Электронные вольтметры постоянного тока. Низкочастотный милливольтметр Измерительные приборы милливольтметры переменного тока

На рисунке показана схема простого милливольтметра переменного тока, милливольтметр имеет четыре диапазона 1 мВ, 10 мВ, 100 мВ и 1 В. Входной сигнал может иметь частоту от нескольких герц до 50 кГц. Нелинейность схемы выпрямителя устраняется путем применения обратной связи в ОУ. Схема рассчитана на измерение полного выпрямленного среднего значения входного сигнала.

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 22.09.2014

  Принципиальная схема ус-ва показана на рис.1, ус-во предназначено для управления коллекторным электродвигателем — дрель, вентилятор и так далее. На однопереходном транзисторе VT1 собран генератор коротких положительным импульсов для управления вспомогательным тринистором VS1. Питается генератор трапецеидальным напряжением, получаемым благодаря ограничению стабилитроном VD1 положительной полуволн синусоидального напряжения(100Гц). С появлением каждой полуволны такого …

• 02.10.2014

  Этот источник питания предназначен для питания различных уст-в от напряжения 25-30В при токе 70мА от бортовой сети автомобиля. Мультивибратор на транзисторах с мощным выходом вырабатывает импульсы с частотой около 10кГц. Далее импульсы проходя через С3 С4 далее выпрямляются, при этом происходит обрезка импульсов с помощью VD1 VD2 для стабилизации выходного …

• Эта статья посвящена двум вольтметрам, реализованных на микроконтроллере PIC16F676. Один вольтметр имеет диапазон измеряемых напряжений от 0,001 до 1,023 вольта, другой, с соответствующим резистивным делителем 1:10, может измерять напряжения от 0,01 до 10,02 вольта. Ток потребления всего устройства при выходном напряжении стабилизатора +5 вольт составляет примерно 13,7 мА. Схема вольтметра изображена на рисунке 1.

  Два вольтметра схема

  Цифровой вольтметр, работа схемы

  Для реализации двух вольтметров использованы два вывода микроконтроллера, сконфигурированных на вход для модуля цифрового преобразования. Вход RA2 используется для измерения малых напряжений, в районе вольта, а к входу RA0 подключен делитель напряжения 1:10, состоящий из резисторов R1 и R2, позволяющий измерять напряжение до 10 вольт. В данном микроконтроллере используется десятиразрядный модуль АЦП и чтобы реализовать измерение напряжения с точностью до 0,001 вольта для диапазона 1 В, пришлось применить внешнее опорное напряжение от ИОН микросхемы DA1 К157ХП2. Так как мощность ИОН микросхемы очень маленькая, и чтобы исключить влияние внешних цепей на этот ИОН, в схему введен буферный ОУ на микросхеме DA2.1 LM358N . Это неинвертирующий повторитель напряжения, имеющий стопроцентную отрицательную обратную связь — ООС. Выход этого ОУ нагружен на нагрузку, состоящую из резисторов R4 и R5. С движка подстроечного резистора R4, опорное напряжение величиной 1,024 В подается на вывод 12 микроконтроллера DD1, сконфигурированного, как вход опорного напряжения для работы модуля АЦП . При таком напряжении каждый разряд оцифрованного сигнала будет равен 0,001 В. Чтобы уменьшить влияние шумов, при измерении малых величин напряжения применен еще один повторитель напряжения, реализованный на втором ОУ микросхемы DA2. ООС этого усилителя резко уменьшает шумовую составляющую измеряемой величины напряжения. Так же уменьшается напряжение импульсных помех измеряемого напряжения.

  Для вывода информации об измеряемых величинах применен двухстрочный ЖКИ, хотя для этой конструкции хватило бы и одной строки. Но иметь в запасе возможность вывода еще какой ни будь информации, тоже не плохо. Яркость подсветки индикатора регулируется резистором R6, контрастность выводимых символов зависит от величины резисторов делителя напряжения R7 и R8. Питается устройство от стабилизатора напряжения собранного на микросхеме DA1. Выходное напряжение +5 В устанавливается резистором R3. Для уменьшения общего тока потребления, напряжение питания самого контроллера можно уменьшить до величины, при которой сохранялась бы работоспособность контроллера индикатора. При проверке данной схемы индикатор устойчиво работал при напряжении питания микроконтроллера 3,3 вольта.

