Міллівольтнаноамперметр

Для того щоб вольтметр володів великим вхідним опором (кілька мега), цілком достатньо виконати його вхідний каскад на польовому транзисторі, включеному за схемою істокового повторювача. На відміну від часто використовуваного (для компенсації дрейфу нуля) диференціального каскаду на цих напівпровідникових приладах таке рішення простіше, позбавляє від підбору пари екземплярів, ідентичних за кількома параметрами, що через значне їх розкиду вимагає великої кількості транзисторів, хоча і призводить до необхідності підстроювання нуля вольтметра. Так як падіння напруги на вхідному опорі пропорційно що протікає через нього струму, приладом одночасно можна вимірювати і його.

Зазначені міркування дозволили сконструювати простий міллівольтнаноамперметр, який забезпечує вимірювання як малих постійних і змінних напруг, так і струмів в високоомних ланцюгах різної радіоапаратури. У вихідних положеннях перемикачів прилад готовий до вимірювання напруги від 0 до 500 мВ або струму від 0 до 50 нА. Маніпулюючи перемикачами, верхня межа вимірювання напруги можна знизити до 250, 50 і 10 мВ, а струму – до 25, 5 і 1 нА, або підвищити кожен з них у 100 разів (при натисканні кнопок "мВХ100" і "нАХ100"). Таким чином, максимальні вимірювані напруга і струм обмежені відповідно межами 50 В та 5 мкА (великі значення можуть бути виміряні звичайними авометрамі з досить великим вхідним опором і малим падінням напруги. наприклад, Ц4315). Вхідний опір приладу дорівнює 10 МОм. при ненажатом або 100 кОм при натиснутому кнопковому перемикачі "нАХ100". Максимальна частота вимірюваних змінних напруги і струму – не менше 200 кГц.

Принципова схема приладу зображена на рис. 1.

Він складається з вхідного вузла (R1 – R3, С2, СЗ, SA1, SA2), істокового повторювача (VT1), підсилювального каскаду (DA1), пристрої вибору меж вимірювання та роду струму (R9-R16, SA3, SA4), вимірювального вузла (VD3-VD6, PA1, C5) і джерела живлення (T1, VD7-VD12, С8 – С11, R17, R18).

Істоковий повторювач забезпечує високу вхідний опір приладу. Згідно довідковими даними струм витоку затвора застосованого польового транзистора може сягати 1 нА, що начебто не дозволяє вимірювати струм менших значень. Однак такий струм витоку виникає лише при напрузі між затвором і витоком, що дорівнює 10 В. а в приладі цю напругу близько до нуля. Тому реальні значення струму витоку набагато менше паспортного і можна вважати, що вхідний опір приладу визначається елементами вхідного вузла. Останній являє собою частотнонезавісімий дільник напруги R1-R3C2C3. керований перемикачами SA1 і SA2, які розширюють межі вимірювання струму і напруги до 5 мкА і 50 В відповідно. Діоди VD1, VD2 захищають транзистор VT1 від вхідних напруг небезпечного для нього рівня. У підсилювально каскаді застосований доступний ОУ К140УД1Б, що володіє досить високим коефіцієнтом посилення і хорошими частотними властивостями. Вхідний опір підсилювача – кілька сотень кіло. На неінвертуючий вхід ОП з витоку транзистора VT1 надходить вимірюється напруга. Підлаштування резистор R5 служить трива установки нульових показань приладу при перемиканні меж вимірювання, ОУ охоплений ланцюгом ООС через вимірювальний вузол і пристрій вибору меж вимірювання та роду струму. За допомогою перемикачів SA3 і SA4 до інвертується входу ОП під'єднують один з резисторів R9-R16, перемикачем SA4 мікроамперметр РА1 включають в ланцюг ООС або безпосередньо (при вимірюванні постійних напруги та струму), або через випрямляч VU3-VD6 (при вимірюванні змінних величин). Для захисту від кидків струму в момент вимикання харчування мікроамперметр замикається накоротко секцією SA5.2 вимикача SA5 одночасно з відключенням приладу від мережі.

Двуполярность джерело живлення приладу містить параметричні стабілізатори VD7R17 і VD8R18.

Деталі та конструкція. У приладі, застосовані резистори СП5-3 (R5) і МЛТ (решта), конденсатори. К50-6 (С5, С8, С9), К50-7 (GIO, СІ), МБМ, КТ1, БМ (решта), мікроамперметр М2003 зі струмом повного відхилення стрілки 1950 мкА. перемикачі П2К.

Мережевий трансформатор Т1 намотаний на магнітопроводі ШЛ15Х25 з вікном 10Х35 мм. Обмотка 1-2 містить 4000 витків дроту ПЕВ-2 0.12, 3-4-5 – 320 + 320 витків дроту ПЕВ-2 0,2.

ОУ К140УД1Б можна замінити будь-яким іншим (з відповідними напругами харчування і корекцією), проте через найгірших частотних властивостей більшості доступних ОУ робочий діапазон частот приладу в цьому випадку звузиться. Замість транзистора КП303Б можна використовувати КП303А або КП303Ж, замість діодів Д223, Д104 – будь-які кремнієві з такими ж параметрами, замість Д18 – германієвих діоди серії Д2 або Д9 з будь-яким буквеним індексом.

У приладі можна застосувати й інші мікроамперметра зі струмом повного відхилення стрілки 100 або 200 мкА, проте резистори R9-R16 У цьому випадку доведеться підібрати заново.

Прилад зібраний на двох друкованих платах з склотекстоліти товщиною 1,5 мм. Їх креслення наведено па рис. 2 (плата 1)

і 3 (плата 2).

Перемикачі SA1-SA4 разом з платою 1 змонтовані па алюмінієвому куточку, який пригвинчують до передньої панелі. На ній встановлений і підлаштування резистор R5 для підстроювання нуля приладу, для чого передбачено отвір для викрутки. Плата 2 закріплена за допомогою втулок і гайок на гвинтах кріплення мікроамперметра. У її середній частині випиляний отвір розмірами 45Х X 15 мм, що відкриває доступ до пелюсткам на висновках-шпильках мікроамперметра, до яких припаяні висновки конденсатора С5. Конденсатори С10 і ЗІ встановлені на металевому куточку, пригвинченій до цієї плати, причому корпус конденсатора СІ ізольований від нього.

Налагодження. До монтажу деякі деталі приладу рекомендується підібрати. У першу чергу це відноситься до резистора R2 і R3. Їх сумарний опір має дорівнювати 10 МОм (допускається відхилення – не більше ± 0,5%), а відношення опорів R2/R3 – 99. З такою ж точністю необхідно підібрати і резистор R1. Для полегшення підбору кожен з названих резисторів можна скласти із двох (менших номіналів). Діоди VD3-VD6 підбирають за приблизно однаковим зворотного опору, що має бути не менше 1 МОм.

Далі всі деталі, крім резисторів RIO-R16, монтують на платах, під'єднують трансформатор харчування, деталі вимірювального вузла, вхідні гнізда й, встановивши перемикачі в положення, показані на схемі, включають харчування. Спочатку вимірюють напруги на виході двополярної джерела живлення і, якщо вони розрізняються більш ніж на 0,1 В, підбирають стабілітрон VD7 або VD8. Напруга пульсації обох плечей джерела не повинно перевищувати 2 мВ.

Після цього в середньому положенні движка підлаштування резистора R5 підбором резистора R6 встановлюють стрілку мікроамперметра РА1 точно на нульову позначку шкали і переходять до калібрування приладу. Спочатку на вхідні гнізда XS1 і XS3 подають постійна напруга 10 мВ і при натиснутій кнопці SA3.1 підбором резистора R10 добиваються відхилення стрілки до останньої позначки шкали. Потім вхідна напруга послідовно збільшують до 50, 250 і 500 мВ і цієї ж мети добиваються підбором відповідно резисторів R13 (при натиснутій кнопці SA3.2), R15 (натискує кнопка SA3.3) і R9 (всі кнопки – в положеннях, показаних на схемі).

Потім перемикачем SA4 прилад переводять в режим вимірювання змінних напруги і струму і, послідовно подаючи на гнізда XS2, XS3 змінні напруги 10, 50, 250 і 500 мВ частотою 1 кГц, калібрують прилад підбором відповідно резисторів R12, R14, R16 і R11.

На закінчення, утримуючи кнопку SA2 і вхідній напрузі частотою 100 кГц перевіряють калібрування па одному з меж вимірювання змінної напруги і, якщо необхідно, коригують показання приладу підбором конденсатора С2.

Б. Акіл

г.Саяногорск, хакаської АТ

РАДІО № 2, 1987 р. с. 43.