Милливольтметр.

Я радиолюбитель

Милливольтметр

Прибор, внешний вид которого показан на рис. 1 3-й с. обложки журнала(здесь не показан), измеряет эффективные значения синусоидального напряжения от 1 мВ до 1 В, при использовании дополнительного делителя-насадки до 300 В, в интервале частот 20 Гц...20 МГц. Применение в милливольтметре широкополосного усилителя с выпрямителем, охваченных общей отрицательной обратной связью (ООС), позволило получить высокую точность показаний и линейную шкалу. Основная погрешность на частоте 20 кГц — не более ±2 %. Дополнительная частотная погрешность в интервале 100 Гц...10 МГц не превышает ±1, а в интервалах 20...100 Гц и 10...20 МГц — ±5 %. Погрешность от переключения пределов измерения в интервалах частот до 10 и от 10 до 20 МГц — соответственно не более ±2 и ±6 %. С достаточной для радиолюбительской практики точностью (±10...12%) прибором можно измерять напряжения частотой до 30 МГц, однако минимальное напряжение при этом составляет 3 мВ. Входное сопротивление милливольтметра — 1 МОм, входная емкость — 8 пФ. Прибор питается от батареи из одиннадцати аккумуляторов Д-0,25. Потребляемый ток — около 20 мА. Время непрерывной работы от свежезаряженной батареи — не менее 12 ч.

Милливольтметр содержит (см. схему) делитель-насадку (R1. R2, С1), выносной пробник (VT1, VT2), делитель напряжения (R8—R13), широкополосный усилитель (VT3—VT10, VT16— VT19), выпрямитель (VD1. VD2), нагруженный измерительным прибором РА1, стабилизатор напряжения (VTI 1—VT15, VD3) и зарядное устройства (VD4).

Коэффициент деления делителя-насадки 1/300. Конденсатор С1 устраняет влияние паразитной емкости.

Каскад выносного пробника охвачен 100 %-ной ООС. Его нагрузкой и одновременно элементом цепи ООС служит делитель напряжения R8—R13. Дополнительный резистор R8 включен для согласования делителя с волновым сопротивлением (1500м) соединительного кабеля. Конденсаторы С4. С5 компенсируют частотные искажения.

Широкополосный усилитель милливольтметра собран на транзисторах VT3--VT10. Собственно усилитель — трехкаскадный, на транзисторах VT4. VT7, VT10 с нагрузкой, функции которой выполняет усилитель на транзисторах VT3, VT6, VT9. Включенные диодами транзисторы VT5 и VT8 увеличивают напряжение между коллекторами и эмиттерами транзисторов VT3 и VT4.

Вход усилителя подключен через конденсаторы С6, С7 и переключатель SA1.2 к выходу делителя напряжения. Поляризующее напряжение в точку соединения конденсаторов подано через резистор R14. Резистор R15 образует с входной емкостью транзистора VT4 фильтр нижних частот, обеспечивающий снижение усиления за пределами рабочей полосы частот усилителя.

По постоянному току усилитель охвачен общей ООС через резисторы R15 и R21. Каскады нагрузки также охвачены общей ООС, причем глубина ее равна 100 %, так как база транзистора VT3 непосредственно соединена с эмиттером транзистора VT9. Эта ООС действует и на переменном токе (резистор R25 не шунтирован конденсатором), что значительно увеличивает выходное сопротивление транзистора VT9 (и всего усилителя) и уменьшает его выходную емкость до единиц пикофарад. При этом создаются условия для передачи всей мощности усиливаемого сигнала на выпрямитель (VD1. VD2) в широком интервале частот. Высокое выходное сопротивление обеспечивает режим генератора тока в цепи выпрямителя и линейную шкалу.

При указанном на схеме включении транзисторов VT9 и VT10 добиться стабильности рабочего режима усилителя очень трудно. Хороших результатов удалось достичь соединением коллекторов транзисторов VT3 и VT4 через резисторы R18 и R19 [1] и подключением коллекторов транзисторов VT6 и, VT7 к точке их соединения (2).

