Вч вольтметр с линейной шкалой. Милливольтметр постоянного и переменного токов и омметр с линейной шкалой Проектирование аналоговый милливольтметр переменного тока схемы
Милливольтметр переменного тока в зависимости от устройств измеряют амплитудное, среднее и действующее значения переменного напряжения. Шкала милливольтметра градуируется, как правело, в действующих значениях для синусоидального напряжения, или, что тоже самое, в 1,11U ср – для приборов, показания которых пропорциональны среднему значению напряжения, и в 0,7U m – для приборов, показания которых пропорциональных амплитудному значению. Если шкала прибора градуируется в амплитудных или средних значениях, то на ней имеется соответствующее обозначение. Милливольтметры переменного тока строятся по схеме усилитель–выпрямитель. Структурная типовая схема такого прибора показана на рисунке.
При разработке этого класса приборов основное внимание уделяется обеспечению высокого входного импеданса в широком диапазоне частот. Структура прибора, в которой усиления предшествует выпрямлению, позволяет, сравнительно просто повысит входное сопротивление и уменьшить входную емкость за счет введения схем с глубокими местными обратными связями.
Рис. 2.4 Функциональная схема милливольтметра переменного тока:
ПИ – преобразователь импеданса, ППИ – переключатель приделов измерения,
У – широкополосный усилитель, ВУ – выпрямительное устройство (ПАЗ, ПСЗ, ПДЗ): ИП – источник питания в этом числе катодных и эмиттерных повторителей.
Применяются также и другие методы повышения импеданса и выравнивания частотных характеристик, такие, как размещение входного устройства в пробнике. Применения элементов с малой собственной емкостью, коррекции усилителей с помощью частотно-зависимых цепей.
В приведенных примерах реализации схема милливольтметров переменного тока приемы и методы улучшения метрологических характеристик рассматриваются более конкретно.
На рис. 2.5 приведена схема милливольтметра переменного тока.
Рис. 2.5. Схема милливольтметра переменного тока.
Диапазон измеряемых напряжений прибора от 100 мкВ до 300 В перекрывается приделами 1, 3, 10, 30, 100, 300 мВ; 1, 3, 10, 30, 100, 300 В. Рабочий диапазон частот 20Гц – 5МГц. Основная погрешность 2,5% на пределах 1 – 300 мВ и 4% на пределах 1 – 300В в диапазоне частот 45 Гц – 1 МГц; в остальной части рабочего диапазона частот погрешность 4 –6%. Входное сопротивление на частоте 55 Гц не менее 5 МОм на пределах до 300 мВ и не менее 4 МОм на остальных пределах, входная емкость 30 и 15 пФ. Прибор подключается к объекту измерения придаваемыми к нему кабелями, емкость которых не более 80 пФ. Отсутствие пробника существенно ухудшает входной импеданс его в области ВЧ.
На рисунке показана схема простого милливольтметра переменного тока, милливольтметр имеет четыре диапазона 1 мВ, 10 мВ, 100 мВ и 1 В. Входной сигнал может иметь частоту от нескольких герц до 50 кГц. Нелинейность схемы выпрямителя устраняется путем применения обратной связи в ОУ. Схема рассчитана на измерение полного выпрямленного среднего значения входного сигнала.
- Похожие статьи
Войти с помощью:
Случайные статьи
- 22.09.2014
Принципиальная схема ус-ва показана на рис.1, ус-во предназначено для управления коллекторным электродвигателем — дрель, вентилятор и так далее. На однопереходном транзисторе VT1 собран генератор коротких положительным импульсов для управления вспомогательным тринистором VS1. Питается генератор трапецеидальным напряжением, получаемым благодаря ограничению стабилитроном VD1 положительной полуволн синусоидального напряжения(100Гц). С появлением каждой полуволны такого …
- 02.10.2014
Этот источник питания предназначен для питания различных уст-в от напряжения 25-30В при токе 70мА от бортовой сети автомобиля. Мультивибратор на транзисторах с мощным выходом вырабатывает импульсы с частотой около 10кГц. Далее импульсы проходя через С3 С4 далее выпрямляются, при этом происходит обрезка импульсов с помощью VD1 VD2 для стабилизации выходного …
-
ВЧ вольтметр с линейной шкалой
Роберт АКОПОВ (UN7RX), г. Жезказган Карагандинской обл., КазахстанОдним 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.
Эти приборы используются главным образом для измерения малых напряжений. Их наибольший предел измерения 1÷10 мВ, внутреннее сопротивление порядка 1÷10 мОм.
Входное напряжение поступает на трехзвенный Г-образный ЧС-фильтр, назначение которого уменьшить наводки промышленной частоты - 50 Гц во входном сигнале.
Затем напряжение модулируется, усиливается усилителем Y 1 , состоящим из Y" (1 и 2-ой каскада) и Y" (3 - 5-ой каскады), затем демодулируется, подается на согласующий усилитель Y 2 , который выполнен по схеме катодного повторителя и служит для согласования сопротивления μА с сопротивлением Y 2 . Напряжение измеряется μА (100 μА), шкала которого градируется в единицах напряжения.
В качестве модулятора использован вибропреобразователь. ДМ - диодный кольцевой демодулятор.
Цепь обратной связи служит для стабилизации коэффициента усиления и его изменения при переключении пределов измерения.
В переключатель пределов измерения, кроме звена ОС входит делитель напряжения ДН, расположенный между вторым и третьим каскадом Y 1 .
ГНЧ - генератор несущей частоты обеспечивает подачу напряжения на М и ДМ.
По такой схеме построен вольтметр постоянного тока типа В2-11 с пределами измерения
В, внутреннее сопротивление 10÷300 мОм и
погрешность 6÷1 %.Универсальные вольтметры
У
ниверсальные
вольтметры строятся по схеме, которая
называется схемой "выпрямитель-усилитель".
