Каталог радиолюбительских схем

Малогабаритный мультиметр

В практике радиолюбителей при проведении регулировочных работ возникает необходимость измерения переменных и постоянных токов и напряжений, сопротивление участков цепей, резисторов. Иногда при поиске неисправностей необходимо знать хотя бы ориентировочно емкости используемых конденсаторов. С учетом этих требований был разработан многопредельный мультиметр с достаточно широким диапазоном измеряемых величин, использованием измерительной стрелочной головки с невысокой чувствительностью, небольшими (для удобства эксплуатации) габаритами.

При измерении действующих значений переменных токов и напряжений шкала прибора линейна в диапазоне частот 30...6000 Гц синусоидальных периодических колебаний и совпадает с шкалой постоянных напряжений и токов. Входное сопротивление при измерении напряжений составляет 100 кОм на пределе 75 мВ, 1 МОм—0,75 В, 10 МОм — на остальных. В мультиметре использованы два варианта измерения сопротивления — последовательный (R) для измерения высокоомных и параллельный (г) — для низкоомных. При измерении параметров U, I, С в мультиметре предусмотрен переключатель SA3 множителя шкалы на 1, 2 и 4. Пределы измеряемых величин параметров при различных положениях переключателя SA1 (SA3 — в положении «х1») указаны в таблице. Прибор питается от двух элементов типа 316 и потребляет ток в режиме измерений U и I 0,3...0,5 мА. Работоспособность мультиметра сохраняется при снижении напряжения питания до 2 В. Габариты прибора — 120Х65Х35 мм.

Принципиальная схема мультиметра приведена на рисунке.

Измерительный блок на транзисторах VT1—VT9 выполнен по схеме дифференциального усилителя и представляет собой линейный выпрямитель с регулируемым коэффициентом передачи. Высокий коэффициент передачи напряжения при разомкнутой цепи обратной связи (около 5000) позволяет повысить линейность передаточной характеристики и стабильность нуля при различных положениях переключателя множителя показаний SA3. Элементы R18VD1—VD4 защищают вход усилителя от случайного попадания высокого напряжения. Высокое входное сопротивление измерительного блока позволило применить один универсальный делитель (R1 —R11) для измерений напряжений, токов, так и использовать его при измерении сопротивлений и емкостей. При измерениях напряжения до 75 В и токов переключатели SA2.1—SA2.4 должны быть выключены. Режим измерения напряжения на пределе 750 В включается нажатием переключателя SA2.1 (SA1 — в положении «11»). Измерение больших значений токов (более 1 А) следует проводить, используя входы прибора XS1 (+10 А) и XS5 («—10 А»). При измерении сопротивлений по варианту «R» измеряемый резистор подключается к гнездам XS3 («+») и XS4 («—») и оказывается включенным последовательно (SA2.2 — выключен, SA2.3 — включен) с резисторами делителя R12— R17 и стабильного источника тока +1,9 В. В варианте «г» измеряемый резистор подключается параллельно резисторам делителя R1—R11 (SA2.2— включен, SA2.3 — выключен).

Эмиттерный повторитель на транзисторе VT9 выполняет роль детектора выходного напряжения. Элементы R29R30C3 при измерениях переменных напряжений и токов обеспечивают постоянное напряжение на выводах измерительной головки РА1, пропорциональное действующему значению измеряемых величин. Кроме того, конденсатор СЗ, шунтируя рамку измерителя, выполняет роль демпфера, успокаивающего стрелку. На транзисторах VT10VT11 выполнен генератор синусоидальных колебаний для измерения емкости конденсаторов. Особенность этого генератора — достаточно высокая стабильность выходного напряжения колебаний при подключении нагрузки и небольшой ток потребления — 0,3... 1 мА, амплитуда генерируемых колебаний при частоте 2...4 кГц — 0,8... 0,9 В. Частота колебаний определяется параметрами элементов L1C4. Измеряемый конденсатор подключают к клеммам XS2 («С») и XS3 («+») и включают переключатель S2.4. При этом образуется делитель переменного напряжения генератора, в который входят измеряемый конденсатор и резисторы R1—R8. На входе измерительного блока (затвор VT1) формируется напряжение, пропорциональное величине емкости измеряемого конденсатора. Питание прибора осуществлено от двух гальванических элементов типа 316 («Уран», «Прима» и др.).

