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.
3;
Неравномерность АЧХ, дБ ±1;
Входное сопротивление, мОм:
на’пределах 10, 20, 50 мВ 0,1;
на пределах 100’мВ.. .5 В 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.
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 34 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.
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 прибора сводится к подбору режимов, указанных на схеме резисторами, отмеченными звездочкой, и градуировке шкалы по образцовому Прибору.
Милливольтметры переменного тока
20.08.2016
1 Комментарий
Заявление об отказе от ответственности
Содержание этого веб-сайта и блога было создано и размещено здесь исключительно в целях привлечения читателей компанией Rob’s Radio-Active, LLC.
Содержание является мыслями автора и не предназначено для использования в качестве авторитетного руководства. Возможны ошибки и неточности. Электронные и электрические устройства представляют потенциальную опасность для жизни и имущества при неправильном обращении, использовании или обслуживании. Автор не может придумать и предупредить обо всех возможных проблемах с электричеством, и рекомендует изучить все технические аспекты и аспекты безопасности электроники/электроники, прежде чем пытаться работать с ними или использовать их. Опасные напряжения и токи присутствуют почти во всем электрическом и электронном оборудовании, особенно в электронных лампах или во всем, что подключается к сети для работы. Кроме того, старинное оборудование никогда не проектировалось и не производилось в соответствии с современными стандартами безопасности.
Что? Измеритель, предназначенный только для измерения напряжения переменного тока? Да — и одна из самых удобных вещей во многих мастерских и лабораториях!
Милливольтметр переменного тока — своего рода пони с одним трюком, но он делает свое дело очень и очень хорошо.
Напряжение или ток переменного тока в широком диапазоне частот, особенно когда напряжение становится очень низким или частота становится очень высокой, или и то, и другое, нелегко точно измерить. Им требуется чувствительный, малошумящий, широкополосный усилитель с очень плоской частотной характеристикой, чтобы повысить низкий уровень сигнала до читаемого уровня. Кроме того, они должны поддерживать высокий входной импеданс (низкая емкость и высокое сопротивление). Для этого обычно требуется входной усилительный каскад с высоким импедансом, чтобы изолировать остальную часть усилителя от пробника, прецизионный делитель напряжения для широких диапазонов напряжения. Следующие каскады усиления должны иметь частотную компенсацию, такую как, например, пиковые катушки, и, наконец, много отрицательной обратной связи от выхода обратно к ранним каскадам усилителя для его стабилизации. Вот как им удается иметь по существу ровную характеристику от 10 или 20 Гц до 1 или нескольких мегагерц и полный измерительный диапазон от 300 мкВ до 100 В или от 1 мВ до 300 В.
Серия HP400 была прибором лабораторного класса, купить который могли себе позволить лишь немногие частные лица или сервисные центры, да и в действительности они не нуждались в его возможностях. В настоящее время их можно приобрести довольно недорого, но будьте готовы к некоторым реставрационным и калибровочным работам. Я использовал мой для отслеживания сигнала в старинных AM-радиоприемниках, где самая высокая частота, которую можно найти, составляет чуть более 2 МГц — радиочастота верхней части циферблата плюс частота гетеродина.
Должен ли ты получить один? Нет, если вы откладываете деньги на новый или бывший в употреблении осциллограф или другое базовое тестовое оборудование, которое вам нужно, но после этого вы можете подумать, что одно из них станет очень удобным дополнением к вашему рабочему столу.
© 2016 Rob’s Radio-Active, LLC
Все права защищены
1 Комментарий
Аудио милливольтметр
Аудио милливольтметр| Эллиот Саунд Продактс | Проект 16 |
© 1999, Rod Elliott — ESP
Обновлено в декабре 2021 г.
| Основной индекс Индекс проектов |
Введение
При выполнении любых тестов аудиосистемы обязательно наличие какого-либо измерительного устройства.
Цифровые мультиметры бесполезны, так как они не дадут истинной картины происходящего, а большинство из них имеют достаточно ограниченный частотный диапазон. Осциллограф является идеальным инструментом, но не все любители могут позволить себе расходы на прицел, и им будет немного сложно оправдать немалую стоимость.