  Настройка вольтметра

  Для настрой данного вольтметра необходим, как минимум цифровой мультиметр, способный измерять напряжение 1,023 вольта, для настройки опорного напряжения ИОН. И так, с помощью контрольного вольтметра выставляем на выводе 12 микросхемы DD1 напряжение величиной 1,024 вольта. Затем на вход ОУ DA2.2, вывод 5 подаем напряжение известной величины, например 1,000 вольт. Если показания контрольного и настраиваемого вольтметров не совпадают, то подстроечным резистором R4, изменяя величину опорного напряжения, добиваются равнозначных показаний. Затем на вход U2 подают контрольное напряжение известной величины, например 10,00 вольт и подборкой величины сопротивления резистора R1, можно и R2, а можно и тем и другим добиваются равнозначных показаний обоих вольтметров. На этом регулировка заканчивается.

  

  Я радиолюбитель

  Милливольтметр постоянного и переменного токов и омметр с линейной шкалой

  Принципиальная схема милливольтметра постоянного и переменного токов и омметра с линейной шкалой приведена на рис. 49. Основным элементом милливольтметра является усилитель переменного тока. Он состоит из истокового повторителя на полевом транзисторе Т17, эмиттерного повторителя на транзисторе Т18 и трехкаскадного усилителя, собранного по схеме с общим эмиттером, на транзисторах Т18-Т20. На выходе усилителя включен выпрямитель и стрелочный индикатор.

  Для предохранения стрелочного индикатора от возможных перегрузок, возникающих при неправильном выборе предела измерения, параллельно ему включен кремниевый диод Д25. Для обеспечения стабильности коэффициента усиления усилитель охвачен глубокой отрицательной обратной связью. Эта же обратная связь позволяет и существенно улучшить линейность шкалы стрелочного индикатора, особенно в ее начале.

  Измеряемое напряжение, поданное на вход милливольтметра, поступает через контакты реле Р1 - преобразователь постоянного напряжения в переменное и резистор R93, определяющий входное сопротивление милливольтметра, на кнопочный переключатель пределов измерения и далее на вход истокового повторителя. Установка верхних пределов измеряемых напряжений производится с помощью подстроечных резисторов R86, R88, R90, R92 и R95. Первоначальный коэффициент усиления усилителя переменного тока для измерения переменных напряжений устанавливается с помощью подстроечного резистора R104, включенного в цепь отрицательной обратной связи.

  При измерении переменного напряжения кнопка переключателя В4 с фиксацией должна находиться в ненажатом положении. Для измерения постоянных напряжений или сопротивлений резисторов кнопку нажимают. В этом случае на обмотку реле-преобразователя через диод Д20 подается переменное напряжение 27 В с обмотки силового трансформатора. Одновременно в цепь отрицательной обратной связи включается другой подстроечный резистор R106, с помощью которого увеличивается коэффициент усиления усилителя переменного тока. Происходит это благодаря тому, что эффективное значение пульсирующего напряжения на выходе преобразователя отличается от эффективного значения синусоидального напряжения.

  Принцип измерения сопротивлений основан на измерении падения напряжения постоянного тока на соответствующем резисторе. Для этой цели в состав прибора введен стабилизатор тока на транзисторе Т21. В зависимости от предела измерения с помощью кнопочного переключателя В2 (см. рис. 47) устанавливается рабочий ток 1; 0,1 мА или 10 мкА. При этом на пределах измерения 0-30, 0-300 и 0-3000 Ом используется рабочий ток 1 мА, на пределе 0-30 кОм - 0,1 мА, а на пределе 0-300 кОм - 10 мкА. Соответственно на первом пределе максимальное падение напряжения составляет 30 мВ, втором - 0,3 В и на остальных - 3 В. Для измерения сопротивлений необходимо установить требуемый предел измерения, нажать кнопку переключателя В4 с фиксацией, подключить к входным клеммам измеряемый резистор и нажать кнопку В5, тогда вход милливольтметра Гн5 подключится к измеряемому резистору.

  Падение напряжения на измеряемом резисторе преобразуется в пульсирующее с помощью преобразователя постоянного напряжения в переменное и измеряется милливольтметром переменного тока. В связи с тем что через измеряемый резистор протекает постоянный ток строго фиксированной величины, падение напряжения на нем оказывается прямо пропорциональным его сопротивлению. Поэтому шкала омметра получается линейной и можно использовать шкалу стрелочного микроамперметра.

