Высокоомный вольтметр
Радио, 1973 №8
Для измерения постоянных напряжений часто необходимо иметь вольтметр, обладающий возможно большим входным сопротивлением. Такой вольтметр можно построить, используя усилитель постоянного тока автогенераторного типа и варикапный мост или ёмкостный делитель. В журнале «Радио» № 5 за 1967 год был описан подобный вольтметр. Измеряемое им напряжение в нём управляет цепью положительной обратной связи автогенератора. Поэтому амплитуда колебаний, вырабатываемых им, зависит от величины подводимого напряжения. Эти колебания детектируются и измеряются стрелочным прибором. При измерении сумма постоянного и переменного напряжений действующих в цепи обратной связи, не должна превышать нескольких десятков милливольт. Это затрудняет налаживание вольтметра. Кроме того, необходимо иметь усилитель переменного тока с большим коэффициентом усиления. Если же действующее в цепи обратной связи напряжение составляет десятые доли вольта, то входное сопротивление вольтметра резко уменьшается.
В вольтметре, принципиальная схема которого изображена па рисунке, измеряемое напряжение изменяет ёмкость варикапов, включённых а цепь обратной связи. Чем больше напряжение на входе, тем больше ёмкость варикапов и тем больше положительная обратная связь. Такой способ включения варикапов позволяет подавать значительно большие напряжения на варикап и, следовательно, иметь больший коэффициент передачи усилителя переменного тока.
Вольтметром можно намерять напряжения от 0,3 до 300В с приделами измерений 3, 30 и 300В. Входное сопротивление его достигает нескольких гигаом на минимальном пределе измерений. На других пределах оно определяется входным делителем и составляет не менее 100 Мом.
Основным узлом вольтметра является управляемый автогенератор, собранный на транзисторе Т1. Колебательный контур его образован обмоткой II трансформатора Тр1 и конденсатором С4. Положительная обратная связь осуществляется с помощью обмотки I трансформатора через конденсаторы С2, С3 и варикапы Д1-Д3. Глубина обратной связи определяется величиной ёмкости параллельно соединённых варикапов Д1-Д3 и конденсаторов С2, С3. Напряжение смещения на варикапах (около 3В устанавливают подбором сопротивления резистора R5. Автогенератор генерирует колебания частотой 465 кГц. Они с обмотки III трансформатора Тр1 поступают на выпрямитель, выполненный на диодах Д4-Д7. Выпрямленный ток измеряется измерительным прибором ИП1. Конденсатор С6 служит для фильтрации высокочастотных колебаний. Включение трёх варикапов Д1-Д3 параллельно вызвано необходимостью увеличения начальной ёмкости и диапазона изменения ёмкости варикапов. Конденсатором С2 добиваются возникновения генерации автогенератора, и конденсатором С4 устанавливают генерируемую частоту колебаний.
В вольтметре резисторы R1-R3, R6 - БЛП ± 0.25%, а R4 и R5 - МЛТ. Вместо транзистора МП102 можно применить более высокочастотные транзисторы П307 или КТ312Б. Тогда варикапы Д1-ДЗ (Д901Б) можно заменить одним диодом Д223Б или другим с обратным током не более 1 мкА. Трансформатор Тр1 представляют собой типовой импульсный трансформатор И-56. Он намотан на двух ферритовых кольцах М1100НМИ-1-К7х4х2, склеенных вместе. Все три обмотки содержат по 33 витки провода ПЭЛШО 0,12. Диоды Д2Д (Д4-Д7) могут быть заменены диодами Д311 или Д20. В вольтметре использован измерительный прибор М24 с пределом измерения 100 мкА. Он может быть заменён прибором М265 с пределом измерении 50 или 100 мкА.
Налаживание вольтметра несложно. Сначала устанавливают режим работы автогенератора и варикапов подбором сопротивлении резистора R5 так, чтобы напряжение на варикапах было бы около 3В. При замкнутых входных гнёздах, изменяя ёмкость конденсатора С2, добиваются возникновения генерации автогенератора. Это контролируют по отклонению стрелки измерительного прибора. Затем устанавливают такую ёмкость конденсатора С2, чтобы при дальнейшем уменьшении её автогенератор не генерировал. Механическим корректором измерительного прибора устанавливают стрелку на нуль. Калибруют вольтметр при измеряемом напряжении 3В подбором сопротивления резистора R6 по отклонению стрелки прибора на всю шкалу. При подаче на вход напряжений 30 и 300В добиваются отклонения стрелки прибора на всю шкалу подбором сопротивления резисторов R2 и R3 в соответствующем положении переключателя Б1.
Кроме измерения напряжений, вольтметр можно применить для настройки радиоприёмников и налаживании усилителей ПЧ. Для этого необходимо с обмотки III трансформатора Тр1 подать сигнал через согласующий каскад (эмиттерный повторитель) на вход усилителя. Чтобы сигнал был модулированным, ко входу вольтметра необходимо подключить источник переменного напряжения (например, сеть).
Вольтметр также может быть использован как линейный усилитель. Наивысшая частота усиливаемых колебаний в этом случал в десять раз меньше частоты генерация и равна 46,5 кГц. Для этого генератор должен быть налажен так, чтобы при отсутствии входного напряжения, напряжение на выходе соответствовало середине модуляционной характеристики генератора.