Вольтметр с линейной шкалой своими руками

Транзисторный вольтметр с линейной стрелочной шкалой

Вольтметр с линейной шкалой позволяет измерять постоянные и переменные напряжения и сопротивления.

Усилитель вольтметра трехкаскадный дифференциальный с однотактным выходом. Первый каскад (на полевых транзисторах V2, V3) предназначен для повышения входного сопротивления прибора. Второй и третий каскады собраны на транзисторах V6, V7, V9 и V10.

Диапазон измеряемых постоянных и переменных напряжений, мВ 10. 10^6;

Входное сопротивление при измерении напряжений, МОм:

Диапазоны измеряемых сопротивлений, Ом 1. 107;

Погрешность измерений напряжения, %:

Диапазон частот измеряемых переменных напряжений, Гц 20. 20*10^3;

Погрешность измерений сопротивлений % 4.

Напряжение питания (две батареи «Крона»), В 18;

Потребляемый ток.(на всех видах измерений, кроме малых сопротивлений), мА 8;

Потребляемый ток при измерении малых сопротивлений, мА 20.

Усилитель во втором каскаде балансируют резистором R39. Нагрузкой выходного каскада служит микроамперметр Р1, включенный в коллекторную цепь транзистора V10. Последовательно с микроамперметром включены резисторы R29*, R30*, на которых выделяется напряжение отрицательной обратной связи, пропорциональное току через мйкроамперметр. Схема прибора составлена так, что усиливается только положительное напряжение, подаваемое на затвор транзистора V2 (инвертирующий вход дифференциального усилителя) и отрицательное, подаваемое на затвор V3 (неинвертирующий вход). При напряжениях обратной полярности транзистор V10 закрывается и ток обратного отклонения микроамперметра можно получить лишь за счет вспомогательного питания.

Поэтому в коллекторную цепь транзистора,!^ включен диод V11, и с него снимают напряжение для компенсации падения напряжения на резисторе R42, создаваемого начальным током транзистора. Этот ток выбирают в пределах 0,04. 0,05 мА для повышения линейности начального участка характеристики усилителя. Кнопки S1—S3 служат для выбора вида измерений.

Переключателем S4 изменяют пределы измерений. Защита прибора от перегрузок при измерении напряжений осуществляется резистором R28 и диодом V4, при измерении сопротивлений — резистором R35 и диодом V16. Диоды V1 и V8 также служат для защиты транзисторов усилителя от перегрузок.

Стабилизатор напряжения питания выполнен на транзисторах V12, V13% диоде V15 и стабилитроне V14.

При измерениях на постоянном токе конденсатор С1 защищает от переменной составляющей вход прибора. Если на вход прибора будет подано напряжение в неверной полярности, то стрелка прибора не отклонится.

При измерениях на переменном токе усилитель выполняет роль однополупериодного выпрямителя и, следовательно, усиливает только положительную полуволну измеряемого напряжения. Переключатель пределов S4 — типа ІІПЗНПМ, S1—S3, S5, S7—П2К, S6 — кнопка КМ.

В приборе использован микроамперметр М4208 с током полного отклонения 300 мкА. Можно использовать и другие микроамперметры. Если ток полного отклонения стрелки меньше указанного, следует подобрать шунт к миллиамперметру, если больше,— изменить глубину обратной связи.

Транзисторы КП102Е можно заменить любыми из серии КП102 или КП103. Вместо микросборок

КТ365СА можно применить К2НТ171—К2НТ173 или транзисторы КТ315. Вместо диода V4 можно использовать один переход транзистора КТ315.

Налаживание прибора сводится к подбору режима работы первого каскада усилителя. При разомкнутой цепи обратной связи (отпаянных резисторах R29* и R30*) и среднем положении движка резистора R39 подбирают резистор R3* так, чтобы падение напряжения на нем составляло 0,7. 0,9 В; резисторы R31*, R32* подбирают до получения падения напряжения на них 5,0. 5,5 В. Режимы второго и третьего каскадов устанавливаются автоматически.

Дальнейшим подбором резистора R31* или R32* добиваются того, чтобы «нуль» прибора устанавливался при среднем положении переменного резистора R39.

Самовозбуждение устраняют, включая конденсатор 15. 50 пФ между базами транзисторов V6, V7, а также шунтируя вход усилителя резистором сопротивлением 1. 2 МОм, который припаивают параллельно диоду V4. На первом пределе измерений (0,3 В) границы устанавливают подбором резистора обратной связи.

Сначала, подавая на вход переменное напряжение 0,3 В, подбором резистора R30* добиваются отклонения стрелки на всю шкалу. Затем подбором резистора R29* устанавливают предел измерения 0,3 В на постоянном токе. На остальных пределах точность измерений зависит от точности выбора R1*—R11*.