  В состав блока питания (рис. 48) входит однополупериодный выпрямитель собранный на диоде Д17. Напряжение стабилизируется параметрическим стабилизатором на диодах Д18, Д19. На транзисторе Т16 выполнен буферный повторитель, позволяющий исключить влияние схемы на параметры стабилизатора.

  В конструкции вместо рекомендованных транзисторов типа МП416 можно использовать транзисторы широкого применения, такие как МП402-МП403, МП422- МП423, ГТ308-ГТ309 и т. д. Вместо транзистора КТЗ15 - транзисторы типов КТ301, КТ312, с коэффициентами передачи тока В не менее 50. Вместо полевого транзистора КП103 можно применить транзисторы типа КП102 с любой буквой, изменив полярность питающего напряжения. Все транзисторы, за исключением транзистора типа КТ315, на котором собран стабилизатор тока, могут иметь коэффициенты передачи тока В не менее 20.

  В качестве кнопочных переключателей наиболее удобно применить переключатель типа П2-К с шагом 10 мм или в крайнем случае с шагом 15 мм. Все переменные резисторы - типа СП-0,5, а подстроечные резисторы - типа СПЗ-46. Электролитические конденсаторы- типа К50-6 на напряжение 15 и 25 В. Остальные конденсаторы - типа К10-7В и МБМ. Все постоянные резисторы - типа МЛТ.

  Силовой трансформатор собран на железе Ш-26, набор сердечника 50 мм. Первичная обмотка, рассчитанная на напряжение 220 В, содержит 1000 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,27 мм, вторичная 26 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,64 мм.

  В качестве стрелочного микроамперметра применен прибор типа М4206 с током полного отклонения 300 мкА и сопротивлением рамки 240 Ом, шкала прибора имеет 30 делений. Вместо него можно применить микроамперметры любого типа с током полного отклонения 50- 500 мкА и сопротивлением рамки не более 2000 Ом.

  При использовании микроамперметра со шкалой, имеющей другое число делений, можно либо заново изготовить шкалу с 30 делениями, либо изменить пределы измерения напряжений и сопротивлений резисторов, изменив величины резисторов во входном делителе. Например, применив микроамперметр с 50 делениями шкалы, целесообразно сделать следующие пределы измерений: 0-0,05; 0-0,5; 0-5; 0-50 и 0-500 В, а омметра 0-50; 0-500 Ом, 0-5, 0-50 и 0-500 кОм.

  Для налаживания милливольтметра отключают левый по схеме конденсатор С57 (см. рис. 49) от входного аттенюатора и со звукового генератора подают на него напряжение 7,5 мВ частотой 1-5 кГц. Подстроечным резистором R106 добиваются отклонения стрелки прибора на последнее деление шкалы. Восстановив цепь, подают на вход милливольтметра со звукового генератора напряжение 30 мВ, включают предел измерения 0- 30 мВ и с помощью подстроечного резистора R95 устанавливают стрелку на последнее деление шкалы. Затем увеличивают выходное напряжение звукового генератора и, переключая поддиапазоны входного аттенюатора, с помощью подстроенных резисторов R92, R90, R88 и R86 устанавливают верхние пределы поддиапазонов измерения напряжения переменного тока.

  Для калибровки прибора в режиме измерения постоянного напряжения на его вход подают напряжение, соответствующее верхнему пределу того или иного поддиапазона, и с помощью подстроечного резистора R104 устанавливают стрелку прибора на последнее деление шкалы.

  Налаживание омметра сводится к подбору необходимых значений тока стабилизатора. Для этого параллельно входным гнездам (Гн5, Гн6) прибора подключают эталонный миллиамперметр постоянного тока с пределами измерения 1; 0,1; 0,01 мА, устанавливают режим измерения сопротивлений или напряжений постоянного тока и нажимают кнопку Кн1 (“измерение”). С помощью одного из подстроечных резисторов R115, R117, R118 в соответствии с выбранным поддиапазоном устанавливают токи стабилизатора 1; 0,1 и 0,01 мА.

  Если отсутствует эталонный миллиамперметр постоянного тока, калибровку омметра можно произвести следующим образом. Берут резисторы с сопротивлениями, равными верхним пределам омметра (3, 30 и 300 кОм) с допуском не хуже 0,5-1%, и, последовательно подключая их ко входу прибора, устанавливают соответствующие пределы измерений. Затем нажимают кнопку Кн1 и с помощью указанных ранее подстроечных резисторов добиваются отклонения стрелки прибора на последнее деление шкалы.

