Высокоомный стрелочный вольтметр было решено собирать

Высокоомный стрелочный вольтметр было решено собирать по схеме представленной на рисунке. Аналоговое представление измеряемого напряжения обычно более наглядно в случае его быстрого изменения — не требуется интерпретация «больше-меньше», но предоставляет меньшую точность, чем цифровая индикация. Высокоомный стрелочный вольтметр было решено делать с входным сопротивлением более 20 МОм, для сравнения, дешёвые цифровые мультиметры обычно имеют входное сопротивление в режиме измерения напряжений всего 1 МОм или 10 МОм, а магнитоэлектрический ТЛ-4М всего около 300 кОм на диапазоне «30 В» постоянного тока. Число диапазонов для вольтметра было выбрано равным четырём, по числу положений имеющегося компактного галетного переключателя. Питается вольтметр от сети переменного тока, что исключает периодическую необходимость замены батарей.

Принципиальная схема высокоомный стрелочный вольтметр показана на рис.

Измеряемое напряжение постоянного тока поступает на неивертирующий вход операционного усилителя DA2 через последовательно включенные высокоомные резисторы R6, R7, которые совместно с резистором R8 образуют делитель входного напряжения. В случае, когда переключатель диапазонов SA1 находится в левом по схеме положении, вольтметр будет измерять напряжение до 0,3 В. В других положениях переключателя SA1 к общему проводу будет подключена одна из цепочек резисторов R12R13, R14R15 или R16R17, соответственно, от положения SA1 будет выбран диапазон измерений 0,3, 3,0, 30 или 300 Вольт. Коэффициент усиления DA2 по напряжению зависит от соотношения сопротивлений резисторов R22/R18, выбран около 16, что необходимо для работы микроамперметра РА1 с относительно низкой чувствительностью. Микроамперметр включен в диагональ выпрямительного моста VD13 – VD16. Диод VD17 снижает величину перегрузки РА1. Конденсатор С7 уменьшает чувствительность прибора к наводкам напряжения переменного тока. Диоды VD8 – VD12 защищают DA2 от повреждения высоким входным напряжением.

При настройке этого высокоомный стрелочный вольтметр было выявлено, что температура защитных диодов VD8 – VD12 влияет на показания РА1, поэтому было установлено четыре защитных диода, а не два, как в публикации [1]. Резистор R26 ограничивает ток через микроамперметр, диоды выпрямительного моста и выход DA2. Переменным резистором R24 при замкнутых между собой щупах X1, Х2 устанавливают стрелку РА1 на нулевое деление шкалы.

На операционном усилителе DA1 собран индикатор полярности измеряемого напряжения. Если на щупе X1 плюс, то светит «красный» светодиод HL2. Если на X1 минус, то светит «синий» HL3. Подстроечным резистором R11 при замкнутых щупах X1, Х2 и установленной на ноль стрелке РА1 устанавливают минимально возможное напряжение на выходе DA1, вывод 6. Максимальное напряжение на щупах X1, Х2 не должно превышать 1000 В, иначе возможны пробои резисторов делителя напряжения и искровые пробои между контактами монтажа.

Микросхемы DA1, DA2 питаются двуполярным напряжением +/- 8,3 В от параметрических стабилизаторов напряжений положительной и отрицательной полярности, собранных на транзисторах VT1, VT2 и элементах их обвязки. Модуль стабилизаторов напряжений изготовлен на отдельной плате, на принципиальной схеме обозначен как А2. На стабилизаторы напряжений поступает напряжение переменного тока около 16 В от сетевого адаптера, обозначенного как модуль А1. Резисторы R1, R2 уменьшают вероятность повреждения понижающего трансформатора Т1 и снижают его ток холостого хода. Светодиод HL1 светит при включении адаптера в сеть переменного тока 220 В. Светодиоды HL4, HL5 подсвечивают шкалу микроамперметра.

Большинство деталей высокоомный стрелочный вольтметр установлено на монтажной плате размерами 79×35 мм. Монтаж двусторонний навесной. Детали стабилизатора напряжений установлены на монтажной плате размерами 73×32 мм. Прибор помещён в пластмассовый корпус размерами 85x85x42 мм. Корпус изнутри частично оклеен липкой алюминиевой фольгой, электрически соединённой с общим проводом, точка подключения — резистор R8, к которому также подключен щуп Х2. В качестве сетевого адаптера применён источник питания для телевизионного антенного усилителя. Не разбирая сердечника трансформатора, с вторичной обмотки Т1 отматывают около 120 витков провода с тем расчётом, чтобы в режиме холостого хода на выводах обмотки II было напряжение около 18 В. Стабилизатор напряжения +12 В удаляют. Диоды мостового выпрямителя можно применить для сборки индикаторного узла VD1 – VD4, HL1, R3. Сетевой адаптер потребляет от сети 220 В ток около 8 мА. Ток через вторичную обмотку Т1 около З0мА.

Постоянные резисторы типов C1-14, С2-14, С2-23, С1-4, МЯТ, РПМ соответствующей мощности. Переменный резистор R24 типа СП4-1, СПЗ-9. Подстроечный резистор R11 малогабаритный импортный или СПЗ-39а, СП5-2, СП5-16ВА сопротивлением 4,7…100 кОм. Конденсатор С7 малогабаритный плёночный. Остальные неполярные К10-17, К10-50 или импортные аналоги. Оксидные конденсаторы малогабаритные импортные или К53-19, К53-30. Диоды 1N4148 можно заменить любыми из 1SS176, 1SS244, КД521, КД522.

Вместо диодов 1N4007 подойдут любые из 1N4001 -1N4006, UF4001 – UF4007, КД209, КД243, КД247. Германиевые диоды Д9Е можно заменить любыми из серий Д9, Д18, ГД507, 2Д507 или маломощными диодами Шотки, например, SB140, 1N5818. Вместо стабилитронов BZV55C-9V1 подойдут 1N4739A, TZMC-9V1, Д814Б1, КС191Ф, КС191Ж. Светодиоды серии RL30 относятся к сверхъярким, можно заменить любыми аналогичными непрерывного свечения. «Белые» светодиоды HL4, HL5 приклеены к боковым стенкам микроамперметра РА1.

Вместо транзистора 2SD1616 подойдёт любой из 2SC2331, 2SC2500, SS8050, КТ646, КТ6114, КТ503. Транзистор 2SA1271 можно заменить на любой из серий SS8550, 2SA916, 2SA931, КТ502, КТ6115, КТ684. Упомянутые транзисторы имеют отличия в цоколёвке выводов и типе корпуса. Вместо микросхем КР544УД2Б подойдут любые из КР544УД2, К544УД2, LF355, LF255, LF155, LF356, LF256, LF156, LF357, LF257, LF157. Все эти микросхемы имеют одинаковые схемы включения и близкие параметры, содержат полевые транзисторы на входах. При отсутствии ненужного сетевого адаптера для антенного усилителя, на месте Т1 можно применить унифицированный понижающий трансформатор ТПК-2-12В. Галетный переключатель малогабаритный импортный, идущий к нему кабель должен быть экранирован. Микроамперметр применён типа М4167 от индикатора уровня Записи/Воспроизведения катушечного магнитофона «Сатурн». Следует учитывать, что шкала с таким микроамперметром будет нелинейной. Пример шкалы показан на рис. размер шкалы 54×44 мм.

Нулевое деление шкалы должно быть в месте нахождения стрелки при обесточенной катушке. Максимальное деление шкалы должно находиться в правой части, не доходя около 5… 10 градусов до ограничителя хода подвижной стрелки.

Для настройки изготовленного высокоомный стрелочный вольтметр щупы X1, Х2 соединяют вместе. После чего, подбором сопротивлений резисторов R21, R23 добиваются того, чтобы при перемещении движка переменного резистора R24 из конца в конец, стрелка РА1 перемещалась от нулевого деления шкалы до примерно её середины в обоих крайних положениях R24. Установив стрелку РА1 на нулевое деление шкалы, подбором сопротивления резистора R8 настраивают работу прибора на диапазоне 0,3 В. Затем изготавливают рабочую копию шкалы РА1. После сборки микроамперметра подбором резисторов R12 – R17 настраивают работу вольтметра на других диапазонах. При настройке прибора измеряемое напряжение не должно содержать переменной составляющей. Если будет применён более чувствительный микроамперметр, то усиление DA2 можно уменьшить, установив резистор R18 большего сопротивления.

Высокоомный вольтметр

Радио, 1973 №8

Для измерения постоянных напряжений часто необходимо иметь вольтметр, обладающий возможно большим входным сопротивлением. Такой вольтметр можно построить, используя усилитель постоянного тока автогенераторного типа и варикапный мост или ёмкостный делитель. В журнале «Радио» № 5 за 1967 год был описан подобный вольтметр. Измеряемое им напряжение в нём управляет цепью положительной обратной связи автогенератора. Поэтому амплитуда колебаний, вырабатываемых им, зависит от величины подводимого напряжения. Эти колебания детектируются и измеряются стрелочным прибором. При измерении сумма постоянного и переменного напряжений действующих в цепи обратной связи, не должна превышать нескольких десятков милливольт. Это затрудняет налаживание вольтметра. Кроме того, необходимо иметь усилитель переменного тока с большим коэффициентом усиления. Если же действующее в цепи обратной связи напряжение составляет десятые доли вольта, то входное сопротивление вольтметра резко уменьшается.

В вольтметре, принципиальная схема которого изображена па рисунке, измеряемое напряжение изменяет ёмкость варикапов, включённых а цепь обратной связи. Чем больше напряжение на входе, тем больше ёмкость варикапов и тем больше положительная обратная связь. Такой способ включения варикапов позволяет подавать значительно большие напряжения на варикап и, следовательно, иметь больший коэффициент передачи усилителя переменного тока.

Вольтметром можно намерять напряжения от 0,3 до 300В с приделами измерений 3, 30 и 300В. Входное сопротивление его достигает нескольких гигаом на минимальном пределе измерений. На других пределах оно определяется входным делителем и составляет не менее 100 Мом.

Основным узлом вольтметра является управляемый автогенератор, собранный на транзисторе Т1. Колебательный контур его образован обмоткой II трансформатора Тр1 и конденсатором С4. Положительная обратная связь осуществляется с помощью обмотки I трансформатора через конденсаторы С2, С3 и варикапы Д1-Д3. Глубина обратной связи определяется величиной ёмкости параллельно соединённых варикапов Д1-Д3 и конденсаторов С2, С3. Напряжение смещения на варикапах (около 3В устанавливают подбором сопротивления резистора R5. Автогенератор генерирует колебания частотой 465 кГц. Они с обмотки III трансформатора Тр1 поступают на выпрямитель, выполненный на диодах Д4-Д7. Выпрямленный ток измеряется измерительным прибором ИП1. Конденсатор С6 служит для фильтрации высокочастотных колебаний. Включение трёх варикапов Д1-Д3 параллельно вызвано необходимостью увеличения начальной ёмкости и диапазона изменения ёмкости варикапов. Конденсатором С2 добиваются возникновения генерации автогенератора, и конденсатором С4 устанавливают генерируемую частоту колебаний.

В вольтметре резисторы R1-R3, R6 — БЛП ± 0.25%, а R4 и R5 — МЛТ. Вместо транзистора МП102 можно применить более высокочастотные транзисторы П307 или КТ312Б. Тогда варикапы Д1-ДЗ (Д901Б) можно заменить одним диодом Д223Б или другим с обратным током не более 1 мкА. Трансформатор Тр1 представляют собой типовой импульсный трансформатор И-56. Он намотан на двух ферритовых кольцах М1100НМИ-1-К7х4х2, склеенных вместе. Все три обмотки содержат по 33 витки провода ПЭЛШО 0,12. Диоды Д2Д (Д4-Д7) могут быть заменены диодами Д311 или Д20. В вольтметре использован измерительный прибор М24 с пределом измерения 100 мкА. Он может быть заменён прибором М265 с пределом измерении 50 или 100 мкА.

