МИЛЛИВОЛЬТМЕТР НА ТРАНЗИСТОРАХ

В.Нуждин Радио №3/1963 ст.50

В статье приведено описание не­сложного милливольтметра на транзисторах, изготовление которого доступно для радиолюбителя средней квалификации.

Прибор предназначен для измере­ний переменных напряжений в диа­пазоне частот 10 гц—30 кгц и имеет 10 поддиапазонов: 0—10 мв\ 0— 30 мв, 0—100 мв, 0—300 мв, 0—1 в, 0—3 б, 0—10 в, 0—30 в, 0—100 в и 0—300 б. Входное сопротивление вольтметра на первых пяти поддиа­пазонах около 1 Мом, на остальных —2 Мом; входная емкость не более 15 пф. Точность измерений напряже­ний во всем диапазоне частот при температуре от +10° до +30^cC не хуже ±5%. При изменении напря­жения питания на ±20% точность показаний милливольтметра ухуд­шается на 1 —1,5%. Шкала милли­вольтметра проградуирована в деци­белах, поэтому прибор удобен для смятия частотных характеристик усилителей НЧ, регуляторов тембра, громкости и т. п. Милливольтметр питается от 4-х батарей ФБС-0,25, потребляемый ток не превышает 2,5 ма. Прибор неболь­шой по размерам, 35х 135х 180 мм.

Принципиальная схе­ма милливольтметра при­ведена на рис. 1. Изме­ряемое напряжение по­дается на вход первого каскада усилителя НЧ, выполненного по схеме эмиттерного повторителя. Основное преимущество эмиттерного повто­рителя — большое входное сопротив­ление и линейная амплитудная ха­рактеристика. На входе и в цепи нагрузки первого каскада включены элементы аттенюатора, с помощью которого переключаются пределы из­мерений милливольтметра. Когда переключатель Я₁ находит­ся в верхнем по схеме положении, чувствительность усилителя такова, что стрелка гальванометра на вы­ходе усилителя отклоняется полно­стью при подаче на входные гнезда прибора напряжения 10 мв. При из­мерении напряжения до 1 б на вход первого каскада подается все изме­ряемое напряжение, а на последующие каскады лишь часть его (с де­лителя R₃ —R₇). При измерении на­пряжения выше 1 в делитель R₁— R₂ в 316 раз (на 50 дб) ослабляет на­пряжение на входе. Таким образом, диапазон измерений расширяется от 1 до 300 б.

Второй каскад усилителя выпол­нен по несколько необычной после­довательной схеме на двух транзи­сторах (рис. 2). Транзисторы по постоянному току включены после­довательно. Т₂ включен по схеме с общим эмиттером и нагружен сопротивлением R_H и внутренним сопро­тивлением транзистора Т₂. Перемен­ное напряжение с сопротивления R_н подается на базу транзистора Т₂, который со стороны выхода включен как эмиттерный повторитель.

Благодаря этому коэффициент усиления каскада равен 1200—1500, если использованы транзисторы с В=30ч-40. Кроме того, каскад имеет хорошую частотную и фазовую ха­рактеристики. Режим работы тран­зистора Т₃ стабилизирован сопротив­лением R₁₂, поэтому нет необходи­мости в специальной стабилизации транзистора Т₂.

Оконечный каскад собран на тран­зисторе Т₄. Коллекторный ток по­следнего стабилизирован сопротив­лениями R_n — R_1Q. Кроме того, от величины этих сопротивлений зависит выбор рабочей точки. Сопротив­ление R₁₅ увеличивает входное соп­ротивление оконечного каскада. Это несколько снижает коэффициент усиления последнего.

Напряжение, снятое с нагрузки оконечного каскада (с сопротивле­ния R₁₇), выпрямленное двухполупериодным мостовым выпрямителем, измеряется гальванометром М-24. Гальванометр зашунтирован сопро­тивлением R₂₀, поэтому его перво­начальная чувствительность 100 мка снижена до 0,5 ма, а ток через диоды увеличен. При больших токах вольт­амперная характеристика диода ли­нейна, следовательно шкала прибора тоже линейна.