Милливольтметр переменного тока, калиброванный в дБ, с диапазоном от 30 В до полной шкалы 3 мВ (диапазон 80 дБ) был бы чрезвычайно полезен. Прикрепите микрофон (неплохо подойдут электретные микрофонные капсюли), и у вас будет измеритель относительного уровня звука, даже лучше, если у вас есть способ калибровки.
Представленный здесь измеритель имеет очень широкий частотный диапазон и использует переключаемый аттенюатор для регулировки диапазона. Аттенюатор использует последовательность 30-10-3, которая обеспечивает шаг 10 дБ между диапазонами. Стандартный аттенюатор обеспечивает входное сопротивление более 2 МОм, но он доставляет неудобства, поскольку при таком высоком импедансе паразитная емкость мешает калибровке, поэтому также необходим параллельный емкостной аттенюатор.
| Примечание. Осторожно: Описываемый измеритель не имеет защиты JFET, поэтому при подключении к источнику высокого напряжения в диапазоне 3 мВ JFET выйдет из строя. Это было сознательное решение, потому что добавление защитных диодов увеличило бы входную емкость схемы. Это резко ограничило бы производительность на высоких частотах. В общем, при любом метре этого типа аттенюатор всегда должен быть настроен на высокое напряжение (например, 30 В) перед подключением, особенно при измерении напряжения сигнала с высоким постоянным напряжением (например, клапан [вакуумная трубка] схемы). |
Типовой инструмент в сборе
После сборки инструмент может выглядеть так, как показано выше. Многое зависит от механизма, который вы используете, так как его физический размер определяет высоту, а корпус должен быть достаточно широким, чтобы оставить место для поворотного переключателя и переключателя включения / выключения / проверки батареи.
Это может быть тумблер 4P-DT (четырехполюсный, двухпозиционный, с отключенным центром) или четырехполюсный поворотный переключатель. Последний будет занимать гораздо больше места, поэтому корпус нужно будет сделать шире. Светодиодный индикатор является совершенно необязательным и не показан на схемах. При использовании я рекомендую «сверхяркий» тип, который даст хорошую индикацию всего при 500 мкА (используйте резистор 15 кОм для ограничения тока светодиода). Если используется, светодиод и его резистор должны быть на -9V для балансировки полевого транзистора JFET, который питается только от источника +9 В.
Аттенюаторы
Конструкция аттенюаторов является отдельной темой и подробно описана в статье Конструкция измерительных (и осциллографических) аттенюаторов. Процесс довольно прост, но требует много вычислений. Я рекомендую создать электронную таблицу (например, с помощью OpenOffice), что немного хлопотно, но в статье показан предлагаемый макет, который нетрудно воспроизвести.
К сожалению, электронные таблицы не предоставляют возможности инженерных единиц (Мэг, к, единицы, м, мк и т. д.), а работать с научной нотацией очень сложно. Если бы вы были так склонны, вы могли бы написать компьютерную программу для расчета значений для вас, но это было бы довольно серьезным предприятием, если бы оно было «универсальным». Странные значения резистора (и конденсатора) являются нормальными, что может затруднить подключение. Часть «хитрости» заключается в том, чтобы попытаться расположить значения в соответствии с теми, которые можно найти в сериях резисторов E12 или E24.
Две сети аттенюаторов показаны на рисунках 1 и 2, а двухступенчатая версия показана на рисунке 2А. Как видите, для версии Hi-Z требуются все эти конденсаторы, и они тоже должны быть точными. В противном случае высокочастотные характеристики будут повсюду, поэтому вам понадобится измеритель емкости или источник конденсаторов с жесткими допусками. Резисторы представляют собой стандартные 1% металлопленочные резисторы серии E12, а колпачки (если используются) в идеале должны быть полистироловыми или полиэфирными, но для номиналов ниже 1 нФ будут использоваться керамические колпачки.
