Приставка-частотомер к мультиметру — RadioRadar
Измерительная техника
Главная Радиолюбителю Измерительная техника
Не все цифровые мультиметры могут измерять частоту, а те недорогие, в которых есть такая возможность, обычно имеют низкую чувствительность и ограниченный частотный диапазон.
Предлагаемое устройство представляет собой преобразователь частота-напряжение и, конечно, не заменяет цифровой многоразрядный частотомер, а дополняет его. Оно имеет лучшие параметры, чем опубликованные в [1, 2]. С его помощью можно измерять частоту сигнала произвольной формы в диапазоне 5 Гц…2,5 МГц. В интервале 5 Гц…5 кГц измерения можно проводить с дискретностью в 1 Гц, если это позволяет разрядность мультиметра (для мультиметров с дисплеем на 3,5 знака — 5 Гц…1999 Гц). Погрешность при измерении частот до 50 кГц не превышает 0,2%±1 ед. младшего разряда. На более высоких частотах погрешность немного увеличивается, но не более чем до 0,8%. Температурная нестабильность показаний в интервале комнатных температур — не более 0,04% на 1°С. Устройство потребляет ток не более 30 мА. Период измерения — 2…3 раза в секунду, что соответствует периоду измерения мультиметра. Предусмотрен индикатор перегрузки по частоте.
Измеряемый частотный диапазон разбит на 4 интервала. Для мультиметров с неполным четырехразрядным дисплеем (3999) это будут:
- первый диапазон — 5…3999 Гц,
- второй — 50…39990 Гц,
- третий — 500…399900 Гц,
- четвертый — 5 кГц…2,5 МГц.
При измерении частоты переключатель рода работ на мультиметре устанавливается в положение для измерения постоянных напряжений. Это позволяет использовать с приставкой любой мультиметр с входным сопротивлением не менее 1 МОм без необходимости перестройки приставки.
Рис.1. Принципиальная схема приставки-частотомера
Входной сигнал произвольной формы амплитудой 100 мВ…50 В через разделительно-защитную цепь (рис.1) поступает на затвор полевого транзистора VT2. Этот каскад обладает высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью, поэтому практически не шунтирует сигнал амплитудой до 3 В в диапазоне звуковых частот. Усиленный входной сигнал со стока VT2 поступает на дифференциальный усилитель на транзисторах VT3, VT4. С коллектора VT4 снимается сигнал близкой к прямоугольной формы и поступает на триггер Шмитта DD1.1, DD1.2. Сигнал прямоугольной формы снимается с вывода 11 DD1.2 и подается для последующей обработки на микросхемы DD3…DD5, включенные как делители частоты на 10.
В зависимости от выбранного переключателем SA1 диапазона частот, на формирователь импульсов на DD1.3, DD1.4 подается сигнал с одного из счетчиков DD3…DD5 или с выхода инвертора DD1.2. Дифференцирующая цепь на C11-R16 задаёт постоянную длительность формируемых импульсов, скважность которых зависит от частоты исследуемого сигнала. Сформированные импульсы поступают на усилитель мощности на параллельно включенных инверторах DD2.2…DD2.4. С выхода усилителя стабильные по амплитуде и длительности импульсы поступают на термокомпенсированный генератор стабильного тока на VT5, VT6, R17, R18, VD9.
Когда напряжение на накопительном конденсаторе С9 превысит уровень 600 мВ (частота 6 кГц на выходе DD1.4), линейность преобразования частота-напряжение ухудшается. Чтобы не было ошибки, устройство оснащено индикатором перегрузки на транзисторе VT1, инверторе DD2.1 и мигающем светодиоде HL1.
Миниатюрная лампа накаливания EL1, включенная в разрядную цепь конденсатора С9, компенсирует небольшой отрицательный температурный дрейф напряжения на выходе приставки.
На микросхеме DA1 и светодиоде HL2 собран стабилизатор напряжения на 6…6,5 В, которое необходимо для обеспечения высокой точности работы приставки. ИМС КР142ЕН17А способна работать при малом падении напряжения между входом и выходом и как нельзя лучше подходит для устройств с батарейным питанием. При ее отсутствии стабилизатор можно собрать по схеме, приведенной на рис.2. Подробные сведения о микросхеме КР142ЕН17 можно почерпнуть в [3].
Рис.2. Стабилизатор напряжения на 6…6,5 В
Детали и конструкция. Постоянные резисторы можно использовать типа МТЛ-0,125, С1-4-0,125; подстроечные — СПЗ-38а, СПЗ-386, РП1-63М. Для облегчения настройки, R15 лучше взять многооборотный, типов СП5-2, СПЗ-39а, сопротивлением 470 Ом. Конденсатор С11 — пленочный, желательно, с минимальным ТКЕ, например, К31-10, К31-11. Оксидный конденсатор С9 — ниобиевый К53-4.
На его место можно поставить конденсатор другого типа с малой утечкой (К52, К53). Остальные оксидные конденсаторы — К50-24, К50-35 или их импортные аналоги. Неполярные блокировочные конденсаторы — КМ-5, КМ-6, К10-176. Диоды VD1…VD8, VD10 — КД503, КД510, КД522, 1N4148. Мигающий светодиод HL1 — любого типа, предпочтительнее красного свечения. Светодиод HL2 должен быть серии АЛ307 с индексами А, Б, К или Л. Диод VD9 — обязательно германиевый, например, Д20, Д9.
Полевой транзистор VT2 можно заменить на любой из серии КП305. При отсутствии полевых транзисторов с изолированным затвором и n-каналом, допустимо применить транзисторы с p-n-переходом, например, КП307, КПЗОЗ. VT1, VT3, VT4 — КТ3102, КТ3130, SS9018, 2SD734; VT5, VT6 — любые из серий КТ3107, SS9015.
Микросхемы DD1, DD2 заменимы аналогичными серий 564, КР1561. С изменением схемы включения счетчики DD3…DD5 можно заменить на К561ИЕ14, КР1561ИЕ14. На месте DD4, DD5 можно использовать и К176ИЕ4, К176ИЕ2, также включив их как делители частоты на 10.
Приставка смонтирована на плате размерами 110×60 мм (фото на обложке) навесным или печатным монтажом. Транзисторы VT5, VT6 и диод VD9 размещаются вплотную друг к другу. На них надвигается небольшой бумажный цилиндр, который потом заливается парафином. Блокировочные конденсаторы С6, С7 устанавливаются вблизи микросхем DD1, DD2. На рис.1 показано минимально необходимое число блокировочных конденсаторов. Если приставка будет эксплуатироваться только в стационарных условиях, то напряжение питания микросхем желательно увеличить до 9В.
Подав на устройство напряжение питания, в отсутствие сигнала на входе измеряют напряжение на стоке VT2, которое должно быть около 2,4 В. При необходимости оно устанавливается подбором R7. Далее VT5 и R18 временно отсоединяются от выходов DD2.2…DD2.4 и подключаются к выводу «+» конденсатора С8. Подбором R18 устанавливается ток коллектора VT6 в пределах 1,5…2 мА. Восстановив прежнее соединение, на вход устройства с генератора подается синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц и амплитудой 250 мВ. Контролируя осциллографом сигнал на коллекторе VT4, вращением движка R11 добиваемся меандра. Если это не удается, следует подобрать R8. Первый этап настройки закончен.
Далее, к выходу приставки подключается мультиметр, включенный на режим измерения постоянных напряжений (пределы -1999,9 мВ, 400 мВ или 200 мВ). К выходу генератора сигналов подключается эталонный частотомер. На генераторе устанавливается частота 3800 Гц или 1800 Гц амплитудой 1 В. Подбором R19 и подстройкой R15 добиваются показаний на дисплее 380,0 мВ (180,0 мВ). Затем частота генератора уменьшается в 10 раз. Если показания на цифровом частотомере и мультиметре разошлись более чем на ±2 ед. младшего разряда, то следует проверить VT5, VT6, VD10, С9. Практически же, никакого расхождения в показаниях быть не должно! Переключая SA1, убеждаемся в работе делителей частоты DD3…DD5.
