Понадобился точный милливольтметр переменного тока, отвлекаться на поиски подходящей схемы и подбирать детали уж очень не хотелось, и тогда взял и купил готовый набор «Милливольтметр переменного тока». Когда вник в инструкцию выяснилось, что у меня на руках только половина того что нужно. Оставил эту затею и купил на базаре древний, но в почти отличном состоянии осциллограф ЛО-70 и прекрасно всё сделал. А так как за последующее время изрядно надоело перекладывать этот пакетик с конструктором с места на место, решил всё же его собрать. Также присутствует любопытство по поводу того насколько хорош он будет.
В набор входит микросхема К544УД1Б которая представляет собой операционный дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением и низким уровнем входных токов, с внутренней частотной коррекцией. Плюс печатная плата с двумя конденсаторами, с двумя парами резисторов и диодов. Также имеется инструкция по сборке. Всё скромно, но обид нет, стоит набор меньше чем одна микросхема из него в розничной продаже.
Милливольтметр, собранный по данной схеме позволяет измерять напряжение с пределами:
- 1 - до 100 мВ
- 2 - до 1 В
- 3 - до 5 В
В диапазоне 20 Гц - 100 кГц, входное сопротивление около 1 МОм, напряжение питания
от + 6 до 15 В.
Печатная плата милливольтметра переменного тока изображена со стороны печатных дорожек, для «отрисовки» в Sprint-Layout («зеркалить» не нужно), если понадобиться.
Сборка началась с изменений в компонентном составе: под микросхему поставил панельку (сохранней будет), керамический конденсатор поменял на плёночный, номинал естественно прежний. Один из диодов Д9Б при монтаже пришёл в негодность - запаял все Д9И, благо в инструкции последняя буква диода вообще не прописана. Номиналы всех устанавливаемых на плату компонентов были измерены, они соответствуют указанным в схеме (у электролита ).
В набор были включены три резистора номиналом R2 - 910 Ом, R3 - 9,1 кОм и R4 - 47 кОм однако при этом в руководстве по сборке есть оговорка что их номиналы необходимо подбирать в процессе настройки, так что сразу поставил подстроечные резисторы на 3,3 кОм, 22 кОм и 100 кОм. Их было нужно смонтировать на любой подходящий переключатель, взял имевшийся в наличии марки ПД17-1. Показался весьма удобным, миниатюрен, есть за что крепить на плате, имеет три фиксированных положения переключения.
В итоге все узлы из электронных компонентов поместил на монтажную плату , соединил их между собой и подсоединил к маломощному источнику переменного тока - трансформатору ТП-8-3, который подаст на схему напряжение 8,5 вольт.
А теперь заключительная операция - калибровка. В качестве генератора звуковой частоты использован виртуальный. Звуковая карта компьютера (даже самая посредственная) вполне прилично справляется с работой на частотах до 5 кГц. На вход милливольтметра подан от генератора звуковой частоты сигнал частотой 1000 Гц, действующее значение которого соответствует предельному напряжению выбранного поддиапазона.
Звук берётся с разъёма «наушники» (зелёного цвета). Если после подсоединения к схеме и включения виртуального звукового генератора звук «не пойдёт» и даже подключив наушники его, не будет слышно, то в меню «пуск» наведите курсор на «настройки» и выберите «панель управления», где выберите «диспетчер звуковых эффектов» и в нём нажмите на «Выход S/PDIF», где будет указано несколько вариантов. Наш тот, где есть слова «аналоговый выход». И звук «пойдёт».
Был выбран поддиапазон «до 100 мВ» и при помощи подстроечного резистора достигнуто отклонение стрелки на конечное деление шкалы микроамперметра (внимание на символ частоты, на шкале, обращать не нужно). То же самое было успешно проделано с другими поддиапазонами. Инструкция производителя в архиве. Несмотря на свою простоту, радиоконструктор оказался вполне работоспособным, и что особенно понравилось - адекватным в настройке. Одним словом набор хорош. Поместить всё в подходящий корпус (если нужно), установить разъёмы и прочее будет делом техники.