Источник

Батарейный милливольтметр с линейной шкалой

Предлагаемый милливольтметр позволяет измерять переменное напряжение частотой от 20 Гц до 300 кГц от 1 мВ до 1 Вольта. Схема представлена на рисунке.

Входной стоковый повторитель работает без ограничения сигнала до напряжения 1.2 вольта. Входное сопротивление каскада 1.5 мОм.

В качестве усилителя сигнала используется низковольтный малошумящий усилитель с обратной связью на микросхеме К538УН3 с любой буквой. Микроамперметр индикатора может иметь ток полного отклонения от 50 мкА до 150 мкА. Питается схема от литиевого аккумулятора 14500 и потребляет ток менее двух миллиампер. Показания индикатора снижаются при понижении напряжения аккумулятора с 4.1 вольта до 3.5 вольта на 4%, что вполне достаточно для радиолюбительских целей. Работоспособность прибора сохраняется до напряжения 3 вольта.

Для настройки готового устройства необходимо подать на вход милливольтметра сигнал частотой 300-1000 Гц в положении переключателя 10 мВ и выставить построечным резистором 25 кОм (на входе к538ун3) стрелку микроамперметра на конечное деление шкалы. У меня получилось 9.8 кОм. Больше резистор не трогать! Затем перейти на предел 30 мВ и точнее подобрать резистор 5.6 кОм в делителе истока полевого транзистора, добиваясь установки стрелки на конечное деление шкалы 30 мВ. Далее повторить указанные операции с другими пределами измерения, изменяя соответственно входное напряжение и точнее подбирая низкоомные резисторы делителя. Резистор 2.4 кОм не изменять! На время настройки лучше поставить резисторы делителя подстроечными.

Печатную плату прибора удобнее всего расположить на выводах индикатора (М24, М94, М906 и т.п.). Размеры платы и ее разводка зависят от габаритов применяемого микроамперметра. Делитель напряжения распаян непосредственно на выводах одноплатного переключателя пределов измерения. Он же используется в качестве выключателя питания. Используется шестое положение, когда движок подключается к общему контакту второй группы контактов.

Заряд встроенного аккумулятора производится от любого USB источника через установленный mini USB разъем. Напряжение заряда снижено набором из одного кремниевого и одного-двух германиевых диодов. Важно чтобы оно не превышало после заряда 4.1 вольта. При потреблении 1.9 мА заряда аккумулятора хватит на год.

Имеется кнопка контроля питания, на шкале отмечена риска «4V».

Для измерения больших напряжений можно сделать внешний делитель (1мОм / 10кОм) и снимать с 10 кОм в 100 раз меньшее напряжение, вставляя делитель штырями непосредственно во входные клеммы прибора.

Для расширения частотного диапазона вверх со 100 до 300кгц введён конденсатор С3. Для компенсации подъёма частотной характеристики на пределе 1 вольт на этих же частотах – конденсатор С10.

Источник

Как сделать простой вольтметр своими руками – схемы и рекомендации

Ситуации, когда под рукой должен находиться вольтметр, встречаются достаточно часто. Для этого нет необходимости использовать заводской сложный прибор. Изготовить простенький вольтметр своими руками – не проблема, потому что состоит он из двух элементов: стрелочный измерительный блок и резистор. Правда, необходимо отметить, что пригодность вольтметра определяется его входным сопротивлением, которое состоит из сопротивлений его элементов.

Но необходимо учитывать тот факт, что резисторы есть разные с разными номиналами, а это говорит о том, что от установленного резистора будет зависеть входное сопротивление. То есть, подобрав правильно резистор, можно сделать вольтметр под замеры определенных уровней напряжений сетей. Сам же измерительный прибор чаще оценивается по показателю – относительное входное сопротивления, приходящееся на один вольт напряжения, его единица измерения – кОм/В.

То есть, получается так, что входное сопротивления на разных измеряемых участках разное, а относительная величина – показатель постоянный. К тому же, чем меньше отклоняется стрелка измерительного блока, тем больше относительная величина, а, значит, точнее будут измерения.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

1. От 0 вольт до единицы.
2. От 0 вольт до 10В.
3. От 0 В до 100 вольт.
4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

• Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
• Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
• Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Для несложного вольтметра из китайского амперметра можно выбрать следующие резисторы:

• для первого предела – 1,5 кОм;
• для второго – 19,5 кОм;
• для третьего – 199,5;
• для четвертого – 1999,5.

А вот относительная величина сопротивления этого прибора будет равна 2 кОм/В. Конечно, расчетные номиналы не совпадают со стандартными, поэтому резисторы придется подбирать близкими по значению. Далее проводится финишная подгонка, при которой производится градуировка самого прибора.

