ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО ТОКА

В описаниях конструкций, публикуемых в радиотехнической литературе, обычно указывают относительное входное сопротивление вольтметра постоянного тока, которым измерены напряжения в цепях конструкции. Делал это и я, рассказывая о рекомендуемых усилителях, приемниках. Случайно ли это? Нет! Потому что напряжения в цепях конструкции, измеренные вольтметром с другим входным сопротивлением, могут быть иными. Объясняется это тем, что вольтметр своим входным (внутренним) сопротивлением шунтирует измеряемую цепь и тем самым изменяет ток и напряжение в ней. Чем меньше его входное сопротивление, тем он сильнее шунтирует измеряемый участок цепи, тем больше погрешность в результатах измерения.

Относительное входное сопротивление вольтметра постоянного тока комбинированного прибора, о котором я рассказал в восьмой беседе, . Оно достаточно высокое и во многих случаях вносит незначительные погрешности в измерения. Подчеркиваю: во многих, но не во всех. В тех же случаях, когда измеряемая цепь высокоомная, погрешность измерения становится ощутимой. Таким вольтметром уже нельзя достаточно точно измерить, например, напряжение непосредственно на базе или на коллекторе транзистора, если нагрузочный резистор в его цепи обладает большим сопротивлением. И совсем нельзя измерить напряжение смещения на затворе полевого транзистора, входное сопротивление которого во много раз больше входного сопротивления вольтметра,

А если в комбинированном измерительном приборе будет использован микроамперметр на больший ток , чем . Например, на ток ? В этом случае относительное входное сопротивление вольтметра уменьшится до . Измерять им напряжения в цепях троих конструкций еще можно, но погрешности измерений будут больше. И наоборот, относительное входное сопротивление можно увеличить вдвое, до , если для него использовать микроамперметр на ток . Но такой микроамперметр, да еще с большой шкалой, тебе, вероятно, не удастся достать.

Есть, однако, другой путь значительного увеличения входного сопротивления вольтметра - введение в него транзисторов. В связи с этим предлагаю опыт, который поможет тебе разобраться в принципе работы такого прибора.

Принципиальная схема опытного вольтметра изображена на рис. 285. Это, как и в измерителе , измерительный мост, в диагональ которого включен микроамперметр РА. Плечи моста образуют: участок эмиттер-коллектор транзистора V, резистор и участки а и б переменного резистора . Мост питает элемент G напряжением 1,5 В (332, 316). Измеряемое постоянное напряжение подается на эмиттерный переход транзистора через входные гнезда X1 и и добавочный резистор , гасящий избыточное измеряемое напряжение. Микроамперметр РА, являющийся индикатором баланса моста, может быть на ток и даже больше. Транзистор - с коэффициентом Сопротивление добавочного резистора зависит от используемого микроамперметра и определяет в основном входное сопротивление вольтметра. Оно должно быть не менее 30-50 кОм.

Рис. 285. Опытный вольтметр

Рис. 286. Транзисторный вольтметр постоянного тока

Движок резистора установи в верхнее (по схеме) положение. Затем замкни накоротко входные гнезда X1 и , включи питание и резистором , медленно вращая его ось, установи стрелку микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Через 3-5 мин, необходимых для прогрева транзистора, повтори корректировку нуля вольтметра. После этого разомкни входные зажимы, подай на них постоянное напряжение 1 В, например часть напряжения одного элемента 332 (через делитель напряжения), и подбором добавочного резистора добейся отклонения стрелки индикатора до конечной отметки шкалы. Это будет соответствовать 1 В измеряемого напряжения.

Каково входное сопротивление такого вольтметра? Во много раз (примерно в численное значение коэффициента используемого транзистора) больше входного сопротивления вольтметра комбинированного прибора.

Каков принцип действия такого вольтметра? Его транзистор выполняет функцию усилителя тока и, кроме того, является элементом измерительного моста постоянного тока. Перед измерением мост был сбалансирован - движок резистора установлен в положение, при котором напряжение на микроамперметре и ток через него равны нулю. Но вот на входные гнезда вольтметра, а значит, и на эмиттерный переход транзистора ты, соблюдая полярность, подал измеряемое постоянное напряжение. Коллекторный ток от этого увеличивается, сопротивление участка эмиттер-коллектор уменьшается, в результате чего баланс моста нарушается, и через микроамперметр течет ток, пропорциональный напряжению, поданному на вход вольтметра.

Таким прибором, а он, разумеется, может быть многопредельным, уже можно пользоваться как высокоомным вольтметром. Однако его все же надо рассматривать как опытный измеритель напряжения.

