Вольтметр на операційному підсилювачі

При налагодженні різної електронної апаратури часто потрібно вольтметр змінного і постійного напруги з високим вхідним опором, що працює в широкому інтервалі частот. Саме такою і щодо нескладний прилад вдалося сконструювати на ОУ К574УД1А, що володіє високими характеристиками (частотою одиничного посилення більш 10 МГц та швидкістю наростання вихідної напруги до 90 В / мкс).

Принципова схема вольтметра наведена на рис. 1.

Він дозволяє вимірювати змінна і постійне напруження в 11 піддіапазонах (верхні межі вимірів вказані на схемі). Інтервал частот – від 20 Гц до 100 кГц в піддіапазоні "10 мВ", до 200 кГц в піддіапазоні "30 мВ" і до 600 кГц в інших. Вхідний опір – 1 МОм. Похибка вимірювання постійної напруги – ± 2, змінного – ± 4%. Дрейф нуля після прогріву (20 хв) практично відсутня. Споживаний струм – не більше 20 мА.

Прилад містить прецизійний випрямляч на ОУ DA1 з доданими мостом VD1-VD4 в ланцюзі ООС. Випрямлена напруга надходить на мікроамперметр РА1. Таке включення дозволяє отримати максимально лінійну шкалу вольтметра. Резистор R14 служить для балансування ОУ, тобто для встановлення нульових показань приладу.

Прецизійний випрямляч використаний для вимірювання не тільки змінного, але і постійної напруги, що зменшило число перемиканні при переході з одного режиму роботи на іншій. Крім того, це спростило процес вимірювання постійної напруги, так як відпала необхідність змінювати полярність включення мікроамперметра РА1. Знак вимірюваного постійної напруги визначає індикатор полярності на ОУ DA2, включеному за схемою масштабного підсилювача і навантаженому світлодіодами HL1, HL2. Чутливість пристрою така, що воно відображає полярність напруги при відхиленні стрілки мікроамперметра всього на одну поділку шкали.

Режим роботи приладу вибирають перемикачем SA1, піддіапазон виміру – перемикачем SA2, що змінює глибину ООС, що охоплює ОУ DA1. При цьому в ланцюг ООС можуть бути включені дві групи резисторів: R7-R11 (при постійній напрузі на вході) та R18, R19, R21-R23 (при змінному). Номінали останніх підібрані таким чином, що показання приладу відповідають ефективним значенням синусоїдальної

змінної напруги. Коригувальні ланцюга R17C8, R20C9 зменшують нерівномірність амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) приладу на піддіапазонах "10 мВ" і "30 мВ". Дросель L1 компенсує нелінійність АЧХ операційного підсилювача DA1. Кратність меж вимірювання одиниці і трьом забезпечується вхідними частотнокомпенсірованнимі дільниками на елементах R1-R6, С2-С7. Зміна коефіцієнта ділення відбувається одночасно з перемиканням резисторів у ланцюзі ООС мікросхеми DA1 перемикачем SA2.

Харчується прилад від імпульсного джерела (рис. 2). За основу взято пристрій, описаний у статті В. Зайцева, В. Риженкова "Малогабаритний мережевий блок живлення" ("Радіо", 1976, № 8, с. 42, 43). Для підвищення стабільності та зниження рівня пульсації живлячих напруг воно доповнено стабілізаторами на мікросхемах DA3, DA4 і LC-фільтрами. Можна використовувати й інший відповідний стабілізований джерело напруг ± 15 В, а також батарею гальванічних елементів або акумуляторів.

У вольтметри застосований мікроамперметр М265 (класу точності 1) із струмом повного відхилення 100 мкА і двома шкалами (з кінцевими відмітками 100 і 300). Допустиме відхилення опорів резисторів R1-R6, R7-R11, R18, R19, R21-R23 – не більше ± 0,5%. Мікросхему К574УД1А можна замінити на К574УД1Б, К574УД1В. Дроселі L1-L5 – ДМ-0, 1. Трансформатор Т1 намотаний на тороїдальним магнітопроводі зовнішнім діаметром 34, внутрішнім 18 і висотою 8 мм з пермалоєвих стрічки товщиною 0,1 мм. Обмотки I і IV містять по 60 витків дроту ПЕВ-2 0,1, II і III – по 120 (ПЕВ-2 0,2), а V та VI – по 110 (ПЕВ-2 0,3) витків.

Для зменшення наведень елементи вхідного дільника і резистори ланцюга ООС R7-R11, R18, R19, R21-R23 змонтовані безпосередньо на контактах перемикача SA2. Інші деталі розміщені на платі, закріпленої на різьбових шпильках-висновках мікроамперметра. Мікросхема DA1 закрита латунним екраном. Висновки живлення 5 і 8 ОУ безпосередньо у мікросхеми DA1 з'єднують через конденсатори ємністю 0,022 … 0,1 мкФ з загальним проводом. З перемикачами SA1, SA2 її виводи 3 і 4 з'єднані екранованими проводами. Транзистори VT1, VT2 джерела живлення встановлені на тепловідведення з площею поверхні близько охолоджуючої 6 см 2 . Джерело необхідно заекраніровать.

Налагодження починають з джерела живлення. Якщо його блокінг-генератор не самовозбуждается, генерації домагаються підбором резистора R26. Після цього підлаштування резисторами R28, R30 встановлюють напруги +15 І -15 В, підключають до джерела налагоджувальні прилад і переконуються у відсутності самозбудження мікросхеми DA1. Якщо це все ж таки відбувається, то між її висновками 6 і 7 включають конденсатор ємністю 4 … 10 пФ і перевіряють відсутність самозбудження на всіх піддіапазонах вимірювання постійного і змінного напруги.

Далі прилад перемикають на піддіапазон вимірювання змінної напруги "1 В" і подають на вхід синусоїдальний сигнал частотою 100 Гц. Змінюючи його амплітуду, добиваються відхилення стрілки на середню позначку шкали. Збільшуючи частоту вхідної напруги, Конденсатори підлаштування С2 домагаються мінімальних змін у вимірюванні в робочому інтервалі частот. Те ж саме роблять на піддіапазонах "10 В "і" 100 В ", змінюючи ємність конденсаторів С4 і С6 відповідно. Після цього по зразковому вольтметри перевіряють показання приладу на всіх піддіапазонах.

Слід зазначити, що за відсутності мікросхеми К574УД1А в вольтметри можна використовувати ОУ К140УД8 з будь-яким буквеним індексом, проте це призведе до деякого звуження робочого інтервалу частот.

м. Омськ

В. Натисніть кнопку