Обсудить статью МИЛЛИВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
При налаживании и ремонте аудиотехники необходим., прибор, измеряющий низкочастотные переменные напряжения в широком диапазоне (от долей милливольт до сотен вольт), при этом, обладающий высоким входным сопротивлением и хорошей линейностью, хотя бы, в пределах частотного спектра 10-30000 Гц.
Популярные цифровые мультиметры этим требованиям не соответствуют. Поэтому, радиолюбителю ничего не остается, как сделать низкочастотный милливольтметр самостоятельно.
Милливольтметр со стрелочной индикацией, схема которого показана на рисунке, может измерять переменные напряжения в 12-ти пределах: 1mV, 3mV, 10mV; 30mV, 100mV, 300mV, 1V, 3V, 10V, 30V, 100V, 300V. Входное сопротивление прибора при измерении в милливольтах 3 мегаома, при измерении вольтах - 10 мегаом. В частотном диапазоне 10-30000 Гц неравномерность показаний не более 1 dB. Погрешность измерения на частоте 1 кГц - 3% (полностью зависит от точности резисторов делителя).
Измеряемое напряжение подают на разъем Х1. Это коаксиальный разъем, такой как используется в качестве антенного в современных телевизорах. На входе стоит частотно-компенсированный делитель на 1000 -R1. R2, С1, С2. Переключатель S1 служит для выбора прямого (показания в mV) или деленного (показания в V) сигнала, который далее поступает на истоковый повторитель на полевом транзисторе VT1. Этот каскад нужен, в основном, для получения большого входного сопротивления прибора.
Переключатель S2 служит для выбора пределов измерения, с его помощью переключаются коэффициенты деления делителя напряжения на резисторах R4-R8, в сумме, образующих нагрузку каскада на VT1. У переключателя шесть положений, обозначенных числами «1», «3», «10», «30», «100», «300». При выборе предела измерения переключателем S2 устанавливают величину предела, а переключателем S1 - единицу измерения. Например, если нужен предел измерения 100mV, S1 устанавливают в положение «mV», a S2 - «100».
Далее, переменное напряжение поступает на трехкаскадный усилитель на транзисторах VT2-VT4, на выходе которого есть измеритель (PI, VD1, VD2, VD3, VD4), включенный в цепи обратной связи усилителя.
Усилитель выполнен по схеме с гальванической связью между каскадами. Коэффициент усиления усилителя устанавливается с помощью подстроечного резистора R12, изменяющего глубину ООС.
Измеритель представляет собой диодный мост (VD1-VD4) в диагональ которого включен микроампермер Р1 на 100мА. Микроамперметр имеет две линейные шкалы -«0-100» и «0-300».
Питаются усилители милливольтметра напряжением 15V от интегрального стабилизатора А1, на который поступает напряжение с выхода источника, состоящего из маломощного силового трансформатора Т1 и выпрямителя на диодах VD5-VD8.
Светодиод HL1 служит индикатором включенного состояния.
Прибор собран
в корпусе неисправного лампового милливольтметра переменного тока. От старого прибора остались только индикаторный миллиамперметр, корпус, шасси, и некоторые переключатели (сетевой трансформатор и большинство других деталей были сняты ранее на сборку самодельного лампово-полупроводникового осциллографа). Поскольку, щупов со специфическим разъемом от лампового милливольтметра небыло, имеющийся на передней панели разъем пришлось заменить стандартным антенным гнездом, таким как у телевизора.
Корпус может быть другим, но обязательно экранированным.
Детали входного делителя, истокового повторителя, делителя на резисторах R4-R9 смотрированы объмным монтажом на контактах Х1, S1, S2 и контактных лепестках, которые есть в корпусе на передней панели. Монтаж усилителя на транзисторах VT2-VT4 сделан на одной из контактных планок, которых в корпусе есть четыре штуки. Детали выпрямителя VD1-VD4 смонтированы на контактах измерительного прибора Р1.
Трансформатор питания Т1, - китайский маломощный трансформатор с вторичной обмоткой 9+9V. Обмотка используется целиком. Отвод не используется, переменное напряжение на выпрямитель VD5-VD8 подается с крайних выводов вторичной обмотки (получается 18V). Можно использовать другой трансформатор с выходом 16-18V. Детали источника питания помещены под шасси, чтобы наводки от трансформатора не проникали в схему прибора.
