Читать книгу «Юный радиолюбитель [7-изд]» онлайн.
Это как и в измерителе RCL, измерительный мост, в диагональ которого включен микроамперметр РА. Плечи моста образуют, участок эмиттер-коллектор транзистора V, резистор R1 и участки а и б переменного резистора R2. Мост питает элемент G напряжением 1,5 В (332, 316). Измеряемое постоянное напряжение подается на эмиттерный переход транзистора через входные гнезда X1 и Х2 и добавочный резистор Rд, гасящий избыточное измеряемое напряжение. Микроамперметр РА, являющийся индикатором баланса моста, может быть на ток 300–500 мкА и даже больше. Транзистор — с коэффициентом h21Э = 50–60. Сопротивление добавочного резистора Rд зависит от используемого микроамперметра и определяет в основном входное сопротивление вольтметра. Оно должно быть не менее 30–50 кОм.
Движок резистора R2 установи в верхнее (по схеме) положение. Затем замкни накоротко входные гнезда X1 и Х2, включи питание и резистором R2, медленно вращая его ось, установи стрелку микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Через 3–5 мин, необходимых для прогрева транзистора, повтори корректировку нуля вольтметра. После этого разомкни входные зажимы, подай на них постоянное напряжение 1 В, например часть напряжения одного элемента 332 (через делитель напряжения), и подбором добавочного резистора Rд добейся отклонения стрелки индикатора до конечной отметки шкалы. Это будет соответствовать 1 В измеряемого напряжения.
Каково входное сопротивление такого вольтметра? Во много раз (примерно в численное значение коэффициента h21Э используемого транзистора) больше входного сопротивления вольтметра комбинированного прибора.
Каков принцип действия такого вольтметра? Его транзистор выполняет функцию усилителя тока и, кроме того, является элементом измерительного моста постоянного тока. Перед измерением мост был сбалансирован — движок резистора установлен в положение, при котором напряжение на микроамперметре и ток через него равны нулю. Но вот на входные гнезда вольтметра, а значит, и на эмиттерный переход транзистора ты, соблюдая полярность, подал измеряемое постоянное напряжение. Коллекторный ток от этого увеличивается, сопротивление участка эмиттер коллектор уменьшается, в результате чего баланс моста нарушается, и через микроамперметр течет ток, пропорциональный напряжению, поданному на вход вольтметра.
Таким прибором, а он, разумеется, может быть многопредельным, уже можно пользоваться как высокоомным вольтметром. Однако его все же надо рассматривать как опытный измеритель напряжения.
Для твоей измерительной лаборатории рекомендую построить транзисторный вольтметр по схеме, показанной на рис. 286, а. Он пятипредельный и рассчитан для измерений в цепях транзисторной аппаратуры, где напряжения в большинстве случаев не превышают 20–30 В. Плечи измерительного моста такого прибора образуют участки эмиттер-коллектор транзисторов V1 и V2, резистор R9 с верхней (по схеме) от движка частью подстроечного резистора R10 и резистор R11 с нижней частью резистора R10. В одну диагональ моста (между эмиттерами транзисторов) включен микроамперметр PA1, в другую (между коллекторами транзисторов и движком подстроечного резистора R10) — источник питания G1. Чтобы шкала вольтметра была равномерной, на базы транзисторов через резисторы R6-R8 подаются отрицательные напряжения смещения, открывающие оба транзистора.
Рис. 286. Транзисторный вольтметр постоянного тока
Измерительный мост балансируют, резистором R10 (при замкнутых между собой базах транзисторов), уравнивая им коллекторные токи транзисторов, и резистором R7, устанавливая им соответствующие токи баз, несколько различающиеся между собой из-за неидентичности параметров транзисторов.
Измеряемое напряжение подается на базы транзисторов через один из добавочных резисторов R1-R5. При этом транзистор V1, база которого оказывается под отрицательным напряжением, еще больше открывается, а транзистор V2, база которого оказывается под положительным напряжением, наоборот, закрывается. В результате сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора V1 уменьшается, транзистора V2 — увеличивается, отчего баланс моста нарушается и через микроамперметр РА1 течет ток, пропорциональный измеряемому напряжению.