Убедитесь, что керамика имеет низкий тепловой дрейф — NP0 или C0G. Входное сопротивление аттенюатора составляет 2,18 МОм (1,97 МОм с R0a и R0b), параллельно около 10 пФ (с учетом емкости разъема и проводки).
Рис. 1. Высокоимпедансный аттенюатор (Z в = 1,97 МОм)
Обратите внимание, что C10 (32 нФ) на самом деле — это 32 нФ, и его нужно собрать из меньших конденсаторов (например, 12 нФ || 10 нФ) или выбрать из партии. Допуск конденсатора в идеале должен быть таким же, как и для резисторов — для получения приемлемой точности предлагается 1%. Вы почти наверняка не сможете купить конденсаторы с допуском 1%, и вам придется прибегнуть к использованию измерителя емкости для выбора значений. Они так же критичны, как и резисторы, но только на высоких частотах (выше 10 кГц).
Можно ожидать, что с аттенюатором Lo-Z характеристики будут довольно линейными примерно до 80 кГц, прежде чем паразитная емкость начнет влиять на измерение. Без запараллеленного емкостного аттенюатора версия Hi-Z начнет показывать некорректные показания выше 10 кГц, что недопустимо.
Паразитная емкость возникает из-за контактов переключателя и близости резисторов друг к другу, и всего несколько пФ вызовут хаос на высоких частотах.
Чтобы свести к минимуму емкость, устанавливайте все резисторы (и конденсаторы) непосредственно на поворотном переключателе и держите их как можно дальше друг от друга, корпуса и остальной части схемы. Не поддавайтесь искушению сделать компоновку красивой и аккуратной (со всеми компонентами, хорошо выровненными друг с другом), так как это увеличит емкость схемы и испортит высокочастотные характеристики. Все выводы компонентов должны быть как можно короче. При импедансе 2 МОм паразитная емкость всего 10 пФ приведет к потерям 3 дБ на частоте всего 8 кГц, поэтому минимизация емкости имеет решающее значение.
Емкостной делитель минимизирует влияние паразитной емкости, но не устраняет его. Вы можете обнаружить, что полезно использовать подстроечный конденсатор вместо C2 (4,7 пФ). Значение должно находиться в диапазоне от 2 до 10 пФ.
Альтернатива известна в радиочастотных кругах как «уловочный» конденсатор, сделанный путем скручивания двух изолированных проводов вместе (или одного изолированного провода с обернутым вокруг него оголенным медным проводом). Это неудобно, но возможна очень тонкая настройка. Ожидайте до 1 пФ/см, в зависимости от толщины изоляции и диэлектрической проницаемости.
Рис. 2. Аттенюатор с низким импедансом (Z в = 214 кОм)
Версия с низким Z менее чувствительна к паразитной емкости, но даже при 150 кОм (самое высокое значение резистора в схеме) требуется всего несколько пФ, чтобы начать оказывать неблагоприятное влияние на частоте 100 кГц или около того. Опять же, не стремитесь к аккуратности, так как это только ухудшит производительность.
Как видно, оба аттенюатора имеют одинаковые диапазоны — от 3мВ до 30В с шагом 10дБ. Поскольку 10 дБ соответствует коэффициенту 3,16, шкалу необходимо откалибровать по двум шкалам напряжения: 0–1 и 0–3,16 (иногда на лицевой стороне измерителя отображается калибровка до 3,2).
Если вам очень повезет, то, возможно, уже можно будет найти измеритель с этими диапазонами (я использовал около 3-х из них в различных проектах), но сейчас их довольно мало. Можно обвинить в этом цифровую технику, но некоторые аналоговые мультиметры могут иметь нужные вам шкалы — такой измеритель, однако, не будет дешевым.