Термокомпенсацию всего устройства можно произвести, подключая последовательно с R19 терморезистор или лампу накаливания. Если показания на мульметре уменьшаются с ростом окружающей температуры, то следует подключить терморезистор с положительным ТКС или малогабаритную лампу накаливания на 24…60 В. Если показания мультиметра увеличиваются с ростом температуры (естественно, при неизменной частоте входного сигнала), то подключается терморезистор с отрицательным ТКС. Если получилась перекомпенсация, то термодатчик надо зашунтировать обычным резистором.
Примерное сопротивление подключаемого термодатчика при температуре 25°С — 30…300 Ом. Термокомпенсацию можно выполнить и подругому, например, подключением параллельно с С11 керамического конденсатора на несколько десятков пико-фарад с требуемым ТКЕ.
При монтаже транзистора VT2 и микросхем следует соблюдать обычные меры предосторожности при работе с МОП-приборами. Выводы и корпус полевого транзистора перед снятием замыкающей трубочки временно обматываются мягкой проволочной перемычкой.
Если приставкой потребуется измерять более высокие частоты, то микросхемы необходимо заменить функциональными аналогами из серии КР1554, например, КР1554ИЕ6, переделать входной усилитель и снизить напряжение питания ИМС до 5,5 В. Соответственно, потребуется увеличить и число делителей. Когда от приставки потребуется более высокая чувствительность, можно добавить еще один каскад на полевом транзисторе или построить дифференциальный усилитель (VT3, VT4) по схеме токового зеркала.
При возникновении трудностей с приобретением подходящего малогабаритного переключателя, можно построить его функциональный аналог на микросхеме К561ТМ2, включенной как двухразрядный двоичный счетчик, и мультиплексоре К561КТЗ. Переключение диапазонов в этом случае производится одной кнопкой (TD-06XEX SMD). Следует учитывать, что после многократной перегрузки требуется несколько секунд для восстановления высокой точности счета (из-за локального разогрева кристаллов VT5, VT6).
Источники
- Нечаев И. Комбинированный частотомер. — Радио, 1993, N9, С.22-24.
- Гриев Ю. Аналоговый частотомер с автоматическим выбором предела измерения. В помощь радиолюбителю. — Москва: Патриот, 1990, N108, С.40-51.
- Нефедов А. Микросхемы серии КР142ЕН17 -стабилизаторы напряжения. — Радио, 1998, N6, С.65.
Автор: А.БУТОВ, с.Курба, Ярославской обл.
Дата публикации: 05.09.2003
Мнения читателей
- Вадим / 25.11.2016 — 11:35
а что нет компактных схем или статьи взятые с журнала лучше? странно хотя в данный момент всё компактно на смд компонентах и думай как нарисовать печатку тема хорошая но старая и больше нечего сказать - TIM / 24.02.2010 — 01:41
Здрувствуйте уважаемый! Мне понравилась Ваша приставка, думаю повторить. У Вас случаем не найдётся рисованной печатки? Зарание спасибо.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:
cxema.org — Полезные приставки для цифрового мультиметра
Полезные приставки для цифрового мультиметра
Цифровой мультиметр, самый важный инструмент любого радиолюбителя. Мультиметры бывают разными, разного класса точности, функционала, размера ну и естественно цена.
Как правило начинающие радиолюбители пользуются бюджетными мультиметрами, которые обладают невысокой точностью, но они популярны так, как стоят дешево и содержат в себе почти все необходимые измерители.
Что бы расширить функционал своего мультиметра я предлагаю изготовить несколько простых дополнений.
Первым по счету идет измеритель температуры
Измеритель температуры имеется не у всех мультиметров, но его можно сделать самому. Микросхема LM35 представляет из себя довольно высокоточный датчик температуры часто применяется в ардуино проектах.
Микросхема имеет простейшее подключение, выводы питания и выход, диапазон питающих напряжений от 4-х до 30 вольт.
Выходное напряжение микросхемы изменяется на 10 мВ с каждым градусом цельсия, то есть в таком подключении — скажем 200 мВ на выходе будет означать, что температура окружающей среды 20 градусов.
Даже в бюджетном мультиметре имеются диапазоны измерений 200 и 2000мВ, оба режима для наших целей отлично подходят.
Приставка питается от отдельной 9-и вольтовой батареи 6F22, на выходе микросхемы установлен делитель напряжения в виде подстроечного многооборотного резистора на 100кОм. Этим резистором выставляем температуру по контрольному термометру.
Регулирующий винт на подстроечном резисторе желательно зафиксировать, например термоклеем. Термометр готов.
Вторая схема — не менее полезная и представляет из себя детектор поля
Такое дополнение позволяет превратить высокочастотное излучение в постоянный ток для оценки мощности радиопередатчиков или раций.
Достаточно поднести антенну рации к антенне детектора, нажмать на передачу и мультиметр покажет цифры, это постоянное напряжение от вашей рации, чем мощнее сигнал от рации, тем больше цифра на дисплее мультиметра.
Естественно эти цифры ничего не значат и само устройство позволит осуществить только зрительный контроль, но оценить мощность и сравнивать разные передатчики между собой, а также находить источники электромагнитного излучения вполне возможно.
Детектор собран на базе одного германиевого диода старого образца и мелочевки. Антенной служит кусок медного провода с длиной 5-7 см и диаметром 1мм.
Приставка не нуждается в дополнительном источнике питания, что делает ее очень компактной, вставляется в среднее и нижнее гнездо мультиметра.
Как проверить стабилитрон знает каждый радиолюбитель, для этого необходим источник питания, ограничительный резистор и мультиметр.
Следующая приставка позволяет выявить напряжение стабилизации стабилитрона и в целом проверить его на работоспособность.
Для ее работы необходим дополнительный источник питания, в нашем случае обычная батарейка на 1,5 вольта, либо аккумулятор на 1,2 вольта.
Схема очень простая и не содержит дефицитных компонентов, построена всего на паре транзисторов. Это повышающий преобразователь напряжения, на вход подается напряжение от батарейки, а на выходе получаем около 30 вольт, все зависит от индуктивности дросселя.
Ток потребления схемы мизерный, 10-20 мА. Испытуемый стабилитрон подключается к выходу преобразователя через токоограничительный резистор, параллельно стабилитрону подключены щупы мультиметра, последний просто измерит напряжение на стабилитроне.
Дроссель намотан на ферритовой гантельке, точные размеры указать не могу, но они не критичны. Обмотка в моем случае намотана проводом 0,15мм и состоит из 150 витков, при этом напряжение самоиндукции с дросселя доходит до 40 вольт и будет увеличиваться вплоть до пробоя диэлектрического слоя конденсатора. Чтобы этого не случилось, к выходу преобразователя подключена нагрузка в виде резистора.
Для удобства проверки стабилитрона в конструкцию был добавлен отрезок от панельки для беспаячного монтажа.
Важно во время испытаний не перепутать полярность подключения стабилитрона, иначе он будет в роли обычного диода, но даже в этом случае не выйдет из строя, т.к. у нас имеется токоограничительный резистор.
Схема собрана на небольшом отрезке макетной платы, но если у кого то будет желание повторить ее, лучше сделать это на печатной плате, ее можно скачать вместе с общим архивом проекта.
Архив проекта тут
Приставка-частотомер к мультиметру | Измерительные приборы
Приставка-частотомер к мультиметру
Не все цифровые мультиметры могут измерять частоту, а те недорогие, в которых есть такая возможность, обычно имеют низкую чувствительность и ограниченный частотный диапазон.