Если по какой-либо причине, например, из-за увеличения температуры транзистора VT3, возрастает его коллекторный ток. В результате уменьшаются напряжение между его коллектором и эмиттером и токи транзисторов VT6, VT9, а напряжение коллектор-эмиттер последнего возрастает. Однако коллекторный ток транзистора VT6 уменьшается значительно в большей степени, чем увеличивается ток транзистора VT3. поэтому их суммарный ток становится существенно меньше. Это вызывает снижение тока транзистора VT7, а следовательно и VT10, что приводит к росту напряжения коллектор-эмиттер транзистора VT10 и изменению напряжения в точке соединения коллекторов транзисторов VT9, VT10 в сторону первоначального значения. Таким образом обеспечивается относительно высокая стабильность работы устройства: при изменении исходной температуры (+18...20°С) на ±30 "С постоянное напряжение на выходе изменяется на 10...25 %.

Основной недостаток описываемого усилителя — необходимость (из-за большого разброса параметров транзисторов) начальной установки постоянного напряжения на выходе подбором одного из резисторов R25 или R26. Чтобы этого не делать, усилитель дополнен следящим каскадом на транзисторах VT16—VT19, который обеспечивает дополнительную общую ООС по постоянному току и служит для стабилизации рабочего режима усилителя [3]. Полезная особенность каскада заключается в том, что токи баз транзисторов VT16 и VT18 протекают через резистор R27 в противоположных направлениях, результирующий ток очень мал, поэтому сопротивление резистора может быть очень большим, а стабилизирующее действие каскада высоким.

Если из-за каких-либо причин напряжение на выходе усилителя увеличивается, токи транзисторов VT18, VT19 возрастают, а транзисторов VT16, VT17 — уменьшаются. В итоге падение напряжения на резисторе R17 становится меньше, и напряжение между эмиттером и базой транзистора VT3 повышается, что вызывает увеличение его коллекторного тока и уменьшение напряжения между эмиттером и коллектором. Это приводит к снижению тока транзисторов VT6 и VT9, в результате чего напряжение на выходе стремится к первоначальному значению. Кроме того, при уменьшении коллекторного тока транзисторов VT16, VT17 становится меньше напряжение на резисторе R26, а следовательно, и коллекторный ток транзистора VT4. Напряжение на его коллекторе и токи транзисторов VT7 и VT10 возрастают, что вызывает уменьшение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора VT10 и восстановление первоначального режима работы усилителя. К тому же уменьшение коллекторного тока транзистора VT4 приводит к снижению тока транзистора VT6, а следовательно и VT9, что также способствует поддержанию заданного режима работы усилителя.

Следует отметить, что восстановительное действие по коллекторной цепи транзисторов VT16 и VT17 значительно слабее, чем по эмиттерной, так как их коллекторы подключены к цепи эмиттера транзистора VT10 выходного каскада усилителя. Тем не менее оно улучшает работу следящего каскада.

Аналогичным образом стабилизирует режим работы усилителя составной транзистор VT18VT19.

Благодаря применению следящего каскада широкополосный усилитель не требует установки режимов транзисторов и может работать в широком интервале температуры.

Выпрямитель милливольтметра — двухполупериодный с раздельной нагрузкой в каждом плече (R28C15 и R29C16). Резистор R30 служит для калибровки прибора РА1.

Широкополосный усилитель и выпрямитель охвачены общей ООС по переменному току через резистор R22. Это обеспечивает повышение линейности выпрямителя и стабильности показаний прибора, а также расширение рабочего интервала частот. Для увеличения глубины ООС по переменному току в цепи эмиттеров транзисторов VT4, VT10 включены блокировочные конденсаторы С10 и С12. Цепь R16C8, шунтирующая резистор R22, корректирует частотную характеристику усилителя на высших частотах.

Стабилизатор напряжения (VT11— VT15, VD3) — параметрического типа.

Транзисторы VT11—VT13 использованы в качестве стабисторов в цепи стабилитрона Д814Г (VD3), имеющего большой разброс напряжения стабилизации. Соединяя перемычкой точки 1 и 2, 1 и 3 или 1 и 4, получают требуемое для работы прибора напряжение питания 12±0,3 В.

Зарядное устройство собрано по схеме однополупериодного выпрямителя с ограничительными резисторами R39, R40.

В милливольтметре предусмотрен контроль напряжения аккумуляторной батареи GB1 в положении “Контр. пит.” переключателя SA2. При. этом резистор R38 задает верхний предел измерения 20 В-

Резисторы R1, R2, R9-R13, R15, R22 и R38 должны иметь малый температурный коэффициент сопротивления, поэтому следует использовать резисторы С2-29. С2-23, БЛП, УЛИ и т. п. Если же повышенные стабильность и точность в широком интервале температуры не требуются, то можно применить резисторы МЛТ. В этом случае приемлемая для радиолюбительской практики погрешность измерений будет обеспечиваться при температуре 20±15 °С. Остальные резисторы — МЛТ с допуском 5 %. Все оксидные конденсаторы в милливольтметре — К50-6, остальные — КМ4—КМ6 и т. п.