Для твоей измерительной лаборатории рекомендую построить транзисторный вольтметр по схеме, показанной на рис. 286, а. Он пятипредельный и рассчитан для измерений в цепях транзисторной аппаратуры, где напряжения в большинстве случаев не превышают 20-30 В. Плечи измерительного моста такого прибора образуют участки эмиттер - коллектор транзисторов V1 и V2, резистор с верхней (по схеме) от движка частью подстроечного стора и резистор с нижней частью резистора . В одну диагональ моста (между эмиттерами транзисторов) включен микроамперметр , в другую (между коллекторами транзисторов и движком подстроечного резистора ) - источник питания . Чтобы шкала вольтметра была равномерной, на базы транзисторов через резисторы подаются отрицательные напряжения смещения, открывающие оба транзистора.

Измерительный мост балансируют: резистором (при замкнутых между собой базах транзисторов), уравнивая им коллекторное токи транзисторов, и резистором , устанавливая им соответствующие токи баз, несколько различающиеся между собой из-за неидентичности параметров транзисторов.

Измеряемое напряжение подается на базы транзисторов через один из добавочных резисторов . При этом транзистор V1, база которого оказывается под отрицательным напряжением, еще больше открывается, а транзистор V2, база которого оказывается под положительным напряжением, наоборот, закрьюается. В результате сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора V1 уменьшается, транзистора V2 - увеличивается, отчего баланс моста нарушается и через микроамперметр течет ток, пропорциональный измеряемому напряжению.

Для вольтметра подбери транзисторы с коэффициентом передачи тока около 50 и по возможности с малыми, а главное, близкими по значению обратными токами Чем меньше эти токи и разница между ними, тем стабильнее будет работать прибор.

Конструкция вольтметра может быть такой, как на рис. 286,6. Микроамперметр, включатель питания , элемент подстроечный резистор и входные гнезда X1 — установлены на гетинаксовой панели, размеры которой определяются в основном габаритами микроамперметра (в вольтметре по рис. 286,б использован микроамперметр ). Остальные детали смонтированы на другой гетинаксовой панели, которая закреплена непосредственно на зажимах микроамперметра. Опорными монтажными точками этих деталей могут быть пустотелые заклепки или отрезки облуженного медного провода толщиной мм, запрессованные в отверстия в панели. Для соединения микроамперметра с детаяями прибора под гайки, навинченные на его шпильки - зажимы, подложены монтажные лепестки.

Роль подстроечных резисторов могут выполнять переменные резисторы таких же или близких номиналов. Сопротивления резисторов могут быть от 15 до 30 кОм, резисторов - от 220 до 510 Ом.

Закончив монтаж вольтметра, сверь его с принципиальной схемой - нет ли ошибок? Движки подстроечных резисторов поставь в среднее положение относительно крайних выводов. Включи питание - стрелка микроамперметра тут же отклонится от нуля, быть может, даже в противоположную сторону. Медленно вращая ось резистора , установи стрелку на нулевую отметку шкалы. Затем проволочной перемычкой соедини временно между собой базы транзисторов и дополнительно сбалансируй мост резистором . И так несколько раз, пока стрелка микроамперметра перестанет реагировать на соединение баз транзисторов.

После этого приступай к подгонке добавочных резисторов пределов измерений. Делай это точно так же, как при налаживании вольтметра комбинированного измерительного прибора.

На схеме вольтметра сопротивления добавочных резисторов указаны применительно к микроамперметру на ток и транзисторам со статическим коэффициентом передачи тока около 50. Для микроамперметра и транзисторов с другими параметрами сопротивления добавочных резисторов будут иными. В таком случае целесообразно сначала подобрать добавочный резистор предела измерений 1 В, а затем по нему рассчитать сопротивления остальных добавочных резисторов. Так, например, если сопротивление добавочного резистора этого предела оказалось 50 кОм (примерно соответствует микроамперметру на ток ), то для предела 3 В добавочный резистор должен быть сопротивлением около 150 кОм, для предела 0,3 В - около 15 кОм. Окончательно подбирай резисторы опытным путем, контролируя образцовым прибором напряжения, подаваемые на вход вольтметра.

Можно ли выбрать иные пределы измерений? Конечно, и продиктовать их может оцифрованная шкала микроамперметра. Так, например, если микроамперметр на ток , пределы измерений могут быть 0,5; 1; 5; 10 и 50 В или 0,5; 2,5; 10 и 50 В.

Пользуясь транзисторным вольтметром, помню: начинать измерения надо спустя 5-6 мин после включения питания. За это время стабилизируется тепловой режим работы транзисторов и стрелка прибора устанавливается на нулевую отметку шкалы. Время от времени надо подстроечным резистором корректировать нуль вольтметра.

Как часто придется заменять элемент питания свежим? Ток, потребяемый вольтметром, не превышает . Это значит, что элемент работает почти вхолостую и может служить не менее года.