Рисунок 2A — Двухступенчатый аттенюатор (Z в = 909 кОм)
Двухступенчатый аттенюатор прислал читатель №. Я внес некоторые изменения в его первоначальную заявку, но она все еще очень близка. Этот тип аттенюатора очень распространен в осциллографах и во многих старых схемах VTVM , поскольку его преимущество заключается в использовании меньшего количества прецизионных деталей, особенно конденсаторов. К сожалению, для этого требуется двусторонний 9-позиционный поворотный переключатель. Раньше они были довольно распространены, но сейчас их гораздо меньше. Значения емкости, которые я показал, являются «идеальным» случаем, но в реальности они будут недостижимы.
В приведенной ниже таблице приведены номиналы резисторов и конденсаторов, которые дают максимальную погрешность менее 0,1 дБ при условии точной емкости. Использование подстроечного колпачка для положения C1 дает вам возможность отрегулировать емкость для минимальной погрешности. Значение около 16,5 пФ очень близко к оптимальному, но паразитная емкость будет влиять на конечное значение.
R8 показан как необязательный. Это предотвратит резкое дрожание счетчика при изменении диапазона, но также приведет к ошибке. Это не большая ошибка , но она снижает входной импеданс в диапазоне 3 мВ и немного сдвигает выходной сигнал входного аттенюатора. Обратите внимание, что каскад JFET должен выдерживать входное напряжение до 30 мВ без искажений, поэтому его коэффициент усиления должен быть достаточно низким. После регулировки VR1 полевой транзистор обычно имеет коэффициент усиления около двух.
¹ Схема аттенюатора была предоставлена Стеном из Дании. Некоторые номиналы немного отличаются от его оригиналов, в основном это конденсаторы.
Резисторы Конденсаторы R1 969k = 910k + 56k + 3k0 C1 15,424 пФ = 10 пФ || Подстроечный конденсатор 2-10 пФ R2 30k6 = 27k + 3k6 C2 517пФ = 470пФ || 47пФ R3 1k C3 16 нФ = 15 нФ || 1 нФ R4 21k6 = 16k + 5k6 R5 6k84 = 6k8 + 39 Р6 3к16
Символ ‘||’ означает параллельно, а «+» означает последовательно. Одно из значений резистора доступно только в серии E48 (3,16 кОм), и его нельзя получить точно ни с какой последовательной или параллельной комбинацией. 1.0к + 2.2к дает 3.2к, ошибка +1.27%. Подбор мультиметра возможен для получения более точного результата.
Значения конденсаторов, предоставленные Sten, составляли 22 пФ (C1), 718 пФ (C2) и 22 нФ (C3). Эти значения имеют максимальную ошибку 0,25 дБ. Конструктор должен решить, какой уровень точности требуется.
Усилитель
Усилители, используемые в таком проекте, имеют решающее значение — нам нужна широкая полоса пропускания и низкий уровень шума в сочетании с низким потреблением тока, поскольку мы хотим, чтобы счетчик работал от 9-вольтовой батареи. Усилитель измерителя также требует высокого входного импеданса, особенно для версии с аттенюатором с высоким импедансом.
Следовательно, предпочтительным устройством является дискретный операционный усилитель, поскольку он может удовлетворять всем желаемым характеристикам, которые нам нужны. Входная чувствительность измерительного усилителя составляет 3 мВ для полного отклонения шкалы на измерителе, поэтому требуется значительное усиление. В последней схеме JFET используется для обеспечения необходимого высокого входного импеданса и имеет дополнительное преимущество в виде дополнительного усиления, что помогает снизить требования к операционному усилителю, поскольку типичный JFET 2N5485 в показанной схеме (рис.
4) обеспечивает коэффициент усиления около 15, повышая входное напряжение схемы операционного усилителя примерно до 45 мВ при входном напряжении 3 мВ.
Рис. 3. Базовая схема измерительного усилителя
Еще одним требованием является простота и хорошая линейность. Базовый измерительный усилитель, показанный на рисунке 3, удовлетворяет всем нашим требованиям, но, как вы видите, использует германиевые диоды. Хотя их труднее достать и они дороже, чем кремниевые (и имеют более высокий ток утечки), они также имеют очень широкую полосу пропускания и значительно меньшее падение напряжения, чем кремниевые, что снижает требование к операционному усилителю иметь бесконечную скорость нарастания.