Усилитель охвачен глубокой от­рицательной обратной связью, по­этому параметры усилителя стабиль­ны, а шкала прибора линейна. Нап­ряжение обратной связи подается с выхода усилителя в цепь эмиттера транзистора Т₃. Глубину обратной связи регулируют потенциометром R13 при налаживании усилителя. Из-за обратной связи входное соп­ротивление второго каскада, а в конечном счете всего усилителя уве­личивается. Коэффициент усиления усилителя из-за обратной связи уменьшается до 50. Такую глубокую обратную связь удалось получить лишь благодаря последовательной схеме второго каскада, во всех дру­гих случаях столь глубокая обрат­ная связь приводит к самовозбужде­нию усилителя.

Конструкция и детали.

Милли­вольтметр выполнен в прямоуголь­ном металлическом футляре разме­рами 35x135x 180 мм со съемной задней стенкой (рис. 3). К Лицевой панели прикреплены гальванометр, переключатель П₁ , тумблер вклю­чения питания Вк₁ и входные зажи­мы. Элементы ФБС в круглых пат­ронах из органического стекла рас­положены на задней стенке прибора. Их можно расположить и внутри корпуса, по обеим сторонам гальва­нометра. Все детали усилителя, за исключением кон­денсатора С₁ и со­противлений обоих делителей, смонти­рованы на гетинаксовой монтаж­ной плате разме­рами 70 х 115 мм (рис. 4). Конденса­тор и сопротивле­ния делителей при­паивают непосред­ственно к выводам переключателя и к входным зажи­мам.

В приборе ис­пользованы сопро­тивления МЛТ-0,5 и конденсаторы ЭМ и БМ. Емкость конденсатора С₄ не следует брать вы­ше указанной на схеме, иначе рабо­та прибора будет неустойчивой. Ве­личины всех ос­тальных конденса­торов могут отличаться от указан­ных на 50% — 100%. Величины сопротивлений R₁—R₇ надо подобрать с воз­можно большей точностью, так как от этого зависит точность измерения. В крайнем случае можно допустить отклонения на +5%. Чувствитель­ность микроамперметра М—24 100 мка, сопротивление рамки 1600 ом. Можно использовать любой другой гальванометр с чувствительностью до 0,5 ма. В этом случае сопротив­ление R₂₀ надо исключить. Очень удобно использовать гальванометр со шкалой, имеющей 100 делений.

Переключатель П₁ двухплатный на 11 положений, для уменьшения высоты прибора расстояние между со­седними платами уменьшено до9лш. Потенциометр R₁₃ типа СПО—0,5.

Вместо транзисторов П14 можно использовать без ущерба для каче­ства прибора П13, П13А, П15, П16, П401 и т. п. Необходимо лишь при­менять транзисторы с коэффициен­том усиления по току не менее 20, причем транзисторы Т₃, 7₄ должны быть с большим В, а 7\, Т₂ могут иметь меньшее. Вместо точечных диодов Д9Ж можно применить плос­костные Д7, точечные диоды других типов не рекомендуются, так как при этом труднее получить линейную шкалу.           ‘

Налаживание.

При налаживании и градуировке милливольтметра ре­комендуется пользоваться звуковым генератором ЗГ-10 или другим подоб­ным налаживаемому вольтметром переменного тока достаточно высоко­го класса точности и осциллогра­фом (последний не обязателен).