Важной частью схемы яв-ляется выпрямитель
"В". Как правило, в универсальных
вольтметрах используются В амплитудного
значения, построенные по схеме
однополупериодного выпрямления (так
как в случае двухполупериодного
выпрямления невозможно создать
заземленную шину) с открытым или закрытым
входом, но, как правило, используется
схема с закрытым входом, что объясняется
независимостью напряжения на ее выходе
от постоянной составляющей на входе.Универсальные вольтметры имеют широкий частотный диапазон, но сравнительно низкую чувствительность и точность.
Получили распространение универсальные вольтметры В7-17, В7-26, ВК7-9 и другие. Их основная погрешность достигает ±4%. Частотный диапазон до 10 3 мГц. Пределы измерения от 100÷300 мВ до 10 3 В.
Вольтметры переменного тока
ППИ – переключатель пределов измерения.
Электронные вольтметры переменного тока предназначаются в основном для измерения малых напряжений. Это объясняется их структурой "усилитель-выпрямитель", то есть предварительным усилением напряжения. Эти приборы обладают высоким входным сопротивлением за счет введения схем с глубокими местными обратными связями, в том числе катодных и эмиттерных повторителей: в качестве ВП используются выпрямители среднего, амплитудного и действующего значения. Шкала, как правило, градуируется в единицах действующего значения с учетом соотношений
и
для синусоидальных напряжений. Если
шкала градуируется вU
ср
или U
т
, то на ней имеются соответствующие
обозначения.В общем приборы по схеме "усилитель-выпрямитель" имеют большую чувствительность и точность, но частотный диапазон их сужен, он ограничивается усилителем У.
Если используется В среднего или амплитудного значения, то приборы критичны к форме кривой входного напряжения при градуировке шкалы в ед. U д .
При использовании В среднего значения, он, как правило, выполняется по двухполупериодной схеме выпрямления. При использовании амплитудного детектора - по схеме с открытым или закрытым входами.
Особенностью электронных вольтметров действующего значения является квадратичность шкалы за счет наличия квадратирующего устройства в В. Существуют специальные методы устранения этого недостатка.
Получили распространение милливольтметры переменного тока типа В3-14, В3-88, В3-2 и т.п.
Среди электронных вольтметров наибольшую точность имеет диодный компенсационный вольтметр (ДКВ). Его погрешность не превышает сотых долей процента. Принцип действия поясняет следующей схемой.
НИ - нуль-индикатор
При подаче
и
компенсационного напряжения смещения
последнее можно отрегулировать так,
что НИ покажет 0. Тогда можно считать,
что
.Импульсные вольтметры
Импульсные V предназначены для измерения амплитуд периодических импульсов сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.
Трудность измерения состоит в многообразии форм импульсов и широком диапазоне изменения временных характеристик.
Все это не всегда известно оператору.
Измерение одиноч-ных импульсов создает дополнительные трудности, так как не удается накопить информацию об измеряемой величине многократным воздействием сигнала.
Импульсные V строятся по приведенной схеме. Здесь ПАИ - преобразователь амплитуды и импульса в напряжение. Это самый важный блок. Он в ряде случаев обеспечивает не только указанное преобразование и запоминание преобразованного значения в течение времени отсчета.
Наиболее часто в ПАИ используются диодно-конденсаторные пиковые детекторы. Особенность этих детекторов в том, что длительность импульсов τ U может быть мала, а скважность - велика. В результате за τ U "С" полностью не зарядится, а за "Т" - значительно разрядится.
Самодельные измерительные приборы
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.. .5 В 1,0;
Погрешность измерений, % 10.
Схема прибора
Прибор состоит из входного эмиттерного повторителя (транзисторы V1, V2), усилительного каскада - (транзистор V3) и вольтметра переменного тока (транзисторы V4, V5, диоды V6-V9 и микроамперметр Р1).
Измеряемое переменное напряжение с разъема X1 подается на входной эмиттерный повторитель через делитель напряжения (резисторы R1, R2* и R22), с помощью которого это напряжение может быть уменьшено в 10 или 100 раз. Уменьшение в 10 раз происходит при установке переключателя S1 в положение X 10 мВ (делитель образуется резистором R1 и включенными параллельно резистором R22 и входным сопротивлением эмиттерного повторителя). Резистор R22 служит для точной установки входного сопротивления прибора (100 кОм). При установке переключателя S1 в положение X 0,1 В на вход эмиттерного повторителя поступает 1/100 часть измеряемого напряжения.
Нижнее плечо делителя в этом случае состоит из входного сопротивления повторителя и резисторов R22 и R2*.
На выходе эмиттерного повторителя включен еще один делитель напряжения (переключатель S2 и резисторы R6-R8), позволяющий ослабить сигнал, поступающий далее на усилитель.
Следующий каскад милливольтметра - усилитель напряжения ЗЧ на транзисторе V3 (коэффициент усиления примерно 30) - обеспечивает возможность измерения малых напряжений/ С выхода этого каскада усиленное напряжение 34 поступает на вход измерителя напряжения переменного тока с линейной шкалой, представляющей собой двухкаскадный усилитель (V4, V5), охваченный отрицательной обратной связью через выпрямительный мост (V7-V10). В диагональ этого моста включен микроамперметр P1.
Нелинейность шкалы описываемого вольтметра в интервале отметок 30... 100 не превышает 3 %, а в рабочем участке (50... 100) -2 %. При калибровке чувствительность милливольтметра регулируют резистором R13.
В приборе можно использовать любые низкочастотные маломощные транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока 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 прибора сводится к подбору режимов, указанных на схеме резисторами, отмеченными звездочкой, и градуировке шкалы по образцовому Прибору.