Эта базовая конструкция существует уже много лет и до сих пор является одной из самых простых в изготовлении, поскольку состоит из минимума деталей. Напряжение на R2 должно быть таким же, как входное напряжение (основной закон операционных усилителей), чтобы усилитель был стабильным, поэтому все потери в измерителе и диодах «восстанавливаются» операционным усилителем.
Конденсатор должен быть выбран для используемого вами движения измерителя, так как разные измерители имеют разное демпфирование. Первоначально это можно не учитывать, но если чрезмерные колебания измерителя вызывают проблемы (или колебания стрелки на низких частотах), то потребуется конденсатор. Значение 10 мкФ всегда является хорошей отправной точкой.
Чувствительность входа просто устанавливается путем изменения значения R2 (на рис. 3), причем более низкие значения обеспечивают более высокую чувствительность, и наоборот. Как правило, R2 представляет собой многооборотный подстроечный резистор для калибровки. R2 заменен подстроечным потенциометром на рис. 4.
Полный измерительный усилитель
Всю схему можно легко построить на куске перфорированной платы (Veroboard или аналогичная подойдет для этого типа схемы), и печатная плата совершенно не нужна. Разместите физическую схему, как можно точнее следуя схеме. Это почти всегда хорошо работает с дискретными схемами и позволяет легко следовать 10 годам позже, когда вам нужно это исправить.
(Моя у меня уже более 20 лет, и мне еще не приходилось ее чинить.)
Рис. 4. Полный измерительный усилитель
На рис. 4 показан полный измерительный усилитель, на входе которого используется полевой транзистор 2N5459 (или аналогичный). Если возможно, я бы использовал 2N5484, так как они предназначены для радиочастот и имеют лучшую высокочастотную характеристику, но их может быть сложнее найти. JFET обеспечивает очень высокий входной импеданс, а также некоторое полезное усиление (около 15), что позволяет использовать во всем устройстве один дискретный операционный усилитель. Имейте в виду, что вам, возможно, придется искать JFET — раньше были доступны сотни типов, но большинство из них исчезли и больше не доступны. Вам нужен полевой транзистор JFET, рассчитанный на довольно низкий ток (1–5 мА при нулевом напряжении на затворе) и напряжение отсечки затвор-исток около 2,5 вольт. Если вы попытаетесь использовать JFET с заметно отличающимися характеристиками, вам потребуется изменить схему.
Изначально я указал полевой транзистор 2N5459 JFET, но его может быть трудно достать. Одним из предлагаемых устройств является J113, но они имеют высокую емкость затвора и не очень хорошо справляются с высокими частотами. Если возможно, вы можете использовать BF244, который, как мне сказал читатель, работает очень хорошо. Другой кандидат, который, кажется, легко доступен и будет работать, — это BF245A — обратите внимание, что должен быть версией «A». Поскольку необходимо будет изменить сопротивление R2, чтобы получить около 5 В постоянного тока на стоке Q1, я изменил схему, чтобы сделать R2 подстроечным резистором. Изменяйте настройку подстроечного резистора, чтобы получить напряжение стока около 5 В. Там должно быть минимум 3 В постоянного тока между стоком и истоком, иначе полевой транзистор не сможет должным образом усиливаться. JFET имеют широкий разброс параметров, поэтому не удивляйтесь, если вам нужно изменить R3, чтобы заставить его работать правильно.
С триммером в этом нет необходимости.
«Операционный усилитель» представляет собой простую дискретную конструкцию с 3 транзисторами и используется для получения оптимальных характеристик частотной характеристики, которые трудно получить со стандартными операционными усилителями для этого приложения. Характеристики искажения относительно неважны, но требования к широкой полосе пропускания и высокому коэффициенту усиления во всем диапазоне частот исключают большинство обычных операционных усилителей. Используйте ОА91, OA95, 1N60, 1N34A или аналогичные германиевые диоды для D1-D4 для достижения наилучших результатов. Вы также можете попробовать диоды Шоттки BAT43. D5 должен быть стандартным кремниевым диодом.