Налаживание вольтметра несложно. Сначала устанавливают режим работы автогенератора и варикапов подбором сопротивлении резистора R5 так, чтобы напряжение на варикапах было бы около 3В. При замкнутых входных гнёздах, изменяя ёмкость конденсатора С2, добиваются возникновения генерации автогенератора. Это контролируют по отклонению стрелки измерительного прибора. Затем устанавливают такую ёмкость конденсатора С2, чтобы при дальнейшем уменьшении её автогенератор не генерировал. Механическим корректором измерительного прибора устанавливают стрелку на нуль. Калибруют вольтметр при измеряемом напряжении 3В подбором сопротивления резистора R6 по отклонению стрелки прибора на всю шкалу. При подаче на вход напряжений 30 и 300В добиваются отклонения стрелки прибора на всю шкалу подбором сопротивления резисторов R2 и R3 в соответствующем положении переключателя Б1.

Кроме измерения напряжений, вольтметр можно применить для настройки радиоприёмников и налаживании усилителей ПЧ. Для этого необходимо с обмотки III трансформатора Тр1 подать сигнал через согласующий каскад (эмиттерный повторитель) на вход усилителя. Чтобы сигнал был модулированным, ко входу вольтметра необходимо подключить источник переменного напряжения (например, сеть).

Вольтметр также может быть использован как линейный усилитель. Наивысшая частота усиливаемых колебаний в этом случал в десять раз меньше частоты генерация и равна 46,5 кГц. Для этого генератор должен быть налажен так, чтобы при отсутствии входного напряжения, напряжение на выходе соответствовало середине модуляционной характеристики генератора.

BACK

10. Вольтметр. Измерительные приборы. Радиоэлектроника, схемы радиолюбителям

Для измерения напряжений в различных цепях радиолюбительских конструкций Вы обычно пользуетесь авометром, работающим в режиме вольтметра. Но иногда забываете, что этот прибор потребляет ток, обладая сравнительно низким входным сопротивлением, и поэтому является нагрузкой для контролируемой цепи. Вот почему результаты измерений могут иногда значительно отличаться от истинных значений напряжений. Как быть?

Прежде всего нужно помнить, что авометр, например Ц-20, обладает входным сопротивлением около 6 кОм/В и пользоваться им можно лишь для контроля параметров низкоомных цепей, по которым протекает значительный, по сравнению с измерительной цепью, ток.

Для проверки же высокоомных цепей нужно повысить относительное входное сопротивление авометра хотя бы до сотен килоом на вольт. Поможет здесь:

Приставка-вольтметр постоянного тока

Схема такой приставки приведена на рис. В-1. В ней используется полевой транзистор с каналом n-типа КП303Д, позволивший в итоге повысить входное сопротивление вольтметра до 10 МОм. Транзистор включен по схеме с общим истоком (истоковый повторитель). Чтобы он работал на линейном участке характеристики, нужное напряжение смещения на затворе создается резистором R7, включенным в цепи истока. К истоку подключен индикатор РА1 — авометр Ц-20, работающий в режиме измерения постоянного тока на пределе 0,3 мА. Для компенсации начального напряжения на истоке второй вывод индикатора подключен к переменному резистору R9, позволяющему установить стрелку индикатора на нулевое деление шкалы перед началом измерений.

На входе приставки включен делитель напряжения, составленный из резисторов R1—R5. Измеряемое напряжение подается на гнезда XS1 и XS2 в указанной на схеме полярности. В зависимости от предполагаемого максимального значения измеряемого напряжения переключатель SA1 устанавливают в то или иное положение. При этом напряжение на подвижном контакте SA1.1 переключателя не должно превышать 1 В — это напряжение, соответствующее отклонению стрелки индикатора до конечного деления шкалы. Чтобы защитить транзистор от возможных перегрузок при случайной подаче чрезмерно большого напряжения, в цепь затвора включен ограничительный резистор R6. А чтобы исключить влияние различных наводок переменного напряжения на высокоомные входные цепи приставки, между затвором и общим проводом включен конденсатор С1.

Питается приставка от батареи 3336 или трех последовательно соединенных элементов 343, 373. Потребляемый ток не превышает 7 мА. Выключателем питания служит секция SA1.2 переключателя поддиапазонов измерения.

Постоянные резисторы могут быть МЛТ мощностью не менее 0,25 Вт. Каждый из резисторов R1—R5 делителя желательно составить из двух последовательно соединенных резисторов, сопротивление одного из них равно 80…85% сопротивления добавочного резистора. Резистор R1, например, можно составить из резисторов сопротивлением 2,7 МОм и 620 кОм. Это позволит в дальнейшем точнее подбирать соответствующие сопротивления резисторов делителя входного напряжения. Налаживание приставки значительно облегчится.

Переменный резистор R9 может быть СП-I или другой. Переключатель SA1 — галетный на пять положений и два направления (типа 5П2Н), конденсатор — бумажный (БМ, МБМ) или слюдяной (КСО). Полевой транзистор серии КП303 или другой, с указанным на схеме типом канала, начальным током стока (при напряжении 4,5 В) не менее 5 мА и крутизной характеристики не менее 2 мА/В. Эти требования объясняются использованием индикатора со сравнительно грубой шкалой — 0,3 мА. Если бы в авометре Ц-20 был поддиапазон измерений 0,1 мА (100 мкА), тогда можно было бы применить транзистор КП103Ж — КП103Л.

Для проверки полевого транзистора и измерения его параметров можно воспользоваться схемами, приведенными на рис. В-2. Сначала по схеме рис. B-2,a измеряют начальный ток стока. Затем, включив между затвором и истоком гальванический элемент напряжением 1,5 В, измеряют по схеме на рис. В-2,б крутизну характеристики. Для этого определяют уменьшение тока стока по сравнению с предыдущим измерением и подставляют полученное значение в формулу

S = DIст/Uзт

где S — крутизна характеристики транзистора, мА/В; DIст — разность токов стока, мА; Uзт — напряжение на затворе, В.

Отобранные детали приставки размещают в подходящем корпусе. Это может быть и самодельный корпус, изготовленный, например, из тонкого листового алюминия (рис. В-З).