В мультиметре применен термокомпенсированный стабилизатор напряжения 1,8... 1,9 В на транзисторах VT12— VT14. Так как это напряжение используется для измерения сопротивлений резисторов, то хорошая термостабильность позволяет сохранить установку нуля на всех диапазонах. Стабилизатор обеспечивает выходной ток 100 мА, что необходимо при измерении резисторов с малым сопротивлением. Элементы С6 VD7 осуществляют запуск стабилизатора в момент включения питания, а диоды VD5, VD6 применены для термокомпенсации напряжения между базой и эмиттером транзистора VT12, которое используется в качестве опорного. Элементы мультиметра размещены в самодельном корпусе из полистирола. В верхней части расположена стрелочная головка с самодельной шкалой. Под шкальным устройством помещены элементы питания. Переключатели расположены в нижней части прибора: SA1 и SA3 с выводом органов управления — на верхнюю панель, а SA2 и SA4 — в ряд на боковой панели (ближней к пользователю). Гнезда XS1—XS4 располагают на боковых стенках мультиметра. В качестве стрелочного прибора для уменьшения габаритов использован индикатор уровня записи, носимых магнитофонов с чувствительностью 200 мкА (М476/1). Индикатор доработан — стрелка удлинена и изготовлена новая шкала. Возможно использование и других стрелочных головок подходящих габаритов с током отклонения 50...300 мкА при напряжении на выводах 0,1...0,3 В. Переключатель SA1 выполнен из двух спаренных галет без фиксатора переключателя ПМ с функцией 11П1Н. Переключатель SA3 сомодельный, ползункового типа, аналогичный переключателям, используемым для переключения диапазонов в приемниках «Сокол», «Селга» и др. Переключатель SA2 на четыре положения с зависимой фиксацией и SA4 типа П2К. Резисторы R1—R3 самодельные: R1 — 8...10 см провода ПЭВ-2 0,47, R2 и R3 из высокоомного провода (никелина, нихрома) диаметром 0,5...0,7 и 0,15...0,2 соответственно. Резистор R2 можно выполнить и из медного провода (16 см ПЭВ-2 0,2), но при этом будет несколько хуже температурный коэффициент сопротивления, что повлияет на точность измерения тока на пределе 0,75 А.

Для повышения точности измерений номиналы резисторов R2—R11, R31—R33 и R42 желательно точно подобрать с помощью магазина сопротивлений. Резисторы R1—R17 при их монтаже следует разместить непосредственно между выводами ламелей переключателя. Конденсатор С4 следует выбрать с низким ТКЕ и желательно составить из двух металлопленочных или бумажных конденсаторов с различным знаком ТКЕ. Катушка индуктивности L1 выполнена на тороидальном магнитопроводе из феррита марки 2000 НМ с внешним диаметром 10...14 мм. Обмотка выполнена проводом ПЭВ-2 0,1...0,15 и имеет 400 витков с отводом от середины. Диоды VD1-VD4, VD7 — кремниевые КД503 или КД509, VD5, VD6 -германиевые Д9, ГД107. Кроме рекомендованных полевых транзисторов, можно использовать КП303А, КП303Ж, транзисторы VT7, VT8 могут быть ГТ108, VT10, VT14— КТ209, КТ502. Все транзисторы структуры проводимости n-р-n можно заменить на КТ342, КТ3102. Статические коэффициенты передачи тока базы транзисторов VT 13, VT14 должны быть не менее 200, VT4-VT6, VT9, VT10, VT12 — не менее 100, VT7, VT8 — не менее 70.