Включив питание, ставят переклю­чатель поддиапазонов в положение 10 мв. Устанавливают движок по­тенциометра R₁₃ в нижнее по схеме положение и проверяют коэффициент усиления усилителя при минималь­ной глубине отрицательной обратной связи. Для этого на вход усилителя от звукового генератора подается на­пряжение частоты 1000 гц, причем такой величины (0,1—0,3 мв), чтобы стрелка прибора отклонилась на всю шкалу. Если стрелка гальвано­метра отклоняется полностью при значительно большем напряжении, значит режим работы второго кас­када (Т₂, Т₃) выбран неправильно. В этом случае постоянные сопротив­ления /?_1Э и R₁₂ следует заменить пе­ременными в 1 Мом. Плавно изме­няя величины этих сопротивлений, добиваются максимального усиле­ния. По мере увеличения коэффици­ента усиления, а следовательно, и отклонения стрелки гальванометра, выходное напряжение генератора надо постепенно уменьшать. Подоб­рав величины сопротивлений, их измеряют, и переменные сопротив­ления заменяют постоянными. Если при любых значениях R_l0 и R12 пол­ное отклонение стрелки гальвано­метра наблюдается при входном нап­ряжении более 0,5 мв, следует про­верить исправность оконечного кас­када. Для этого к выходу звукового генератора через электролитический конденсатор 5—10 мкф подключают базу транзистора Т₄. При выходном напряжении генератора 50—100 мв стрелка гальванометра должна от­клониться на всю шкалу. Если есть осциллограф, надо проверить форму напряжения сигнала на коллекторе транзистора Т₄ при полном отклоне­нии стрелки гальванометра. Форма напряжения должна быть синусои­дальной. В противном случае надо изменить величину сопротивления R_u. При налаживании прибора при­ходится измерять малые напряже­ния порядка единиц, долей милли­вольта. Это представляет определен­ную трудность. Если же звуковой ге­нератор имеет декадный аттюнеатор с пределами регулировки не менее 60—80 дб, поступают так: выход ге­нератора подключают к контроль­ному вольтметру. Ручкой плавной регулировки устанавливают выход­ное напряжение равным 1 в, при этом декадный аттенюатор должен стоять в положении 0 дб. Теперь с помощью декадного аттюнюатора можно по­лучить любое напряжение. Если установить его в положение 60 дб, то выходное напряжение генератора будет равно 1 мв, положение 70 дб соответствует напряжению 0,3 мв, положение 80 дб — 0,1 мв.

После того, как получена необхо­димая величина коэффициента уси­ления, можно приступить к калиб­ровке милливольтметра. В зависи­мости от того, какая шкала исполь­зуется в приборе, выбирают и вели­чины сопротивлений делителей R₁— R2 и R₃—R₇.

На схеме (рис. 1) величины соп­ротивлений делителей указаны для случая, когда прибор имеет две шка­лы: одну для пределов измерения 10 мв, 100 мв и т. п., другую — для 30 мв, 300 мв и т. п., причем последние деления на двух шкалах совпадают. В этом случае милливольтметр ка­либруют так. На его вход от звуко­вого генератора подают напряжение, по величине равное одному из преде­лов измерений, например 1 в, и конт­ролируемое образцовым вольтмет­ром. Переключатель пределов мил­ливольтметра ставят в положение 1 в и; плавно вращая движок потен­циометра R₁₃, устанавливают стрел­ку гальванометра на последнее де­ление шкалы. Более удобна шкала, проградуиро­ванная в децибелах. В этом случае величины сопротивлений делителя надо изменить (рис. 5). Если коэф­фициент деления делителя равен 3,18, то деления двух соседних шкал отличаются на 10 дб.

Шкалу в децибелах легко вычер­тить самому, пользуясь рис. 6 и табл. 1. Шкала в децибелах градуи­руется относительно делений шкалы 1 в. Для удобства на лицевой панели рядом с пределами измерений в мил­ливольтах и вольтах, следует нанести деления в децибелах по табл* 2.

Работа с прибором.

За 3—5 мин. до начала измерения милливольтметр надо включить. В остальном прибо­ром пользуются так же, как лю­бым другим ламповым. Однако сле­дует иметь в виду, что из-за включе­ния шунтирующего сопротивления R₂₀ время установления стрелки гальванометра значительно больше, чем в аналогичных ламповых прибо­рах.

При снятии частотных характери­стик напряжение на выходе исследуе­мого устройства устанавливают та­ким, чтобы стрелка милливольтмет­ра показывала 0 дб. Предел измере­ния милливольтметра выбирается так же, как обычно. После этого из­меняют частоту генератора и записы­вают отсчеты по шкале децибел.. Если при измерении приходится переклю­чать милливольтметр на другие пре­делы, то к отсчетному значению де­цибел надо прибавить (или вычесть) 10 дб при переходе на один сосед­ний поддиапазон и 20 дб при пере­ходе на два поддиапазона. Например, нуль децибел (на частоте 1000 гц) был установлен на шкале 3 в (4-10дб). При определении завала частот­ной характеристики на частоте 20 гц переключатель ставят в положение 300 мв (—10 дб), а отсчет пб шкале децибел равен — 6 дб. Тогда завал на частоте 20 гц. равен 26 дц (20 раз).