Налаживание приставки сводится к подбору резистора R7. К зажимам ХТ1 и ХТ2 подключают авометр, работающий на пределе измерения постоянного тока 0,3 мА, а переключатель приставки устанавливают в положение «1,5 В». Переменным резистором R9 подводят стрелку индикатора авометра к нулевому делению шкалы. Затем подключают к гнездам приставки источник постоянного тока напряжением 1,5 В (например, элемент 332). Если стрелка индикатора отклонится дальше конечного деления шкалы, резистор R7 должен быть несколько меньшего сопротивления. Нужно подобрать такой резистор, чтобы стрелка индикатора отклонилась точно на конечную отметку шкалы. При каждой замене резистора следует временно отключать элемент от входных гнезд и устанавливать резистором R9 стрелку индикатора на нуль шкалы. Подбор резистора можно считать законченным, если при подключении элемента стрелка индикатора устанавливается точно на конечном делении, а при отключении возвращается на нуль.

После этого следует проверить показания индикатора на других поддиапазонах. Для поддиапазона «6 В» ко входу приставки можно подключить четыре последовательно соединенных элемента по 1,5 В. Если последовательно с такой батареей включить еще «Крону», удастся проверить показания прибора на поддиапазоне «15 В» и т. д.

Приставка может иметь другие поддиапазоны измерений. В этом случае придется пересчитать сопротивление резисторов делителя напряжения. Но суммарное их сопротивление в любом случае должно остаться прежним — около 10 МОм.

Расчет сопротивлений резисторов делителя ведут по следующим формулам:

где R1—R5 — сопротивления резисторов делителя, МОм; Rобщ — общее сопротивление делителя, равное 10 МОм; Uвх — входное напряжение, соответствующее полному отклонению стрелки индикатора, 1 В; Uизм — выбранный поддиапазон измерения.

Эти формулы позволяют рассчитать делитель при любом общем его сопротивлении, являющемся входным сопротивлением вольтметра, а также при любом получившемся входном напряжении, требующемся для полного отклонения стрелки индикатора данного авометра.

Приставка-вольтметр переменного тока

Предназначена для повышения входного сопротивления авометра Ц-20 при измерении переменного напряжения. Приставка несколько напоминает по схеме (рис. В-4) предыдущую, но в отличие от нее здесь нет конденсатора фильтра и вместо постоянного резистора в цепь истока транзистора включен подстроечный R7. С его движка переменное напряжение поступает через конденсатор С1 на выпрямитель на диодах VD1 и VD2, включенных по схеме удвоения напряжения. Выпрямленное напряжение подается далее через зажимы ХТ1, ХТ2 на индикатор РА1 (авометр Ц-20 в режиме измерения постоянного тока до 0,3 мА).

Резисторы R1—R5 входного делителя имеют такие же номиналы, что и в предыдущей приставке. Диапазон измеряемых напряжений ограничен до 60 В, но при желании его можно увеличить, введя добавочные резисторы.

Транзистор должен быть с такими же параметрами, что и для предыдущей приставки. Подстроечный резистор — СП-1 или другой. Конденсатор С1 — К50-6, но можно использовать К50-3 или другой на номинальное напряжение не ниже 6 В. Диоды — серий Д2, Д9 с любым буквенным индексом. Источник питания — батарея 3336 или элементы напряжением 1,5 В в последовательном соединении.

Приставку можно смонтировать в таком же корпусе, что взят и для предыдущей, но резистор R7 установить внутри корпуса.

При налаживании приставки переключатель SA1 следует установить в положение «1,5 В» и подать на вход (гнезда XS1, XS2) переменное напряжение 1,5 В (эффективное значение). Движок подстроечного резистора устанавливают в положение, при котором стрелка индикатора авометра отклонится до конечного деления шкалы.

Отсчет результатов измерения ведут по шкале переменных напряжений авометра.

Высокоомный вольтметр постоянного тока

Это самостоятельный измерительный прибор с большим входным сопротивлением (10 МОм). По схеме (рис. В-5) он напоминает вышеописанную приставку к авометру для измерения постоянных напряжений, поэтому подробно рассказывать о его работе не имеет смысла. Правда, номиналы резисторов здесь иные, стрелочный индикатор применен более чувствительный — 100 мкА, а полевой транзистор с р-каналом.

Кстати, транзистор может быть КП103К—КП103М с начальным током стока 2…4 мА и крутизной характеристики не менее 1,5 мА/В. Роль индикатора РА1 выполняет микроамперметр М24 с рамкой сопротивлением 850 Ом. Под этот индикатор выбраны соответствующие поддиапазоны измерений. Нижний поддиапазон зависит от крутизны характеристики тока стока транзистора и при ее значении 2…2,5 мА/В может быть 0…0,2 В. Остальные детали — такие же, что и в предыдущих устройствах.

Возможная конструкция вольтметра показана на рис. В-6. На лицевой панели находятся переключатель, стрелочный индикатор, выключатель питания, входные гнезда и переменный резистор установки стрелки индикатора на нулевую отметку шкалы. Внутри корпуса на металлическом уголке крепят подстроечный резистор R8. Постоянные резисторы можно смонтировать на общей плате из изоляционного материала или припаять непосредственно к деталям, с которыми они должны соединяться: резисторы R1—R7 смонтировать на контактах переключателя, a R9, R11 припаять к выводам переменного резистора R10. Батарею питания удобно укрепить металлическим хомутиком на нижней съемной крышке корпуса.

Приступая к налаживанию вольтметра, движок переменного резистора устанавливают в среднее положение, а после подачи на прибор питания подстроечным резистором ставят стрелку индикатора на нулевое деление шкалы. Затем на входные гнезда вольтметра подают известное постоянное напряжение, например, 4,5 В (от батареи 3336) или 9 В (от батареи «Крона»). Переключатель ‘SA1 переводят в соответствующее положение («5 В» или «10 В») и отмечают показания индикатора. Если стрелка показывает меньшее напряжение, чем подано на вход, необходимо переместить движок подстроечного резистора вверх по схеме, отключить источник входного напряжения, переменным резистором установить стрелку индикатора в нулевое положение и вновь подать входное напряжение. Если теперь, наоборот, стрелка показывает большее напряжение, движок подстроечного резистора перемещают вниз по схеме. Эту операцию надо повторить несколько раз, снимая входное напряжение и возвращая стрелку индикатора на нулевую отметку»

Может случиться, что движок переменного резистора окажется в одном из крайних положений и стрелку индикатора не удастся возвратить на нуль. Тогда нужно подобрать тот из резисторов (R9 или R11), возле которого находится движок. Еще лучше на время налаживания резисторы R9—R11 заменить одним переменным резистором сопротивлением 2,2 кОм, а после настройки измерить сопротивления верхнего и нижнего плеч его и припаять к выводам резистора R10 постоянные резисторы соответствующих сопротивлений.