Предлагаемое устройство представляет собой преобразователь частота-напряжение и, конечно, не заменяет цифровой многоразрядный частотомер, а дополняет его. Оно имеет лучшие параметры, чем опубликованные в [1, 2]. С его помощью можно измерять частоту сигнала произвольной формы в диапазоне 5 Гц…2,5 МГц. В интервале 5 Гц…5 кГц измерения можно проводить с дискретностью в 1 Гц, если это позволяет разрядность мультиметра (для мультиметров с дисплеем на 3,5 знака — 5 Гц…1999 Гц). Погрешность при измерении частот до 50 кГц не превышает 0,2%±1 ед. младшего разряда. На более высоких частотах погрешность немного увеличивается, но не более чем до 0,8%. Температурная нестабильность показаний в интервале комнатных температур — не более 0,04% на 1°С. Устройство потребляет ток не более 30 мА. Период измерения — 2…3 раза в секунду, что соответствует периоду измерения мультиметра. Предусмотрен индикатор перегрузки по частоте.
Измеряемый частотный диапазон разбит на 4 интервала. Для мультиметров с неполным четырехразрядным дисплеем (3999) это будут:
-
первый диапазон — 5…3999 Гц,
-
второй — 50…39990 Гц,
третий — 500…399900 Гц,<>
-
четвертый — 5 кГц…2,5 МГц.
При измерении частоты переключатель рода работ на мультиметре устанавливается в положение для измерения постоянных напряжений. Это позволяет использовать с приставкой любой мультиметр с входным сопротивлением не менее 1 МОм без необходимости перестройки приставки.
Рис.1. Принципиальная схема приставки-частотомера
Входной сигнал произвольной формы амплитудой 100 мВ…50 В через разделительно-защитную цепь (рис.1) поступает на затвор полевого транзистора VT2. Этот каскад обладает высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью, поэтому практически не шунтирует сигнал амплитудой до 3 В в диапазоне звуковых частот. Усиленный входной сигнал со стока VT2 поступает на дифференциальный усилитель на транзисторах VT3, VT4. С коллектора VT4 снимается сигнал близкой к прямоугольной формы и поступает на триггер Шмитта DD1.1, DD1.2. Сигнал прямоугольной формы снимается с вывода 11 DD1.2 и подается для последующей обработки на микросхемы DD3…DD5, включенные как делители частоты на 10.
В зависимости от выбранного переключателем SA1 диапазона частот, на формирователь импульсов на DD1.3, DD1.4 подается сигнал с одного из счетчиков DD3…DD5 или с выхода инвертора DD1.2. Дифференцирующая цепь на C11-R16 задаёт постоянную длительность формируемых импульсов, скважность которых зависит от частоты исследуемого сигнала. Сформированные импульсы поступают на усилитель мощности на параллельно включенных инверторах DD2.2…DD2.4. С выхода усилителя стабильные по амплитуде и длительности импульсы поступают на термокомпенсированный генератор стабильного тока на VT5, VT6, R17, R18, VD9.
Когда напряжение на накопительном конденсаторе С9 превысит уровень 600 мВ (частота 6 кГц на выходе DD1.4), линейность преобразования частота-напряжение ухудшается. Чтобы не было ошибки, устройство оснащено индикатором перегрузки на транзисторе VT1, инверторе DD2.1 и мигающем светодиоде HL1.
Миниатюрная лампа накаливания EL1, включенная в разрядную цепь конденсатора С9, компенсирует небольшой отрицательный температурный дрейф напряжения на выходе приставки.
На микросхеме DA1 и светодиоде HL2 собран стабилизатор напряжения на 6…6,5 В, которое необходимо для обеспечения высокой точности работы приставки. ИМС КР142ЕН17А способна работать при малом падении напряжения между входом и выходом и как нельзя лучше подходит для устройств с батарейным питанием. При ее отсутствии стабилизатор можно собрать по схеме, приведенной на рис.2. Подробные сведения о микросхеме КР142ЕН17 можно почерпнуть в [3].
Рис.2. Стабилизатор напряжения на 6…6,5 В
Детали и конструкция. Постоянные резисторы можно использовать типа МТЛ-0,125, С1-4-0,125; подстроечные — СПЗ-38а, СПЗ-386, РП1-63М. Для облегчения настройки, R15 лучше взять многооборотный, типов СП5-2, СПЗ-39а, сопротивлением 470 Ом. Конденсатор С11 — пленочный, желательно, с минимальным ТКЕ, например, К31-10, К31-11. Оксидный конденсатор С9 — ниобиевый К53-4.
На его место можно поставить конденсатор другого типа с малой утечкой (К52, К53). Остальные оксидные конденсаторы — К50-24, К50-35 или их импортные аналоги. Неполярные блокировочные конденсаторы — КМ-5, КМ-6, К10-176. Диоды VD1…VD8, VD10 — КД503, КД510, КД522, 1N4148. Мигающий светодиод HL1 — любого типа, предпочтительнее красного свечения. Светодиод HL2 должен быть серии АЛ307 с индексами А, Б, К или Л. Диод VD9 — обязательно германиевый, например, Д20, Д9.
Полевой транзистор VT2 можно заменить на любой из серии КП305. При отсутствии полевых транзисторов с изолированным затвором и n-каналом, допустимо применить транзисторы с p-n-переходом, например, КП307, КПЗОЗ. VT1, VT3, VT4 — КТ3102, КТ3130, SS9018, 2SD734; VT5, VT6 — любые из серий КТ3107, SS9015.
Микросхемы DD1, DD2 заменимы аналогичными серий 564, КР1561. С изменением схемы включения счетчики DD3…DD5 можно заменить на К561ИЕ14, КР1561ИЕ14. На месте DD4, DD5 можно использовать и К176ИЕ4, К176ИЕ2, также включив их как делители частоты на 10.
Приставка смонтирована на плате размерами 110×60 мм (фото на обложке) навесным или печатным монтажом. Транзисторы VT5, VT6 и диод VD9 размещаются вплотную друг к другу. На них надвигается небольшой бумажный цилиндр, который потом заливается парафином. Блокировочные конденсаторы С6, С7 устанавливаются вблизи микросхем DD1, DD2. На рис.1 показано минимально необходимое число блокировочных конденсаторов. Если приставка будет эксплуатироваться только в стационарных условиях, то напряжение питания микросхем желательно увеличить до 9В.
Подав на устройство напряжение питания, в отсутствие сигнала на входе измеряют напряжение на стоке VT2, которое должно быть около 2,4 В. При необходимости оно устанавливается подбором R7. Далее VT5 и R18 временно отсоединяются от выходов DD2.2…DD2.4 и подключаются к выводу «+» конденсатора С8. Подбором R18 устанавливается ток коллектора VT6 в пределах 1,5…2 мА. Восстановив прежнее соединение, на вход устройства с генератора подается синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц и амплитудой 250 мВ. Контролируя осциллографом сигнал на коллекторе VT4, вращением движка R11 добиваемся меандра. Если это не удается, следует подобрать R8. Первый этап настройки закончен.
Далее, к выходу приставки подключается мультиметр, включенный на режим измерения постоянных напряжений (пределы -1999,9 мВ, 400 мВ или 200 мВ). К выходу генератора сигналов подключается эталонный частотомер. На генераторе устанавливается частота 3800 Гц или 1800 Гц амплитудой 1 В. Подбором R19 и подстройкой R15 добиваются показаний на дисплее 380,0 мВ (180,0 мВ). Затем частота генератора уменьшается в 10 раз. Если показания на цифровом частотомере и мультиметре разошлись более чем на ±2 ед. младшего разряда, то следует проверить VT5, VT6, VD10, С9. Практически же, никакого расхождения в показаниях быть не должно! Переключая SA1, убеждаемся в работе делителей частоты DD3…DD5.
