Комбинированный вольтметр

В практике радиолюбителя нередко возникает необходимость одновременно измерять сразу несколько электрических величин, проводя сравнительный анализ различных процессов, протекающих в электронном устройстве. Для этого был разработан и изготовлен прибор, одновременно измеряющий постоянные и переменные напряжения с помощью двух стрелочных индикаторов (рис. 2). Он имеет высокое входное сопротивление, обладает повышенной точностью измерений и содержит небольшое количество прецизионных деталей. Пределы измерений напряжений: постоянных — от 1 мВ до 1000 В, переменных — от 1 мВ до 100 В. Потребляемая от сети мощность не превышает 1 Вт.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

Постоянное напряжение величиной выше 1 В, подаваемое на гнезда X1, Х2 (рис. 1), входным делителем на резисторах R1, R2 делится в 1000 раз. Через переключатель S1.1 и цепочку защиты от перегрузок R3, V1 измеряемое напряжение поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя А1. При измерении постоянных напряжений до 1 В входной делитель отключается. Выход операционного усилителя через стрелочный индикатор PV1 типа М4204 с током полного отклонения 100 мкА соединен с инвертирующим входом. Переключатель S1.2 в цепи отрицательной обратной связи осуществляет подключение одного из прецизионных резисторов R7—R9, изменяя тем самым усиление операционного усилителя и, следовательно, шкалу прибора. Причем одни и те же резисторы используются как в диапазоне 0—1 В, так и в диапазоне 0—1000 В, что позволило свести их количество к минимуму. Предварительную установку стрелочного индикатора на нуль выполняют переменным резистором R5. Переключатель S1.1 переводят с положение «0». При этом вход операционного усилителя замыкается на общий провод, в цепи отрицательной обратной связи включается резистор R7, и чувствительность прибора становится максимальной. Величины резисторов R7—R9 рассчитывают по формуле

R=U/Iприбора

и при токе прибора, равном 100 мкА, составляют 100 Ом, 1 кОм и 10 кОм соответственно.

Переменное напряжение с гнезд Х3, Х4 через конденсатор С1 подается на делитель R10, R11. Конденсаторы С2, С3 осуществляют частотную коррекцию прибора. Система коммутации и переключения шкал аналогична предыдущей. Стрелочный индикатор PV2 подключен к выходу операционного усилителя А2 через двухполупериодный выпрямитель на диодах V3—V6. Для сохранения уже имеющейся градуировки параллельно индикатору подсоединен подстроечный резистор R16. Частотный диапазон прибора определяется типом операционного усилителя (в данном случае используется широкополосный ОУ типа К544УД2). Применение операционных усилителей с полевыми транзисторами позволяет получить высокое входное сопротивление вольтметров: 10 МОм и 1 МОм соответственно. Источник питания выполнен по схеме двухполярного параметрического стабилизатора.

ДЕТАЛИ И КОНСТРУКЦИЯ

От выбора резисторов R1, R2 и R10, R11 входных делителей и в цепи обратной связи R7—R9, R17—R19 зависит точность работы прибора. Рекомендуем типы ПТМП или С2-13 с допуском не хуже ± 0,5%. Переключатель пределов шкал типа ПМ. Силовой трансформатор подобрать или изготовить, с напряжением вторичных обмоток примерно 15 В. Переменные резисторы установки нуля выбраны типа СП3-4а, а подстроечный резистор R16 типа СП5-3. Конденсатор С1 типа МБМ на 250 В. Если прибор будет применяться и для ламповой аппаратуры, то конденсатор С1 выбирается с рабочим напряжением 500 В.

Для переключателей пределов ручки выполнены из металла (рис. 3).

Корпус прибора сборный, выполнен из листового дюралюминия толщиной 3 мм — лицевая и тыловая панели имеют размер 180×145 мм, основание 180Х115 мм. Между собой они скреплены с помощью уголков.

На задней стенке установлены плата блока питания со стабилизатором, сетевой тумблер и держатель предохранителя.

В центре основания установлена монтажная колодка, от которой идут провода к блоку питания и к лицевой панели. Это позволяет вести монтаж отдельно на каждой панели и затем выполнить сборку прибора. Входные делители на маленьких монтажных платах устанавливаются около переключателей, а резисторы R7—R9, R17—R19 распаиваются непосредственно на переключателях.

Монтажные платы вольтметров постоянного и переменного токов представлены соответственно на рисунках 4 и 5. Крепятся платы непосредственно к выводам стрелочных индикаторов.

ПРОВЕРКА И НАСТРОЙКА

Для вольтметра постоянного тока проверить точность и стабильность установки нуля стрелочного индикатора, установив переключатель S1 в положение «0». Если резисторы R7—R9 и R1, R2 соответствуют указанным на схеме, то никакой градуировки вольтметра не требуется и прибор готов к работе.

Для вольтметра переменного тока так же проверяем установку нуля. Градуировку прибора можно выполнить двумя способами.

1. От какого-либо источника постоянного тока (батарея, выпрямитель) с помощью резисторного делителя получить напряжение 1 В, измерив его уже настроенным вольтметром постоянного тока. Установить переключатель S2 в положение «1 В», подать сигнал с резисторного делителя на гнездо Х4 и «плюсом» на верхний (по схеме) конец резистора R10. Подстроечным резистором R16 установить показание стрелочного индикатора PV2 на 0,9 В. Это объясняется тем, что действующее значение переменного тока в 1,11 раза больше значения постоянного тока.

2. От генератора звуковой частоты подать на гнезда Х3, Х4 сигнал 1 В частотой 1000 Гц и подстроечным резистором R16 выставить стрелку прибора на 1 В.

Частотный диапазон вольтметра проверяется генератором звуковой частоты, при этом подбирается величина конденсатора С2 таким образом, чтобы показания прибора на пределе 1 В были одинаковы на частотах 1000 Гц и 1000 кГц.

После всех настроек прибор готов к действию.

ПОДГОТОВКА ПРИБОРА К РАБОТЕ

Установить переключатели шкал обоих вольтметров в положение «О» и включить прибор в сеть. Убедиться, что стрелки индикаторов стоят на нуле, а если нет — установить на нуль. После этой операции прибор к работе готов.

В заключение напоминаем о технике безопасности при работе с электрическими приборами. Соединительные шнуры вольтметров необходимо выполнить из многожильного провода в хлорвиниловой изоляции и концы их заделать в приборные штекеры.

Данные силового трансформатора. Сердечник ШЛ 12×20.

Первичная обмотка содержит 6600 витков провода ПЭВ 0,1—0,08, вторичная обмотка — 2×500 витков, провод ПЭВ 0,12.

Экран выполняется обмоткой в один слой проводом ПЭВ 0,15.

В. ЭЙНБИНДЕР, Санкт-Петербург