После такой регулировки и при точно подобранных резисторах делителя точность показаний вольтметра на других поддиапазонах будет обеспечена.

Высокоомный вольтметр переменного тока с линейной шкалой

Шкалы переменных напряжений большинства промышленных и любительских измерительных приборов нелинейные. Это, конечно, неудобно, поскольку градуировку приходится наносить на шкалу индикатора или составлять таблицу и пользоваться ею при измерениях. Вот почему большее предпочтение отдается приборам, у которых шкала переменных напряжений линейная. Схема одного из таких вольтметров приведена на рис. В-7. Им можно измерять переменные напряжения от сотых долей вольта до 50 В в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц. Входное сопротивление вольтметра высокое — около 10 МОм.

Измеряемое переменное напряжение поступает через разделительный конденсатор С1 на делитель, составленный из резисторов R1—R6. В зависимости от значения измеряемого напряжения часть его с соответствующей группы резисторов делителя поступает через контакты

переключателя SA1 и резистор R7 на затвор полевого транзистора VT1, включенного по схеме истокового повторителя. В цепь истока включен подстроечный резистор R8, с движка которого переменное напряжение поступает на вход усилителя, выполненного на биполярном транзисторе VT2. Усиленное им напряжение с нагрузочного резистора R11 подается через конденсатор С 4 на двухполупериодный выпрямитель на диодах VD3, VD4 и конденсаторах С5, С6. Нагрузкой выпрямителя является стрелочный индикатор РА1.

Чтобы шкала вольтметра стала линейной, в усилитель введена глубокая отрицательная обратная связь, напряжение которой снимается с коллектора транзистора VT2 и подается на его базу через резистор R10, конденсатор С3 и диоды VD1, VD2. Благодаря диодам эта связь получается нелинейной, что в конечном счете позволяет добиться линейной зависимости тока через индикатор от напряжения на входе усилителя.

Вольтметр питается от батареи GB1 напряжением 4,5 В и потребляет ток около 3 мА.

Требования, предъявляемые к транзистору VT1, такие же, что и для предыдущего вольтметра. Транзистор VT2 может быть серий МП39—МП42 со статическим коэффициентом передачи тока не менее 50. Подстроечный резистор R8 — СП-11 или другой, постоянные резисторы — МЛТ-0,25. Конденсатор С1 — БМ, МБМ, остальные конденсаторы— К50-6, К53-1. Стрелочный индикатор — типа М24 с током полного отклонения стрелки 100 мкА и сопротивлением рамки 850 Ом.

Особо следует сказать о подборе диодов. Они могут быть любые из серий Д9, Д311. Но все диоды нужно подобрать по прямому сопротивлению в трех точках вольтамперной характеристики. Для этого можно воспользоваться любым авометром, скажем Ц-20, работающим в режиме омметра. Надо измерить сопротивление отбираемых диодов в прямом направлении на различных поддиапазонах омметра (х1, х10, х100) и взять для прибора те из них, у которых параметры одинаковы или отличаются незначительно. Подобные измерения эквивалентны снятию вольтамперной характеристики диодов в тех точках потому, что на различных поддиапазонах омметра через диод протекают различные токи, так как входное сопротивление омметра и сопротивление диода образуют делитель напряжения источника питания авометра. Диоды VD3 и VD4, кроме того, следует подобрать по возможно большему обратному сопротивлению.

Внешне этот вольтметр может выглядеть так же, как и предыдущая конструкция, только на передней панели будет отсутствовать переменный резистор.

Налаживание вольтметра начинают с установки режима работы усилительного каскада на транзисторе VT2. Между выводом его коллектора и точкой соединения элементов R11, R10, С4 включают миллиамперметр со шкалой на 2…3 мА и подбором резистора R9 устанавливают в этой цепи ток 1 мА.

Затем на вход вольтметра (гнезда XS1 и XS2) подают калиброванное напряжение, соответствующее предельному значению одного из поддиапазонов измерения (0,5; 1; 5 В), устанавливают переключатель на данный поддиапазон измерения и подстроенным резистором R8 добиваются отклонения стрелки индикатора на конечную отметку шкалы. После этого подключают параллельно гнездам образцовый вольтметр и, плавно изменяя входное напряжение, проверяют линейность шкалы вольтметра. Если шкала нелинейная, подбирают резистор R10. После каждой замены этого резистора вначале подстроечным резистором устанавливают стрелку индикатора на конечное деление шкалы при предельном входном напряжении данного поддиапазона, а затем проверяют линейность шкалы. На время настройки резистор R10 можно заменить переменным, сопротивлением 680 Ом, измерить получившееся сопротивление и впаять в прибор резистор такого же или возможно близкого номинала.

Высокоомный вольтметр | Авторская платформа Pandia.ru

Электроника для начинающих

При измерении постоянных напряжений в различных участках электронного устройства важно, чтобы подключение вольтметра к ним не вызывало заметного нарушения режима работы соответствующей электрической цепи. Поэтому вольтметр должен иметь достаточно большое входное сопротивление. Данному требованию удовлетворяют вольтметры, на входе которых установлены полевые транзисторы (см. «М-К» № 5, 1985 г., «Потомок радиолампы»). Объясняется это тем, что у этих полупроводниковых приборов входное сопротивление может достигать десятков и даже сотен мегом.

Принцип действия вольтметра на полевом транзисторе несложен. В цепь стока включен миллиамперметр РА1 (рис. 1). Если щупы вольтметра замкнуть накоротко, напряжение на затворе относительно истока будет равно 0, а в цепи стока потечет максимальный тох. О его величине судят по отклонению стрелки РА1. При разъединенных щупах между затвором и истоком окажется включенным резистор R1. Однако напряжение на затворе по-прежнему будет равно 0, поскольку ток затвора ничтожно мал, и стрелка прибора останется на том же месте.

