БЕСЕДА ВОСЕМНАДЦАТАЯ. ТВОЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

О технической культюе соввеменного радиолюбителя судят не только по тем приемникам или усилителям, которые он конструирует, но и по измерительной лаборатории, приборами которой он пользуется в процессе подбора деталей, при монтаже и налаживании аппаратуры. Да, это так! Потому что без измерительных приборов невозможно добиться хорошей и длительной бесперебойной работы радиотехнического устройства. В этом, надеюсь, ты уже убедился на собственном опыте и неоднократно будешь убеждаться в будущем.

Основа такой лаборатории была тобой уже заложена (см. восьмую беседу). Но ее приборы были в основном лишь пробниками. Только миллиампервольтомметр позволял производить необходимые измерения, без чего вообще нельзя заставить работать даже сравнительно несложный приемник, усилитель, электронный автомат. У тебя не было приборов для изменения емкости конденсаторов, малых и больших сопротивлений резисторв, генератора колебаний звуковой частоты для налаживания и оценки качества работы усилителей при воспроизведении грамзаписи, вольтметра постоянного тока, которым можно было бы измерять напряжения на базах транзисторов.

Вот о пополнении твоей измерительной лаборатории подобными приборами и пойдет разговор в этой беседе.

МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

Этот прибор позволит с достаточной для тебя точностью измерять сопротивления резисторов (R), емкости конденсаторов (С) и индуктивности катушек (L), наиболее часто применяемых в колебательных контурах, высокочастотных дросселей. Его основой служит измерительный мост, в одну из диагоналей которого включают источник тока, а в другую - индикатор тока, по которому оценивают электрические параметры этих радиодеталей.

Схему такого моста для измерения сопротивлений ты видишь на рис. 281, а. Измерительный мост состоит из четырех резисторов, образующих его четыре плеча: - резистор, сопротивление которого измеряем; - эталонный, т.е. образцовый резистор, сопротивление которого известно: — резисторы, сопротивления которых подбирают при измерении. Индикатором может быть микроамперметр с нулевой отметкой в середине шкалы. Когда отношение сопротивлений резисторов равно отношению сопротивлений резисторов , через индикатор ток не идет, и его стрелка находится против нулевой отметки шкалы. При этом говорят, что измерительный мост сбалансирован, т.е. электрически уравновешен. Но стоит изменить сопротивление одного из плеч моста, заменив, например, резистор резистором другого номинала, как произойдет перераспределение токов в плечах моста и он окажется разбалансированным - стрелка индикатора отклонится в ту или иную сторону от нулевой отметки на шкале в зависимости от нового соотношения сопротивлений плеч моста.

Рис. 281. Мосты для измерения сопротивлений (а, б) и емкостей (в)

Чтобы мост снова сбалансировать, надо соответственно изменить сопротивления одного из трех других плеч,

Поскольку сопротивления образцового и подбираемых резисторов известны, сопротивление проверяемого резистора нетрудно подсчитать по такой формуле: .

Допустим, что кОм, кОм. В этом случае сопротивление измеряемого резистора будет: кОм.

Резисторы можно заменить одним переменным резистором, как это показано на рис. 281,б. Здесь соотношение сопротивлений плеч моста, а значит, и его балансировка достигаются перемещением движка переменного резистора. А если против ручки этого резистора будет заранее размеченная шкала, отпадет необходимость в расчете сопротивления измеряемого резистора . Переменный резистор в этом случае называют реохордом, а измерительный мост - реохордным мостом.

Рассмотрим рис. 281, в, на котором изображена схема такого же моста, но предназначенного для измерения емкостей конденсаторов. Здесь - образцовый конденсатор; - измеряемый конденсатор, а переменный резистор - реохорд, которым балансируют мост. Источником питания моста служит генератор переменного тока G, обозначенный на схеме знаком синусоиды в кружке. На этот ток должен реагировать и индикатор моста. Емкости конденсаторов измеряют так же, как и сопротивления резисторов - путем балансировки моста и определения емкости по шкале реохорда.