Детали
могут быть самыми разнообразными. Корпус просторный, и там поместится практически все что угодно. Конденсаторы С10 и С11 должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 25V, а все остальные конденсаторы, - не ниже 16V. Конденсатор С1 должен допускать работу на напряжении до 300V. Это старый керамический конденсатор КПК-МТ. Под его крепежную гайку нужно установить контактный лепесток-петельку (или сделать петельку из луженой проволоки) и использовать его как вывод одной из обкладок.
Резисторы R4-R9 должны быть достаточно высокой точности (либо их нужно подобрать измеряя сопротивление точным омметром). Реальные сопротивления должны быть такими: R4 = 5,1 k, R5 = 1,75 к, R6 = 510 От, R7 = 175 От. R8 = 51 От, R9 = 17,5 От. Погрешность прибора во многом зависит от точности выбора этих сопротивлений.
Погрешность прибора во многом зависит от точности выбора этих сопротивлений.
Налаживание.
Для налаживания нужен низкочастотный генератор и какой-то образцовый милливольтметр переменного тока, или осциллограф, с помощью которого можно будет откалибровать прибор. Налаживая прибор, примите во внимание, что наводки переменного тока, имеющиеся в вашем теле, могут оказать существенное влияние на показания прибора. Поэтому, снимая показания, не прикасайтесь руками или металлическими инструментами к деталям схемы прибора.
После проверки монтажа подайте на вход прибора синусоидальное напряжение 1 mV частотой 1 кГц (от генератора НЧ). Установить S1 в «mV», a S2 в «1» и подстройкой резистора R12 добейтесь установки стрелки индикатора на последнюю отметку шкалы (и не упиралась в ограничитель зашкаливания).
Затем, переключите S1 в «V» и подайте на вход прибора от генератора синусоидальное напряжение 1V частотой 100 Гц. Подберите сопротивление R2 (временно можно его заменить подстрочным) таким, что бы стрелка прибора была на последней отметке шкалы. Затем, повысьте частоту до 10 кГц (сохранив уровень 1V) и подстройте С1 так, чтобы показания были такими же. как на 100 Гц. Проверьте еще раз.
На этом налаживание можно считать законченным.
Попцов Г.
| Литература: |
| 1. Nizkofrekvencni milivoltmetr. Konstrukcni elektronika a radio, №6, 2006 г. |
ВЧ вольтметр с линейной шкалой
Роберт АКОПОВ (UN7RX), г. Жезказган Карагандинской обл., Казахстан
Одним из необходимых приборов в арсенале радиолюбителя-коротковолновика, безусловно, является высокочастотный вольтметр. В отличие от НЧ мультиметра или, например, компактного ЖК осциллографа, такой прибор в продаже встречается редко, да и стоимость нового фирменного довольно высока. Посему, когда назрела необходимость в таком приборе, он был построен, причем со стрелочным миллиамперметром в качестве индикатора, который, в отличие от цифрового, позволяет легко и наглядно оценивать изменения показаний количественно, а не путем сравнения результатов. Это особенно важно при налаживании устройств, где амплитуда измеряемого сигнала постоянно меняется. В то же время точность измерения прибора при использовании определенной схемотехники получается вполне приемлемой.
На схеме в журнале опечатка: R9 должен быть сопротивлением 4,7 МОм
ВЧ вольтметры можно разделить на три группы. Первые построены на базе широкополосного усилителя с включением диодного выпрямителя в цепь отрицательной ОС . Усилитель обеспечивает работу выпрямительного элемента на линейном участке ВАХ. В приборах второй группы применяют простейший детектор с высокоомным усилителем постоянного тока (УПТ). Шкала такого ВЧ вольтметра на нижних пределах измерений нелинейна, что требует применения специальных градуировочных таблиц либо индивидуальной калибровки прибора . Попытка в какой-то мере линеаризировать шкалу и сдвинуть порог чувствительности вниз путем пропускания небольшого тока через диод проблему не решает. До начала линейного участка ВАХ эти вольтметры являются, по сути, индикаторами . Тем не менее такие приборы, как в виде законченных конструкций, так и приставок к цифровым мультиметрам, весьма популярны, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в журналах и сети Интернет.