Транзисторы серий КТ315, КТЗ6З, К.Т368 и диоды серии КД419 можно использовать с любым буквенным индексом. Диод VD4 — любой кремниевый маломощный с допустимым обратным напряжением 400 В и прямым током не менее 50 мА. Стабилитрон Д814Г можно заменить любым другим маломощным с напряжением стабилизации 11 В. В выпрямителе (VD1, VD2) можно использовать детекторные или смесительные диоды СВЧ (Д604, Д605 и др.), а в крайнем случае и германиевые диоды Д18, Д20, однако при этом верхний предел рабочего интервала частот уменьшится до 10...15 МГц.

Переключатель SA1 — ПГ-3 (5П2Н), но можно использовать ПГК, ПМ и другие галетные, лучше керамические; SA2 и SA3 — тумблеры ТП1-2.

Измерительный прибор РА1 — микроамперметр М93 с внутренним сопротивлением 350 Ом, током полного отклонения 100 мкА и двумя шкалами с конечными отметками 30 и 100. Можно использовать и другие приборы (например, М24 и аналогичные) с иным током полного отклонения, но не более 300 мкА, необходимо только подобрать резисторы R32 и R38.

Милливольтметр смонтирован в корпусе (см. обложку) размерами 200Х115Х66 мм из дюралюминия толщиной 1,5 мм; лицевая панель изготовлена из того же материала толщиной 2,5 мм. В последней имеются два отверстия диаметром 28 мм для размещения выносного пробника и делителя-насадки.

Детали пробника смонтированы на плате — пластине из органического стекла (можно из гетинакса или стеклотекстолита) толщиной 1,5 мм — в соответствии с рис. 2 обложки. Соединения выполнены отрезками медного луженого провода диаметром 0,4 мм, вставленными со стороны деталей и припаянными к их загнутым выводам с другой стороны (печатный монтаж не применен с целью уменьшения паразитных емкостей и потерь в диэлектрике). Конденсатор СЗ прикреплен к плате проводом диаметром 0,5 мм, пропущенным через специально предусмотренные для этого отверстия.

Выносной пробник и делитель-насадка выполнены в виде стыкуемых одна с другой частей коаксиального разъема (штепсель — пробник, гнездо — делитель-насадка). Конструкция первого из них показана на рис. 3 обложки. К латунному штырю припаян вывод конденсатора С2, расположенного на монтажной плате, которая плотно вставлена в конусообразный наконечник из органического стекла. В качестве цилиндрического экрана использован корпус оксидного конденсатора. Внешний диаметр экрана — 28, длина — 54 мм. На экране закреплен хомут из жести с гибким проводом для подключения к контролируемому устройству. Через отверстие в торце экрана в пробник введены два кабеля длиной около 1 м:

один из них (коаксиальный с волновым сопротивлением 150 Ом) использован для соединения пробника с делителем напряжения, другой (экранированный провод) — для подачи напряжения питания. Экранирующие оплетки обоих кабелей припаяны к общим точкам пробника и усилителя. К ним же подключены экран пробника и корпус прибора.

Примерно так же устроен и делитель-насадка (см. рис. 4 обложки). К конусообразному наконечнику из органического стекла на расстоянии примерно 20 мм от штыря привинчена перегородка из жести с экранирующей трубкой внутренним диаметром в 2...3 раза большим, чем диаметр резистора Rl, и длиной на 1...2 мм большей его длины (без выводов). Перегородка припаяна к трубке в средней части и имеет электрический контакт с внешним цилиндрическим экраном. Резистор Rl размещен в трубке коаксиальною, один его вывод припаян к штырю, второй — к латунному гнезду, расположенному на расстоянии 14...15 мм от перегородки. Гнездо закреплено в диске из органического стекла толщиной 7 и диаметром 27 мм, соединенном с перегородкой двумя Г- образными латунными уголками и винтами.

Резисторы R8—R13 и конденсаторы С4, С5 с предварительно укороченными выводами припаяны непосредственно к контактам переключателя SA1. Вывод подвижного контакта переключателя SA1.2 расположен поблизости от входа усилителя, а вывод, к которому припаяны резисторы R12 и R13, — на расстоянии, чуть большем длины резистора R13 (без выводов), от общей точки усилителя. Выводы резистора R13 укорочены до 2...2,5 мм для того, чтобы их индуктивное сопротивление на высшей рабочей частоте было значительно меньше активного сопротивления резистора (иначе возрастут частотные искажения на высоких частотах).