Как переделать вольтметр постоянного напряжения в переменное

Показанная на рисунке №1 схема – это вольтметр постоянного тока. Чтобы его сделать переменным или, как говорят специалисты, пульсирующим, необходимо в конструкцию установить выпрямитель, с помощью которого постоянное напряжение преобразуется в переменное. На рисунке №2 вольтметр переменного тока показан схематически.

Данная схема работает так:

• когда на левом зажиме находится положительная полуволна, то открывается диод D1, D2 в этом случае закрыт;
• напряжение проходит через амперметр к правому зажиму;
• когда положительная полуволна находится на правом конце, то D1 закрывается, и напряжение через амперметр не проходит.

В схему обязательно добавляется резистор Rд, сопротивление которого рассчитывается точно так же, как и остальные элементы. Правда, его расчетное значение делится на коэффициент, равный 2,5-3. Это в том случае, если в вольтметр устанавливается однополупериодный выпрямитель. Если используется двухполупериодный выпрямитель, то значение сопротивления делится на коэффициент: 1,25-1,5. Кстати, схема последнего изображена на рисунке №3.

Как правильно подключить вольтметр

Тот, кто не знает, но хочет проверить напряжение на каком-то участке электрической сети, должен задаться вопросом – как подключить вольтметр? Это на самом деле серьезный вопрос, в ответе которого лежит простое требование – подключение вольтметра необходимо проводить только параллельно нагрузке. Если будет произведено последовательное подключение, то сам прибор просто выйдет из строя, и вас может ударить током.

Все дело в том, что при таком соединении уменьшается сила тока, действующая на сам измерительный прибор. При этом сопротивлении его не меняется, то есть, остается большим. Кстати, никогда не путайте вольтметр с амперметром. Последний подключается к цепи последовательно, чтобы снизить показатель сопротивления до минимума.

И последний вопрос темы – как пользоваться вольтметром, изготовленным самостоятельно. Итак, в вашем приборе два щупа. Один подключается к нулевому контуру, второй к фазе. Так же можно проверить напряжение через розетку, предварительно определив, к какому гнезду запитан ноль, а к какому фаза. Или соединяете параллельно прибор к измеряемому участку. Стрелка измерительного блока покажет величину напряжения в сети. Вот так пользуются этим самодельным измерительным прибором.

Источник

Вольтметр с линейной шкалой своими руками

ВЧ вольтметр с линейной шкалой
Роберт АКОПОВ (UN7RX), г. Жезказган Карагандинской обл., Казахстан

Одним из необходимых приборов в арсенале радиолюбителя-коротковолновика, безусловно, является высокочастотный вольтметр. В отличие от НЧ мультиметра или, например, компактного ЖК осциллографа, такой прибор в продаже встречается редко, да и стоимость нового фирменного довольно высока. Посему, когда назрела необходимость в таком приборе, он был построен, причем со стрелочным миллиамперметром в качестве индикатора, который, в отличие от цифрового, позволяет легко и наглядно оценивать изменения показаний количественно, а не путем сравнения результатов. Это особенно важно при налаживании устройств, где амплитуда измеряемого сигнала постоянно меняется. В то же время точность измерения прибора при использовании определенной схемотехники получается вполне приемлемой.

На схеме в журнале опечатка: R9 должен быть сопротивлением 4,7 МОм

ВЧ вольтметры можно разделить на три группы. Первые построены на базе широкополосного усилителя с включением диодного выпрямителя в цепь отрицательной ОС [1]. Усилитель обеспечивает работу выпрямительного элемента на линейном участке ВАХ. В приборах второй группы применяют простейший детектор с высокоомным усилителем постоянного тока (УПТ). Шкала такого ВЧ вольтметра на нижних пределах измерений нелинейна, что требует применения специальных градуировочных таблиц либо индивидуальной калибровки прибора [2]. Попытка в какой-то мере линеаризировать шкалу и сдвинуть порог чувствительности вниз путем пропускания небольшого тока через диод проблему не решает. До начала линейного участка ВАХ эти вольтметры являются, по сути, индикаторами [3]. Тем не менее такие приборы, как в виде законченных конструкций, так и приставок к цифровым мультиметрам, весьма популярны, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в журналах и сети Интернет.
Третья группа приборов использует линеаризацию шкалы, когда линеаризирующий элемент включен в цепь ОС УПТ для обеспечения необходимого изменения усиления в зависимости от амплитуды входного сигнала. Подобные решения нередко используют в узлах профессиональной аппаратуры, например, в широкополосных высоколинейных измерительных усилителях с АРУ, либо узлах АРУ широкополосных ВЧ генераторов. Именно на таком принципе построен описываемый прибор, схема которого с незначительными изменениями заимствована из [4].
При всей очевидной простоте ВЧ вольтметр имеет очень неплохие параметры и, естественно, линейную шкалу, избавляющую от проблем с градуировкой.
Диапазон измеряемого напряжения — от 10 мВ до 20 В. Рабочая частотная полоса — 100 Гц…75 МГц. Входное сопротивление — не менее 1 МОм при входной емкости не более нескольких пикофарад, которая определяется конструкцией детекторной головки. Погрешность измерений — не хуже 5 %.
Линеаризирующий узел выполнен на микросхеме DA1. Диод VD2 в цепи отрицательной ОС способствует повышению усиления этой ступени УПТ при малых значениях входного напряжения. Снижение выходного напряжения детектора компенсируется, в результате показания прибора приобретают линейную зависимость. Конденсаторы С4, С5 предотвращают самовозбуждение УПТ и уменьшают возможные наводки. Переменный резистор R10 служит для установки стрелки измерительного прибора РА1 на нулевую отметку шкалы перед проведением измерений. При этом вход детекторной головки должен быть замкнут. питания прибора особенностей не имеет. Он выполнен на двух стабилизаторах и обеспечивает двуполярное напряжение 2×12 В для питания операционных усилителей (сетевой трансформатор на схеме условно не показан, но входит в состав набора для сборки).

Все детали прибора, за исключением деталей измерительного щупа, смонтированы на двух печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Ниже приведена фотография платы УПТ, платы а питания и измерительного щупа.

Миллиамперметр РА1 — М42100 или подобный, с током полного отклонения стрелки 1 мА. Переключатель SA1 — ПГЗ-8ПЗН. Переменный резистор R10 — СП2-2, все подстроечные резисторы — импортные многооборотные, например 3296W. Резисторы нестандартных номиналов R2, R5 и R11 могут быть составлены из двух, включенных последовательно. Операционные усилители можно заменить другими, с высоким входным сопротивлением и желательно с внутренней коррекцией (чтобы не усложнять схему). Все постоянные конденсаторы — керамические. Конденсатор СЗ смонтирован непосредственно на входном разъеме XW1.
Диод Д311А в ВЧ выпрямителе выбран из соображения оптимальности максимально допустимого ВЧ напряжения и эффективности выпрямления на верхней измеряемой частотной границе.
Несколько слов о конструкции измерительного щупа прибора. Корпус щупа изготовлен из стеклотекстолита в виде трубки, поверх которой надет экран из медной фольги.

Внутри корпуса размещена плата из фольгированного стеклотекстолита, на которой смонтированы детали щупа. Кольцо из полоски луженой фольги примерно посредине корпуса предназначено для обеспечения контакта с общим проводом съемного делителя, который можно навинтить вместо наконечника щупа.
Налаживание прибора начинают с балансировки ОУ DA2. Для этого переключатель SA1 устанавливают в положение «5 В», замыкают вход измерительного щупа и подстроечным резистором R13 устанавливают стрелку прибора РА1 на нулевую отметку шкалы. Затем переключают прибор в положение «10 мВ», на его вход подают такое же напряжение, и резистором R16 устанавливают стрелку прибора РА1 на последнее деление шкалы. Далее на вход вольтметра подают напряжение 5 мВ, стрелка прибора должна быть примерно на середине шкалы. Линейности показаний добиваются подборкой резистора R3. Ещё лучшей линейности можно добиться подборкой резистора R12, однако следует иметь в виду, что это повлияет на коэффициент усиления УПТ. Далее калибруют прибор на всех поддиапазонах соответствующими подстроечными резисторами. В качестве а образцового напряжения при градуировке вольтметра автор использовал генератор Agilent 8648A (с подключенным к его выходу эквивалентом нагрузки сопротивлением 50 Ом), имеющий цифровой измеритель уровня выходного сигнала.
Всю статью из журнала Радио №2, 2011 можно загрузить отсюда
ЛИТЕРАТУРА:
1. Прокофьев И., Милливольтметр-Q-метр. — Радио, 1982, №7, с. 31.
2. Степанов Б., ВЧ головка к цифровому мультиметру. — Радио, 2006, № 8, с. 58, 59.
3. Степанов Б., ВЧ вольтметр на диоде Шоттки. — Радио, 2008, № 1, с. 61, 62.
4. Пугач А., Высокочастотный милливольтметр с линейной шкалой. — Радио, 1992, № 7, с. 39.

Стоимость печатных плат (щупа, основной платы и платы БП) с маской и маркировкой: 185 грн.

Стоимость набора для сборки ВЧ вольтметра (как на фото под схемой, переключатель ПГК): 540 грн.

Миллиамперметр, как на фото вверху, с током полного отклонения стрелки 1 мА (в состав набора не входит) — 180 грн.

Состав набора можно увидеть здесь >>>

Источник