Третья группа приборов использует линеаризацию шкалы, когда линеаризирующий элемент включен в цепь ОС УПТ для обеспечения необходимого изменения усиления в зависимости от амплитуды входного сигнала. Подобные решения нередко используют в узлах профессиональной аппаратуры, например, в широкополосных высоколинейных измерительных усилителях с АРУ, либо узлах АРУ широкополосных ВЧ генераторов. Именно на таком принципе построен описываемый прибор, схема которого с незначительными изменениями заимствована из .
При всей очевидной простоте ВЧ вольтметр имеет очень неплохие параметры и, естественно, линейную шкалу, избавляющую от проблем с градуировкой.
Диапазон измеряемого напряжения — от 10 мВ до 20 В. Рабочая частотная полоса — 100 Гц…75 МГц. Входное сопротивление — не менее 1 МОм при входной емкости не более нескольких пикофарад, которая определяется конструкцией детекторной головки. Погрешность измерений — не хуже 5 %.
Линеаризирующий узел выполнен на микросхеме DA1. Диод VD2 в цепи отрицательной ОС способствует повышению усиления этой ступени УПТ при малых значениях входного напряжения. Снижение выходного напряжения детектора компенсируется, в результате показания прибора приобретают линейную зависимость. Конденсаторы С4, С5 предотвращают самовозбуждение УПТ и уменьшают возможные наводки. Переменный резистор R10 служит для установки стрелки измерительного прибора РА1 на нулевую отметку шкалы перед проведением измерений. При этом вход детекторной головки должен быть замкнут. питания прибора особенностей не имеет. Он выполнен на двух стабилизаторах и обеспечивает двуполярное напряжение 2×12 В для питания операционных усилителей (сетевой трансформатор на схеме условно не показан, но входит в состав набора для сборки).
Все детали прибора, за исключением деталей измерительного щупа, смонтированы на двух печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Ниже приведена фотография платы УПТ, платы а питания и измерительного щупа.
Миллиамперметр РА1 — М42100, с током полного отклонения стрелки 1 мА. Переключатель SA1 — ПГЗ-8ПЗН. Переменный резистор R10 — СП2-2, все подстроечные резисторы — импортные многооборотные, например 3296W. Резисторы нестандартных номиналов R2, R5 и R11 могут быть составлены из двух, включенных последовательно. Операционные усилители можно заменить другими, с высоким входным сопротивлением и желательно с внутренней коррекцией (чтобы не усложнять схему). Все постоянные конденсаторы — керамические. Конденсатор СЗ смонтирован непосредственно на входном разъеме XW1.
Диод Д311А в ВЧ выпрямителе выбран из соображения оптимальности максимально допустимого ВЧ напряжения и эффективности выпрямления на верхней измеряемой частотной границе.
Несколько слов о конструкции измерительного щупа прибора. Корпус щупа изготовлен из стеклотекстолита в виде трубки, поверх которой надет экран из медной фольги.
Внутри корпуса размещена плата из фольгированного стеклотекстолита, на которой смонтированы детали щупа. Кольцо из полоски луженой фольги примерно посредине корпуса предназначено для обеспечения контакта с общим проводом съемного делителя, который можно навинтить вместо наконечника щупа.
Налаживание прибора начинают с балансировки ОУ DA2. Для этого переключатель SA1 устанавливают в положение «5 В», замыкают вход измерительного щупа и подстроечным резистором R13 устанавливают стрелку прибора РА1 на нулевую отметку шкалы. Затем переключают прибор в положение «10 мВ», на его вход подают такое же напряжение, и резистором R16 устанавливают стрелку прибора РА1 на последнее деление шкалы. Далее на вход вольтметра подают напряжение 5 мВ, стрелка прибора должна быть примерно на середине шкалы. Линейности показаний добиваются подборкой резистора R3. Ещё лучшей линейности можно добиться подборкой резистора R12, однако следует иметь в виду, что это повлияет на коэффициент усиления УПТ. Далее калибруют прибор на всех поддиапазонах соответствующими подстроечными резисторами. В качестве а образцового напряжения при градуировке вольтметра автор использовал генератор Agilent 8648A (с подключенным к его выходу эквивалентом нагрузки сопротивлением 50 Ом), имеющий цифровой измеритель уровня выходного сигнала.