Если теперь щупы подсоединить к низковольтному источнику напряжения в указанной на схеме полярности, показания прибора РА1 уменьшатся. С увеличением напряжения его стрелка будет приближаться к отметке 0. Такой вольтметр, хотя и будет работать, имеет ряд существенных недостатков — показания расположены на шкале в обратном порядке, да к тому же она еще н нелинейна.

Чтобы избавиться от этих недостатков, стрелочный прибор включают по так называемой мостовой схеме (рис. 2). Резисторы Rl—R4 образуют плечи моста, к вершинам которого подсоединена батарея GB1. Стрелочный прибор РА1 включен в диагональ моста (между точками А и Б). В сущности, подобное устройство представляет собой два делителя напряжения (Rl, R2 и R3, R4), подсоединенных к батарее. Чтобы по диагонали моста не протекал ток (стрелка прибора стояла на 0), напряжение между точками А и Б должно быть равно 0. Для этого мост уравновешивают (балансируют) — с помощью резисторов Rl—R4 устанавливают такой режим, при котором напряжения на резисторах R2 и R4 будут равны. Условие баланса моста выражается формулой: R1 • R4= R2 • R3, то есть баланс моста достигается при равенстве произведений сопротивлений противолежащих плечей.

На практике в одно из плечей моста вместо постоянного резистора включают переменный (на схеме R1) и вращают его движок до тех пор, пока стрелка РА1 не установится на 0.

Измерительный прибор РА1 включим теперь в диагональ моста, левые плечи которого составляют внутреннее сопротивление транзистора VI (рис. 3) и резистор R2, а правые — участки переменного резистора R3, разделенные ползуном. Перемещая его вверх или вниз по схеме, находят такое положение, при котором напряжения в точках А и Б равны. При этом ток в диагонали моста будет отсутствовать и стрелка прибора РА1 установится на нулевой отметке. Измеряя неизвестное напряжение Lix, ток транзистора изменится, в результате равновесие моста нарушится, поскольку напряжение в точке А также изменится, и в диагонали моста потечет ток. Если в качестве индикатора РА1 применить микроамперметр с 0 посредине, то мы сможем измерять напряжение любой полярности. Однако такие приборы редки, поэтому обычно используют микроамперметры с 0 в начале шкалы, следя при подключении щупов за полярностью измеряемого напряжения. А для расширения пределов измерений на входе вольтметра устанавливают делитель напряжения.

Рис. 1. Электрическая схема вольтметра на полевом транзисторе.

Рис. 2. Мостовая схема включения измерительного прибора.

Рис. 3. Электрическая схема вольтметра с индикатором, включенным по мостовой схеме.

Схема вольтметра с делителем напряжения, состоящим из пяти резисторов Rl—R5, показана на рисунке 4. С помощью такого делителя измеряемое напряжение уменьшают до Значения, равного или меньшего 1 В, и подают затем на затвор полевого транзистора VI через развязывающую цепочку R6C1, преграждающую путь помехам. В цепь истока VI включен резистор R7 с таким сопротивлением, чтобы падение напряжения на нем составляло около 3 В. На сток полевого транзистора поступает питание от батареи GB1 на 4,5 В. Следовательно, полупроводниковый прибор включен по схеме с общим стоком, аналогичной эмиттерному повторителю. Такой каскад отличается очень большим входным сопротивлением, значительным усилением по току и единичным усилением по напряжению — как раз теми параметрами, которые необходимы для высокоомного вольтметра.

Рис. 4. Принципиальная схема высокоомного вольтметра.

Внутреннее сопротивление транзистора VI и резистор R7 составляют левые плечи моста. Его правые плечи образует переменный резистор R9 («Уст. 0»). Перемещая его движок в ту или иную сторону, мост уравновешивают (прибор РА1 показывает 0). Если на вход вольтметра подать измеряемое напряжение отрицательной полярности, не превышающее по величине 10 В (положение переключателя S1 на схеме), напряжение на затворе изменится, ток истока уменьшится. Соответственно снизится и падение напряжения на резисторе R7, в то же время напряжение на движке потенциометра R9 останется прежним. Те» перь через индикатор РА1 потечет ток и стрелка отклонится на некоторый угол вправо, указав величину измеряемого напряжения.

Рис. 5. Монтажная схема прибора.

Рис. 6. Схема калибровки вольтметра.

Переменный резистор R8 («К») служит для точной калибровки вольтметра, то есть для установки стрелки прибора на крайнее правое деление шкалы при измерении предельных напряжений 1— 3—10—30—100 В.

Внешний вид вольтметра показан в начале статьи. На лицевой панели размером 170X80 мм, выполненной из металла или пластмассы, расположен микроамперметр М4204 с током полного отклонения 100 мкА. В этом случае не потребуется изменять градуировку штатной шкалы, а только умножать деления соответственно на коэффициенты 1—< 0,3—0,1—0,03—0,01. На панели закреплен также переключатель пределов измерений. Под ним размещены гнезда « + » и «—» для подсоединения измерительных проводов со щупами. Там же находятся тумблер включения питания и регуляторы калибровки и установки 0. Корпус вольтметра размером 170Х80Х Х45 мм выполнен из тонкой (0,3— 0,5 мм) жести и окрашен нитрокраской.

Резисторы Rl—RS делителя напряжения, транзистор VI и элементы R6, R7, С1 припаяны непосредственно к выводам переключателя S1 (рис. 5). Над ним с помощью П-образного держателя из жести закреплена батарея 3336Л.

В вольтметре можно применить полевой транзистор КП302 или КПЗОЗ с любым буквенным индексом. Постоянные резисторы — МЛТ или ВС на 0,5 или 0,25 Вт, переменные резисторы R8 и R9 — любого типа, поудобнее применить малогабаритные, например СПЗ-46. Конденсатор С1 должен иметь минимальный ток утечки, например керамический КМ-6, КТ-1 емкостью от 0,01 до 0,068 мкФ. Переключатель S1 — галет-ный с одной платой на 5 или 11 положений. Лучше, если галета будет фарфоровой, поскольку она обладает лучшей изоляцией. Тумблер включения питания — любого типа, например МТ-1.

Микроамперметр допустимо заменить на любой другой чувствительностью 50, 100, 200 или 300 мкА.

Питать вольтметр можно от батареи 3336Л или от выпрямителя с напряжением 5 В (см. «М-К» № 7, 1983 г., «Столовая» для транзисторов»).