Термокомпенсацию всего устройства можно произвести, подключая последовательно с R19 терморезистор или лампу накаливания. Если показания на мульметре уменьшаются с ростом окружающей температуры, то следует подключить терморезистор с положительным ТКС или малогабаритную лампу накаливания на 24…60 В. Если показания мультиметра увеличиваются с ростом температуры (естественно, при неизменной частоте входного сигнала), то подключается терморезистор с отрицательным ТКС. Если получилась перекомпенсация, то термодатчик надо зашунтировать обычным резистором.
Примерное сопротивление подключаемого термодатчика при температуре 25°С — 30…300 Ом. Термокомпенсацию можно выполнить и подругому, например, подключением параллельно с С11 керамического конденсатора на несколько десятков пико-фарад с требуемым ТКЕ.
При монтаже транзистора VT2 и микросхем следует соблюдать обычные меры предосторожности при работе с МОП-приборами. Выводы и корпус полевого транзистора перед снятием замыкающей трубочки временно обматываются мягкой проволочной перемычкой.
Если приставкой потребуется измерять более высокие частоты, то микросхемы необходимо заменить функциональными аналогами из серии КР1554, например, КР1554ИЕ6, переделать входной усилитель и снизить напряжение питания ИМС до 5,5 В. Соответственно, потребуется увеличить и число делителей. Когда от приставки потребуется более высокая чувствительность, можно добавить еще один каскад на полевом транзисторе или построить дифференциальный усилитель (VT3, VT4) по схеме токового зеркала.
При возникновении трудностей с приобретением подходящего малогабаритного переключателя, можно построить его функциональный аналог на микросхеме К561ТМ2, включенной как двухразрядный двоичный счетчик, и мультиплексоре К561КТЗ. Переключение диапазонов в этом случае производится одной кнопкой (TD-06XEX SMD). Следует учитывать, что после многократной перегрузки требуется несколько секунд для восстановления высокой точности счета (из-за локального разогрева кристаллов VT5, VT6).
Источники
-
Нечаев И. Комбинированный частотомер. — Радио, 1993, N9, С.22-24.
-
Гриев Ю. Аналоговый частотомер с автоматическим выбором предела измерения. В помощь радиолюбителю. — Москва: Патриот, 1990, N108, С.40-51.
-
Нефедов А. Микросхемы серии КР142ЕН17 -стабилизаторы напряжения. — Радио, 1998, N6, С.65.
Автор: А.БУТОВ, с.Курба, Ярославской обл.
ВЧ вольтметр из цифрового мультиметра DT700D.
Часто в радиолюбительской практике возникает необходимость измерения и контроля высокочастотного напряжения небольших уровней-от десятков миливольт до единиц вольт. Конечно, лучше всего для этих целей использовать заводской ВЧ вольтметр.
Но что делать, когда такого прибора нет под руками?
Выход из положения-изготовления простой приставки- ВЧ пробника к цифровому мультиметру типа DT700D или ему подобным.
У меня в моей мастерской тоже нет приличного ВЧ вольтметра. Да он мне особо и не нужен-вполне хватает точности и возможностей моего осциллографа С1-79 для контроля ВЧ напряжений. Но вот недавно столкнулся со свалившейся на голову проблемой-мой С1-79 отказал в самый неподходящий момент. О ремонте моего осциллографа рассказано в отдельной статье. Как назло-нужно было проверить наличие генерации в гетеродине приемника.
Пришлось по-быстрому изготовить описываемый в этой статье простой ВЧ пробник к цифровому мультиметру. Суть этого решения-изготовление выносной высокочастотной детекторной головки, при помощи которой выпрямляется высокочастотное напряжение, а уже выпрямленное напряжение измеряет мультиметр. Эта идея стара как мир, и известна уже не один десяток лет.
Для повторения выбрана конструкция, описанная в журнале «Радио» №8 за 2006 год.
Схема из этой публикации:
Здесь входные щупы Е1 и Е2 подключаются к исследуемой схеме. Через конденсатор С1 высокочастотное напряжение поступает на диод VD1. Далее выпрямленное напряжение поступает на цифровой вольтметр для непосредственного отсчета.
Есть ряд важных моментов:
-диод VD1 должен быть германиевым, типов ГД507, ГД508, Д311, Д18, Д20, и даже Д9;
-цифровой мультиметр должен иметь входное сопротивление 1Мом, этому условию удовлетворяют дешевые мультиметры типа DT830, М830, М832, DT838 и подобные;
Этот ВЧ-пробник позволяет измерять высокочастотное напряжение уровнями от 20 мВэфф до примерно 2…3 Вэфф. Верхний предел измеряемых уровней напряжений зависит от предельно допустимого обратного напряжения конкретного диода. У диода 1Д508 это напряжение около 8 В. Согласно рекомендаций в статье в журнале «Радио» №8 за 2006 год, стр.58-59, уровень измеряемого напряжений около 2…3 Вэфф уже будет предельным. Если применить диоды другого типа, с более высоким значением предельно допустимого обратного напряжения, соответственно, и уровни высокочастотных напряжений в этом случае можно будет измерять более высокие.
ВЧ-пробник работает в диапазоне частот вплоть до 30 МГц, при этом обеспечивается удовлетворительная точность измерения. Но в общем случае, им можно регистрировать ВЧ напряжения частотами и до 100…200 МГц. Строго говоря, для более-менее точных измерений необходимо составить калибровочный график, о чем подробно рассказано в вышеупомянутой статье в журнале «Радио», но я этого не делал. Мне достаточно было просто видеть наличие ВЧ напряжения и его максимумы при регулировке.
Но надо понимать, что чем меньше уровень измеряемого напряжения, тем больше будут занижены показания. Так, при измеряемых ВЧ напряжениях уровнем 1 В и выше, этот ВЧ пробник измеряет с относительно небольшой погрешностью. При уровне измеряемого ВЧ напряжения 200 мВ показания будут занижены в 1,5 раза. При уровне измеряемого ВЧ напряжения 20 мВ показания будут занижены примерно в 3 раза. Именно для учета этих погрешностей и нужна калибровочная таблица.
В качестве корпуса использовал высохший маркер. Это предопределило и размеры платки ВЧ-пробника: длина 90 мм и ширина 9 мм:
Детали ВЧ-пробника распаяны со стороны фольги:
В качестве контакта Е1 использовал обычную стальную швейную иглу, которая припаяна к медной фольге платы. У такой иглы острый кончик, что обеспечивает отменный контакт с проверяемым узлом или блоком.
Для удобства восприятия конструкции, на изображении ниже представлена монтажная схема:
Для фиксации платы в корпусе маркера, к плате припаяна гайка с резьбой М2,5. Фиксирующий винт вставляется через отверствие в корпусе маркера и вворачивается в гайку. Это не позволяет плате двигаться внутри корпуса самопроизвольно:
Собранный ВЧ-пробник (уже в корпусе маркера) подключается к мультиметру экранированным проводом. Всё это выглядит так:
Повторюсь, что ВЧ-пробник рассчитан для работы с цифровыми мультиметрами с входным сопротивлением 1 МОм. Для калибровки подбирают резистор R1 так, чтобы при подаче на вход ВЧ-пробника синусоидального напряжения частотой сотни кГц или единицы МГц показания мультиметра были максимально близки к таковым эталонного вольтметра, например В3-38.
Калибровку ВЧ пробника я проверил только при уровне входного напряжения 2 В и частотой 200 кГц. Сигнал подавал с генератора Г3-106. Цифровой мультиметр отобразил на индикатор 1970 мВ, что очень близко к уровню измеряемого напряжения. На этом я и завершил наладку и калибровку.