Всю статью из журнала Радио №2, 2011 можно загрузить отсюда
ЛИТЕРАТУРА:
1. Прокофьев И., Милливольтметр-Q-метр. — Радио, 1982, №7, с. 31.
2. Степанов Б., ВЧ головка к цифровому мультиметру. — Радио, 2006, № 8, с. 58, 59.
3. Степанов Б., ВЧ вольтметр на диоде Шоттки. — Радио, 2008, № 1, с. 61, 62.
4. Пугач А., Высокочастотный милливольтметр с линейной шкалой. — Радио, 1992, № 7, с. 39.
Стоимость печатных плат (щупа, основной платы и платы БП) с маской и маркировкой: 80 грн.
Схема самодельного милливольтметра переменного тока, выполнена на пяти транзисторах.
Основные параметры:
- Диапазон измеряемых напряжений, мВ - 3...5*І0^3;
- Диапазон рабочих частот, Гц - 30.. .30* 10^3;
- Неравномерность АЧХ, дБ - ±1;
- Входное сопротивление, мОм: на"пределах 10, 20, 50 мВ - 0,1; на пределах 100"мВ..5В - 1,0;
- Погрешность измерений, % - 10.
Схема прибора
Прибор состоит из входного эмиттерного повторителя (транзисторы V1, V2), усилительного каскада — (транзистор V3) и вольтметра переменного тока (транзисторы V4, V5, диоды V6—V9 и микроамперметр Р1).
Измеряемое переменное напряжение с разъема X1 подается на входной эмиттерный повторитель через делитель напряжения (резисторы R1, R2* и R22), с помощью которого это напряжение может быть уменьшено в 10 или 100 раз.
Уменьшение в 10 раз происходит при установке переключателя S1 в положение X 10 мВ (делитель образуется резистором R1 и включенными параллельно резистором R22 и входным сопротивлением эмиттерного повторителя).
Резистор R22 служит для точной установки входного сопротивления прибора (100 кОм). При установке переключателя S1 в положение X 0,1 В на вход эмиттерного повторителя поступает 1/100 часть измеряемого напряжения.
Рис. 1. Схема милливольтметра переменного тока на пяти транзисторах.
Нижнее плечо делителя в этом случае состоит из входного сопротивления повторителя и резисторов R22 и R2*.
На выходе эмиттерного повторителя включен еще один делитель напряжения (переключатель S2 и резисторы R6—R8), позволяющий ослабить сигнал, поступающий далее на усилитель.
Следующий каскад милливольтметра — усилитель напряжения ЗЧ на транзисторе V3 (коэффициент усиления примерно 30) — обеспечивает возможность измерения малых напряжений.
С выхода этого каскада усиленное напряжение 34 поступает на вход измерителя напряжения переменного тока с линейной шкалой, представляющей собой двухкаскадный усилитель (V4, V5), охваченный отрицательной обратной связью через выпрямительный мост (V7—V10). В диагональ этого моста включен микроамперметр P1.
Нелинейность шкалы описываемого вольтметра в интервале отметок 30... 100 не превышает 3 %, а в рабочем участке (50... 100) —2 %. При калибровке чувствительность милливольтметра регулируют резистором R13.
Детали
В приборе можно использовать любые низкочастотные маломощные транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока h21э = 30...60 (при токе эмиттера 1 мА). Транзисторы с большим коэффициентом h21э следует установить на место V1 и V4. Диоды V7—V10 — любые германиевые из серий Д2 или Д9.
Стабилитрон КС168А можно заменить двумя стабилитронами КС133А, включив их последовательно. В приборе применены конденсаторы МБМ (С1), К50-6 (все остальные), постоянные резисторы МЛТ-0,125, подстроечный резистор СПО-0,5.