  Милливольтметр можно изготовить в виде отдельного самостоятельного прибора или ввести в состав звукового генератора. Для этого необходимо изготовить отдельный источник питания с напряжением около 15-24 В. Если применить более чувствительный микроамперметр, например, с током полного отклонения 50 - 150 мкА и вместо указанного стабилитрона Д21 - типа КС133 или КС139, то напряжение источника питания можно снизить до 9 В.

  Эти приборы используются главным образом для измерения малых напряжений. Их наибольший предел измерения 1÷10 мВ, внутреннее сопротивление порядка 1÷10 мОм.

  Входное напряжение поступает на трехзвенный Г-образный ЧС-фильтр, назначение которого уменьшить наводки промышленной частоты - 50 Гц во входном сигнале.

  Затем напряжение модулируется, усиливается усилителем Y 1 , состоящим из Y" (1 и 2-ой каскада) и Y" (3 - 5-ой каскады), затем демодулируется, подается на согласующий усилитель Y 2 , который выполнен по схеме катодного повторителя и служит для согласования сопротивления μА с сопротивлением Y 2 . Напряжение измеряется μА (100 μА), шкала которого градируется в единицах напряжения.

  В качестве модулятора использован вибропреобразователь. ДМ - диодный кольцевой демодулятор.

  Цепь обратной связи служит для стабилизации коэффициента усиления и его изменения при переключении пределов измерения.

  В переключатель пределов измерения, кроме звена ОС входит делитель напряжения ДН, расположенный между вторым и третьим каскадом Y 1 .

  ГНЧ - генератор несущей частоты обеспечивает подачу напряжения на М и ДМ.

  По такой схеме построен вольтметр постоянного тока типа В2-11 с пределами измерения
  В, внутреннее сопротивление 10÷300 мОм и погрешность 6÷1 %.

  Универсальные вольтметры

  Универсальные вольтметры строятся по схеме, которая называется схемой "выпрямитель-усилитель". Важной частью схемы яв-ляется выпрямитель "В". Как правило, в универсальных вольтметрах используются В амплитудного значения, построенные по схеме однополупериодного выпрямления (так как в случае двухполупериодного выпрямления невозможно создать заземленную шину) с открытым или закрытым входом, но, как правило, используется схема с закрытым входом, что объясняется независимостью напряжения на ее выходе от постоянной составляющей на входе.

  Универсальные вольтметры имеют широкий частотный диапазон, но сравнительно низкую чувствительность и точность.

  Получили распространение универсальные вольтметры В7-17, В7-26, ВК7-9 и другие. Их основная погрешность достигает ±4%. Частотный диапазон до 10 3 мГц. Пределы измерения от 100÷300 мВ до 10 3 В.

  Вольтметры переменного тока

  ППИ – переключатель пределов измерения.

  Электронные вольтметры переменного тока предназначаются в основном для измерения малых напряжений. Это объясняется их структурой "усилитель-выпрямитель", то есть предварительным усилением напряжения. Эти приборы обладают высоким входным сопротивлением за счет введения схем с глубокими местными обратными связями, в том числе катодных и эмиттерных повторителей: в качестве ВП используются выпрямители среднего, амплитудного и действующего значения. Шкала, как правило, градуируется в единицах действующего значения с учетом соотношений
  и
  для синусоидальных напряжений. Если шкала градуируется вU ср или U т , то на ней имеются соответствующие обозначения.

  В общем приборы по схеме "усилитель-выпрямитель" имеют большую чувствительность и точность, но частотный диапазон их сужен, он ограничивается усилителем У.

  Если используется В среднего или амплитудного значения, то приборы критичны к форме кривой входного напряжения при градуировке шкалы в ед. U д .

  При использовании В среднего значения, он, как правило, выполняется по двухполупериодной схеме выпрямления. При использовании амплитудного детектора - по схеме с открытым или закрытым входами.

  Особенностью электронных вольтметров действующего значения является квадратичность шкалы за счет наличия квадратирующего устройства в В. Существуют специальные методы устранения этого недостатка.

  Получили распространение милливольтметры переменного тока типа В3-14, В3-88, В3-2 и т.п.

  Среди электронных вольтметров наибольшую точность имеет диодный компенсационный вольтметр (ДКВ). Его погрешность не превышает сотых долей процента. Принцип действия поясняет следующей схемой.

  

  НИ - нуль-индикатор

  При подаче
  и компенсационного напряжения смещенияпоследнее можно отрегулировать так, что НИ покажет 0. Тогда можно считать, что
  .