Об области применения ВЧ-пробника.
Пробник будет полезен при настройке и ремонте радиоприемников, их гетеродинов, настройке ДПФ и так далее. Присоединив ко входному щупе Е1 кусок провода в качестве антенны, этот пробник уже можно использовать как индикатор напряженности поля.
На фото ниже пример проверки работоспособности гетеродина моего SDR приемника:
Прибор показывает 1376 мВ. Гетеродин здесь работает на частоте 14 МГц. Как видно, вполне удобно этим ВЧ-пробником проверять наличие колебаний генераторов или гетеродинов.
Еще один пример использования…
Проверим работу генератора простого FM-радиомикрофона. Генератор этого радиомикрофона работает на частоте около 90МГц.
Даже просто поднеся входной щуп к катушке индуктивности генератора, пробник уже регистрирует наличие колебаний:
А так выглядит измерение напряжения на коллекторе транзистора генератора FM-радиомикрофона:
Понятно, что показания прибора весьма далеки от истинных. Но цель здесь другая-убедиться простыми средствами в работоспособности устройства.
Обращаю внимание, что несмотря на довольно высокую рабочую частоту генератора FM-радиомикрофона, подсоединение щупа ВЧ-пробника к коллектору транзистора генератора не срывает генерацию. Это говорит об очень небольшой входной емкости ВЧ-пробника и достаточно высоком входном сопротивлении. Другими словами, этот простой ВЧ-пробник можно смело применять при контроле работы и наладке устройств, которые работают на уже довольно серьезных частотах.
Короткое видео с демонстрацией работы этого высокочастотного пробника:
Приставка-частотомер к мультиметру CAVR.ru
Рассказать в:е все цифровые мультиметры могут измерять частоту, а те недорогие, в которых есть такая возможность, обычно имеют низкую чувствительность и ограниченный частотный диапазон.
Предлагаемое устройство представляет собой преобразователь частота-напряжение и, конечно, не заменяет цифровой многоразрядный частотомер, а дополняет его. Оно имеет лучшие параметры, чем опубликованные в [1, 2]. С его помощью можно измерять частоту сигнала произвольной формы в диапазоне 5 Гц…2,5 МГц. В интервале 5 Гц…5 кГц измерения можно проводить с дискретностью в 1 Гц, если это позволяет разрядность мультиметра (для мультиметров с дисплеем на 3,5 знака — 5 Гц…1999 Гц). Погрешность при измерении частот до 50 кГц не превышает 0,2%±1 ед. младшего разряда. На более высоких частотах погрешность немного увеличивается, но не более чем до 0,8%. Температурная нестабильность показаний в интервале комнатных температур — не более 0,04% на 1°С. Устройство потребляет ток не более 30 мА. Период измерения — 2…3 раза в секунду, что соответствует периоду измерения мультиметра. Предусмотрен индикатор перегрузки по частоте.
Измеряемый частотный диапазон разбит на 4 интервала. Для мультиметров с неполным четырехразрядным дисплеем (3999) это будут:
первый диапазон — 5…3999 Гц,
второй — 50…39990 Гц,
третий — 500…399900 Гц,
четвертый — 5 кГц…2,5 МГц.
При измерении частоты переключатель рода работ на мультиметре устанавливается в положение для измерения постоянных напряжений. Это позволяет использовать с приставкой любой мультиметр с входным сопротивлением не менее 1 МОм без необходимости перестройки приставки.
Рис.1. Принципиальная схема приставки-частотомера
Входной сигнал произвольной формы амплитудой 100 мВ…50 В через разделительно-защитную цепь (рис.1) поступает на затвор полевого транзистора VT2. Этот каскад обладает высоким входным сопротивлением и малой входной емкостью, поэтому практически не шунтирует сигнал амплитудой до 3 В в диапазоне звуковых частот. Усиленный входной сигнал со стока VT2 поступает на дифференциальный усилитель на транзисторах VT3, VT4. С коллектора VT4 снимается сигнал близкой к прямоугольной формы и поступает на триггер Шмитта DD1.1, DD1.2. Сигнал прямоугольной формы снимается с вывода 11 DD1.2 и подается для последующей обработки на микросхемы DD3…DD5, включенные как делители частоты на 10.
В зависимости от выбранного переключателем SA1 диапазона частот, на формирователь импульсов на DD1.3, DD1.4 подается сигнал с одного из счетчиков DD3…DD5 или с выхода инвертора DD1.2. Дифференцирующая цепь на C11-R16 задаёт постоянную длительность формируемых импульсов, скважность которых зависит от частоты исследуемого сигнала. Сформированные импульсы поступают на усилитель мощности на параллельно включенных инверторах DD2.2…DD2.4. С выхода усилителя стабильные по амплитуде и длительности импульсы поступают на термокомпенсированный генератор стабильного тока на VT5, VT6, R17, R18, VD9.
Когда напряжение на накопительном конденсаторе С9 превысит уровень 600 мВ (частота 6 кГц на выходе DD1.4), линейность преобразования частота-напряжение ухудшается. Чтобы не было ошибки, устройство оснащено индикатором перегрузки на транзисторе VT1, инверторе DD2.1 и мигающем светодиоде HL1.
Миниатюрная лампа накаливания EL1, включенная в разрядную цепь конденсатора С9, компенсирует небольшой отрицательный температурный дрейф напряжения на выходе приставки.
На микросхеме DA1 и светодиоде HL2 собран стабилизатор напряженияна 6…6,5 В, которое необходимо для обеспечения высокой точности работы приставки. ИМС КР142ЕН17А способна работать при малом падении напряжения между входом и выходом и как нельзя лучше подходит для устройств с батарейным питанием. При ее отсутствии стабилизатор можно собрать по схеме, приведенной на рис.2. Подробные сведения о микросхеме КР142ЕН17 можно почерпнуть в [3].
Рис.2. Стабилизатор напряжения на 6…6,5 В
Детали и конструкция. Постоянные резисторы можно использовать типа МТЛ-0,125, С1-4-0,125; подстроечные — СПЗ-38а, СПЗ-386, РП1-63М. Для облегчения настройки, R15 лучше взять многооборотный, типов СП5-2, СПЗ-39а, сопротивлением 470 Ом. Конденсатор С11 — пленочный, желательно, с минимальным ТКЕ, например, К31-10, К31-11. Оксидный конденсатор С9 — ниобиевый К53-4.
На его место можно поставить конденсатор другого типа с малой утечкой (К52, К53). Остальные оксидные конденсаторы — К50-24, К50-35 или их импортные аналоги. Неполярные блокировочные конденсаторы — КМ-5, КМ-6, К10-176. Диоды VD1…VD8, VD10 — КД503, КД510, КД522, 1N4148. Мигающий светодиод HL1 — любого типа, предпочтительнее красного свечения. Светодиод HL2 должен быть серии АЛ307 с индексами А, Б, К или Л. Диод VD9 — обязательно германиевый, например, Д20, Д9.
Полевой транзистор VT2 можно заменить на любой из серии КП305. При отсутствии полевых транзисторов с изолированным затвором и n-каналом, допустимо применить транзисторы с p-n-переходом, например, КП307, КПЗОЗ. VT1, VT3, VT4 — КТ3102, КТ3130, SS9018, 2SD734; VT5, VT6 — любые из серий КТ3107, SS9015.
Микросхемы DD1, DD2 заменимы аналогичными серий 564, КР1561. С изменением схемы включения счетчики DD3…DD5 можно заменить на К561ИЕ14, КР1561ИЕ14. На месте DD4, DD5 можно использовать и К176ИЕ4, К176ИЕ2, также включив их как делители частоты на 10.