Переключатели S1 и S2 (движковые, от транзисторного радиоприемника «Сокол») доработаны так, чтобы каждый из них стал двухполюсным на три положения: в каждом ряду удалены краиние неподвижные контакты (по два подвижных контакта), а оставшиеся подвижные контакты переставлены в соответствии со схемой коммутации.
Налаживание
Налаживание прибора сводится к подбору режимов, указанных на схеме резисторами, отмеченными звездочкой, и градуировке шкалы по образцовому Прибору.
Эта статья посвящена двум вольтметрам, реализованных на микроконтроллере PIC16F676. Один вольтметр имеет диапазон измеряемых напряжений от 0,001 до 1,023 вольта, другой, с соответствующим резистивным делителем 1:10, может измерять напряжения от 0,01 до 10,02 вольта. Ток потребления всего устройства при выходном напряжении стабилизатора +5 вольт составляет примерно 13,7 мА. Схема вольтметра изображена на рисунке 1.
Два вольтметра схема
Цифровой вольтметр, работа схемы
Для реализации двух вольтметров использованы два вывода микроконтроллера, сконфигурированных на вход для модуля цифрового преобразования. Вход RA2 используется для измерения малых напряжений, в районе вольта, а к входу RA0 подключен делитель напряжения 1:10, состоящий из резисторов R1 и R2, позволяющий измерять напряжение до 10 вольт. В данном микроконтроллере используется десятиразрядный модуль АЦП и чтобы реализовать измерение напряжения с точностью до 0,001 вольта для диапазона 1 В, пришлось применить внешнее опорное напряжение от ИОН микросхемы DA1 К157ХП2. Так как мощность ИОН микросхемы очень маленькая, и чтобы исключить влияние внешних цепей на этот ИОН, в схему введен буферный ОУ на микросхеме DA2.1 LM358N . Это неинвертирующий повторитель напряжения, имеющий стопроцентную отрицательную обратную связь — ООС. Выход этого ОУ нагружен на нагрузку, состоящую из резисторов R4 и R5. С движка подстроечного резистора R4, опорное напряжение величиной 1,024 В подается на вывод 12 микроконтроллера DD1, сконфигурированного, как вход опорного напряжения для работы модуля АЦП . При таком напряжении каждый разряд оцифрованного сигнала будет равен 0,001 В. Чтобы уменьшить влияние шумов, при измерении малых величин напряжения применен еще один повторитель напряжения, реализованный на втором ОУ микросхемы DA2. ООС этого усилителя резко уменьшает шумовую составляющую измеряемой величины напряжения. Так же уменьшается напряжение импульсных помех измеряемого напряжения.
Для вывода информации об измеряемых величинах применен двухстрочный ЖКИ, хотя для этой конструкции хватило бы и одной строки. Но иметь в запасе возможность вывода еще какой ни будь информации, тоже не плохо. Яркость подсветки индикатора регулируется резистором R6, контрастность выводимых символов зависит от величины резисторов делителя напряжения R7 и R8. Питается устройство от стабилизатора напряжения собранного на микросхеме DA1. Выходное напряжение +5 В устанавливается резистором R3. Для уменьшения общего тока потребления, напряжение питания самого контроллера можно уменьшить до величины, при которой сохранялась бы работоспособность контроллера индикатора. При проверке данной схемы индикатор устойчиво работал при напряжении питания микроконтроллера 3,3 вольта.
Настройка вольтметра
Для настрой данного вольтметра необходим, как минимум цифровой мультиметр, способный измерять напряжение 1,023 вольта, для настройки опорного напряжения ИОН. И так, с помощью контрольного вольтметра выставляем на выводе 12 микросхемы DD1 напряжение величиной 1,024 вольта. Затем на вход ОУ DA2.2, вывод 5 подаем напряжение известной величины, например 1,000 вольт. Если показания контрольного и настраиваемого вольтметров не совпадают, то подстроечным резистором R4, изменяя величину опорного напряжения, добиваются равнозначных показаний. Затем на вход U2 подают контрольное напряжение известной величины, например 10,00 вольт и подборкой величины сопротивления резистора R1, можно и R2, а можно и тем и другим добиваются равнозначных показаний обоих вольтметров. На этом регулировка заканчивается.
