розетки XS2), а следовательно, и показания прибора прямо пропорциональны абсолютному значению входного (для DA1.2) напряжения U,n и не зависят от падения напряжения на диодах:

I= IUвх1/R9, где

R9 — сопротивление резистора R9. Это позволяет измерять малые (значительно меньшие, чем падение напряжения на диодах моста) Переменные напряжения по линейной шкале постоянного тока.

При напряжениях на выводе 8, меньших падения напряжения на двух соединенных последовательно диодах, цепь ООС размыкается. Для сужения этой области неустойчивой работы детектора следует применять диоды с возможно меньшим прямым напряжением.

Выходной сигнал предварительного усилителя (гнездо XS3) удобно использовать для наблюдения на экране осциллографа (его коэффициент вертикального отклонения должен быть не более 10 мВ на деление). Для синхронизации развертки можно воспользоваться сигналом с выхода детектора (вывод 8 усилителя DA1.2).

Конструкция и детали. Небольшое число деталей позволило собрать прибор в корпусе размерами всего 105Х40Х30 мм.

В одном из торцов корпуса (детали 1, 4) установлена розетка 2 (XS1 по схеме на рис. 1), в другом — розетка 6 (XS2). Обе розетки — ОНЦ-ВГ-4-5/16-р(СГ-5). Остальные детали смонтированы на печатной плате 3 из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 Мм, рассчитанной на установку резисторов МЛТ-0,125 (0,25) и конденсаторов KM (C1, C5) и К50-6 (С2—С4). Вырезы в плате размерами 35,Х2 мм предназначены для установки экрана. Вместо указанных на схеме в устройстве защиты (VD1, VD2) можно использовать любые кремниевые высокочастотные диоды, в детекторе — любые германиевые диоды с небольшим прямым напряжением.

Переключатель пределов измерения 8 (ПГ2-12П2Н) закреплен на плате с помощью отрезка дюралюминиевого уголка 7. Крышка 4 соединена с корпусом 1 четырьмя винтами 5 (М2,5Х10).

Для подсоединения к контролируемым цепям предусмотрены два луженых латунных штыря (01,5Х20 мм) с закругленными концами и “заземляющий” гибкий проводник длиной 50... 100 мм из провода МГШВ сечением около 2 мм2 с зажимом “крокодил” на одном конце и облуженным на длину 7...8 мм другим концом. Вставив штыри в гнезда 2 и 1 или 2 и 4, прибор можно подсоединить к аналогичным разъемам магнитофона, электрофона (гнездам 1 и 4 микровольтметра в этом случае соответствуют их гнезда 3 и 5). П{)и измерениях внутри устройств штырь в гнезде 2 заменяют “заземляющим” проводником, подключив его к ближайшему контакту, соединенному с общим проводом, а оставшийся штырь используют как щуп. Отсутствие традиционных экранированных соединительных проводов сводит к минимуму наводки на вход микровольтметра, а также уменьшает входную емкость.

Корпус микровольтметра (как, впрочем, и всех остальных приборов-приставок) изготовлен методом литья из пластмассы на основе эпоксидной смолы. Он специально сконструирован таким образом, чтобы обойтись одной единственной литьевой формой. Изменяя количество заливаемой массы, с ее помощью можно изготовить корпус под одну, две или три печатные платы, помещенные одна над другой, а также крышку. Форма состоит из пуансона и матрицы, чертежи которых показаны на рис. 2 в тексте. Для их изготовления рекомендуется использовать материал, плохо смачиваемый эпоксидной смолой (фторопласт, органическое стекло).

Состав пластмассы подобран опытным путем. Его получают перемешиванием в полиэтиленовом стакане 15 объемных частей эпоксидной смолы, 2 частей отвердителя, стольких же частей алюминиевого порошка и 1 части ацетона. Для получения заготовки основания корпуса необходимо 40 мл массы. Крышка отличается от основания отсутствием боковых стенок, поэтому требует примерно 20 мл. Смазав форму тонким слоем технического вазелина, смесь выливают в матрицу б и придавливают пуансоном а до упора.

После выдержки в течение суток при комнатной температуре детали формы осторожно разнимают и у заготовки удаляют облой. В приливах корпуса сверлят отверстия диаметром 2,2 мм и нарезают в них резьбу М2,5, а в крышке — отверстия диаметром 2,8 мм, которые затем зенкуют под потайные головки винтов. Внутреннюю поверхность корпуса оклеивают медной фольгой. При окончательном монтаже ее соединяют с общим проводом прибора.

Доработка авометра сводится к установке в его корпусе двух розеток ОНЦ-ВГ-4-5/16-Р (СГ-5) и соединению их контактов с гнездами “U, I” и “*” в соответствии с рис. 3, а в тексте. Наличие двух розеток позволяет при необходимости одновременно подключить к авометру два прибора-приставки (например, микровольтметр и генератор сигналов).

Для соединения с авометром применен четырехпроводный экранированный кабель с вилками ОНЦ-ВГ-4-5/16-В (СШ-5) на обоих концах. Разумеется, вполне пригоден и соответствующий соединительный кабель, которым комплектуются стереофонические магнитофоны.

Налаживание микровольтметра заключается в его калибровке. В качестве образцового следует использовать прибор с основной погрешностью не более ±1 %.

Образцовый прибор вместе с налаживаемым подключают к выходу генератора синусоидальных сигналов, настроенного на частоту 1000 Гц, выход микровольтметра соединяют с авометром, переведенным в режим измерения самых малых постоянных токов.

Вначале добиваются требуемой чувствительности детекторного каскада. Для этого переключатель SA1 переводят в положение “З мВ”, вместо резистора R9 временно включают переменный, сопротивлением 100 Ом. Установив на выходе генератора напряжение 2,5 мВ, переменным резистором добиваются отклонения стрелки по шкале авометра точно до отметки 25. После этого резистор отпаивают и, измерив сопротивление введенной части, заменяют его постоянным такого же сопротивления.

Далее подбирают резисторы R2, R3 входного делителя. Переведя переключатель SA1 в положение “ЗОО мВ”, вместо них включают два переменных резистора, как показано на рис. 3, б в тексте, увеличивают напряжение генератора до 250 мВ и, вращая движок резистора R„, вновь устанавливают стрелку на отметку 25. Затем переключают микровольтметр на предел “30 В”, доводят входной сигнал до 25 В и устанавливают стрелку на ту же отметку переменным резистором Rg. Требуемые сопротивления резисторов R2 и R3 измеряют между точками А—Б и Б—В.

В последнюю очередь подбирают резисторы R5, R6 и R7. Для этого переключатель SA1 последовательно устанавливают в положения “10 мВ”, “30 мВ” и “100 мВ” и, подавая на вход напряжения 8,3; 25 и 83 мВ, добиваются каждый раз отклонения стрелки до отметки 25.

Несколько слов о шкале микровольтметра. У прибора Ц4313 крайняя отметка шкалы — 30, поэтому напряжения на пределах измерений, кратных 3, отсчитывают по линейной шкале. С остальными пределами можно поступить двояко: или, ничего не переделывая, считать крайнюю отметку этой шкалы кратной 10, а показания делить на 3 (при этом, однако, нарушается сквозная — для всех пределов — шкала децибел), или нанести две новые шкалы: указанных пределов и децибел (имеющаяся в некоторых авометрах, в частности, в Ц4313, Ц4317, шкала децибел соответствует нелинейной шкале переменных напряжений и не пригодна для описываемого прибора). Автор решил остановиться на первом варианте, а напряжения в децибелах определять по формуле:

UдБ=201g (Uв/0,775), где

Uв - измеренное напряжение в вольтах.

Микровольтметр пригоден для ориентировочной оценки размаха телевизионного видеосигнала. Следует только учесть, что коэффициент, на который надо умножить показания прибора, колеблется от 3 (сигнал белого поля) до 5 (сигнал черного поля), для большинства же изображений он в среднем около 4.

Для приблизительной оценки радиочастотных амплитудно-модулированных колебаний необходимо изготовить детекторную головку, принципиальная схема которой приведена на рис. 3, б. Чтобы детектировать малые напряжения, его диоды VD1, VD2 работают с небольшим начальным током, задаваемым резистором R1. Интервал измеряемых с головкой напряжений — 1...104 мВ, диапазон частот — 0,08... 200 МГц, входная емкость головки — около 5 пФ.

Детали головки монтируют в корпусе кабельной вилки ОНЦ-ВГ-4-5/16-В(СШ-5), которую при работе вставляют во входную розетку микровольтметра. Стальной корпус вилки защищает детектор от наводок. Слюдяной конденсатор С1 (КСО-2) закрепляют в кабеле-держателе, предварительно припаяв к нему стальную иглу-щуп. Конденсатор С2 - КМ.

Показания прибора при 60 %-ной глубине модуляции синусоидальным сигналом соответствуют напряжению несущей, при 30 %-ной — его половине.

г. Москва

И.БОРОВИК

ЛИТЕРАТУРА

1. Боровик И. Низковольтное питание ИС К548УН1.- Радио, 1984, № 3, с. 30.

2. Богдан А. Интегральный сдвоенный предварительный усилитель К548УН1.— Радио, 1980, № 9, с. 59.

РАДИО № 6, 1985 г. с. 50.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.