Приставка смонтирована на плате размерами 110×60 мм (фото на обложке) навесным или печатным монтажом. Транзисторы VT5, VT6 и диод VD9 размещаются вплотную друг к другу. На них надвигается небольшой бумажный цилиндр, который потом заливается парафином. Блокировочные конденсаторы С6, С7 устанавливаются вблизи микросхем DD1, DD2. На рис.1 показано минимально необходимое число блокировочных конденсаторов. Если приставка будет эксплуатироваться только в стационарных условиях, то напряжение питания микросхем желательно увеличить до 9В.
Подав на устройство напряжение питания, в отсутствие сигнала на входе измеряют напряжение на стоке VT2, которое должно быть около 2,4 В. При необходимости оно устанавливается подбором R7. Далее VT5 и R18 временно отсоединяются от выходов DD2.2…DD2.4 и подключаются к выводу «+» конденсатора С8. Подбором R18 устанавливается ток коллектора VT6 в пределах 1,5…2 мА. Восстановив прежнее соединение, на вход устройства с генератора подается синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц и амплитудой 250 мВ. Контролируя осциллографом сигнал на коллекторе VT4, вращением движка R11 добиваемся меандра. Если это не удается, следует подобрать R8. Первый этап настройки закончен.
Далее, к выходу приставки подключается мультиметр, включенный на режим измерения постоянных напряжений (пределы -1999,9 мВ, 400 мВ или 200 мВ). К выходу генератора сигналов подключается эталонный частотомер. На генераторе устанавливается частота 3800 Гц или 1800 Гц амплитудой 1 В. Подбором R19 и подстройкой R15 добиваются показаний на дисплее 380,0 мВ (180,0 мВ). Затем частота генератора уменьшается в 10 раз. Если показания на цифровом частотомере и мультиметре разошлись более чем на ±2 ед. младшего разряда, то следует проверить VT5, VT6, VD10, С9. Практически же, никакого расхождения в показаниях быть не должно! Переключая SA1, убеждаемся в работе делителей частоты DD3…DD5.
Термокомпенсацию всего устройства можно произвести, подключая последовательно с R19 терморезистор или лампу накаливания. Если показания на мульметре уменьшаются с ростом окружающей температуры, то следует подключить терморезистор с положительным ТКС или малогабаритную лампу накаливания на 24…60 В. Если показания мультиметра увеличиваются с ростом температуры (естественно, при неизменной частоте входного сигнала), то подключается терморезистор с отрицательным ТКС. Если получилась перекомпенсация, то термодатчик надо зашунтировать обычным резистором.
Примерное сопротивление подключаемого термодатчика при температуре 25°С — 30…300 Ом. Термокомпенсацию можно выполнить и подругому, например, подключением параллельно с С11 керамического конденсатора на несколько десятков пико-фарад с требуемым ТКЕ.
При монтаже транзистора VT2 и микросхем следует соблюдать обычные меры предосторожности при работе с МОП-приборами. Выводы и корпус полевого транзистора перед снятием замыкающей трубочки временно обматываются мягкой проволочной перемычкой.
Если приставкой потребуется измерять более высокие частоты, то микросхемы необходимо заменить функциональными аналогами из серии КР1554, например, КР1554ИЕ6, переделать входной усилитель и снизить напряжение питания ИМС до 5,5 В. Соответственно, потребуется увеличить и число делителей. Когда от приставки потребуется более высокая чувствительность, можно добавить еще один каскад на полевом транзисторе или построить дифференциальный усилитель (VT3, VT4) по схеме токового зеркала.
При возникновении трудностей с приобретением подходящего малогабаритного переключателя, можно построить его функциональный аналог на микросхеме К561ТМ2, включенной как двухразрядный двоичный счетчик, и мультиплексоре К561КТЗ. Переключение диапазонов в этом случае производится одной кнопкой (TD-06XEX SMD). Следует учитывать, что после многократной перегрузки требуется несколько секунд для восстановления высокой точности счета (из-за локального разогрева кристаллов VT5, VT6).
Источники
Нечаев И. Комбинированный частотомер. — Радио, 1993, N9, С.22-24.
Гриев Ю. Аналоговый частотомер с автоматическим выбором предела измерения. В помощь радиолюбителю. — Москва: Патриот, 1990, N108, С.40-51.
Нефедов А. Микросхемы серии КР142ЕН17 -стабилизаторы напряжения. — Радио, 1998, N6, С.65.
Автор: А.БУТОВ, с.Курба, Ярославской обл.
Раздел: [Конструкции простой сложности]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:
Широкополосный щуп — приставка к мультиметру для измерения переменного напряжения
Измерительная техника
Главная Радиолюбителю Измерительная техника
Цифровые мультиметры широко применяются в радиолюбительской практике и помогают решать большинство задач по проведению измерений. Однако при измерении переменного напряжения зачастую возникают большие проблемы. Хотя большинство мультиметров и имеют такую функцию, диапазон частот у них, как правило, ограничен частотой несколько сот герц или единицами килогерц.
Для устранения такого «пробела» предлагается снабдить мультиметр выносным щупом-приставкой, который преобразует переменное напряжение (в том числе и высокочастотное) в постоянное. Самый простой вариант такого щупа — детекторная головка на основе чувствительного германиевого диода или диода Шоттки [1, 2].
Применив специализированные микросхемы, можно сделать щуп [3] с большим частотным (до 500 МГц) и динамическим диапазонами и обеспечивающий индикацию напряжения в децибелах относительно 1 В (дБВ).
Самый простой и доступный вариант — это, конечно, щуп с детектором (выпрямителем). Описание такого щупа в виде приставки к мультиметру приводится далее. За основу была взята конструкция ВЧ-пробников, описания которых приведены в [4, 5].
Щуп для мультиметра с входным сопротивлением 10 МОм
Схема щупа показана на рис. 1. Он предназначен для совместной работы с мультиметром, у которого входное сопротивление не менее 10 МОм и который включён в режим измерения постоянного напряжения. Для повышения удобства измерений он должен иметь автоматический переключатель пределов измерения. В наличии был мультиметр APPA 61, который отвечает этим требованиям и у которого минимальная единица измерения 1 мВ и высокая точность.
Рис. 1. Схема щупа
Щуп собран на одном германиевом диоде VD1, который и определяет основные параметры, в первую очередь чувствительность. Максимальная амплитуда входного напряжения ограничена значением допустимого обратного напряжения применённого детекторного диода. Для диода КД507А это напряжение — 20 В, поэтому амплитуда входного напряжения не должна превышать 10 В. Для развязки мультиметра от измеряемой цепи установлены резисторы R1 и R2. Поскольку они установлены в каждый из проводов, последние оказываются развязанными от контролируемой цепи, что позволяет измерять переменное напряжение не только относительного общего провода, но и на отдельном элементе. Подстроечный резистор R3 — калибровочный. Конденсатор С1 обеспечивает развязку по постоянному току, а его ёмкость задаёт нижнюю граничную частоту. Верхняя граничная частота определяется, в первую очередь, параметрами диода. В отличие от пробников [4, 5], ёмкость разделительного конденсатора увеличена, что обеспечило нижнюю граничную частоту около 100 Гц. Но пробник можно сделать чисто высокочастотным, для этого ёмкость конденсатора С1 должна быть 300…500 пФ.
Для выравнивания передаточной характеристики применена цепь из резистора R4 и коллекторного перехода транзистора VT1. При входном напряжении до 0,3…0,5 В эта цепь практически не влияет на выходное напряжение щупа. С ростом входного напряжения p-n переход открывается и совместно с резистором R4 шунтирует вход мультиметра, уменьшая его показания. В схеме пробника [3] для этой цели использован кремниевый диод, но в предлагаемой конструкции лучшие результаты получены с коллекторным переходом кремниевого маломощного транзистора, поскольку прямое напряжение у него оказалось больше.
