Каталог радиолюбительских схем

Операционный усилитель К140УД8А с полевыми транзисторами на входе позволяет создать простой по схеме и конструкции вольтомметр постоянного тока с высоким входным сопротивлением и малой погрешностью измерения.

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 1.а.

Вольтомметром можно измерять постоянные напряжения от 1 мВ до 1000 В и активные сопротивления от 1. Ом до 10 МОм.

Вид измерения выбирают переключателем S2. На рис. 1, а он изображен в положении измерения напряжений. Входное сопротивление прибора 22 МОм. Диапазон измеряемых напряжений разбит на пять поддиапазонов:

0...100 мВ; 0...300 мВ; 0...1 В; 0...3 В и 0...10 В. Входной делитель (R1, R2), с коэффициентом деления 1:100, позволяет получить еще пять поддиапазонов: 0...10 В; О...30 В; 0...100 В; 0...300 В и 0...1000 В.

Наличие двух одинаковых поддиапазонов (О... 10 В) в разных положениях переключателя SI позволяет точно подстроить коэффициент деления входного делителя при налаживании прибора.

Диапазон измеряемых сопротивлений разбит также на пять поддиапазонов с верхними пределами: 1 кОм, 10 кОм, 100 кОм, 1 МОм и 10 МОм. Шкала омметра, благодаря большому коэффициенту усиления ОУ — линейна.

В поддиапазонах 100 мВ и 10 В прибор можно использовать как индикатор нуля. Для этого стрелку прибора нужно установить на середину шкалы переменным резистором R10, ручка которого выведена на переднюю панель.

Вольтомметр может быть выполнен как самостоятельный прибор пли в виде приставки к низкоомному вольтметру (гнездо ХЗ).

При измерении напряжений ОУ охвачен 100%-ной отрицательной обратной связью (ООС) и представляет собой повторитель напряжения с коэффициентом передачи, равным 1.

Упрощенная схема измерения сопротивлений показана на рис. 1,6. При введении достаточно глубокой ООС операционный усилитель стремится поддерживать напряжение на инвертирующем входе, равным напряжению на неинвертирующем входе. Измеряемый резистор Rx, включен в плечо делителя в цепи ООС. Если Rx, равен одному из резисторов R5—R9, то коэффициент деления равен 1:2. Поэтому напряжение на выходе ОУ будет равно удвоенному напряжению на неинвертирующем входе.

Разность напряжений между выходом ОУ и неинвертирующем входом с большой точностью равна напряжению стабилизации стабилитрона V1.

Сопротивление резисторов R11+R12 выбрано так, чтобы стрелка прибора РА1 находилась на конечной отметке шкалы при равенстве сопротивления резистора R. сопротивлению одного из резисторов R5—R9.

При Rx=0 потенциалы обоих входов и выхода ОУ равны друг другу и стрелка омметра автоматически устанавливается на нулевую отметку шкалы.

Если же Rx=Ґ, цепь ООС оказывается разорванной и на выходе ОУ будет максимальное выходное напряжение, которое почти равно напряжению источника питания. Это напряжение может вывести стрелочный прибор из строя. Чтобы этого не случилось, измерение Rx нужно производить только после подключения резистора к входным зажимам и перевода переключателя S2 в положение “Rx” (см. рис. 1, а). С этой же целью стрелочный прибор шунтирован кремниевыми диодами.

Конденсатор С) защищает ОУ и стрелочный прибор от перегрузки во время коммутации контактов переключателя S2 из одного положения в другое. Цепь R4C2 предохраняет прибор от наводок переменного тока и от резких бросков тика через стрелочный прибор при подключении и отключении источника измеряемого напряжения.

Налаживание вольтомметра. Если при сборке прибора не было допущено ошибок, то вольтметр налаживания практически не требует, а в омметре необходима калибровка шкалы. Делают это так. К гнездам “Rx” подключают образцовый резистор, сопротивление которого равно верхнему пределу какого-либо поддиапазона, переключатель S3 устанавливают в положение, соответствующее этому поддиапазону, и резистором R11 выставляют стрелку прибора на конечную отметку шкалы.

Практика измерений. Поскольку входное сопротивление вольтметра довольно велико, он чувствителен к электростатическим наводкам с рук экспериментатора, даже если браться за изоляционные ручки щупов. На нижних пределах измерения стрелка резко отклоняется и может быть погнута. Чтобы этого не произошло, перед включением прибора в сеть переключатели S2 и S3 нужно установить в положение “1000 В” и только после этого начать работу. При измерении сопротивлений таких предосторожностей не требуется.

Прибор почти не нуждается в предварительном прогреве. Через 1...2 мин после включения стрелку прибора устанавливают на нуль переменным резистором R10. Повторной подстройки нуля при последующих включениях, как правило, не требуется.

Погрешность измерений определяемся точностью коэффициента деления входного делителя, классом точности резисторов R5—R9 и R13-—R16 и стрелочного прибора РА1. Если использованы прецизионные резисторы, стрелка прибора хорошо отбалансирована, а шкала размечена точно — погрешность измерений Ux и Rx на всех поддиапазонах не превышает ±1%.

В вольтомметре можно использовать резисторы МВСГ, ПТМН, БЛП, С5-5, С2-13 или другие с допуском на сопротивление не хуже 0,5%. Конденсаторы С1 и С2 — КМ-4 или аналогичные, СЗ и С4 — К50-6. Переключатели любого типа. Стрелочный прибор типа М24 с внутренним сопротивлением 1000 Ом±0,3%. Это достигнуто включением последовательно с рамкой прибора, имеющей сопротивление около 800 Ом, добавочного резистора.

Операционный усилитель К140УД8А может быть заменен на ОУ типа К544УД1А или К284УД1А.

Трансформатор Т1 выполнен на сердечнике ПЛ10х12,5х20. Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 0,06 и содержит 5200 витков, вторичная — 2х360 витков провода ПЭВ-2 0,12.

М. ДОРОФЕЕВ, г. Москва

• РАДИО № 12, 1983 г.