Для вольтметра подбери транзисторы с коэффициентом передачи тока h21Э около 50 и по возможности с малыми, а главное, близкими по значению обратными токами IКБО. Чем меньше эти токи и разница между ними, тем стабильнее будет работать прибор.
Конструкция вольтметра может быть такой, как на рис. 286, б. Микроамперметр, включатель питания S1, элемент G1 (332), подстроечный резистор R10 и входные гнезда X1-Х6 установлены на гетинаксовой панели, размеры которой определяются в основном габаритами микроамперметра (в вольтметре по рис. 286, б использован микроамперметр М592). Остальные детали смонтированы на другой гетинаксовой панели, которая закреплена непосредственно на зажимах микроамперметра. Опорными монтажными точками этих деталей могут быть пустотелые заклепки или отрезки облуженного медного провода толщиной 1–1,5 мм, запрессованные в отверстия в панели. Для соединения микроамперметра с деталями прибора под гайки, навинченные на его шпильки-зажимы, подложены монтажные лепестки.
Роль подстроечных резисторов R7 и R10 могут выполнять переменные резисторы таких же или близких номиналов. Сопротивления резисторов R6 и R8 могут быть от 15 до 30 кОм, резисторов R9 и R11 — от 220 до 510 Ом.
Закончив монтаж вольтметра, сверь его с принципиальной схемой — нет ли ошибок? Движки подстроечных резисторов поставь в среднее положение относительно крайних выводов. Включи питание — стрелка микроамперметра тут же отклонится от нуля, быть может, даже в противоположную сторону. Медленно вращая ось резистора R7, установи стрелку на нулевую отметку шкалы. Затем проволочной перемычкой соедини временно между собой базы транзисторов и дополнительно сбалансируй мост резистором R10. И так несколько раз, пока стрелка микроамперметра перестанет реагировать на соединение баз транзисторов.
После этого приступай к подгонке добавочных резисторов пределов измерений. Делай это точно так же, как при налаживании вольтметра комбинированного измерительного прибора.
На схеме вольтметра сопротивления добавочных резисторов R1-R5 указаны применительно к микроамперметру на ток Iи = 200 мкА и транзисторам со статическим коэффициентом передачи тока около 50. Для микроамперметра и транзисторов с другими параметрами сопротивления добавочных резисторов будут иными. В таком случае целесообразно сначала подобрать добавочный резистор R2 предела измерений 1 В, а затем по нему рассчитать сопротивления остальных добавочных резисторов. Так, например, если сопротивление добавочного резистора этого предела оказалось 50 кОм (примерно соответствует микроамперметру на ток Iи = 400 мкА), то для предела 3 В добавочный резистор R3 должен быть сопротивлением около 150 кОм, для предела 0,3 В — около 15 кОм. Окончательно подбирай резисторы опытном путем, контролируя образцовым прибором напряжения, подаваемые на вход вольтметра.
Можно ли выбрать иные пределы измерений? Конечно, и продиктовать их может оцифрованная шкала микроамперметра. Так, например, если микроамперметр на ток Iи = 500 мкА, пределы измерений могут быть 0,5; 1; 5; 10 и 50 В или 0,5; 2,5; 10 и 50 В.
Пользуясь транзисторным вольтметром, помни: начинать измерения надо спустя 5–6 мин после включения питания. За это время стабилизируется тепловой режим работы транзисторов и стрелка прибора устанавливается на нулевую отметку шкалы. Время от времени надо подстроечным резистором R10 корректировать нуль вольтметра.
Как часто придется заменять элемент питания свежим? Ток, потребляемый вольтметром, не превышает 3–5 мА. Это значит, что элемент работает почти вхолостую и может служить не менее года.
Радиолюбителю приходится иметь дело и с измерением частоты переменных и пульсирующих токов. Частотомер может быть весьма полезным прибором, например при градуировке шкалы измерительного генератора, при настройке электромузыкальных инструментов, аппаратуры телеуправления моделями. Поэтому такой прибор желательно иметь в твоей измерительной лаборатории.
Радиолюбители обычно пользуются конденсаторными частотомерами. Так эти приборы называют потому, что их действие основано на измерении среднего значения тока зарядки или разрядки образцового конденсатора, перезаряжаемого от источника напряжения переменного или пульсирующего тока.