Обратите внимание, что полевой транзистор не имеет резистора затвора, но использует делитель напряжения (аттенюатор) для заземления. Обычно это не считается хорошей практикой, но вызывает лишь незначительные «щелчки» стрелки при смене диапазонов. Также имейте в виду, что существует минимальная защита входа, поэтому, если вы установите измеритель на диапазон 3 мВ и подключите его к выходу динамика усилителя, вы, вероятно, нанесете ущерб.
Резистор (10 кОм) последовательно с затвором используется, но не обеспечивает полной защиты. Резистор, который обеспечит полную защиту при любом напряжении, также вызовет проблемы на высоких частотах из-за его высокой стоимости. Точно так же емкость защитных диодов также отрицательно повлияет на характеристики высоких частот (поэтому их и нет).
Дискретный операционный усилитель имеет простую конструкцию, но имеет частотную характеристику значительно выше 100 кГц (-1 дБ) при нагрузке измерителя 50 мкА и будет удовлетворительно работать при напряжении батареи до 8 В (нижний предел для 9-вольтовой батареи перед ее внутренним напряжением). сопротивление значительно возрастает). Конденсаторы емкостью 100 мкФ используются для обеспечения обхода питания батареи, чтобы помочь противодействовать увеличению импеданса по мере старения батареи.
Я использовал транзисторы BC549 (NPN) и BC559 (PNP), но любое устройство с большим коэффициентом усиления и малым током будет (должно) работать нормально.
Как всегда, все резисторы должны быть металлопленочными, а два потенциометра должны быть многооборотными, чтобы обеспечить точную настройку. Схема работает как преобразователь напряжения в ток, и для полного усилителя требуется входное напряжение 3 мВ для выходного тока 50 мкА.
Во время сборки крайне важно свести паразитную емкость к минимуму. У усилителя очень высокий коэффициент усиления и широкая полоса пропускания, и если вы не будете осторожны, возникнут (но не могут) колебания. В частности, держите выводы C2 короткими и убедитесь, что выводы выхода (измерителя) хорошо отделены от входов и аттенюатора.
Если вы используете Veroboard, убедитесь, что полосы дорожек обрезаны на каждом конце каждой дорожки, которая соединяет две или более точки цепи. Это помогает гарантировать, что они не могут работать как антенны на высоких частотах — это может вызвать колебания или плохой отклик на высоких частотах, и ни то, ни другое не добавит полезности инструменту.
Проверка и калибровка
Первоначальный тест включает в себя подключение измерительного усилителя к аттенюатору и подачу питания.
Перед этим необходимо тщательно проверить всю проводку. Батареи на 9 В могут обеспечить ток, достаточный для повреждения транзисторов, но батареи дороже, чем транзисторы. Ошибка в проводке может привести к сильному разряду батарей, что приведет к преждевременной разрядке батарей. Обычно батарей должно хватить на довольно продолжительное время, так как потребляемый ток составляет всего около 4,5 мА.
Счетчик снабжен защитой D5, 1N914 (или 1N4148), которая будет проводить ток, если приложено слишком большое напряжение (или ток) — хотя счетчик будет жестко прижиматься к упорам и все же может быть поврежден, если условие допустимо. настаивать. При подаче питания измеритель должен прыгать до полной шкалы, а затем быстро восстанавливаться почти до 0 вольт. Если он остается на полной шкале, вы допустили ошибку, поэтому немедленно отключите питание, найдите и устраните ошибку.
Калибровка включает в себя сначала установку потенциометра Set 0V Offset в его среднее положение, а затем тщательную регулировку до тех пор, пока показания счетчика не будут как можно ближе к отметке нулевого напряжения.
Любое оставшееся смещение должно быть удалено с помощью механической регулировки нуля измерителя — это немного грубо, но с этим типом схемы выбор невелик. Вы обнаружите, что показания измерителя упадут до некоторого минимального значения, а затем снова начнут расти — это из-за двухполупериодного выпрямителя в измерителе и цепи обратной связи.