Такой мост можно использовать и для измерения индуктивностей катушек колебательных контуров или дросселей высокой частоты, если в нем образцовый конденсатор заменить образцовой катушкой , а вместо конденсатора включить в мост измеряемую катушку индуктивности .

Как видишь, принцип измерения сопротивлений, емкостей и индуктивностей деталей одинаков. Разница лишь в источнике питания и индикаторе моста.

А нельзя ли, спросишь ты, при любых измерениях питать мост переменным током. Можно! Например, переменным током звуковой частоты. В этом случае роль индикатора могут выполнять головные телефоны: баланс моста фиксируют по наименьшему звуку или пропаданию его. Такой прибор я и предлагаю для твоей лаборатории.

Принципиальная схема измерителя RCL показана на рис. 282. Транзисторы V1, V2 и относящиеся к ним резисторы и конденсаторы образуют знакомый тебе симметричный мультивибратор - генератор. Транзистор V3 является усилителем мощности, а его нагрузочный резистор - реохордом измерительного моста, питающегося переменным током генератора. Резистор ограничивает ток коллекторной цепи транзистора V3, возрастающий при измерении индуктивностей, и тем самым предотвращает тепловой пробой этого транзистора.

Рис. 282. Схема измерителя

Конденсаторы , резисторы и катушка образцовые элементы моста, от точности номиналов которых зависит точность производимых измерений. Резисторы и катушки , электрические параметры которых надо измерить, подключают к зажимам , а измеряемые конденсаторы зажимам . Головные телефоны В, являющиеся индикатором балансировки измерительного моста, подключают к разъему .

Советую ту часть схемы, которая относится к измерительному мосту прибора, начертить в таком же виде, как на рис. 281, а. Это поможет подробнее разобраться в плечах моста и его работе в целом.

В приборе несколько образцовых конденсаторов и резисторов. Так сделано для того, чтобы расширить пределы измерений, что достигается включением в мост образцовых конденсаторов и резисторов, номиналы которых различаются в число раз, кратное 10. Показанное на схеме положение переключателя , когда в мост включен образцовый конденсатор С3 , соответствует поддиапазону измерения емкостей конденсаторов примерно от 10 до . Во втором положении переключателя (включен конденсатор ) можно измерить емкости конденсаторов от до , в третьем (включен конденсатор до . Аналогично обстоит дело и при измерении сопротивлений резисторов: включение в мост образцового резистора Ом) соответствует поддиапазону измерения сопротивлений от 10 Ом до 1 кОм, включение резистора кОм) - по ддиапаз измерений от 1 до 100 кОм, резистора — поддиапазону от 100 кОм до . С помощью только одного образцового конденсатора и одного образцового резистора перекрыть такой широкий диапазон измеряемых емкостей и сопротивлений невозможно.

Диапазон измерения индуктивностей катушек контуров и дросселей высокой частоты один - примерно от 10 до . Это тебя вполне устроит, так как индуктивность подавляющего большинства таких радиодеталей не превышает .

О чем говорят обозначения и т.д., сделанные возле контактов переключателя вида измерений . Это коэффициенты, на которые надо умножить численные значения делений шкалы реохорда измерительного моста. Шкала прибора (рис. 283) - общая для любых измерений. Ее деления обозначены цифрами от 0,1 до 10. И чтобы узнать, какова емкость или сопротивление детали, надо численное значение деления шкалы реохорда умножить на коэффициент, соответствующий положению переключателя моста. Например, при измерении сопротивления резистора мост твоего прибора оказался сбалансированным при положении переключателя на отметке Ом», а указатель ручки реохорда против деления 2,2 шкалы. Умножив 2,2 на 100 Ом, ты узнаешь сопротивление измеряемого резистора: 220 Ом.

