ВЫСОКООМНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА

А. ВЕТЧИНКИН, Радио №5/1967, ст.22

Вольтметры постоянного тока, как правило, строятся по схеме усилителя постоянного тока с магнитоэлектрическим индикатором на выходе. Такие приборы не отли­чаются высоким входным сопротив­лением, поскольку практически не­возможно добиться того, чтобы уси­литель на плоскостном транзисторе имел достаточно высокое входное сопротивление и малый дрейф. Од­нако этого можно достичь другим путем. Постоянный ток преобразу­ют в переменный и после детектиро­вания измеряют стрелочным прибо­ром.

По такому принципу работает и вольтметр, схема которого показана на рис. 1. Преобразователем постоян­ного тока в переменный служит ге­нератор, работающий в диапазоне частот 80—100 кгц (Т1). В коллектор­ную цепь транзистора Т1 включена обмотка I трансформатора. В режиме генерации в обмотке II индуктирует­ся напряжение ВЧ, которое по­ступает на емкостный делитель, образованный емкостями двух по­следовательно соединенных кремние­вых стабилитронов Д808. Часть на­пряжения ВЧ (при равенстве ем­костей диодов Д₂ это составит половину общего напряжения) по­дается на базу транзистора через последовательный колебательный контур. Этим достигается положи­тельная обратная связь необходимая для под­держания колебательно­го процесса.

Если к точке соединения диодов приложить постоянное напряжение относительно обмотки II трансфор­матора, то емкость одного из диодов увеличится, а другого уменьшится. Это вызовет изменение напряжения положительной обратной связи. Таким образом можно регулировать глубину обратной связи.

Генератор работает в режиме мяг­кого возбуждения, и потому при ма­лых амплитудах генерируемых коле­баний амплитуда зависит от коэффи­циента обратной связи, то есть от величины и полярности постоянного напряжения, приложенного к диодам.

На рис. 2 показана типичная за­висимость изменения емкости крем­ниевого стабилитрона Д808 от при­ложенного напряжения (кривая 1) и его вольтамперная характеристика (кривая 2). Сопротивление постоян­ному току большинства этих диодов (до 85%) вблизи нулевой точки ха­рактеристики составляет более чем 100 Мом, а у остальных же оно дос­тигает 1—5 Г ом. Величина этого сопротивления быстро падает с уве­личением прямого напряжения, по­этому сумма постоянного и высоко­частотного напряжений в цепи об­ратной связи не должна превышать нескольких десятков милливольт, иначе входное сопротивление ячейки, управляющей амплитудой генера­ции, недопустимо упадет.

Генерируемое напряжение с об­мотки III трансформатора поступает на вход усилительного каскада, со­бранного на транзисторе Т₂. К вы­ходу усилителя через детектор Д₃— Д₄ подключен микроамперметр М-24.

Выпрямленное напряжение с вы­хода прибора через резисторы R₁₁— R₁₂ подается на вторую обмотку трансформатора. Таким образом, при­бор охвачен глубокой отрицательной обратной связью по напряжению, которая стабилизирует его работу в целом, кроме того, увеличивает входное сопротивление усилителя.

Когда на вход поступает напряже­ние положительной полярности (относительно общего провода +9 В), увеличивается амплитуда генерации, при этом показания вы­ходного прибора растут. Если же полярность по­данного напряжения от­рицательна, амплитуда колебаний уменьшится. Для нормальной работы прибора начальная ам­плитуда генерируемых колебаний должна быть вполне определенной независимо от поляр­ности измеряемого на­пряжения. Это достигается следующим образом. Ток, протекающий по резистору R₉, сме­щает стрелку измерительного при­бора в обратном направлении. Чтобы прибор показывал нуль, необходимо как-то компенсировать это смещение, а именно добиться необходимой «нулевой» амплитуды генерируемых колебаний подбором сопротивления резистора R₂.

Для точной установки нуля слу­жит потенциометр R₆, с помощью ко­торого можно в небольших пределах изменять величину тока, питающего генератор.

Последовательно с микроампер­метром М-24 чувствительностью 50 или 100 мка следует включить ре­зистор R10 с таким сопротивлением, чтобы стрелка прибора отклонялась па всю шкалу при подаче на вход напряжения 300 мв. Переключатель П₂ дает возможность менять поляр­ность включения микроамперметра. Обмотки трансформатора и катушки индуктивности L намотаны на горш- кообразных сердечниках СБ-3. Ка­тушка индуктивности содержит 500 витков провода ПЭЛ 0,13, намотан­ных на двухсекционном каркасе. Ее индуктивность приблизительно 12— 15 мгн. Обмотки трансформатора со­держат: I—240 витков (4 мгн); II — 120 витков; III — 40 витков провода ПЭЛ 0,13. В качестве сер­дечника трансформатора можно так­же использовать ферритовое кольцо. Для катушки L не следует применять ферритовые кольца с большой маг­нитной проницаемостью.