Калибровка. Если резисторы Rl—R5 подобраны с точностью не ниже ±5%, прибор тогда можно калибровать на любом из пределов, например 3 В (рис. 6). Для этого к батарее напряжением 4,5 В подключите переменный резистор любого типа сопротивлением 1—10 кОм. К движку потенциометра и к «плюсовому» выводу батареи подсоедините эталонный и калибруемый вольтметры и установите на первом напряжение 3 В, а стрелку второго переведите с помощью резистора R8 («К») на крайнее правое деление 100. Затем установите переключатель S1 на пределе 10 В. Стрелка должна переместиться на деление с отметкой 30, что соответствует по этой шкале напряжению 3 В. Далее переходим на предел 30 В — стрелка установится на отметке 10. И наконец, при переключении на предел 100 В стрелка окажется между вторым и третьим делениями в самом начале шкалы. Поскольку она имеет 50 делений, поэтому на пределе 100 В одно деление соответствует напряжению 2 В, а 1,5 деления — 3 В.

Измерения начинайте с наибольшего предела 100 В, переходя постепенно на меньшие пределы, пока стрелка прибора не окажется в правой половине шкалы. А тогда и производите отсчет показаний вольтметра.

Перед началом измерений убедитесь, что при включенном питании стрелка находится на 0. Если она немного ушла, ее устанавливают на нулевое деление с помощью переменного резистора R9. Значительный уход стрелки от отметки 0 указывает на то, что батарея разрядилась.

Закончив измерение, выключите питание тумблером S2, а переключатель S1 установите на предел 100 В.

Ю. ПАХОМОВ, Е. ЮРЬЕВ

Моделист-конструктор

OCR Pirat

Высокоомный вольтметр — Меандр — занимательная электроника

Изготовить многопредельный высокоомный вольтметр можно самостоятельно при наличии микроамперметра магнитоэлектрической системы с пределом измерения 50 мкА. К ним относятся микроамперметры типов М24, М263М, М265М, М494М, М901, М2003 и другие, отличающиеся классом точности, размером шкалы и сопротивлением рамки, которое обычно указывается на шкале или в паспорте прибора. Если сопротивление рамки неизвестно, его можно определить следующим способом. Соединяются последовательно источник постоянного тока напряжением примерно 1,5 В (например, элемент 332, 316 или 343), магазин сопротивлений, установленный на 60 кОм, и стрелочный прибор, такой полярности, чтобы стрелка отклонялась вправо от нуля. Регулировкой магазина сопротивлений добиваются отклонения стрелки прибора точно на деление 50 мкА и записывают полученное сопротивление, которое должно получиться около 30 кОм. Затем регулировкой магазина добиваются отклонения стрелки точно на деление 25 мкА и снова записывают полученное сопротивление. Сопротивление рамки прибора будет равно разности между вторым отсчетом сопротивления и удвоенным первым отсчетом.
Очень точно определять сопротивление рамки нет необходимости. Поэтому при отсутствии магазина сопротивлений можно пользоваться набором обычных резисторов типа МЛТ или ВС с допуском ±10%.

На рисунке приведена принципиальная схема самодельного четырехпредельного вольтметра с входным сопротивлением 20 кОм/В. В верхнем положении переключателя предел измерения составляет 5 В на всю шкалу, в следующем положении — 20 В, в следующем — 100 В и в нижнем — 400 В.

Резисторы нужно взять типа УЛИ, БЛП, С2-29В или С2-14 с допуском ±1 %. От допуска резисторов и от класса стрелочного прибора будет зависеть точность измерений. Для повышения точности вольтметра сопротивления резисторов R1 и R2 нужно взять не такими, как указано на схеме, а уменьшенными на величину сопротивления рамки прибора. Так, если сопротивление рамки составляет 2700 Ом, сопротивление резистора R1 берется равным 97,3 кОм, a R2 — 397?3 кОм. Сопротивления резисторов R3 и R4 можно брать такими, как указано на схеме, так как погрешность, вносимая сопротивлением рамки на этих пределах измерений, будет достаточно малой, меньше допуска на сопротивления резисторов.

Высокоомный вольтметр со стрелочным индикатором (741)

Схема высокоомного вольтметра, который предназначен для измерения напряжения постоянного тока.Можно измерять в четырех пределах измерения: до 0,1 V, до 1V, до 10V и до 100V. Входное сопротивление составляет на пределе 0,1V = 100 kOm, на 1V = 1 MOm, на 10V = 10МОm, на 100V = 100Mom.

Вход прибора от перенапряжения защищен ограничительной цепью из двух диодов и резистора. В приборе используется измерительная головка магнитодинамической системы с нулем в центре шкалы, таким образом,

полярность подаваемого на вход напряжения значения не имеет. Таким прибором (с нулем в центре шкалы) удобно пользоваться при балансировке каких-то мостовых схем или схем с двуполярным питанием.

Принципиальная схема

Прибор сделан на основе операционного усилителя А1 типа 741. Усилитель питается двуполярным напряжением от источника, состоящего из двух девятивольтовых гальванических батарей G1 и G2, выключаемых с помощью двойного включателя S1.

Рис. 1. Схема самодельного высокоомного вольтметра на микросхеме 741.

Схема мостовая, в диагональ моста включен измерительный прибор Р1. Максимальное напряжение на нем ограничивается схемой на резисторе R8 и диодах VD3 и VD4.

Балансировка производится переменным резистором R7, который устанавливает нулевое напряжение на выходе ОУ А1. Этим резистором, перед началом измерения, нужно установить стрелку прибора на нулевую отметку при отсутствии входного напряжения.

Входная чувствительность составляет немного лучше 100 mV на всю шкалу. Заявленные в начале статьи пределы измерения установлены делителем напряжения, состоящим из резисторов R1-R5. Резистор R1 имеет сопротивление 100 мегаом, за отсутствием такового он был составлен из трех резисторов по 33 мегаома включенных последовательно.

Конструкция и детали

Измерительная головка Р1 на ток полного отклонения 1 mА (написано 1000 мкА). Но чаще встречаются измерительные головки на ток от 100 до 500 мкА. В этом случае нужно параллельно головке включить шунтирующий резистор, сопротивление которого рассчитать так, чтобы ток был 1 mА.