Затем для калибровки счетчика используется точное напряжение в диапазоне от 100 до 2000 Гц. Выберите подходящий диапазон на аттенюаторе, затем отрегулируйте регулятор чувствительности, пока измеритель не покажет показание, идентичное приложенному напряжению. По возможности это следует делать с милливольтметром на полной шкале в диапазоне 1 В. Помните, что шкалы различны для диапазонов 1В и 3В. Потенциометр чувствительности будет иметь более чем достаточный диапазон для калибровки устройства при условии, что не было допущено ошибок в проводке.
Если по какой-то причине ваша версия решит, что она хочет колебаться на частоте МГц или три, вам нужно будет добавить небольшую емкость между коллектором и основанием Q4 — я не ожидал, что потребуется более 10 пФ, и даже это уменьшит ВЧ отклик немного.
Мой имеет верхний предел частоты -1 дБ около 250 кГц, частота, которая более чем достаточна для использования в аудио (почти на порядок), но это без конденсатора ограничения частоты (мельника или доминирующего полюса).
Движение счетчика
Важно получить наилучшее движение измерителя, которое вы можете найти, иначе единица измерения будет трудночитаемой и, возможно, неточной. Вам нужно будет сделать новую шкалу для измерителя, показывающую два диапазона и шкалу дБ. Одна из возможных копий показана ниже, и есть ссылки на пару других, одна из которых должна соответствовать всем требованиям для довольно стандартного механизма 50 мкА — они должны быть доступны, где бы вы ни находились, но вам, возможно, придется немного осмотреться.
Рис. 5. Лицевая сторона счетчика
Альтернативными циферблатами являются Meter Face 1 и Meter Face 3. Один из них должен иметь возможность изменять размер в соответствии с используемым вами движением, но необходимо немного поэкспериментировать.
Вы заметите, что № 3 в некоторых местах кажется нарисованным от руки — потому что так оно и было. Это развертка с моего собственного милливольтметра, и когда он был построен, все эти новомодные сканеры и компьютерные штучки были немного менее распространены, чем сегодня (из этого вы можете понять, что я пользуюсь этим мультиметром довольно давно) .
Чтобы узнать, что вы пытаетесь найти, перейдите по этой ссылке на австралийскую компанию Jaycar Electronics. Это ссылка на сайт компании, и вам придется искать движение (раньше у меня была ссылка на изображение самого счетчика, но Jaycar сменила свой сайт, и ссылка не работала). Те, что доступны, не очень хороши, но похожи на тот, который я использую, и работают достаточно хорошо.
Типичный механизм на 50 мкА будет иметь сопротивление от 2 кОм до 3 кОм, и в среднем за достаточно хороший механизм придется заплатить около 20 австралийских долларов (или около 15 долларов США или около того).
После завершения измеритель может быть откалиброван по известному точному цифровому мультиметру с частотой около 100 Гц (большинство цифровых счетчиков дают точные показания на этой частоте).
Дополнительная проверка батареи
Если вы хотите иметь возможность измерять напряжение батареи, не разбирая прибор (это полезное дополнение), можно добавить переключатель, показанный на рисунке 6. Обратите внимание, что обе клеммы счетчика должны быть переключены, а среднее значение двух 9Батареи В можно прочитать по шкале 1 В (так, 0,9 В будет означать 9 В для каждой батареи.
Рис. 6. Цепь проверки дополнительной батареи
Использование подстроечного потенциометра — желательно многооборотного — позволяет калибровать вольтметр по точному мультиметру, а отображаемое напряжение показано при включенной электронике измерителя, поэтому он будет считывать реальное напряжение под нагрузкой. Обе батареи измеряются последовательно, поэтому номинальное напряжение, считываемое измерителем, составляет 20 В полной шкалы (R = 20 / 50 мкА = 400 кОм, поэтому подстроечный резистор на 220 кОм (или 200 кОм) должен находиться где-то в середине своего хода). Этот вариант требует, чтобы переключатель питания был 3-позиционным 4-полюсным поворотным, поэтому он будет стоить немного дороже, чем простой мини-тумблер DPST.
Не пропустите R9, и убедитесь, что подстроечный потенциометр установлен примерно на 1/2, прежде чем пытаться откалибровать вольтметр.
Свежие 9-вольтовые батарейки могут легко измерять чуть более 10 В, поэтому, если возможно, откалибруйте прибор с бывшими в употреблении (но не разряженными) батарейками. В качестве альтернативы используйте настольный источник питания, который можно установить ровно на 9 В, и используйте его для калибровки.
Корпус
Используемый корпус должен быть цельнометаллическим, так как аттенюатор и измерительный усилитель нуждаются в очень хорошей защите от гула и шума. Его можно сделать из листового алюминия или другого металла (сталь, латунь и т. д.), если у вас есть инструменты для работы с ним, в противном случае подходящий чехол можно получить у вашего обычного поставщика запчастей.
Другой альтернативой является использование нетравленой печатной платы с медным покрытием. Отрежьте панели по размеру и спаяйте вместе изнутри, отшлифовав внешние поверхности, чтобы все панели были заподлицо, и, наконец, покройте блок подходящим слоем или двумя красками.
В аэрозольных баллончиках доступно множество различных покрытий, так что выбирайте сами.
Кейсы, построенные таким образом, могут выглядеть на удивление хорошо, если вы потратите время на их качественную отделку.
Строительство
Убедитесь, что линия 0 В (место соединения батарей, нижняя часть цепочки аттенюатора и входная клемма заземления подключены к общей точке на передней панели, а остальная часть корпуса находится в хорошем электрическом контакте. Если корпус не заземлен должным образом, это хуже, чем использование неэкранированного корпуса!
Также может потребоваться добавить экран между каскадом FET и основным измерителем, а также небольшой колпачок (10 нФ должен быть подключен к выходу измерителя как можно ближе к диодам. Все провода должны быть короткими, а выход должен быть провода находятся на достаточном расстоянии от входа.
Широкополосный измерительный усилитель с полной шкалой чувствительности 3 мВ. Он будет колебаться, если есть какая-либо обратная связь от O/P к I/P или между каскадами.
Передняя панель
Сначала просверлите все отверстия для двух поворотных переключателей, счетчика и его крепежных болтов, а также входных разъемов. Все мое тестовое оборудование использует разъемы BNC, но для работы со звуком вы можете предпочесть разъем RCA. Можно также использовать разъемы типа «банан», поэтому вы можете использовать обычные провода мультиметра, но, будучи неэкранированными, они будут улавливать шум, особенно в диапазонах более низких напряжений.
Убедитесь, что все компоненты панели установлены правильно, и удалите заусенцы с обеих сторон панели.
Очень внимательно отметьте положения переключателей для каждой настройки, поскольку маркировка, не совпадающая с указателем на ручках переключателей, выглядит липкой и может сбивать с толку при использовании прибора.
После того, как вы разметите точные положения переключателей, переднюю панель можно пометить любым удобным для вас способом. Одним из хорошо работающих методов является использование графического пакета для рисования, чтобы создать этикетку и распечатать ее на обычной бумаге.
Аккуратно наклейте прозрачную «контактную» пленку (используемую для покрытия школьных учебников и т. д.) с обеих сторон, убедившись, что под пленкой не осталось пузырьков воздуха. Обрезать точно по размеру передней панели.
Нанесите аэрозольный клей как на панель, так и на этикетку, оставьте на несколько минут, затем очень осторожно приклейте этикетку. Вы должны сделать это правильно с первого раза — однажды застряв, вы повредите этикетку, пытаясь сдвинуть ее! Вырезанные отверстия следует затем очень осторожно удалить с помощью канцелярского ножа, скальпеля или другого подходящего (острого) инструмента.
Вот и все, теперь вы счастливый обладатель очень полезного тестового оборудования.
| Основной индекс Указатель проектов |
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 1999.  |