Элементы зарядного устройства R39, R40 и диод VD4 смонтированы на небольшой плате, закрепленной на лицевой панели возле вилки ХРЗ.

Остальные детали милливольтметра размещены на плате из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, как показано на рис. 5 обложки. Она закреплена на резьбовых шпильках-выводах микроамперметра РА1. Оксидные конденсаторы установлены на плате вертикально, выводы загнуты с противоположной стороны в соответствующих монтажу направлениях. Выводы резистора R22 укорочены до 2...3 мм.

Через отверстия а—а в левой (на обложке) части платы пропущен 3 раза луженый провод диаметром 0,7 мм и залит припоем. Этот провод — общая точка усилителя. Соединения с ней, показанные штриховой линией,, выполнены проводом того же диаметра с противоположной деталям стороны, причем от конденсатора СИ проложен двойной провод для уменьшения индуктивности. Таким же способом подключены выводы резисторов R28, R29 и конденсаторов С 15, С 16 к точке соединения резистора R22 и конденсаторов С8, С10. При повторении конструкции все эти провода следует проложить кратчайшим путем, но так, чтобы они по возможности не пересекали других проводов и не проходили над точками пайки (на обложке они для наглядности показаны без учета этих требований).

Аккумуляторная батарея GB1 установлена на плате между двумя пружинящими уголками, служащими ее выводами. Аккумуляторы помещены в трубку, склеенную из плотной бумаги (2— 3 слоя). Края трубки длиной 110... 115 мм завальцованы с обоих концов. На плате батарея закреплена гибким монтажным проводом.

Налаживание милливольтметра начинают с установки напряжения питания, соединяя при необходимости перемычкой контакты 2,3 или 4 с контактом 1. Далее проверяют напряжение на истоке транзистора VT1. Если оно меньше 1,5 В, то на затвор транзистора следует подать небольшое (доли вольта) положительное напряжение с резистивного делителя общим сопротивлением 130...140 кОм. Затем проверяют режимы работы транзисторов в усилителе. Измеренные значения напряжения не должны отличаться от указанных на схеме более чем на ±10 %.

После этого на вход милливольтметра (КР2) подают с генератора стандартных сигналов колебания частотой 100 кГц и напряжением 10 мВ. Переключатель устанавливают в положение ”0,01”. Изменяя сопротивление резистора R30, добиваются отклонения стрелки прибора РА1 на конечную отметку шкалы.

Наконец, плавно перестраивая генератор, проверяют частотную характеристику прибора в области высоких частот, предварительно отключив вывод конденсатора С8 от резистора R22. На частоте 20 МГц показание милливольтметра не должно уменьшаться (по отношению к 100 кГц) более чем на 10...20 %. Если же это не так. необходимо уменьшить сопротивление резистора R15.

После этого восстанавливают соединение конденсатора С8 с резистором R22 и добиваются равномерности частотной характеристики на высоких частотах, подбирая при необходимости конденсатор С8 и резистор R16. В отдельных случаях для более точной корректировки частотной характеристики в интервале от 16 до 20 МГц в эту цепь последовательно включают дроссель, намотав на резисторе МЛТ-0,25 сопротивлением более 15 кОм 10—25 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,11... 0,13 мм в один ряд

Для проверки частотной характеристики в области низких частот используют генератор ГЗ-33, ГЗ-56 или аналогичный при включенном внутреннем сопротивлении 600 Ом и в положении “АТТ” переключателя выходных сопротивлений. Частотные искажения в этой области зависят исключительно от емкости блокировочных и разделительных конденсаторов С2, СЗ, С6, С7, С9--С13 (чем она больше, тем искажения меньше).

Г. МИКИРТИЧАН

г. Москва

ЛИТЕРАТУРА
1. Авт. свид. СССР № 559363 (Бюл. “Открытия, изобретения...”, 1977, № 9).
2. Авт. свил. СССР J6 634449 (Блюл. “Открытия, изобретения...”. 1978, № 43).
3. Авт. свил. СССР № 1084955 (Блюл. “Открытия. изобретения...”, 1984. № 13).

РАДИО №5, 1985 г. с. 37-42.






Рекомендуемый контент




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