Прибор помещен в корпус, сделанный из фольгированного стеклотекстолита, из отдельных панелей, соединенных между собой пайкой. Затем поверхность покрашена краской серого цвета. Корпус одновременно является и экраном, защищающим схему прибора от негативного влияния внешних факторов.

Для этого фольга соединена с обжим минусом питания.

Прибор не портативный, а питание от гальванического источника обусловлено тем, что питание от электросети может привести к наводкам фона переменного тока как на сам прибор, так и на схему для налаживания которой он используется. С этими наводками бороться не просто, лучше сделать автономное питание. Монтаж выполнен объемным способом.

Для подключения щупов используется пять гнезд, — одно для общего провода, и четыре для различных пределов измерения. Предел измерения меняют перестановкой штекера щупа в соответствующее гнездо.

Налаживание заключается в градуировке и юстировки прибора точным подбором сопротивлений R1-R4, и если необходимо, R5. При этом нужно пользоваться образцовым прибором, например, мультиметром, и лабораторным блоком питания с набором делителей на резисторах.

Денисов В.А. РК-2015-12.

Стрелочный вольтметр на любое напряжение своими руками

Приветствую, Самоделкины!
Аналоговые измерительные приборы постепенно вытесняются цифровыми, но несмотря на это стрелочные головки все еще довольно широко распространены, причем используют их не только мастера самодельщики в своих самодельных конструкциях. Конечно такие приборы не славятся сверх высокой точностью, но тем не менее, в некоторых измерениях аналоговый прибор просто незаменим.


В данной статье мы подробно рассмотрим технологию изготовления стрелочного вольтметра для самых различных задач, буквально на любое напряжение. Такой вольтметр можно будет использовать в качестве измерителя напряжение в зарядных устройствах, регулируемых источниках питания и так далее. Автором данного проекта является «AKA KASYAN» (YouTube канал «AKA KASYAN).
Как измерять напряжение, думаю, все в курсе. Для начала нам естественно понадобится электромагнитная измерительная головка.

Такую головку можно изготовить своими руками, но процесс этот не такой уж и простой, поэтому более простым вариантом будет поиск уже готовой. Для данной самоделки подойдет буквально любой стрелочный индикатор любых размеров.


Так же желательно, чтобы индикатор имел линейную измерительную шкалу. В данном примере автор использовал головку высоковольтного вольтметра переменного напряжения, который благополучно был извлечен из стабилизатора.

В данном случае автор поставил задачу изготовить из высоковольтного вольтметра переменного напряжения низковольтный вольтметр постоянного напряжения со шкалой в 15-20 вольт. Как вы поняли данный образец рассчитан для работы в цепях переменного напряжения, а шкала 300В.

Первым делом необходимо вскрыть и разобрать электромагнитную измерительную головку.

Внутри мы можем увидеть выпрямительный диод и токоограничивающий резистор.

Напряжение с клемм вольтметра подается на обмотку измерительной головки именно через эту цепочку из диода и резистора. От них немного позднее мы избавимся, а сейчас аккуратно вынимаем шкалу, она крепится при помощи двухстороннего скотча.

После этого шкалу необходимо отсканировать.

Далее получившийся рисунок необходимо отредактировать. Для этой цели подойдет любой редактор, даже всем известный «Paint» без особого труда справится с этой задачей. Удаляем все дефекты, дорисовываем неполные линии, символы и надписи, ну и естественно меняем циферки на нужные.


В данном случае шкалу было решено сделать на 16В.

Затем берем линеечку и измеряем размеры родной шкалы.


После этого открываем Word, вставляем туда наш рисунок, указываем полученные размеры, ну и в конечно же распечатываем все это дело, лучше сразу несколько штук, мало ли что.

Теперь бумажку необходимо обрезать до нужных размеров.

После чего приклеиваем ее на место любым подручным клеем.

Так, с этим вроде разобрались, теперь аккуратно откусываем цепочку из резистора и диода, о которой говорилось в начале статьи.


Теперь необходимо припаять торчащие выводы друг к другу вот так:

Таким образом, напряжение, которое мы подадим на клеммы вольтметра, непосредственно пойдет на обмотку измерительной головки. Данная электромагнитная измерительная головка довольно чувствительная, и стрелка полностью отклоняется если на клеммы подать напряжение всего лишь в 0,5В.

Так дело не пойдет. Это никуда не годится, так как по нашей задумке стрелка прибора должна отклоняться до предела только в том случае, если на клеммы поддается напряжение 16В.
Для того, чтобы это исправить нам понадобится переменный, а лучше подстроечный многооборотный резистор с сопротивлением 20-50кОм.


После чего необходимо собрать вот такую простейшую схему, которая сейчас перед вами:

Для калибровки индикатора очень желательно наличие лабораторного блока питания, но за неимением такового вполне можно ограничиться любым адаптером питания вольт на 6. Далее параллельно источнику питания необходимо подключить мультиметр, он у нас будет в качестве эталона.

Теперь на вход подаем напряжение и медленно вращаем подстроечный резистор до тех пор, пока стрелка не покажет то напряжение, которое мы видим на мультиметре.


То есть, достаточно всего лишь откалибровать головку на конкретной отметке, а за счет того, что шкала линейная, другие значения напряжения наш измеритель будет также адекватно показывать.

После того, как калибровка завершена, подстроечный резистор необходимо выпаять.


Далее необходимо замерить полученное сопротивление, и на место выпаянного подстроечного резистора устанавливаем постоянный резистор с таким же сопротивлением.

Если под рукой нет нужного резистора, то можно соединить несколько резисторов последовательно для получения необходимого значения сопротивления.

Для данного проекта желательно использовать резисторы с погрешностью в 1 и меньше процент.

Подстроечник конечно можно оставить, но перед этим необходимо будет заклеить регулирующий винт, чтобы предотвратить его смещение.

Очень часто для постройки и измерительных головок, в самом начале через ограничительное сопротивление на головку падают эталонное напряжение и на пустой шкале делают метки, которые учитываются во время создания шкалы в редакторе. Такой подход более предпочтителен, так как это позволяет построить измерительные головки довольно высокой точности.

А на этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видеоролик автора:

Источник Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.