Коэффициент передачи щупа — 1, это означает, что при подаче на вход переменного напряжения с действующим значением 1 В мультиметр будет индицировать постоянное напряжение 1 В. Вблизи этого напряжения рекомендуется проводить калибровку.
В щупе применены постоянные резисторы Р1-4, С2-23, МЛТ, подстроечный резистор — СП3-19а, конденсатор — К10-17 или импортный, диод — высокочастотный германиевый, транзистор — кремниевый маломощный. Для корпуса щупа был использован пластмассовый корпус от авторучки. Чтобы все применённые элементы разместились в нём, внутренний диаметр корпуса должен быть не менее 8 мм. Чертёж двухсторонней печатной платы из стеклотекстолита толщиной 1 мм для этого варианта показан на рис. 2. Все элементы размещены на отрезке платы длиной 80 мм, но её общая длина может быть больше, в зависимости от корпуса и желания радиолюбителя.
Рис. 2. Чертёж двухсторонней печатной платы и элементы на ней
Штырь ХP1 — припаянная к печатной площадке швейная игла или отрезок жёсткой металлической проволоки. Штырь XP2 — это отрезок лужёного провода, который выведен через боковое отверстие в корпусе щупа и который можно снабдить каким-либо разъёмом, например, зажимом «крокодил» или металлическим штырём. Чем выше желаемая частота работы щупа, тем короче должны быть все соединения и разъёмы.
Внешний вид смонтированной платы и элементов корпуса до сборки показан на рис. 3. Для подключения к мультиметру применён тонкий гибкий двухпроводный кабель, снабжённый на концах вилками XP3 и XP4. В данном случае подошли вилки ШП-4. Соединительный кабель размещён со стороны установки элементов и припаян к печатным проводникам на плате. После этого он закреплён на ней с помощью термоклея. Для возможности периодической калибровки щупа в корпусе, напротив движка подстроечного резистора, сделано отверстие диаметром 3…3,5 мм, которое можно заклеить отрезком липкой ленты (скотча). Вид смонтированного щупа показан на рис. 4.
Рис. 3. Внешний вид смонтированной платы и элементов корпуса до сборки
Рис. 4. Вид смонтированного щупа
Следует отметить, что для другого экземпляра диода VD1, возможно, потребуется замена транзистора VT1 кремниевым маломощным диодом. Поэтому перед сборкой щупа следует провести предварительный подбор этих элементов, проводя калибровку и снимая при каждой замене амплитудную характеристику. Сделать это можно на низкой частоте.
Зависимость отклонений показаний системы щуп-мультиметр от входного напряжения показана на рис. 5. Калибровка проводилась на частоте 1 МГц при напряжении 2 В. В зависимости от наиболее часто используемого интервала измеряемых напряжений, калибровку можно проводить и при другом напряжении. Следует учесть, что эти отклонения складываются или вычитаются с погрешностью установки выходного напряжения генератора. Входное сопротивление этого щупа — около мега-ома, входная ёмкость зависит от ёмкости диода и конструктивной ёмкости.
Рис. 5. Зависимость отклонений показаний системы щуп-мультиметр от входного напряжения
Для повышения точности измерений можно сделать корректировочную таблицу или график и периодически проводить калибровку щупа. При частом использовании можно просто запомнить значения погрешности в процентах и корректировать показания в уме. Точно определить верхнюю граничную частоту не удалось, но до частоты 300 МГц отклонения показаний не превышали нескольких процентов.
Щуп для мультиметра с входным сопротивлением 1 МОм
Щуп можно сделать и для мультиметров серий DT-83x, М830х и аналогичных. Поскольку у них при измерении напряжения входное сопротивление около 1 МОм, номиналы элементов требуется изменить в сторону уменьшения. Соответственно уменьшится и входное сопротивление щупа. Схема щупа для этого случая показана на рис. 6. Если не требуется высокой верхней граничной частоты, в качестве детектора можно применить германиевые диоды серии Д9. Если планируется измерять переменное напряжение до 20 В, предпочтение следует отдать диодам с допустимым обратным напряжением не менее 50 В.
Рис. 6. Схема щупа для мультиметра с входным сопротивлением 1 МОм
Для корпуса щупа был применён пластмассовый корпус от фломастера меньшего диаметра, поэтому часть элементов — для поверхностного монтажа. Чертёж печатной платы этого варианта показан на рис. 7. Она — двухсторонняя, и её максимальная длина может быть любой подходящей для установки в корпусе, но не менее 60 мм. Крепление платы, проводов аналогично описанному в [6]. Применены конденсатор К10-17в и постоянные резисторы типоразмера 0805 или 1206, подстроечный резистор — PVZ3A, транзистор — любой маломощный кремниевый, в том числе и для поверхностного монтажа, например, серии КТ3130. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 8, а щупа в сборе — на рис. 9.
Рис. 7. Чертёж печатной платы щупа для мультиметра с входным сопротивлением 1 МОм
Рис. 8. Внешний вид смонтированной платы
Рис. 9. Внешний вид щупа в сборе
Коллекторный p-n переход транзистора в этих щупах можно заменить кремниевым диодом. Для примера взамен транзисторного перехода был установлен диод КД522Б (выделен на рис. 6 цветом), что, конечно, привело к изменению передаточной характеристики. Зависимости отклонений показаний системы щуп-мультиметр от входного напряжения для транзистора и диода показаны на рис. 10. Видно, что положение точек перегиба характеристик различаются. Верхняя частота щупа с указанным на схеме детекторным диодом — около 50 МГц. Входное сопротивление этого щупа — несколько сотен килоом, входная ёмкость зависит от ёмкости диода и конструктивной ёмкости.
Рис. 10. Зависимости отклонений показаний системы щуп-мультиметр от входного напряжения для транзистора и диода
Проводя эксперименты с различными типами и экземплярами детекторного и выравнивающего диода (или двух, соединённых последовательно) и подбирая резисторы, можно добиться повышения точности измерения. Кроме того, следует учесть, что при замене мультиметра на аналогичный рекомендуется провести калибровку и снять передаточную характеристику.
Чтобы сделать один из проводов общим для мультиметра и измеряемой цепи, взамен резистора R2 устанавливают проволочную перемычку, а сопротивление резистора R1 увеличивают в два раза. Полярность подключения щупа в этом случае будет иметь значение.
Налаживание и калибровку проводят вместе с тем мультиметром, с которым планируется эксплуатировать щуп. Их проводят в соответствии с рис. 11 на частоте, превышающей нижнюю частоту в несколько раз. Для этого потребуются генератор с нормированным выходным напряжением (или поверенный высокоомный ВЧ-вольтметр), ВЧ-кабель или его отрезок с волновым сопротивлением, соответствующим выходному сопротивлению генератора (как правило, 50 Ом), и проходная согласованная нагрузка (или безындукционный резистор R1 соответствующего сопротивления).
Рис. 11. Налаживание и калибровка устройства
Подключая щуп к выходу проходной нагрузки (резистору R1) и установив желаемое выходное напряжение, например 1 В, подстроечным резистором устанавливают показания мультиметра — 1 В. Затем, изменяя выходное напряжение, снимают передаточную характеристику и при необходимости подбирают резисторы для её корректировки. Если установлены резисторы R1 и R2, полярность подключения щупа не имеет значения, просто в одном из вариантов на табло мультиметра будет индицироваться знак минус. В авторском варианте калибровка и измерение основных параметров щупа проводились с помощью ВЧ-генератора Г4-153 (максимальное выходное напряжение — 11 В) и проходной нагрузки 50 Ом.
В заключение следует отметить, что хотя предложенные щупы и не претендуют на высокую точность измерений, они просты в изготовлении и с их помощью можно существенно расширить функциональные возможности мультиметра.
Чертежи печатных плат в формате Sprint-Layout и литературные источники [4, 5] имеются здесь.
