Вольтметры постоянного и переменного тока

На рис. 86 приведена принципиальная схема простого транзисторного вольтметра постоянного тока с входным сопротивлением около 100 кОмВ и диапазоном измерений от 0 до 1000 В в семи поддиапазонах: 0—1; 0—5, 0—10; 0—50; 0—100; 0—500 и 0— 1000 В. Такой прибор может оказаться полезным при измерении режимов работы транзисторных и ламповых усилительных каскадов.

Прибор питается от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Он описан в журнале бразильских радиолюбителей.

Налаживание прибора несложно. Сначала при разомкнутом входе при помощи переменного резистора R8 устанавливают стрелку миллиамперметра прибора на нуль. Затем калибруют шкалы. Для этого вход вольтметра подключают к источнику эталонного напряжения, например к полюсам внешней гальванической батареи, вставляют щупы прибора во входные гнезда «О» и соответствующего предела измерения и, подстраивая переменный резистор R9, добиваются показания вольтметра, соответствующего напряжению эталонной батареи.

Для того чтобы можно было калибровать прибор только лишь на одной шкале, сопротивления резисторов R1—R7 должны быть подобраны очень точно (с допуском не выше 1-2%).

Для изготовления вольтметра можно использовать транзисторы типа ГТ108 или МП41, МП42 с любыми буквенными индексами, но обязательно с одинаковыми значениями Вст = 50-80, миллиамперметр на ток 0—1 мА. Источником питания может быть один элемент 316 или 343, 373.

В процессе эксплуатации следует помнить, что большое входное сопротивление данного вольтметра достигнуто ввиду применения усилителя постоянного тока на транзисторах, параметры которых сильно зависят от окружающей температуры. Поэтому перед проведением измерений необходимо тщательно устанавливать стрелку прибора на нуль, а при повышенной окружающей температуре дополнительно калибровать его шкалы. Это является недостатком описанного вольтметра по сравнению с обычными авометрами.

Значительно большей стабильностью обладают вольтметры, в которых усилитель постоянного тока выполнен на полевых транзисторах. На рис. 87 приведена принципиальная схема вольтметра постоянного тока для измерения напряжений от 0 до 1 В, собранного на двух полевых транзисторах. Входное сопротивление прибора около 4 МОм. Такой прибор может оказаться очень полезным при измерении постоянного напряжения в базовых цепях транзисторных каскадов приемников и усилителей, как это рекомендовано в его описании.

В этом вольтметре могут быть применены полевые транзисторы типа КП102Е и КП103К. В качестве источника питания можно использовать три последовательно соединенные батареи 3336 Л. В случае необходимости напряжение питания можно понизить до 9 В. Для измерения больших напряжений, например, в пределах 0— 10 В или 0—100 В следует устанавливать внешние высокоомные делители напряжения с коэффициентом деления 10:1 или 100:1. Милливольтметр с высокоомным входом. Обычно радиолюбители измеряют напряжение переменного тока авометром, входное сопротивление которого невысоко. Лучшие результаты можно получить с помощью стандартных милливольтметров, позволяющих измерять очень малые напряжения НЧ, исчисляемые милливольтами. Авометр в лучшем случае может измерить 0,1 В.

На рис. 88 представлена принципиальная схема простого низкочастотного милливольтметра с входным сопротивлением около 2 МОм. Полное отклонение стрелки измерительного прибора соответствует входному напряжению от 15 до 100 мВ. Питание вольтметра осуществляется от батареи напряжением 4,5 В. Такие хорошие результаты могли быть получены лишь только потому, что на входе усилителя НЧ этого прибора включен полевой транзистор.

Согласно схеме (рис. 88), опубликованной в одном из американских радиожурналов, милливольтметр содержит истоковый повторитель на полевом транзисторе Т1, усилитель напряжения на транзисторе Т2, включенном по схеме с общим эмиттером, и двух-полупериодный выпрямитель напряжения сигнала, нагруженный измерителем тока — микроамперметром. Усиление сигнала до выпрямителя, а следовательно, чувствительность прибора регулируется переменным резистором R5. При этом если движок переменного резистора находится в нижнем по схеме положении, то чувствительность милливольтметра составляет 100 мВ. Диапазон измерений этого прибора может быть значительно расширен при включении на его входе дополнительного делителя напряжения измеряемого сигнала. В этом случае можно получить многопредельный измерительный прибор с входным сопротивлением более 10 МОм.

Милливольтметр можно изготовить, применяя транзисторы КП103Ж или КП103Л (Т1,) и МП41А (Т2), а также диоды Д9В-Д9Е (Д1, Д2). Источником питания может служить батарея 3336Л. Во избежание внешних наводок желательно разместить детали милливольтметра в металлическом корпусе.

Милливольтметр с линейной шкалой. Недостатком большинства авометров и милливольтметров переменного тока (в том числе и описанного выше) является неравномерность шкалы вблизи нуля, что обусловлено нелинейностью коэффициента передачи диодного выпрямителя при малом сигнале. Известны различные способы линеаризации шкалы таких приборов, но они в большинстве своем сложны для радиолюбительских конструкций. В этом отношении отличается простотой и надежностью работы вольтметр переменного тока, описанный на страницах английского радиолюбительского журнала, принципиальная схема которого приведена на рис. 89. Этот вольтметр состоит из мостового выпрямителя на диодах Д1—Д4 одна диагональ которого нагружена миллиамперметром со шкалой 0—500 мкА и внутренним сопротивлением 500 Ом, а другая включена между коллектором и базой усилительного каскада, собранного на транзисторе Т1, включенном по схеме с общим эмиттером. В других аналогичных вольтметрах вторая диагональ включается между коллектором и эмиттером. Не допущена ли здесь ошибка? Нет. В этом приборе через последовательно соединенные мостовой выпрямитель и конденсатор C2 возникает нелинейная отрицательная обратная связь по току с коллектора на базу транзистора Т1.

Так как при малом напряжении сигнала ток через диоды также мал, то действие отрицательной обратной связи будет незначительным, а усиление, даваемое каскадом, велико (60—100). По мере увеличения напряжения сигнала проводимость диодов возрастает, и вместе с ней возрастает ток отрицательной обратной связи, а это уменьшает усиление каскада. И чем больше сигнал на входе, тем меньше усиливается сигнал до выпрямителя. В результате начальный участок шкалы вольтметра выравнивается (линеаризуется), и показания вольтметра могут полностью совпадать с делениями шкалы микроамперметра. Максимальное значение измеряемого этим прибором переменного напряжения численно равно отношению максимального показания микроамперметра, деленному на сопротивление резистора R3 в килоомах. Например, при указанном на схеме рис. 89 сопротивлении резистора R3 вольтметр может измерять переменное напряжение в пределах 0—5 В.

При изготовлении данного вольтметра рекомендуется применять транзистор типа КТ315Г с Вст = 80-120. Величину постоянного тока, протекающего в коллекторной цепи транзистора, регулируют, подбирая сопротивление резистора R1. Диоды могут быть типа Д18 или Д20, Д9Д, Д9И. При указанных на рис. 89 емкостях конденсаторов вольтметр может измерять напряжение в полосе частот от 20 Гц до 600 кГц. Для питания прибора используют батарею «Крона-ВЦ» или две последовательно соединенные батареи 3336Л.