Регулировку мультиметра начинают с настройки стабилизатора напряжения. Резистором R35 устанавливают выходное напряжение в пределах 1,8... 1,9 В. Затем резистор R37 подбирают так, чтобы выходное напряжение стабилизатора оставалось неизменным при различных температурах окружающей среды. Для проведения таких исследований нужно воспользоваться термостатом, а при его отсутствии можно использовать камеру холодильника и нагревательный шкаф газовой плиты для создания испытательных температур в интервале —10... +50 °С. Если мультиметром не предполагается измерять сопротивления в указанных граничных режимах температуры, то элементы VD6 и R37 можно исключить (перемкнуть). При изготовлении измерительного блока необходимо с достаточной степенью точности соблюдать условие идентичности параметров транзисторов VT1 и VT2 по напряжению отсечки, которое должно находиться в пределах 0,6...0,8 В. Для подбора этих транзисторов необходимо снять зависимость Uзи=f(Iс). Для этого на сток транзистора следует подать напряжение +1,9 В, затвор соединить с минусом источника питания, а между затвором и истоком поочередно подключать резисторы с сопротивлениями 100, 30 и 10 кОм, каждый раз измеряя напряжение Uзи. У выбранной пары транзисторов параметр Uзи не должен отличаться более чем на 2...3 % соответственно в каждой измеренной точке. Затем следует определить режим работы по постоянному току, измеряя напряжения на резисторах R24, R27, R28. Эти напряжения должны быть соответственно 0,15...0,25, 1...1,2 и 0,15...0,25 В. Режимы по постоянному току (в случае необходимости) корректируют подбором резистора R19. Правильность выбора резистора R2 (или R22) определяют замыканием затвора транзистора VT2 на минус источника тока. При этом стрелка индикатора РА1 должна отклониться на 0,1...0,3 длины шкалы, а при снятии перемычки — вернуться в положение нуля. Конденсатор С1 служит для устранения самовозбуждений. Резистор R30 должен составлять 0,1...0,2 от сопротивления рамки измерительной головки.

Градуировку шкал переменных значений напряжений и токов, а также емкостей и сопротивлений по вариантам «R» и «г» осуществляют при подаче к измерительным клеммам соответствующего эталонного источника напряжения или тока и подключением эталонных конденса-торов и резисторов (в последнем случае магазина сопротивлений) и установкой переключателей SA1 и SA2 в необходимые положения. Если Вы хотите, чтобы шкала емкостей совпала со шкалой токов, то в этом случае при подключении эталонной емкости, соответствующей середине шкалы, например, 4700 или 470 пф (при шкале в 75 делений), необходимо подбором конденсатора С4 установить такую частоту, при которой показание индикатора соответствовало бы величине эталонной емкости. Величину сопротивления резистора R1 уточняют после окончания градуировки мультиметра. Для этого последовательно с входом XS1 («+10 А») подключают эталонный амперметр, рассчитанный на ток 3... 6 А. Обеспечив ток через входы XS1, XS5 в пределах возможностей эталонного амперметра подбором R1, добиваются равенства показаний мультиметра и амперметра. При токах более 10 А нежелательно мультиметр долго держать в режиме индикации из-за возможного перегрева резистора R1.

Точность измерений мультиметра в немалой степени зависит от качества выполнения шкалы. Поэтому на этот элемент прибора следует обратить серьезное внимание. Предлагаю такой вариант ее изготовления фотоспособом. На жестко зафиксированный подшкальник укрепить лист белой полупрозрачной бумаги, например кальки. При градуировке мультиметра остро отточенным карандашом нанести контрольные риски. Затем кальку поместить в фотоувеличитель и спроектировать изображение на лист ватмана с кратностью увеличения 4...7. На ватмане отмечают контрольные риски и затем тушью прорисовывают все элементы шкалы и необходимые надписи. После этого изготавливают фотонегатив, а с него штатную шкалу, проектируя изображение на рисунок кальки до совмещения контрольных рисок. Точность отсчета повышается, если расстояние между стрелкой индикатора и поверхностью шкалы минимально.

Из опыта работы с мультиметром предлагаю рекомендации по расширению его функциональных возможностей.