Чтобы разобраться в этом вопросе, проведи такой опыт. Соедини по схеме на рис. 287 батарею 3336Л (GB), бумажный образцовый конденсатор Собр емкостью 0,5–1 мкФ, микроамперметр РА на ток 100–300 мкА, например микроамперметр комбинированного измерительного прибора или транзисторного вольтметра и кнопочный переключатель S типа КМ1-1. Последовательно с микроамперметром включи ограничительный резистор Roгp, сопротивление которого рассчитай по формуле Roгp = Uб/Iи, где Uб — наибольшее напряжений батареи, используемой для опыта; Iи - ток полного отклонения стрелки микроамперметра.
Рис. 287. Опыт, иллюстрирующий принцип работы конденсаторного частотомера
Кнопочный переключатель S подключи так, чтобы его контакты находились в положении, показанном на схеме. При этом конденсатор мгновенно зарядится до напряжения батареи. Нажми кнопку, чтобы заряженный конденсатор переключить на микроамперметр. Стрелка прибора отклонится вправо, фиксируя ток разрядки конденсатора и тут же вернется на нулевую отметку. Постарайся ритмично и возможно чаще нажимать и отпускать кнопку переключателя. С такой же частотой конденсатор будет заряжаться от батареи и разряжаться через прибор. Чем больше частота этих переключений, тем меньше будет колебаться стрелка прибора, показывая среднее значение тока через него (на графике в нижней части рис. 287 среднее значение тока Iср). При том же образцовом конденсаторе с повышением частоты переключений прибор будет фиксировать все возрастающий ток. Таким образом, по отклонению стрелки можно судить о частоте импульсов тока, подаваемых на прибор.
Принципиальная схема частотомера, который я предлагаю для твоей измерительной лаборатории, приведена на рис. 288.
Рис. 288. Принципиальная схема частотомера
В приборе два транзистора с непосредственной связью, которые работают в режиме переключения. Конденсаторы С2-С4 образцовые. С конденсатором С2 прибором можно измерять частоту переменного или пульсирующего тока, подаваемого на входные гнезда X1 и Х2, примерно от 20 до 200 Гц, с конденсатором С3 — от 200 до 2000 Гц и с конденсатором С4 — от 2 до 20 кГц. Таким образом, весь диапазон частот, измеряемый прибором, составляет 20 Гц-20 кГц, т. е. перекрывает весь диапазон звуковых колебаний. Наименьшее измеряемое напряжение 0,2–0,25 В, наибольшее — 3 В.
В исходном состоянии транзистор V3 закрыт, так как на его базу подается недостаточное для его открывания напряжение, а транзистор V4, естественно, открыт отрицательным напряжением, подаваемым на его базу с коллектора транзистора V3. В это время левая (по схеме) обкладка образцового конденсатора С2 соединена через контакты переключателя S1 и малое сопротивление открытого транзистора V4 с общим заземленным проводником цепи питания; ток через микроамперметр РА1 не идет.
При первом же отрицательном полупериоде переменного напряжения, поданного на вход частотомера, транзистор V3 открывается, а транзистор V4, наоборот, закрывается. В это время образцовый конденсатор мгновенно заряжается через микроамперметр РА1 и шунтирующий его резистор R6, диод V6 и резистор R5 до напряжения источника питания. Одновременно заряжается и накопительный конденсатор С5. При положительном полупериоде измеряемого напряжения транзистор V3 закрывается, а транзистор V4 открывается. Теперь образцовый конденсатор разряжается через малое сопротивление открытого транзистора V4 и диод V5. Конденсатор С5 разряжается через микроамперметр, поддерживая ток, текущий через него при зарядке образцового конденсатора.
Следующий отрицательный полупериод снова открывает транзистор V3 и закрывает транзистор V4, а положительный полупериод переключает их в исходное состояние. И так при каждом периоде измеряемого переменного напряжения. При этом транзистор V4, закрываясь и открываясь, по отношению к образцовому конденсатору выполняет функцию электронного переключателя. В результате через микроамперметр течет средний ток зарядки образцового конденсатора, пропорциональный частоте измеряемого переменного напряжения.
Подстроечным резистором R6 устанавливают верхнюю границу частоты поддиапазона.