Номиналы конденсаторов и резисторов, кроме сопротивления реохорда , указаны на принципиальной схеме прибора. В качестве реорхорда используй проволочный переменный резистор, сопротивление которого может быть от 300-400 Ом до 8-10 кОм. В крайнем случае, если не окажется проволочного, можно поставить мастичный переменный резистор, например типа СП, но обязательно группы А, т. е. резистор, у которого сопротивление между движком и любым из крайних выводов изменяется пропорционально углу поворота оси. Переключатель поддиапазонов измерений одноплатный, на семь положений. Телефоны высокоомные; с низкоомными телефонами прибор будет обладать существенно меньшей чувствительностью и не позволит проводить измерения на подиапазонах .

Рис. 283. Шкала измерителя RLC

Катушка . Для нее можешь использовать унифицированный или подобный ему самодельный каркас с ферритовыми кольцами и подстроечным сердечником, намотав на каркас 65-70 витков провода . Окончательно индуктивность катушки подгоняй с помощью подстроечного сердечника по заводскому прибору.

Конструкция прибора может быть двухпанельной, как показано на рис. 284. Верхняя панель, на которой находятся зажимы типа «крокодил» для подключения измеряемых деталей, разъем телефонов, переключатель видов измерений, реохорд со шкалой моста и выключатель питания, является лицевой панелью футляра прибора. Остальные детали смонтированы на второй, внутренней, несколько меньшей панели, удерживающейся на стойках переключателя. На оси реохорда и переключателя насажены ручки с клювиками - указателями. Для питания прибора использованы три элемента 332, которые соединены последовательно контактными пластинами из листовой меди.

Образцовые резисторы и конденсаторы , прежде чем их вмонтировать, надо обязательно проверить по точному измерительному прибору. Точность их номиналов должна быть возможно более высокой, во всяком случае не хуже 5%. Измерь номиналы нескольких резисторов и конденсаторов для каждого поддиапазона и отбери те из них, которые имеют наименьшие отклонения от номиналов.

Генератор прибора никакой наладки не требует. А чтобы убедиться, работает ли он, достаточно подключить к его выходу, например, параллельно реохорду, телефоны - в них услышишь звук средней тональности. Генератор может не работать только из-за ошибок в монтаже или негодности каких-то деталей. Единственно, что тебе, возможно, придется сделать - это подобрать желаемый тон звука путем подбора емкости конденсаторов мультивибратора. А вот с градуировкой шкалы тебе придется повозиться порядочно - ведь от того, насколько точно ты ее разметишь, зависят и результаты будущих измерений.

Шкала реохорда - общая для всех видов измерений. Значит, градуировать (размечать) ее можно только для одного поддиапазона измерений.

Рис. 284. Конструкция прибора

Делать это целесообразнее для поддиапазона сопротивлений кОм или 1-100 кОм. И вот почему: во-первых, резисторы таких сопротивлений наиболее ходовые, а во-вторых, к резисторам вообще при конструировании аппаратуры предъявляются более жесткие требования, чем к подавляющему большинству конденсаторов той же аппаратуры.

Хорошо, если для градуировки шкалы ты используешь так называемый магазин сопротивлений - набор эталонных резисторов, изготовленных из высокоомной проволоки. Он, возможно, есть и в физическом кабинете твоей школы. Но можно воспользоваться и набором резисторов соответствующего номинала, но обязательно с допуском отклонений от их номиналов не более 5%.

Делай это так. Сначала, установив переключатель на выбранный поддиапазон измерений, подключи к зажимам резистор такого же номинала, как и образцовый резистор этого поддиапазона. Для поддиапазона 1-100 кОм это резистор сопротивлением 10 кОм , а для поддиапазона Ом . Поворачивая ручку реохорда в обе стороны, добейся минимального звука в телефонах и против «носика» ручки сделай отметку на дуге будущей шкалы.

Это отметка множителя соответствующая для нашего примера сопротивлению 10 кОм кОм кОм). Она должна находиться в середине дуги шкалы и делить ее на две равные части. После этого подключай к зажимам другие резисторы убывающих или, наоборот, увеличивающихся номиналов и делай на шкале соответствующие отметки. В конечном итоге у тебя получится примерно такая же шкала, как изображенная на рис. 283.