Усилитель смонтирован в латунной коробке размерами 115X70X32 мм. Для изготовления коробки не реко­мендуется применять сталь, так как при этом в колебательный контур будет внесено большое затухание, что затруднит возникновение генерации

Все резисторы типа УЛМ, за ис­ключением резисторов R1 и делителя. Конденсаторы применяются по воз­можности меньших габаритов. Кон­денсатор C1 слюдяной типа, КСО-1.

Катушка индуктивности смонтиро­вана на стойке из изоляционного ма­териала на расстоянии не менее 5—7 мм от стенок металлической коробки. Расположение деталей и монтаж показаны на рис. 3. Коэф­фициент усиления транзистора Т₂ составляет от 40 до 100, а тран­зистора T1— от 20 до 25.

Перед налаживанием усилителя было бы желательно измерить со­противление стабилитронов Д1 и Д₂ вблизи нулевой точки их характери­стики.

Это представляет известные трудности, поскольку надо иметь милливольтметр с очень большим входным сопротивлением. В крайнем случае можно воспользоваться не­проверенными диодами. Только слу­чайно могут попасться диоды, сопро­тивления которых менее 100 Мом. Впоследствии можно подобрать бо­лее подходящие диоды с помощью собранного прибора. От сопротивле­ния диодов зависит не только выход­ное сопротивление, но и температур­ная стабильность прибора. Налаживание начинают с подбора режима усилительного каскада. Цепь питания генератора при этом следует разомкнуть. В зависимости от вели­чины В транзистора Т₂ подбирается сопротивление резистора R₇, от кото­рого зависит ток смещения базы. Это сопротивление должно быть таким, чтобы падение напряжения на резис­торе R₈ составляло 3,5—4,5 в. При этом коэффициент усиления по на­пряжению всего каскада составит 40—60. Затем следует перевести пе­реключатель П₂ в такое положение, чтобы стрелка прибора была откло­нена током смещения влево от нуле­вого положения. Для начала удобно подать на генератор питающее на­пряжение от одного сухого элемента 1,3—1,5 в, закоротив входные зажи­мы. При этом на резисторе R₃ долж­но падать напряжение 0,7—0,8 в. Возникновение генерации можно оп­ределить по отклонению стрелки при­бора, включенного на выходе, или (последнее лучше всего) по осцилло­графу.

R₂ Удобно временно заменить ре­зистором переменного сопротивле­ния 8—10 ком, установив начальное сопротивление 5 ком.

Если концы коллекторной обмотки трансформатора присоединены пра­вильно, генерация возникает сразу же и стрелка прибора отклонится за пределы шкалы. Тогда следует плав­но уменьшать сопротивление потен­циометра R₂ до тех пор, пока стрел­ка прибора не окажется в нулевом положении. После этого надо прове­рить работу всего усилителя, меняя положительное напряжение, пода­ваемое на вход. Затем, переключив полярность прибора (П₂), вновь про­веряют шкалу.

Теперь измеряют сопротивление потенциометра и заменяют его резис­тором постоянного сопротивления с точностью 5—10%. В заключение меняют временное питание генерато­ра на постоянное питание от общей батареи так, как показано на схеме (рис. 1). В к конструктивно совме­щен с П₂.

Сопротивление резистора R₅ вы­бирается так, чтобы стрелка прибора находилась в нулевом положении при почти полностью введенном сопро­тивлении потенциометра R₆. В этом случае легко установить стрелку на нулевое деление даже при уменьше­нии питающего напряжения до 6,5 в.

В описанном приборе применен микроамперметр М-24 с сопротивле­нием рамки 1760 ом, для которого из­готовлены новые шкалы на 0—30 и 0—100 делений. Следует учесть, что прибор устойчиво работает при входном напряжении не более 0,3— 0,35 в.

Для измерения напряжения, пре­вышающего 300 мв, предусмотрен делитель напряжения на входе уси­лителя. Его рассчитывают исходя из входного сопротивления усилителя. Сопротивление делителя, включен­ного последовательно в цепь на входе, должно быть в 50—100 раз меньше входного сопротивления, которое в данном усилителе составляет 40 Гом