Вимірювач R, C, L на мікросхемах.

Пропонований прилад забезпечує вимірювання опорів резисторів, ємностей конденсаторів і індуктивностей котушок в досить широкому інтервалі з точністю не гірше 1.5 … 2 %. Результати вимірювань відлічуються по стрілочному індикатором з лінійною шкалою.

Основні технічні характеристики

    Вимірюється опору резисторів, Ом. . . 10 -2 …10 6

    Вимірювана ємність конденсаторів, ПФ. . . 10 … 10 7
    Вимірювана індуктивність, Гн. . . 10
    -3 …10 3
    Споживана потужність, Вт, не більше. . . 10

В основі вимірювання параметрів R, С; L лежить метод формування падіння напруги на вимірюваної елементі, пропорційного величині його параметра. Принцип роботи приладу розглянемо на прикладі вимірювання опору резистора. Фрагмент схеми, що пояснює pa6oтy вимірювача, наведений на мал.1. При подачі напруги фіксованої величини U і частоти f на ланцюжок, що складається з додаткового Rд й вимірюваного Rх резисторів (причому Rх багато менше Rд), падіння напруги на резисторі Rх, (велике вхідний опір мілівольтметри практично не робить впливу на параметри ланцюга) становить: Uх = Urх / (Rд + Rх) Позначивши відношення постійних величин U / Rд через коефіцієнт К і забезпечивши умова Rх / Rд багато менше 1 у всьому діапазоні вимірювань опорів, вираз спрощується до виду Uх ~ KRх, (з похибкою, що не перевищує точності вимірювання), звідки видно, що вимірюється напругу пропорційно величині вимірюваного опору резистора.


Рис. 1.

Перед вимірюванням необхідно провести калібрування шкали мілівольтметри шляхом встановлення такої величини напруги U, при якому падіння напруги на каліброване резистори Rх (при включенні SA і відключеному Rх) викличе відхилення стрілки приладу на кінцеве поділ шкали. У цьому випадку вся шкала приладу буде відповідати величині калібрувального резистора Rх.

При вимірі індуктивності ті ж закономірності, що й при вимірюванні опору резистора, тільки замість калібрувальної котушки індуктивності включають резистор, еквівалентний реактивному опору котушки для частоти напруги живлення.

Вимірювання ємності конденсатора відрізняється тим, що вимірюють падіння напруги від протікає через нього струму на додатковому резистори Rд, включеним послідовно з конденсатором. У цьому випадку калібрування шкали приладу проводиться за допомогою калібрувальних конденсаторів. Опір додаткового резистора в цьому разі має бути значно менше реактивного опору конденсатора на частоті вимірювання. Вимірюється на додатковому резистори падіння напруги пропорційно величині ємності конденсатора.

Вимірювач складається з вузла комутації калібрувальних резисторів і конденсаторів, генератора, який виробляє фіксовані частоти 159Гц і 15,9 кГц, і мілівольтметри змінного струму.

У вузол комутації входять перемикач меж вимірювання SA1, перемикач роду робіт SA2 і перемикач (або кнопка) калібрування SA3. На що приводиться схемою положення перемикачів показані для вимірювання резисторів на межі 1 МОм. У схемі приладу резистори R7 – R13 калібрувальні при вимірюванні опору резисторів до індуктивностей котушок, a R14 – R20 – додаткові. При вимірі ємностей конденсаторів резистори R1 – R6 додаткові, а конденсатори С1 – С6 калібрувальні.


Рис. 2. Принципова схема.

Генератор (вузол А) виконаний на мікросхемах: DA1 – задає генератор за схемою з мостом Вина в ланцюзі позитивної образної зв'язку, DA2 – неінвертуючий підсилювач з коефіцієнтом передачі 2, DA3 – інтегратор. Зміна частоти генератора досягнуто перемиканням конденсаторів С7 – С10. У семи верхніх за схемою положеннях перемикача SA1 генератор забезпечує коливання з частотою 159 Гц, а в двох нижніх – 15,9 кГц. Для отримання досить потужного вимірювального сигналу на виході підсилювача неінвертаруюшего застосований підсилювач струму на транзисторі VT2. Резистором R30 (при замкнутому положенні перемикача SA3) здійснюють калібрування приладу перед виконанням вимірювань. Генератор стабільний в роботі і має коефіцієнт гармонік не гірше 0,05%.

Мілівольтметр змінного струму (вузол Б) виконаний на транзисторі VT3 і мікросхемі DA4. Каскад на польовому транзисторі, виконаний за схемою істокового повторювача, збільшує вхідний опір пристрою до 100 МОм. Стрілочний вимірювач РА1 включений на виході підсилювача в діагональ випрямні моста на діодах VD3, VD4 і резистора R44, R45. Шкала мілівольтметри лінійна, похибка вимірювань практично визначається класом застосовуваного стрілочного вимірювача.

У конструкції приладу застосований стрілочний вимірювач типу М906 зі струмом повного відхилення 50 мкА. Перемикачі SA1 і SA2 галетним, типу ПГГ – 9П6Н і 3П1Н відповідно. Перемикач SA3 типу ТВ1-1.

Як калібрувальних використані резистори С2-10, С-13, С2-14, решта резистори типу МЛТ або ОМЛТ. Конденсатори КТ-1, КСВ, МБМ, К73-17, К50-6, К50-20, можливе застосування та інших типів. Точність вимірювань приладу визначальною мірою залежить від підбору калібрувальних конденсаторів, додаткових і калібрувальних резисторів, тому їх необхідно підібрати з точністю не гірше ± 0,5%. Якщо ж ці елементи використовувати з точністю ± 0,1 … 0,25%, то похибка вимірювання практично зведеться до точності використовуваної вимірювальної головки мікроамперметра.

Операційні підсилювачі К574УД1 і К140УД8 можуть бути використані з будь-якими буквеними індексами і можлива взаємна їх заміна без зміни малюнка друкованої плати. Крім того, замість мікросхеми К574УД1 можна застосувати К544УД2, а замість К553УД2 мікросхему К153УД2, але для кожного з цих випадків буде потрібно змінити малюнок струмоведучих доріжок плати.

Крім зазначених на схемі типів діодів, можна використовувати діоди Д311А, Д18, Д9. Транзистор КП103М можна замінити на будь-який транзистор з групи КП103, а КП303В на КП303Г або КП303Е. В якості транзистора VT2 застосуємо будь-транзистор з груп КТ815 або КТ817.

Всі калібрувальні і додаткові елементи підпаяні безпосередньо до висновків перемикача SA1, а елементи генератора і мілівольтметри розміщені на двох друкованих платах з фольгованого склотекстоліти з односторонньою металізацією. На платі генератора транзистор VT2 слід розмістити на тепловідводної радіаторі з площею теплорассеівающей поверхні 50 см 2 . Плата мілівольтметри закріплена безпосередньо на вихідних затискачах стрілочний вимірювальної головки.


Вузол А.

Вузол Б.
Рис. 3. Друкована плата

Налагодження вимірювача слід почати з регулювання генератора. При правильно виконаному монтажі і справних елементах обертанням движка підлаштування резистора R26 генератор встановлюють в стійкий режим роботи. Зручно спостерігати налаштування генератора по екрану осцилографа, а частоту визначати за електронно-рахункового частотомір.

Для установки генератора на частоту 159 Гц перемикач SA1 ставлять у будь-який із семи верхніх за схемою положень і з допомогою подстросчних резисторів R21 і R22 регулюють значення частоти. Якщо пари конденсаторів С7, С10 і С8, С9 підібрані з точністю не гірше ± 1%, то налаштування на частоту 15,9 кГц виробляти не потрібно, вона забезпечується автоматично. Слід зазначити, що точна установка частот не обов'язкове, важливо лише, щоб вони відрізнялися один від одного в 100 разів. Вплив неточності установки частот легко компенсується при калібруванні приладу.

Налагодження мілівольтметри зводиться до встановлення підстроєні резистором R43 стрілки мікроамперметра на останнє поділ шкали при подачі на вхід мілівольтметри напруги 0,05 В частотою 159 Гц. Потім перевіряють відповідність відхилення стрілки приладу при подачі на вхід напруги 0,05 В частотою 15,9 кГц. При справних елементах схеми це забезпечується автоматично, ніяких підстроювань не потрібно.

Для зручності відліку показань шкалу мікроамперметра слід виконати на 100 поділок або використовувати готову від аналогічного мікроамперметра на 100 мкА, встановивши її замість шкали 50 мкА.

В. ЛАВРИНЕНКО, м. Волзький, Волгоградській обл., Радіо № серпня 1993, стор.20