  Импульсные вольтметры

  Импульсные V предназначены для измерения амплитуд периодических импульсов сигналов с большой скважностью и амплитуд одиночных импульсов.

  Трудность измерения состоит в многообразии форм импульсов и широком диапазоне изменения временных характеристик.

  Все это не всегда известно оператору.

  Измерение одиноч-ных импульсов создает дополнительные трудности, так как не удается накопить информацию об измеряемой величине многократным воздействием сигнала.

  Импульсные V строятся по приведенной схеме. Здесь ПАИ - преобразователь амплитуды и импульса в напряжение. Это самый важный блок. Он в ряде случаев обеспечивает не только указанное преобразование и запоминание преобразованного значения в течение времени отсчета.

  Наиболее часто в ПАИ используются диодно-конденсаторные пиковые детекторы. Особенность этих детекторов в том, что длительность импульсов τ U может быть мала, а скважность - велика. В результате за τ U "С" полностью не зарядится, а за "Т" - значительно разрядится.

  Самодельные измерительные приборы

  Основные параметры:

  Диапазон измеряемых напряжений, мВ 3...5*І0^3;

  Диапазон рабочих частот, Гц 30.. .30* 10^3;

  Неравномерность АЧХ, дБ ±1;

  Входное сопротивление, мОм:

  на"пределах 10, 20, 50 мВ 0,1;

  на пределах 100"мВ.. .5 В 1,0;

  Погрешность измерений, % 10.

  Схема прибора

  Прибор состоит из входного эмиттерного повторителя (транзисторы V1, V2), усилительного каскада - (транзистор V3) и вольтметра переменного тока (транзисторы V4, V5, диоды V6-V9 и микроамперметр Р1).
  

  Измеряемое переменное напряжение с разъема X1 подается на входной эмиттерный повторитель через делитель напряжения (резисторы R1, R2* и R22), с помощью которого это напряжение может быть уменьшено в 10 или 100 раз. Уменьшение в 10 раз происходит при установке переключателя S1 в положение X 10 мВ (делитель образуется резистором R1 и включенными параллельно резистором R22 и входным сопротивлением эмиттерного повторителя). Резистор R22 служит для точной установки входного сопротивления прибора (100 кОм). При установке переключателя S1 в положение X 0,1 В на вход эмиттерного повторителя поступает 1/100 часть измеряемого напряжения.

  Нижнее плечо делителя в этом случае состоит из входного сопротивления повторителя и резисторов R22 и R2*.

  На выходе эмиттерного повторителя включен еще один делитель напряжения (переключатель S2 и резисторы R6-R8), позволяющий ослабить сигнал, поступающий далее на усилитель.

  Следующий каскад милливольтметра - усилитель напряжения ЗЧ на транзисторе V3 (коэффициент усиления примерно 30) - обеспечивает возможность измерения малых напряжений/ С выхода этого каскада усиленное напряжение 34 поступает на вход измерителя напряжения переменного тока с линейной шкалой, представляющей собой двухкаскадный усилитель (V4, V5), охваченный отрицательной обратной связью через выпрямительный мост (V7-V10). В диагональ этого моста включен микроамперметр P1.

  Нелинейность шкалы описываемого вольтметра в интервале отметок 30... 100 не превышает 3 %, а в рабочем участке (50... 100) -2 %. При калибровке чувствительность милливольтметра регулируют резистором R13.

  В приборе можно использовать любые низкочастотные маломощные транзисторы со статическим коэффициентом передачи тока h21э = 30...60 (при токе эмиттера 1 мА). Транзисторы с большим коэффициентом h21э следует установить на место V1 и V4. Диоды V7-V10 - любые германиевые из серий Д2 или Д9.

  Стабилитрон КС168А можно заменить двумя стабилитронами КС133А, включив их последовательно. В приборе применены конденсаторы МБМ (С1), К50-6 (все остальные), постоянные резисторы МЛТ-0,125, подстроечный резистор СПО-0,5.

  Переключатели S1 и S2 (движковые, от транзисторного радиоприемника «Сокол») доработаны так, чтобы каждый из них стал двухполюсным на три положения: в каждом ряду удалены краиние неподвижные контакты (по два подвижных контакта), а оставшиеся подвижные контакты переставлены в соответствии со схемой коммутации.

  Налаживание прибора сводится к подбору режимов, указанных на схеме резисторами, отмеченными звездочкой, и градуировке шкалы по образцовому Прибору.