Литература
1. Степанов Б. ВЧ головка к цифровому мультиметру. — Радио, 2006, № 8, с. 58, 59.
2. Степанов Б. ВЧ вольтметр на диоде Шотки. — Радио, 2008, № 1, с. 61, 62.
3. Нечаев И. Высокочастотный щуп-приставка к цифровому мультиметру. — Радио, 2004, № 11, с. 24, 25.
4. Instruction Sheet 85RF. — URL: http:// elcodis.com/parts/885531/85RF_dt1344-35.html#datasheet (23.04.19).
5. 85RF II High Frequency Probe Instruction Sheet. — URL: https://www.instrumart.com/ assets/85RF-II-manual.pdf (23.04.19).
6. Нечаев И. Высокоомный щуп для осциллографа с входным сопротивлением 50 Ом. — Радио, 2019, № 7, с. 9-11.
Автор: И. Нечаев, г. Москва
Дата публикации: 12.08.2019
Рекомендуем к данному материалу …
Мнения читателей
Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:
приборы и методы, как сделать самому, Ремонт и Строительство
Не так часто приходится узнавать именно частоту переменного тока, по сравнению с такими показателями, как напряжение и сила тока. Например, для того чтобы измерить силу тока можно воспользоваться измерительными клещами, для этого даже необязательно контактировать с токопроводящими частями, да и напряжение проверяет любой стрелочный или цифровой мультиметр. Однако, чтобы проверить частоту, с какой меняется полярность в цепях переменного тока, то есть количество его полных периодов, используется частотомер. В принципе, прибор с таким же названием может измерять и количество механических колебаний за определённый период времени, но в этой статье речь пойдёт исключительно об электрической величине. Далее мы расскажем, как проводится измерение частоты переменного тока мультиметром и частотомером.
Какие приборы можно использовать
Классификация частотомеров
Все данные приборы делятся на две основные группы по области их применения:
- Электроизмерительные. Применяются для бытового или же производственного измерения частоты в цепях переменного тока. Их используют при частотной регулировке оборотов асинхронных двигателей, так как вид частотного измерения оборотов, в этом случае, самый эффективный и распространённый.
- Радиоизмерительные. Нашли применение исключительно в радиотехнике и могут измерять широкий диапазон высокочастотного напряжения.
По конструкции частотомеры делятся на щитовые, стационарные и переносные. Естественно, переносные более компактные, универсальные и мобильные устройства, которые широко применяются радиолюбителями.
Для любого типа частотомера самыми важными характеристиками, на которые, в принципе, и должен обращать внимание человек при покупке, являются:
- Диапазон частот, которые прибор сможет измерить. При планировании работы именно со стандартной промышленной величиной 50 Гц, нужно внимательно ознакомиться с инструкцией, так как не все приборы её смогут увидеть.
- Рабочее напряжение в цепях, в которых будут проходить измерительные работы.
- Чувствительность, эта величина более важна для радиочастотных устройств.
- Погрешность, с которой он может производить замеры.
Мультиметр с функцией измерения частоты переменного тока
Самый распространенный прибор, с помощью которого можно узнать величину частотных колебаний и который находится в свободном широком доступе — это мультиметр. Нужно обращать своё внимание на его функциональные возможности, так как не каждый такой прибор сможет измерить частоту переменного тока в розетке или же другой электрической цепи.
Такой тестер выполняется чаще всего очень компактным, для того чтобы в сумке он легко помещался, и был максимально функциональным, измеряющим помимо частоты также напряжение, ток, сопротивление, а иногда даже температуру воздуха, ёмкость и индуктивность. Современный вид мультиметра и его схема основаны чисто на цифровых электронных элементах, для более точного измерения. Состоит такой мультиметр из:
- Жидкокристаллического информативного индикатора для отображения результатов измерения, расположенного, чаще всего, в верхней части конструкции.
- Переключателя, в основном, он выполнен в виде механического элемента, позволяющего быстро перейти от измерения одних величин к другим. Нужно быть очень осторожным, так как, допустим, если измерять напряжение, а переключатель будет стоять на отметке «I», то есть сила тока, тогда следствием этого неминуемо будет короткое замыкание, которое приведёт не только к выходу со строя прибора, но может вызвать и термический ожог дугой рук и лица человека.
- Гнезд для щупов. С их помощью непосредственно происходит электрическая связь прибора с измеряемым токопроводящим объектом. Провода не должны иметь потрескиваний и изломов изоляции, особенно это касается их наконечников, которые будут находиться в руках измеряющего.
Хотелось бы также упомянуть о специальных приставках к мультиметру, которые существуют и разработаны специально для того, чтобы увеличить число функций обычного прибора со стандартным набором.
Как выполняется измерение частоты
Перед тем как пользоваться мультиметром, а в частности, частотомером, внимательно нужно ознакомиться ещё раз с теми параметрами, которые он имеет возможность измерять. Для того чтобы правильно произвести их замер нужно освоить несколько этапов:
- Включить прибор соответствующей кнопкой на корпусе, чаще всего она выделена ярким цветом.
- Установить переключатель на измерение частоты переменного тока.
- Взяв в руки два щупа и подключив их, согласно инструкции в соответствующие гнёзда, произведём опробование измерительного устройства. Для начала нужно попробовать узнать частоту напряжения в стандартной сети 220 Вольт, она должна равняться 50 Гц (отклонение может быть в несколько десятых). Эта величина чётко контролируется поставщиком электрической энергии, так как при её изменении могут выйти из строя электроприборы. Поставщик отвечает за качество предоставляемой электроэнергии и строго соблюдает все её параметры. Кстати, такая величина является стандартной не во всех странах. Присоединив выводы частотомера к выводам розетки, на приборе высветится величина около 50 Гц. Если показатель будет отличаться, то это будет его погрешностью и при следующих измерениях это нужно будет обязательно учесть.
Далее, можно смело производить необходимые замеры, помня что частота есть только у переменного вида напряжения, постоянный ток не имеет изменяющегося периодически значения.
Другие альтернативные методы измерения
Самый эффективный и простой способ проверки частоты — это использование осциллографа. Именно осциллографом пользуются все профессиональные электронщики, так как на нём можно визуально увидеть не только цифры, но и саму диаграмму. При этом нужно обязательно отключить встроенный генератор. Новичку в электронике будет довольно проблематично выполнить данные измерения с помощью этого прибора. О том, как пользоваться осциллографом, мы рассказали в отдельной статье.
Второй вариант — это измерение с помощью конденсаторного частотомера, имеющего диапазон измерений 10 Гц-1 МГц и погрешность около 2%. Он определяет среднее значение тока разрядки и зарядки, которое будет пропорционально частоте и измеряется косвенно с помощью магнитоэлектрического амперметра, со специальной шкалой.
Ещё один метод называется резонансный и основан он на явлении резонанса, возникающего в электрическом контуре. Тоже имеет шкалу с механизмом точной подстройки. Однако промышленную величину в 50 Гц этим способом невозможно проверить, работает он от 50 000 Гц.
Также вы должны знать, что существует реле частоты. Обычно на предприятиях, подстанциях, электростанциях — это основное устройство, которым контролируют изменение частоты. Данное реле воздействует на другие устройства защиты и автоматики для поддержания частоты на необходимом уровне. Есть разные типы реле частоты с разным функционалом, об этом мы расскажем в других публикациях.
Все же мультиметры и электронные цифровые частотомеры работают на обычном счёте импульсов, которые являются неотъемлемой частью, как импульсного так и другого переменного напряжения, необязательно синусоидального за определенный промежуток времени, обеспечивая при этом максимальную точность, а также широчайший диапазон.
Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Теперь вы знаете, как выполнить измерение частоты тока в сети мультиметром и частотомером. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!
Будет интересно прочитать: