Повышение входного сопротивления вольтметра

October 8, 2012 by admin Комментировать »

В ряде случаев то или иное напряжение в цепях усилителей звуковой частоты, радиоприемников, телевизоров или других радиотехнических устройств можно измерить только вольтметром с относительно большим входным сопротивлением. Необходимость в таком вольтметре возникает, например, при работе с транзисторной аппаратурой, в которой напряжения малы и приходится пользоваться низковольтными пределами измерения. В подобных случаях вольтметры, созданные на базе приборов магнитоэлектрической системы, так сильно шунтируют контролируемую цепь, что результаты измерений не соответствуют истинным напряжениям. Измерять напряжения в таких цепях можно только электронным, например транзисторным, вольтметром, представляющим собой сочетание прибора магнитоэлектрической системы и транзисторного усилителя измеряемых напряжений. Входное сопротивление такого прибора определяется входным сопротивлением его усилителя и может быть от сотен килоом до нескольких мегаом. К прибору магнитоэлектрической системы, используемому в электронных вольтметрах, не предъявляется особенно высоких требований по току полного отклонения — он может быть рассчитан на ток 100… 300 мкА и даже больше.

Однако не каждый усилитель пригоден для электронного вольтметра. Он должен содержать специальные цепи, позволяющие подключать его вход к участкам аппаратуры с различными напряжениями и компенсирующие его начальные токи. В противном случае начальные токи вызовут отклонение стрелки прибора даже при отсутствии измеряемого напряжения на входе усилителя.

Схема возможного варианта простейшего транзисторного вольтметра изображена на рис. 10. Измеряемое напряжение Ux через резисторы R1 и R2 подается на базу транзистора VT, вызывая ток через его эмиттерный p-η переход. Этот ток усиливается транзистором, в результате чего стрелка прибора, включенного в его коллекторную цепь, отклоняется на угол, почти пропорциональный измеряемому напряжению. При одном и том же измеряемом напряжении угол, на который отклоняется стрелка прибора, зависит в основном οι

Рис. 10. Принципиальная схема простейшего транзисторного вольтметра постоянного тока

значений тока 1н прибора и статического коэффициента передачи тока h2\$ транзистора.

Резисторы R1,R2 и эмиттерный переход транзистора, сопротивление которого лежит в пределах 300… 500 Ом, образуют делитель измеряемого напряжения. При этом на долю эмиттерного перехода приходится лишь несколько десятых долей вольта. Но такого напряжения вполне достаточно, чтобы в коллекторной цепи транзистора, а значит, и через измерительный прибор создать ток в несколько миллиампер. Большая же часть измеряемого напряжения падает на резисторах R1 и R2. Они в данном случае играют роль добавочного резистора, гасящего избыточное напряжение в цепи базы транзистора. Основ* ным добавочным резистором является резистор R1, сопротивление которого более чем в 100 раз превышает сопротивление резистора R2.

Диод VD в этом приборе защищает транзистор от повреждения при ошибочном подключении измерительных шупов, когда на базу транзистора структуры р-п-р поступает положительное (по отношению к эмиттеру) напряжение В таком случае диод шунтирует участок R2 — эмиттерный p-η переход транзистора, и все измеряемое напряжение падает на добавочном резисторе R1.

Рассматриваемый здесь вольтметр — однопредельный. С данными резисторов и измерительного прибора, указанными на схеме, предел измерений вольтметра — 3 В. При этом относительное входное сопротивление, определяемое в основном сопротивлением добавочного резистора R1, составляет около 200 кОм/В, в то время как ток полного отклонения стрелки микроамперметра 1И = 100 мкА. Относительное входное сопротивление вольтметра, созданного н^ базе такого же микроамперметра, но без транзисторного усилителя, составилобы только 10 кОм/В. Для предела измерений 1 В сопротивление добавочного· резистора R1 должно быть около 200 кОм, а для предела 10 В — около 2 МОм. Относительное входное сопротивление на этих пределах измерений будет таким же (около 200 кОм/В), т. е. в 20 раз больше, чем у вольтметра без транзисторного усилителя.

Погрешность измерений вольтметра с транзисторным усилителем сильно возрастает при изменении напряжения питания. Поэтому перед измерениями обязательно надо проверять напряжение элемента G, питающего усилитель. Для этого переключатель SA2 переводят в положение «G» и контролируют напряжение элемента непосредственно измерительным прибором РА, который в этом случае работает как обычный вольтметр постоянного тока с добавочным резистором R4. Если напряжение элемента в пределах нормы (на шкале вольтметра риской должно быть отмечено нормальное для работы вольтметра на

пряжение питания), то переключатель SA2 переводят в прежнее положение <чИ» («Измерение»), а затем, замкнув контакты выключателя SA1 (положение. «К» — «Контроль»), вольтметр калибруют. При этом элемент G оказывается подключенным к входу электронного вольтметра, и прибор должен показывать точно такое же напряжение, как и при измерении напряжения питания. Если, необходимо, совпадения показаний прибора добиваются подстроечным резистором R3, после чего контакты выключателя SA1 размыкают — и вольтметр готозк измерениям.

Калибруют транзисторные вольтметры так же, как и приборы без усилителей. Однако для уменьшения погрешности транзисторный вольтметр надо «прогревать», включив питание за 10… 15 мин до начала измерений, чтобы установился тепловой режим работы транзисторов. Признак готовности вольтметра к измерениям — стабильное положение стрелки близ нулевой отметки шкалы.

Вольтметром с однотранзисторным усилителем, собранным по схеме, показанной на рис. 10, можно измерять постоянные напряжения в цепях транзисторной и ламповой аппаратуры, почти не влияя на режимы работы ее элементов. Однако у такого вольтметра есть недостатки. Наиболее существенные из них — «дрейф нуля» (стрелка микроамперметра уходит с нулевой отметки шкалы), вызываемый изменениями обратного тока коллектора 1КБ0 при изменении температуры окружающей среды, и неравномерность первой трети шкалы, вызываемая начальным обратным током коллектор—эмиттер 1КЭо и нелинейностью вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода. Эти недостатки можно значительно ослабить, используя усилитель на двух транзисторах, включенных по схеме балансного каскада.

Упрощенная схема, поясняющая принцип работы такого вольтметра, изображена на рис. И. Сопротивления участков эмиттер—коллектор транзисторов VT4 и VT2 и резисторы R1 и R2 образуют плечи измерительного моста (см. с. 19). В одну из его диагоналей подается напряжение питания ипНт, в другую включен микроамперметр РА.

При подаче измеряемого напряжения в полярности, указанной на схеме, в цепи, состоящей из добавочного резистора Ra и сопротивлений эмиттерных p-η переходов транзисторов, возникает ток, определяемый в основном сопротивлением добавочного резистора. На транзисторы этот ток воздействует не

Рис. 11. Упрощенная схема вольтмеРис. 12. Структурная схема вольттра постоянного тока на основе баметра переменного тока лансного усилителя

одинаково: транзистор VT1 он несколько закрывает, а транзистор VT2, наоборот, открывает. В результате коллекторный ток первого из них уменьшается, что приводит к увеличению сопротивления его участка эмиттер—коллектор, а второго увеличивается, вызывая соответствующее уменьшение сопротивления его участка эмиттер—коллектор. Таким образом, равновесие моста нарушается и через микроамперметр РА течет ток, пропорциональный измеряемому напряжению. Шкалу такого вольтметра можно отградуировать непосредственно в вольтах измеряемого напряжения, а число пределов измерений зависит от числа добавочных резисторов, которые будут включены в цепь базы транзистора VT1. Именно такой вольтметр постоянного тока мы и рекомендуем для радиолюбительской измерительной лаборатории.

В вольтметрах переменного тока, необходимых при налаживании, проверке и ремонте различной усилительной и приемной аппаратуры, также применяют электронные усилители, позволяющие повысить входное сопротивление вольтметра и его чувствительность. Электронные вольтметры переменного тока строят в основном по двум схемам. Первую из них называют условно схемой «сили•тель—детектор», вторую — «детектор—усилитель». В приборах, построенных по первой схеме, измеряемое напряжение сначала усиливается, затем выпрямляется, по второй, наоборот, сначала выпрямляется, а затем усиливается. Выпрямленное напряжение в обоих случаях измеряют прибором магнитоэлектрической системы.

Для измерения напряжений относительно низкой, например звуковой, частоты можно использовать и электронные вольтметры, построенные на базе обычного усилителя звуковой частоты (УЗЧ) с двухтактным выходом. Структурная схема одного из таких вольтметров показана на рис. 12. Измеряемое напряжение Ux через добавочный резистор RA подается на вход УЗЧ, нагруженного на резистор RH, и усиливаетсся им. Измерительный прибор РА включен в цепь питания оконечного каскада. Поскольку ток этого каскада прямо пропорционален входному сигналу, по показаниям прибора РА можно судить о значении входного напряжения Калибруют такой вольтметр изменением глубины отрицательной обратной связи с помощью подстроечного резистора Икалнбр. Эта обратная связь, кроме того, расширяет рабочий диапазон частот прибора, повышает стабильность его работы и линеаризует шкалу. Транзисторный вольтметр переменного тока, описываемый в этой книге, собран по аналогичной структурной схеме.

Источник: Борисов В. Г., Фролов В. В., Измерительная лаборатория начинающего радиолюбителя.— 3-е изд., стереотип. — М.: Радио и связь, 1995.— 144 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1213).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты