Home Измерительные приборы
Измерительные приборы PDF Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 249
ХудшийЛучший 
Автор: Administrator   

Здесь рассматриваются вопросы самостоятельного изготовления и эксплуатации измерительных приборов, используемых в радиолюбительской практике.

Самодельные радиолюбительские измерительные приборы.

Самодельные и промышленные измерительные приборы на базе компьютера.

Измерительные приборы промышленного производства.

 

Обновляемый файловый архив по теме "Измерительные приборы" находится здесь, со временем, я надеюсь подготовить обзор с комментариями.Подмигиваю

 

Функциональный генератор качающейся частоты и тональных посылок.

 

Настоящая статья  - отчёт о проделанной работе, выполненной в начале нулевых годов, в те времена, самостоятельное изготовление измерительных приборов и оснастки своих лабораторий для радиолюбителей считалось обычным делом. Надеюсь, таковые увлечённые и заинтересованные умельцы встречаются и теперь.

 

Прототипами для рассматриваемого ФГКЧ стали «Генератор тональных посылок» Николая Сухова (Радио №10 1981 стр. 37 – 40) см. здесь

и «Приставка к осциллографу для наблюдения АЧХ» О. Сучкова (Радио № 1985 стр 24) см. здесь

Схема приставки О. Сучкова:

Приставка для измерения АЧХ О. Сучкова

Разработанный на основе указанных источников и другой литературы (см. Заметки на полях схемы) ФГКЧ формирует напряжения синусоидальной, треугольной и прямоугольной (меандр) формы, амплитудой 0 – 5В со ступенчатым ослаблением –20, -40, -60 дБ в диапазоне частот 70Гц – 80КГц. Регуляторами ФГКЧ можно задать любой участок качания или значения перескока частоты, при формировании пачек, внутри рабочего диапазона частот.

Управление и синхронизация перестройки частот, осуществляется нарастающим пилообразным напряжением развёртки осциллографа.

ФГКЧ позволяет оперативно оценить АЧХ, линейность, динамический диапазон, реакцию на импульсные сигналы и быстродействие аналоговых радиоэлектронных устройств звукового диапазона.

Схема ФГКЧ представлена на Рисунке.

Функциональный генератор качающейся частоты звукового диапазона.

Схема в высоком разрешении находится здесь или загружается по клику на рисунок.

В режиме качающейся частоты,  на вход ОУ А4 подаётся пилообразное напряжение из блока развёртки осциллографа (как и в  схеме ГКЧ О. Сучкова). Если на вход управления частотой А4 подавать не пилу, а меандр, частота будет меняться скачком с низкой на высокую. Формирование меандра из пилы, производится обычным триггером Шмитта, на транзисторах Т1 и Т2, разной проводимости.  C выхода ТШ меандр поступает на электронный ключ А1 К1014КТ1, предназначенный для согласования уровня напряжения управляющего перестройкой ФГКЧ по частоте. На вход ключа подаётся напряжение +15В, с выхода ключа, прямоугольный сигнал подаётся на вход ОУ А4.  Переключение  частоты происходит в средней части горизонтальной развёртки, синхронно. После ОУ А4 стоят два ЭП на транзисторах Т7 - ПНП и Т8 - НПН (для термокомпенсации и выравнивания сдвига уровня) В эмиттере Т7 стоит переменный резистор RR1, задающий нижнюю границу качания или формирования пачек импульсов в диапазоне 70Гц - 16КГц. Резистор R8 (по Сучкову) заменён на два RR2 - 200КОм и RR3 - 68 КОм. RR2 задаёт верхнюю границу диапазона качания 6,5 - 16,5 КГц, а RR3 - 16,5 - 80 КГц. Интегратор на ОУ А7, тришшег Шмитта на ОУ А7 и коммутатор фазы коэффициента передачи усилителя А5 – Т11, работают как описано в статье О. Сучкова.

После буферного усилителя на ОУ А7 стоит переключатель формы сигнала с подстроечными резисторами PR6 – подстройка уровня треугольного сигнала и PR7 – подстройка уровня меандра. нормирующими уровень выходных сигналов. Формирователь синусоидального сигнала состоит из ОУ А8 – не инвертирующему усилителя с подстройкой усиления в диапазоне 1 - 3 раза (подстроечным резистором PR3) и классического преобразователя пилообразного напряжения в синусоидальное на полевом транзисторе Т12 -  КП303Е. С истока Т12, синусоидальный сигнал подаётся на селектор формы импульса S2 напрямую, так как уровень синусоидального сигнала определяется нормирующим усилителем на ОУ А8 и величиной PR3. С выхода регулятора уровня RR4, сигнал подаётся на буферный усилитель на умощнённом А9. Коэффициент усиления буферного усилителя около 6, задаётся резистором в цепи обратной связи ОУ. На транзисторах Т9б Т10 и переключателях S3, S5, собран узел синхронизации, используемый для проверки тракта записи - воспроизведения магнитофона, в настоящее время совершенно не актуальный. Все ОУ - с ПТ на входе (К140 УД8 и К544УД2). Стабилизатор напряжения питания двухполярный +/- 15В, собран на ОУ А2 и А3 - К140УД6 и транзисторах Т3 - КТ973, Т4 -  КТ972. Источники тока стабилитронов опорного напряжения на ПТ Т5, Т6 - КП302В.

Работа с рассматриваемым функциональным ГКЧ, производится следующим образом.

Переключатель S1 «Режим», устанавливается в положение «Fниз» и переменным резистором RR1 «Fниз» устанавливается нижняя частота диапазона качания, или меньшая частота пачек импульсов, в диапазоне 70Гц – 16КГц. После этого, переключатель  S1 «Режим», устанавливается в положение «Fверх» и переменными резисторами RR2 «6-16КГц» и RR3 «16 – 80КГц» задаётся верхняя частота диапазона качания, или бОльшая частота пачек импульсов, в диапазоне 16 – 80 КГц. Далее переключатель S1 переводится в положение «Кач» или «Пачки» для формирования выходного напряжения качающейся частоты или двух пачек импульсов меньшей и бОльшей частоты, сменяющихся синхронно с развёрткой, при прохождении луча через середину экрана (для пачек импульсов). Форма выходного сигнала выбирается переключателем  S2. Уровень сигнала регулируется плавно переменным резистором RR4 и ступенчато – переключателем S4.

Осциллограммы испытательных сигналов в режимах «Качание частоты» и «Пачки» представлены на следующих рисунках.

Осциллограмма испытательных сигналов в режимах «Качание частоты»

Осциллограмма испытательных сигналов в режиме «Пачки»

 

Фото генератора в сборе, представлено на рисунке.

Функциональный генератор качающейся частоты, частотомер, широкополосный генератор синусоидального напряжения.

В том же корпусе широкополосный генератор синусоидального напряжения и меандра Р№4-1988 (Важно: R6 в схеме этого генератора – 560КОм, а не 560Ом, как на рисунке, и если вместо R9 поставить пару из постоянного резистора 510Ком и подстроечного 100Ком, можно, регулировкой подстроечника, установить минимально возможный Кг.)

и частотомера, прототип которого описан в ВРЛ99.

Важно отметить, что в дополнение к проверкам аналоговых трактов звуковоспроизводящей аппаратуры, в режимах качания частоты и формирования пачек частотных посылок, рассматриваемый функциональный ГКЧ можно использовать и просто как функциональный генератор. Сигналы треугольной формы помогают очень чётко отследить возникновение ограничения в усилительных каскадах, выставить ограничения сигнала симметричным (борьба с чётными гармониками – более заметными на слух), проконтролировать наличие искажений типа «ступенька» и оценить линейность каскада по мере искривления фронта и спада треугольного сигнала.

Ещё более интересна проверка УМЗЧ и других звуковых узлов, сигналом прямоугольной формы, со скважностью 2 – меандром. Считается, что для корректного воспроизведения меандра определённой частоты, требуется, чтобы рабочая (без ослабления) полоса тестируемого такта, была, по меньшей мере, в десять раз больше, чем частота испытательного меандра. В свою очередь, ширина полосы частот, воспроизводимых, например,  УМЗЧ определяет такой важный качественный показатель, как коэффициент интермодуляционных искажений, столь значительный для, ламповых УМЗЧ, что его благоразумно не измеряют и не публикуют, чтобы не разочаровывать общественность.

На следующем рисунке – фрагмент статьи Ю. Солнцева «Функциональный» генератор» из Радиоежегодника 1985 года.

На рисунке – типовые искажения меандра, возникающие в звуковом тракте, и их толкования.

Тестирование аналоговых трактов меандром.

Ещё более наглядными, измерения при помощи функционального генератора, можно производить, подавая сигнал с его выхода на вход X осциллографа, напрямую, и на вход Y через исследуемое устройство. В этом случае на экране будет отображаться амплитудная характеристика проверяемой схемы. Примеры таких измерений приведены на рисунке.

Двухкоординатные измерения при помощи функционального генератора.

 

Вы можете повторить мой вариант функционального ГКЧ, как он есть или принять его за альфа – версию Вашей собственной разработки, выполненной на современной элементной базе, с применением схемотехнических решений, которые Вы считаете более прогрессивными или доступными в реализации. В любом случае, применение такого многофункционального измерительного устройства, позволит Вам существенно упростить настройку звуковоспроизводящих трактов и контролируемо повысить их качественные характеристики в процессе разработки. Это конечно справедливо только в том случае, если вы считаете, что настраивать схемы «на слух» - весьма сомнительный приём радиолюбительской практики.

 

Автомат включения ждущего режима для осциллографа С1-73 и других осциллографов с регулятором «Стабильность».

 

Пользователи советских и импортных осциллографов, оснащённых регулятором режима развёртки «Стабильность», сталкивались в работе со следующим неудобством. При получении  на экране устойчивой синхронизации сложного сигнала, стабильное изображение сохраняется до тех пор, пока на вход подаётся сигнал или его уровень остаётся достаточно стабильным. При исчезновении входного сигнала, развёртка может оставаться в ждущем режиме сколь угодно долго, при этом луч на экране отсутствует. Для переключения развёртки в автоколебательный режим, иногда достаточно лишь чуть повернуть ручку «Стабильность», и луч появляется на экране, что требуется при привязке горизонтальной развёртки к масштабной сетке на экране. При возобновлении измерений, изображение на экране может «плыть» до тех пор, пока регулятором «Стабильность» не будет восстановлен ждущий режим развёртки.

Таким образом, в процессе измерений, приходится постоянно крутить ручки «Стабильность» и «Уровень синхронизации», что замедляет процесс измерений и отвлекает оператора.

Предлагаемая доработка осциллографа C1-73 и других, подобных ему приборов (С1-49, С1-68 и др) оснащённых регулятором «Стабильность», предусматривает автоматическое изменение выходного напряжения переменного резистора регулятора «Стабильность», переводящее блок развёртки осциллографа в автоколебательный режим при отсутствии входного синхросигнала.

Схема автоматического переключателя «Ждущий – Авто» для осциллографа С1-73, приведена на рисунке 1.

Схема автоматического переключателя «Ждущий – Авто» для осциллографа С1-73

Рисунок 1.  Схема автоматического переключателя «Ждущий – Авто» для осциллографа С1-73 (кликни для увеличения).

 

На транзисторах Т1 и Т2 собран одновибратор, запускаемый, через конденсатор С1 и диод D1 импульсами положительной полярности с выхода формирователя импульсов запуска развёртки осциллографа С1-73 (контрольная точка 2Гн-3 блока У2-4 на рисунке 2)

C1-73_Схема синхронизации_У2-4

Рисунок 2. C1-73_Схема синхронизации_У2-4

(полностью, схема осциллографа С1-73 находится здесь: Лист 1(Fig5) и Лист 2 (Gif 6)

В исходном состоянии, при отсутствии запускающих развёртку импульсов, все транзисторы автомата «Ждущий – Авто» закрыты (см. Рис. 1). Диод D7 открыт и на правый по схеме (см Рис. 2) вывод переменного резистора R8 «Стабильность», по цепи R11 D7, подаётся постоянное напряжение, переводящее генератор развёртки в автоколебательный режим, при любом положении движка переменного резистора R8 «Стаьильность».

 

По приходу очередного импульса, запуска развёртки, последовательно открываются транзисторы T2, T1, T3, T4, а диод D7 закрывается. С этого момента схема синхронизации развёртки осциллографа С1-73, работает в типовом режиме, заданном напряжением на выходе переменного резистора R8 (см. Рис. 2). В частном случае, может быть задан ждущий режим развёртки, обеспечивающий стабильное положение изображения исследуемого сигнала на экране осциллографа.

Как было отмечен выше, при поступлении очередного синхроимпульса, все транзисторы автомата управления развёрткой открываются, что приводит к быстрой разрядке электролитического конденсатора C4 через диод D4, открытый транзистор Т2 и резистор R5. Конденсатор C4 находится в разряженном состоянии всё то время, пока на вход одновибратора поступают запускающие импульсы. По окончании поступления импульсов запуска, транзистор T2 закрывается, и конденсатор C4 начинает заряжаться базовым током транзистора T3 через резистор R7 и диод D5. Ток зарядки конденсатора C4, поддерживает открытыми транзисторы  T3 и T4, сохраняя ждущий режим развёртки, заданный напряжением на выходе переменного резистора R8 «Стабильность» в течение нескольких сотен миллисекунд, в ожидании следующего сихроимпульса. Если таковой не поступает, транзистор T3 закрывается полностью, светодиод D6, индицирующий включение ждущего режима, гаснет, закрывается транзистор T4, открывается диод D7 и развёртка осциллографа переходит в автоколебательный режим. Для обеспечения ускоренного перехода в ждущий режим, при поступлении первого синхроимпульса в серии, применён элемент «Логическое ИЛИ» на диодах D3 и D5. При срабатывании одновибратора, приводящем к открыванию транзистора T2, транзистор T3 открывается без задержки, по цепи R7,D3,R5 ещё до окончания разряда конденсатора C4. Это может быть важно, если требуется наблюдать одиночные импульсы в ждущем режиме синхронизации.

Сборка автомата ждущего режима  выполнена объёмным монтажом.

Объёмный монтаж автомата ждущего режима осциллографа.

Рисунок 3. Объёмный монтаж автомата ждущего режима осциллографа.

 

Места, где при механической деформации, могут возникнуть короткие замыкания, проложены бумажными вставками. После этого модуль пролит расплавленным парафином, что слегка повышает механическую прочность конструкции и существенно уменьшает паразитные утечки по поверхности элементов, которые могут возникнуть в условиях повышенной влажности или образования конденсата.

Изоляция элементов автомата ждущего режима осциллографа бумажными вставками и расплавленным парафином.

Рисунок 4. Изоляция элементов автомата ждущего режима осциллографа бумажными вставками и расплавленным парафином.

Перед монтажом, модуль завёрнут в полоску бумаги, проклеенную прозрачным скотчем, как минимум с одной стороны, так же для уменьшения утечек. Сторона бумаги, поклеенная скотчем, обращена к собранному модулю. Объёмный монтаж автомата позволил сократить время сборки и отказаться от разработки и изготовления печатной платы. Кроме того, модули получились достаточно компактными, что важно при их установке  в малоразмерный корпус осциллографа С1-73.  В отличие от заливки устройства, собранного объёмным монтажом, эпоксидным компаундом и тп твердеющими смолами, использование парафина позволяет сохранить ремонтопригодность устройства и возможность его доработки, при необходимости. В радиолюбительской практике, при штучном производстве, это может быть важным фактором выбора конструктивного исполнения устройства.

Вид автомата ждущего режима, смонтированного на плате У2-4, осциллографа С1-73, показан на рисунке 5.

Размещение модуля автомата ждущего режима на плате синхронизации осциллографа С1-73.

Рисунок 5. Размещение модуля автомата ждущего режима на плате синхронизации осциллографа С1-73.

Светодиод, индицирующий включение ждущего режима, размешён на 15 мм правее регулятора УРОВЕНЬ, как показано на рисунке 6.

Размещение индикатора включения ждущего режима на лицевой панели осциллографа C1-73.

Рисунок 6. Размещение индикатора включения ждущего режима на лицевой панели осциллографа C1-73.

Опыт эксплуатации осциллографа С1-73, оснащённого автоматом включения ждущего режима развёртки, показал значительное увеличение оперативности измерений, связанное с отсутствием необходимости вращать ручку СТАБИЛЬНОСТЬ, при установке линии развёртки на желаемое деление градуировочной сетки экрана и после этого, для достижения устойчивого положения изображения на экране. Теперь, в начале измерений, достаточно установить регуляторы УРОВЕНЬ и СТАБИЛЬНОСТЬ, в положение, обеспечивающее неподвижное изображение сигнала на экране, и при снятии сигнала со входа осциллографа, горизонтальная линия развёртки появляется автоматически, а при очередной подаче сигнала возвращается стабильная картинка.

Вы можете приобрести подобный автомат ждущего режима осциллографа, сэкономив время на сборку. Используйте кнопку обратной связи. :-)

Блок защиты и автоотключения мультиметра M830 и ему подобных «Цифровых китайских мультиметров».

 

Цифровые мультиметры, построенные на АЦП семейства 7106 (отечественный аналог КР572ПВ5), благодаря своей простоте, достаточно высокой точности и низкой стоимости, очень широко используются в радиолюбительской практике.

Некоторое неудобство использования прибора связано с:

  1. Отсутствием автоотключения мультиметра
  2. относительной дороговизной девятивольтовых батарей большой ёмкости
  3. отсутствием защиты от перенапряжения (за исключением плавкого предохранителя на 0,25А)

Различные способы решения вышеупомянутых проблем предлагались радиолюбителями раньше. Некоторые из них (схемы защиты АЦП мультиметра, автоотключения, и его питания от низковольтных источников питания, через повышающий преобразователь, приведены в этой подборке доработок и измерительных приставок к мультиметрам семейства M830.

Предлагаю Вашему вниманию ещё один вариант доработки «цифрового китайского мультиметра» на АЦП 7106, сочетающей четыре важных, для таких приборов, потребительских функции:Автоотключение по таймеру через несколько минут после включения.

  1. Защита от перенапряжения с гальваническим отключением входного гнезда UIR от схемы мультметра.
  2. Автоотключение при срабатывании защиты.
  3. Полуавтоматическая отсрочка автоотключения при длительных измерениях.

 

Для пояснения принципов работы и взаимодействия узлов китайского мультиметра на IC7106  используем две схемы.

Доработка мультиметра семейства M830 для введения защиты от перенапряжения и автоотключения.

Рис.1 - один из вариантов схемы мультиметра M830B (кликни, чтобы увеличить).

Схема Вашего мультиметра может быть другой или её может не быть вообще – важно лишь определить точки подачи питания на ИС АЦП и точки подключения контактов реле, отключающих питание и вход UIR прибора. Для этого, обычно, достаточно внимательно рассмотреть печатную плату мультиметра, справляясь по даташиту на IC7106 или КР572ПВ5. Точки подключения и врезки в схему /  печатный монтаж мультиметра показаны синим цветом.

Блок защиты и автоотключения мультиметра семейства M830

Рис.2 Собственно схема блока защиты и автоотключения мультиметра (кликни, чтобы увеличить).

Схема включает датчики перегрузки мультиметра на транзисторных оптронах U1 и U2 – АОТ128, Компаратор на ОУ с низким током потребления – U3 КР140УД1208, ключевой МОП-транзистор U4 таймера автоотключения – КР1014КТ1. Коммутация входа UIR и напряжения питания мультиметра, выполняется контактными группами двухобмоточного поляризованного реле PR1 – РПС-46.

Работа блока защиты и автоотключения мультиметра.

Включение мультиметра и автоотключение по стабатыванию таймера.

В исходном состоянии все элементы мультиметра и блока защиты обесточены. Перекидные контакты поляризованного реле PR1 замкнуты в положениях 1-4 и 6-9 (см рис. 2). Вход UIR мультиметра, отключён, входной делитель замкнут на общий провод – разъём «COM». «Плюсовой» вывод батареи питания отключён от всех потребителей так как кнопка Кн1 «Вкл» и контакты 5-9 реле PR1 разомкнуты. Электролитический конденсатор C2, ёмкость которого определяет время работы мультиметра до автоотключения, разряжен через замкнутые контакты 6-9 реле PR1 и схему мультиметра.

При нажатии на кнопку Кн1 «Вкл», ток от батареи питания, проходя через обмотку 2-8 реле PR1, заряжает конденсатор С2. При этом контакты 6-9 и 1-4 размыкаются, а контакты 5-9 и 10-4 замыкаются. Вход UIR мультиметра, подключается к схеме замкнутыми контактами 10 – 4, реле PR1, а питание от батареи, подаётся через замкнутые контакты 5 – 9, соответственно. В штатных режимах работы мультиметра,  напряжение с вывода 37 ЦАП IC7106, подаваемое на инвертирующий вход (вывод 2), ОУ U3, оказывается больше напряжения заданного на прямом входе (вывод 3), на выходе ОУ, вывод 6, устанавливается напряжение низкого уровня, недостаточное, для открывания транзистора Т1. Электролитический конденсатор, заряженный при нажатии кнопки Кн1 «Вкл», через обмотку 2 – 8 реле PR1  до напряжения питания (9В), после отпускания кнопки Кн1, начинает медленно разряжаться через делитель R11,R12. До тех пор, напряжение на затворе МОП-транзистора U4 не снизится до уровня, примерно, 2В, транзистор U4 остаётся в открытом состоянии, поддерживая диод D6 в закрытом состоянии.

Мультиметр работает в обычном режиме.

При падении напряжения на делителе R11,R12 ниже уровня 2В, транзистор U4 закрывается, положительное напряжение через резистор R13 и диод D6 поступает на вывод 3 ОУ4, что приводит к появлению положительного потенциала на выходе ОУ (вывод 6) и открыванию транзистора Т1, коллектор которого подключён к выводу 7 реле PR1. Через обмотку 3 – 7 реле PR1, вызывает обратное переключение контактных групп реле PR1. При этом оказываются разомкнутыми контакты 10 – 4 (вход UIR мультиметра отключается) и 5 – 9 (батарея питания отключается от схемы). Происходит автоотключение мультиметра с размыканием входной цепи.

Полуавтоматическая отсрочка срабатывания таймера автоотключения.

Если во время работы мультиметра повторно нажать кнопку Кн1 «Вкл», ток, проходя через обмотку 2 – 8 реле PR1, произведёт подзарядку конденсатора C2, продлевая временной промежуток включённого состояния мультиметра. Состояние контактных групп поляризованного реле PR1, при этом, не изменяется.

Принудительное отключение мультиметра.

Принудительное отключение мультиметра можно выполнить двумя способами.

  1. Как обычно, переведя переключатель выбора пределов/ режимов измерения в положение OFF – «Выключено». При этом состояние контактных групп поляризованного реле PR1, при этом, не изменяется и вход UIR останентся подключённым к резистивному делителю мультиметра.
  2. При нажатии на кнопку Кн2 «Выкл», положительное напряжение, через резистор R5, подаётся на вход 3 ОУ U3, повышая его потенциал, по сравнению с опорным  напряжением (-1В) на инвертирующем входе ОУ U3 - выводе 2. Это приводит к открыванию транзистора Т1 и появлению тока в «отключающей» обмотке 3 – 7, поляризованного реле PR1. При этом оказываются разомкнутыми контакты 10 – 4 (вход UIR мультиметра отключается) и 5 – 9 (батарея питания отключается от схемы). Происходит автоотключение мультиметра с размыканием входной цепи.

Мультиметр переходит в выключенное состояние с размыканием входа UIR.

Автоотключение мультиметра при возникновении перегрузки.

Наиболее вероятной причиной выхода из строя, мультиметра на основе АЦП семейства 7106, является подача на его измерительный вход (вывод 31), напряжения, превышающего напряжение питания приложенное к выводу 1, относительно общего провода  (вывод 32). В общем случае, при питании мультиметра от батареи напряжением 9В, не рекомендуется подавать на вход ЦАП, вывод 31, напряжение, более 3В, в любой полярности. В описанных ранее схемах защиты цифрового мультиметра типа M830, предлагалось включит пару встречно – параллельно включённых стабилитронов между входом ЦАП и общим проводом. При этом, высокоомный резистор входного RC ФНЧ ЦАП (R17C104 в схеме на Рис. 1), ограничивал ток через стабилитроны на безопасном уровне, однако резистивный делитель мультиметра и токоведущие дорожки печатной платы оставались незащищёнными, играя роль дополнительных предохранителей и сгорая при перегрузке.

В предлагаемом блоке защиты и автоотключения мультиметра, повышенное, сверх допустимого, напряжение на входе ФНЧ R17C104 (См. Рис. 1), используется для формирования сигнала отключения входного гнезда, с шунтированием сигнального входа мультиметра на корпус. Сигнал о наличии перенапряжения,  формируется двумя встречно-параллельно включёнными цепями D1, D2, U1.1 и D3, D4, U2.1, состоящими из последовательно соединённых: кремниевого диода, светодиода зелёного свечения и светодиода диодно-транзисторного оптрона. Подобные цепи, выполняющие, так же,  функцию пассивной защиты, широко используются во входных каскадах осциллографов (например, см.схему C1-72). При достижении, в точке А, напряжения, превышающего 3В, в любой полярности, диоды (D1, D2, U1.1 или D3, D4, U2.1), в соответствующей цепочке начинают открываться, шунтируя вход мультиметра на общий провод. При этом светодиод U1.1 или U2.1 одной из оптопар, начинает светиться, вызывая открывание соответствующего оптотранзистора U1.2 или U2.2. Ток, с плюсовой шины питания, через открывшийся оптотранзистор, подаётся на неинвертирующий вход ОУ U3, вызывая повышение потенциала на выходе ОУ (вывод 6) и открывание транзистора Т1. Ток через транзистор Т1 и подключённую к нему обмотку 3 – 7, поляризованного реле PR1, приводит к размыканию контактов 10 – 4 (вход UIR мультиметра отключается) и 5 – 9 (батарея питания отключается от схемы). Происходит автоотключение мультиметра с размыканием входной цепи.

Мультиметр переходит в выключенное состояние с размыканием входа UIR.

Конструктивно, модуль защиты и автоотключения напряжения, выполнен навесным монтажом и размещён в корпусе мультимера, с обратной стороны переключателя диапазонов измерения. (см. рис. 3)

В доработанных мультиметрах марки DT830-C (0), отсутствует режим измерения коэффициента усиления транзисторов,  что позволило разместить кнопки включения и выключения прибора на месте, где обычно устанавливается клеммная колодка подключения транзисторов. Кнопка выключения взята с более высоким толкателем, чтобы при переноске и хранении, при случайных нажатиях, она срабатывала с большей вероятностью.

Практика использования устройства защиты и автоотключения, реализованного в двух китайских цифровых

Кнопки включения и выключения питания в мультиметре DT830

и одном аналоговом, самодельном мультиметре, показала высокую надёжность и удобство использования. Случаи срабатывания защиты от перенапряжения, в моей практике довольно редки, а функция автоотключения выручала много раз. Когда отвлекшись от измерений, слышится негромкий щелчок срабатывания реле выключения питания, это значит, что ещё одна батарея «Крона» осталась в магазине ждать своего покупателя.

Согласованный щуп и частотно – компенсированный делитель для осциллографа.

(Пример изготовления из подручных материалов).

 

При контроле, осциллографом, сигналов с крутыми фронтами, на фронтах импульсов могут наблюдаться выбросы (Рис)

Осциллограмма меандра, измеренного не согласованным щупом

или завалы, что будет тем более странно, если сигнал снимается, например, с выхода логического элемента ТТЛ, где сигнал, ожидаемо, должен иметь прямоугольные фронты. Такое искажение фронта импульса может быть вызвано переотражением сигнала в измерительном кабеле, идущем к осциллографу. Современные измерительные кабели и лучшие образцы измерительных кабелей для осциллографов, советского производства, имеют возможность согласования с входом осциллографа, что позволяет передавать измеряемый сигнал без искажений.

Если в наличии имеется какой то осциллограф и «измерительный кабель» сделанный из подходящего разъёма и куска коаксиального кабеля, оказавшегося под рукой, скорее всего, на экране будет отображаться не совсем тот импульсный сигнал. Который присутствует в контрольной точке, куда подключён щуп. Кроме искажения формы сигнала, может наблюдаться и падение амплитуды, так как часть ВЧ составляющих сигнала будет зашунтирована ёмкостью кабеля.

В этой папке приведена подборка материалов по теории и практике устройства и изготовления согласованных измерительных кабелей и частотно компенсированных делителей напряжения для осциллографа.

По приведённым в подборке материалам был изготовлен согласованный измерительный кабель и частотно – компенсированный переключаемый делитель напряжения 1:1:10, в виде отсоединяемого модуля. На двух следующих рисунках – ряд фотоснимков, иллюстрирующих процесс сборки.

 

Изготовление согласованного измерительного кабеля для осциллографа из подручных материалов

Изготовление частотнокомпенсированного делителя для осциллографа из подручных материалов

 

Измеритель ESR-R-C электролитических конденсаторов.

 

При ремонте радиоэлектронной аппаратуры замечено, что многие неисправности связаны с выходом из строя электролитических конденсаторов. В большинстве случаев, такие неисправности можно разделить на три группы: 1) потеря ёмкости или внутренний обрыв; 2) внутреннее короткое замыкание; 3) увеличение сопротивления конденсатора на высоких частотах, называемое  эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС или ESR).

Неисправности первого типа можно легко выявить, измерив ёмкости электролитического конденсатора соответствующим прибором, имеющим необходимый поддиапазон измерений [1,2]. Неисправности второго типа – внутреннее короткое замыкание – определяются простейшим омметром, имеющимся в арсенале практически любого радиомастера или радиолюбителя. Неисправности третьего типа -  увеличение сопротивления конденсатора на ВЧ – так же просто определить при наличии осциллографа и генератора синусоидальных или прямоугольных сигналов, диапазона 50 – 100 КГц.  С генератора, на проверяемый конденсатор, через токоограничительный резистор сопротивлением 1 – 10 Ком, подают сигнал, амплитудой 2 – 10В и подключённым параллельно электролитическому конденсатору, осциллографом, контролируют уровень и форму сигнала, падающего на конденсаторе. При измерениях на частоте около 100 КГц, можно пренебречь реактивным сопротивлением конденсатора и считать, что падение напряжения происходит на содержащемся внутри «эквивалентном» резисторе. С учётом вышеизложенного, для оценки исправности электролитического конденсатора, радиомастеру потребуются измеритель ёмкости, омметр, генератор и  осциллограф. Проверяемый конденсатор, для проведения измерений придётся выпаять. Совершенно понятно, что радиолюбители постарались, по возможности, упростить проверку электролитических конденсаторов, разработав комбинированные пробники или измерительные приборы, позволяющие выявлять неисправные конденсаторы прямо в схеме, без демонтажа. Так в  [3] приведён ряд схем, позволяющих оценивать ЭПС и отсутствие короткого замыкания по постоянному току с применением тороидального трансформатора напряжения, используемого для питания узла индикации, состоящего из выпрямительного диода и микроамперметра, а в [4] автор предложил очень интересную разработку измерителя ЭПС и ёмкости электролитических конденсаторов на микроконтроллере Attiny2313 и жидкокристаллическом  индикаторе MT-08S2A.

Описанный ниже прибор (Рис.1) разрабатывался как универсальное устройство, позволяющее производить оценку всех трёх, упомянутых выше, параметров электролитических конденсаторов:

  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС) конденсатора на переменном токе частотой 100 КГц в диапазоне 0,5 – 10 Ом
  • Сопротивление конденсатора на постоянном токе – проверка на короткое замыкание в диапазоне 0,5 – 10 Ом
  • Электрическая ёмкость от 8,2 до 10000 мкФ.
Измеритель ESR - R - C электролитических конденсаторов
Рисунок 1. Измеритель ESR - R - C электролитических конденсаторов.

Питается прибор от батареи напряжением 9 вольт. Работоспособность сохраняется при снижении напряжения питания до 6 вольт.

Ток потребления 20 – 35 мА, в зависимости от режима работы.

Измерение параметров электролитических конденсаторов можно проводить без выпаивания конденсаторов из схемы.

Функционально, пробник представляет собой вольтметр, выполняющий измерения на постоянном и переменном токе. Измеряется падение напряжения на проверяемом конденсаторе. Частота и ток, протекающий через конденсатор, задаются в зависимости от выбранного режима измерения.

ESR – 100 КГц

С – 1590 Гц, 159 Гц или 15,9 Гц.

R – постоянный ток.

Прибор собран из широко распространённых деталей, которые могут быть заменены на имеющиеся в распоряжении радиолюбителя аналоги. В качестве индикатора, в приборе использован доработанный микроамперметр измерителя уровня записи переносного кассетного магнитофона (М370, М68501), обладающий приемлемыми для данной конструкции точностью и линейностью.

Пробник имеет следующие органы управления:

  • Общий выключатель питания SA4
  • Кнопки включения и выключения питания SA3 и SA4. (автоотключение через 5 минут)
  • Переключатель режимов работы  - ЭПС – R – C  - S2
  • Переключатель пределов измерения ёмкости конденсаторов x0,1; x1; x10 – S1
  • Переключатель масштаба шкалы х1; х2 - SA1
  • Кнопка «Шунт» SB1 (нормальнозамкнута) используемая при калибровке прибора и предварительном разряде проверяемых конденсаторов.

 

Рассмотрим кратко функциональные узлы измерителя и назначение основных элементов схемы. На операционном усилителе DA1 и транзисторах VT4, VT5 собран генератор синусоидального сигнала, используемый для измерения ёмкости электролитических конденсаторов [5]. Шесть логических инверторов микросхемы DD1 и диоды VD10, VD11 выполняют функции формирователя напряжения отрицательной полярности для питания операционных усилителей и являются задающим генератором прямоугольных импульсов частотой 100КГц для узла измерения ЭПС [6]. Операционных усилители DA2.1 и DA2.2 работают как усилитель и вольтметр переменного тока [7]. На транзисторах VT1 – VT3 собран стабилизатор постоянного напряжения, используемый при изменении сопротивления постоянному току и ЭПС [8]. Транзистор VT6 – модулятор постоянного тока для измерения ЭПС. На транзисторах VT7, VT8 собран узел включения и автовыключения измерителя [9].

Работа прибора возможна в трёх режимах.

Режим измерения ёмкости электролитических конденсаторов.

Измерение ёмкости производится косвенным методом, [10] основанном на пропорциональной связи ёмкости (С) и ёмкостного сопротивления конденсатора (Xc) с частотой (F) подводимого к нему сигнала -  Xc=1/(2*p*F*C). Емкостное сопротивление конденсатора ёмкостью, например, 1000 мкФ на частоте 15,9Гц, составит 10Ом. Если на измеряемый конденсатор подать напряжение амплитудой 1В через резистор 1Ком то падение напряжения на конденсаторе составит 0,01Вольт. Для конденсатора ёмкостью 10000 мкФ падение напряжения будет уже на порядок меньше – 0,001В. Таким образом, прибор измеряет не ёмкость непосредственно, а падение напряжения на конденсаторе, пропорциональное его ёмкости. Такой подход существенно упрощает процесс калибровки прибора. Достаточно располагать набором низкоомных резисторов или переменным резистором малого сопротивления и омметром, чтобы получить на шкале прибора отметки, соответствующие, например, стандартному ряду ёмкостей конденсаторов Е22.

При нажатии кнопки SA1, напряжение от батареи GB1, через выключатель SA4 и резистор R37 заряжает конденсатор C25 до напряжения питания. Как только напряжение на затворе транзистора VT6 достигнет 2вольт, транзистор откроется и соединит отрицательный вывод батареи с общим проводом устройства, замыкая цепь электропитания. После отпускания кнопки SA3, конденсатор C25 будет медленно разряжаться через резистор R36. При снижении напряжения на затворе VT7 до уровня, примерно равного 2В, VT7 начнёт закрываться, переходя в линейный режим и на его стоке (выводы 2,3,6,7), относительно истока (выводы 4,5) возникнет падение напряжения, передаваемое на затвор транзистора VT8, через резистор R39. Как только это напряжение достигнет порога открывания VT8, его переход сток – исток зашунтирует конденсатор С25, ускоряя его разрядку, закрывание транзистора VT7 и отключение устройства в целом. Принудительно выключить прибор можно нажатием на кнопку SA2 или при помощи общего выключателя SA4.

При подаче электропитания на схему прибора, начинает работать генератор прямоугольных импульсов на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Цепочка R18VD6 симметрирует форму выходного сигнала. На элементах DD1.3 – DD1.6, включённых параллельно, собран буферный каскад преобразователя полярности напряжения, выполненного на диодах VD9 и VD10 и конденсаторах C21 и С22. Напряжение отрицательной полярности используется для питания операционных усилителей.

Генератор синусоидального напряжения на ОУ DA1, вырабатывает сигналы частотой 1590, 159 и 15,9 Гц. Генератор построен по стандартной схеме, с мостом Винна. Выходная частота, и, следовательно, поддиапазон измерений,  выбираются сдвоенным переключателем S1, коммутирующим конденсаторы C2-C4 и C8-C10. Стабилизация амплитуды производится при помощи встречено включённых диодов VD1 и VD2. На транзисторах VT4 и VT5 выполнен каскад усиления мощности ОУ DA1 охваченный общей ООС для минимизации искажений. Диоды VD3 и VD4 создают начальное смещение в базовых цепях выходных транзисторов. Так как напряжение питания ОУ имеет небольшую, порядка 1 В, асимметрию за счёт падения напряжения на диодах VD9 и VD10, в точке соединения резисторов R12 и R13 имеется некоторое постоянное напряжение, отсекаемое конденсатором С14. Благодаря этому конденсатору отпадает необходимость балансировки ОУDA1. Генератор узла измерения ёмкости работает на низких частотах, это позволяет использовать ОУ типа КР140УД1208 с малым током потребления и отказаться от отключения питания этого узла при измерении других параметров конденсаторов. С конденсатора C14, напряжение синусоидальной формы подаётся на токоограничительный резистор R14 и далее через переключатель выбора режима работы S2 на измерительный узел.

Так как прибор предназначен для измерения параметров конденсаторов без их демонтажа, возможны случаи подключения к конденсатору находящемуся под напряжением. Для защиты прибора от выхода из строя в этом случае, используются встречно включённые диоды Шотки VD4, VD5 и шунтирующий резистор R24, сопротивлением 5Ом, подключённый параллельно измерительным клеммам TX1, TX2 через нормально замкнутую кнопку SB1, которую нажимают при проведении измерений. Диоды VD4, VD5 и резистор R24 выполняют ещё три функции – ограничение измерительного напряжения на клеммах прибора на уровне приблизительно 0,2В, что позволяет подключать прибор участкам цепей, содержащих p-n переходы, ограничение напряжения на входе измерительного усилителя на ОУ DA2.1 на «холостом ходу» и калибровку прибора. При включении питания, стрелка микроамперметра устанавливается на середине шкалы, показывая готовность прибора к проведению измерений. Отклонение стрелки в режиме  «холостого хода» сигнализирует о глубоком разряде батареи и необходимости её замены или повторной калибровки прибора резистором R35, расположенным напротив технологического отверстия в корпусе. С выхода измерительного усилителя, усиленное в десять раз переменное напряжение, пропорциональное ёмкости проверяемого конденсатора, поступает на второй диодный ограничитель VD7, VD8 и далее на милливольтметр переменного тока на ОУ DA2.1 в цепь ООС которого включён диодный мост, одна из диагоналей которого содержит микроамперметр PA1. Диод VD13 предназначен для исключения перегрузки микроамперметра при нажатии кнопки SB1, если прибор не подключён к проверяемому конденсатору. Выключатель SA1 подключает параллельно резистору R31, определяющему усиление миливольтметра, дополнительный резистор R32, снижающий усиление каскада в два раза, что приводит к «растяжке» шкалы, удобной при измерении ёмкости конденсаторов, отличной от стандартного ряда.

Измерение эквивалентного последовательного сопротивления. Как отмечалось выше, ёмкостное сопротивление конденсатора с ростом частоты падает. Так, для взятого для примера, электролитического конденсатора, ёмкостью 1000 мкФ, этот параметр будет равен 0,0016 Ом на частоте 100 КГц, что можно считать пренебрежимо малой величиной по сравнению с активным сопротивлением, включённым последовательно с конденсатором в его упрощённой эквивалентной модели. Измеряя падение напряжения переменного тока частотой 100 КГц на электролитическом конденсаторе, возможно определение величины ЭПС. Точность такого измерения будет достаточной для выявления неисправных электролитических конденсаторов в ремонтируемом оборудовании или при отбраковке бывших в эксплуатации и других «сомнительных» деталей при сборке электронных устройств.

Генератор на логических элементах микросхемы DD1 вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 100 КГц. Амплитуда этих импульсов зависит от напряжения источника питания и не может быть использована для измерений. Измерительный сигнал для определения ЭПС формируется модулятором на транзисторе VT6 и стабилизатором напряжения на транзисторах VT1 – VT3. В схеме стабилизатора, резистор R6 и, первоначально закрытый диод VD3, служат для обеспечения запуска схемы, задавая базовый ток для транзистора VT3, который, открываясь, вызывает открывание транзистора VT2 и диода VD3. Вместе с этим открывается p-n переход светодиода HL1 и стабилизирует напряжение на базе транзистора VT3. Делитель напряжения на резисторах R10 и R11 определяет выходное напряжение. С его средней точки сигнал поступает на базу транзистора VT1, включённого эмиттерным повторителем. Повышение напряжения на выходе стабилизатора (коллектор VT2), приводит к повышению напряжения на резисторе R7, и уменьшении тока через транзистор VT3, что в свою очередь уменьшает ток базы VT2 и напряжение на его коллекторе. Цепь стабилизации замыкается. Далее, через резистор R15, постоянное напряжение поступает на сток транзистора VT6. Импульсы с генератора на DD1, подаваемые на затвор VT6, формируют на его стоке сигнал стабильной амплитуды, частотой 100 КГц. Этот сигнал, через токоограничительный резистор R17 и конденсатор C15 подаётся на переключатель выбора режимов работы S2 и с него на узел измерения, подробно описанный выше.

Измерения сопротивления электролитического конденсатора на постоянном токе.

Электролитический конденсатор, имеющий внутреннее короткое замыкание, при проверке величины ЭПС будет показывать значения сопротивления близкие к нулю, что может ввести в заблуждение при принятии решения об исправности детали. Для проверки конденсатора на наличие короткого замыкания, переключатель режимов работы S2 переводится в нижнее по схеме положение. При этом на вход измерительного узла, через токоограничительный резистор R16, подаётся постоянное напряжение со стабилизатора на транзистора VT1 – VT3. После подключения проверяемого конденсатора к клеммам TX1 TX2 и нажатия кнопки SB1 «Шунт», стрелка прибора отклонится в положение «бесконечность» если короткого замыкания нет или покажет некоторое значение от 0 до 10 Ом, если конденсатор имеет внутреннее короткое замыкание или шунтирован низкоомным резистором. Эту проверку так же можно проводить без выпаивания электролитического конденсатора из схемы.

Детали и конструкция.

При изготовлении прибора можно использовать любые, близкие по параметрам радиоэлементы, важно только учитывать различия в цоколёвке и схеме включения. Так ОУ DA1 можно заменить на  операционные усилители К140УД6 или К140УД7. Резистор R6 в этом случае не понадобится. ОУ DA2 так же можно заменить на ОУ типов КР140УД6, КР140УД7. Вместо микросхемы DD1 можно использовать K561ЛЕ5 или К561ЛА7. Микросборки с полевыми транзисторами КР1014КТ1, широко использовавшиеся в отечественных телефонах с кнопочными номеронаберателями, можно заменить на транзисторы КП501 или другие МОП транзисторы с n-каналом, снятые, например, с неисправных материнских плат компьютеров (AP9918, 2SK3296). Диоды VD4, VD5 -  мощные диоды с барьером Шотки, имеют прямое падение напряжения на уровне 200 – 250 мВ. Их можно заменить на любые другие мощные диоды с соизмеримым уровнем падения напряжения (например, КД219). Это необходимо для исключения открывания p-n переходов полупроводников, находящихся в схеме, содержащей проверяемый конденсатор. Подобные диоды в SMD корпусах, можно так же извлечь из старых материнских плат компьютеров. Резистор «ШУНТ» - R24, сопротивлением 5 Ом, можно составить из четырёх, включённых параллельно резисторов сопротивлением 20 Ом. Диоды VD9 и VD10, используемые в преобразователе полярности, желательно использовать так же с минимальным прямым падением напряжения (Д311, Д7, MS20, 1N5820).

Конденсаторы C2 – C4 и C8 – C10 желательно подобрать совпадающими попарно и с возможно меньшим температурным коэффициентом ёмкости. Это повысит точность измерения ёмкости электролитических конденсаторов. Частоты поддиапазонов измерения ёмкости (1590, 159 и 15,9 Гц) желательно контролировать частотомером, при необходимости подбирая конденсаторы моста Винна. Для точной настройки генератора на частоту 15,9 гц, удобно использовать частотмер с функцией измерения периода сигнала или осциллограф с калиброванной горизонтальной развёрткой. Для частоты сигнала 15,9 Гц, период сигнала (от пика до пика) будет равен 63 мС.

Пробник выполнен в виде прямоугольного пенала, размерами 180х55х22 мм (рис. 2а).

Общий вид измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

 

Рисунок 2а. Общий вид измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

Органы управления и стрелочный индикатор размещены с учётом удобства управления пробником одной рукой, как при проведении измерений, так и при переключении режимов работы. Чертёж печатной платы находится здесь. Формат - Lay Out 4.  Это всего лишь один из вариантов размещения деталей, который можно скорректировать с учётом используемых элементов и корпуса конструкции. Печатная плата прибора (Рис. 2в) изготовлена из не фольгированного стеклотекстолита «сухим» способом. Это упрощённая технология широко применяемого радиолюбителями «лазерно – утюжного» метода, значительно облегчающая процесс сборки и окончательной настройки изделия, особенно, если планируется его выпуск в единственном экземпляре.

Вид на "печатную" плату измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

Рисунок 2в. Вид на "печатную" плату измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

Печатная плата изделия рисуется при помощи любой подходящей программы. Далее, на обычной бумаге печатается рисунок дорожек в масштабе 1:1 и ещё один рисунок, где дорожки, обычно выполняемые из фольги, методом травления, совмещены с деталями. Масштаб этого рисунка лучше сделать по возможности более крупным – по нему будет производиться сборка. Лист бумаги, на котором дорожки «печатной» платы нарисованы в натуральную величину, проклеивают полосками прозрачного скотча, для прочности, и закрепляют, например клеем для бумаги, на листе стеклотекстолита подходящего размера. После этого накернивают отверстия, удаляют шаблон и производят сверловку. После этого, можно собирать конструкцию, используя выводы деталей и отрезки лужёного провода вместо проводников, выполняемых, обычно, методом травления. Собранное таким способом устройство очень удобно настраивать и дорабатывать, если это потребуется. Достаточно просто выпаять детали той части схемы, которая подлежит переработке, просверлить отверстия в соответствии с откорректированным вариантом и снова установить детали. Теперь нет необходимости разрезать дорожки или соскабливать фольгу, если требуется, например, установить микросхему с другой цоколёвкой. Так же эта технология позволяет оставлять на плате место для будущего расширения устройства, когда заранее определиться со схемой и сделать печатный монтаж невозможно.

Настройка прибора производится в следующем порядке.

Точку соединения диода VD10 и конденсатора C22, отключают от схемы и заземляют через резистор 510 Ом. Подстройкой резистора R23, добиваются наиболее близкой к меандру (скважность 2), формы выходного напряжения на выводах 6,8,10, 12 микросхемы DD1. Частота выходного сигнала должна быть равна 100 КГц +/- 10%. Так же, об оптимальной форме сигнала, может свидетельствовать наибольшая величина отрицательного напряжения на нагрузочном резисторе, подключённом к конденсатору C22. Полученное напряжение должно быть, примерно на 1В меньше напряжения на выводе 14 DD1. Отрегулировав форму прямоугольного сигнала на выходе DD1, дополнительный резистор 510 Ом удаляют, восстановив схему питания. Подстройкой резистора R11 устанавливают напряжение, равное 3,5В на коллекторе транзистора VT2. После этого, на стоке VT6 контролируют наличие меандра амплитудой (от пика до пика) примерно 1,5В.  Амплитуда напряжения синусоидальной формы на левой по схеме обкладке конденсатора C14 должна составлять примерно 3В. При существенном отличии от указанного значения, подстроить её можно подбором резисторов R3 и R4. Операционные усилители DA2.1 и DA2.2 балансируются резисторами R28 и R33 при замкнутом на общий провод левом,  по схеме, выводе R25. После этого перемычку с входа измерительного усилителя убирают и при помощи переключатель S2, на измерительную часть схемы поочерёдно подают сигнал с генератора синусоидального напряжения (режим измерения ёмкости), модулятора на транзисторе VT6 – измерение ЭПС конденсатора и постоянный ток правого, по схеме, вывода резистора R16 – режим определения короткого замыкания конденсатора.

Подбирая сопротивление резисторов R14, R17 и R16, добиваются расположения стрелки прибора ровно посередине шкалы, для любого из трёх режимов. Эта точка соответствует сопротивлению измеряемой при настройке цепи, содержащей резистор шунта R24, сопротивлением 5 Ом (кнопка SB1 при этом не нажата). Теперь можно производить калибровку шкалы сопротивления постоянному току и ЭПС, используя резисторы сопротивлением от 1 до 10 Ом. Для калибровки шкалы ёмкостей, лучше использовать низкоомный переменный резистор и цифровой омметр с известным сопротивлением проводов, ведущих к щупам. Можно использовать следующие значения калибровочных сопротивлений:

100 мкФ – 10 Ом

150 мкФ – 6,6 Ом

220 мкФ – 4,5 Ом

330 мкФ – 3 Ом

470 мкФ – 2,1 Ом

680 мкФ – 1,4 Ом

1000 мкФ – 1 Ом

При выполнении калибровки по приведённому выше ряду сопротивлений, необходимо установить переключатель выбора поддиапазона измерения ёмкостей S1 в среднее положение, соответствующее частоте 159 Гц.

В заключение, выполняется подстройка резистора R32, отвечающего за «растяжку» шкалы. При замыкании выключателя SA1, (кнопка SB1 не нажата) стрелка микроамперметра должна отклониться с отметки 5 Ом на отметку 10 Ом. На этом настройку прибора можно считать законченной.

Шкалу стрелочного индикатора (Рис. 3а), можно изготовить следующим способом. На оригинальную шкалу прибора накладывают лист белой бумаги или картона, соответствующего размера и надёжно закрепляют, например, каплями термоклея по внешнему краю шкалы. После этого, подключая к входу прибора сопротивления с шагом в 1 Ом, иголкой или тонким карандашом, делают по две отметки, соответствующие мере отклонения стрелки - у её основания ближе к концу.

Изготовление шкалы измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

Рисунок 3а. Изготовление шкалы измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

Точные значения подключаемых при калибровке резисторов, можно записать тут же, рядом с отметками. После этого, накладку с отметками, соответствующими отклонению стрелки, отделяют от стрелочного индикатора и ручкой или карандашом прочерчивают линии, соединяющие, попарно, ранее сделанные отметки. Так на шаблоне появляется набор «векторов», соответствующих отклонению стрелки прибора, при подключении к его измерительным клеммам резисторов, строго определённого номинала. Такая шкала будет учитывать так же нелинейность магнитоэлектрической системы самого микроамперметра. Далее, шаблон сканируют и рисунок переносят в любой графический редактор (например, MSVisio), где отсканированный рисунок можно сохранить в качестве отдельного, неизменяемого слоя. Поверх этого слоя – шаблона, средствами графического редактора рисуется шкала с делениями, цифровыми значениями и подписями, требуемыми в конкретном случае (Рис. 3б). Далее, этот нарисованный слой печатается на белой бумаге, вырезается по размеру и закрепляется поверх штатной шкалы используемого в конструкции измерительного прибора.

Оформление шкалы измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

Рисунок 3в. Оформление шкалы измерителя ESR - R - C электролитических конденсаторов.

 

Литература:

1 - Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. Радио, 1989, № 6, с. 44

2 - Кучин С. Прибор для измерения емкости. Радио, 1993, № 6, с. 21 — 23

3 - Г.В. Воличенко Измеритель ESR оксидных конденсаторов. Радиоаматор №8. 2006, стр.20

4 – В.Келехсашвили. Измеритель ёмкости и ЭПС конденсаторов. Радио №6. 2010 стр 19.

5 – Э. Чикен. Низкочастотный генератор синусоидальных сигналов. РАДИОСХЕМА №2 2008 стр.15

6 – В.Шило. Популярные цифровые микросхемы. 2е издание. Челябинск. «Металлургия» 1989г стр. 216

7 – Вольтметр с указателем полярности измеряемого напряжения . Радио №3 1982 стр 61.

8 – А. Стехин. Экономичный стабилизатор с системой защиты от перегрузки. Радио №3 1987 стр 58 – 59.

9 – А. Борисов. Выключатели питания цифрового мультиметра. Радио №3 2010 стр. 50 – 51.

10 – Кузнецов В. и др. Измерения в электронике. М. «Энергоатомиздат», 1987 с.192 - 193

____________________________________________________________________________________________________________

 

Мультивибратор для определения механического резонанса динамиков.

 

В статье о наблюдении АЧХ динамиков и АС при помощи капсюля электретного микрофона, подключённого напрямую (без внешнего микрофонного усилителя) к микрофонному входу заурядной звуковой карты, интегрированной в матплату компьютера, я упоминал, что резонансный пик АЧХ НЧ динамика, определяемый при помощи микрофона, отличается по частоте от значения, получаемого при измерении параметров Тилля – Смолла (ТС параметров) электрическими методами, при помощи компьютера, специализированного ПО (например ARTA LIMP) и «коробочки» или токоограничительного резистора, генератора и вольтметра. Было сделано предположение, что резонансная частота, определяемая «электрически», соответствует максимуму активного сопротивления катушки динамика, а резонанс динамика в воздухе или в АС, замечаемый обладателями  музыкального слуха, возникает на скате импедансной характеристики, рядом с вершиной. Именно эту частоту механического резонанса динамика нужно учитывать, например, при настройке фазонивертора в составе АС.

45 лет назад был предложен простой и надёжный способ определения реальной частоты механического резонанса НЧ динамика. Ниже статья из первоисточника – журнал Радио, 1967 год № 4 стр. 43. В. Бурундуков. «Контроль резонансных частот акустических агрегатов».

Мультивибратор для определения механического резонанса динамиков.

Я специально озадачился поисками этой статьи после обнаружения в Интернете приставки для определения резонансной частоты динамиков от Мастер КИТ NM8051.3, выполненной на маломощных КРЕМНИЕВЫХ транзистора. Обратите внимание, чтобы получить устойчивые колебания в схеме с кремниевыми транзисторами, для открывания которых часто недостаточно ЭДС  катушки динамика, разработчикам набора пришлось использовать в цепях обратной связи электролитические конденсаторы, оказывающие влияние на результаты измерений.

На следующей фотографии – описанный в первоисточнике мультивибратор, каким его сделал я, в стародавние времена. Сдвоенный переменный резистор – 10КОм – поставил имевшийся под руками, хотя более низкоомный переменный резистор (1 – 4,7 КОм), как советовал В. Бурундуков, более уместен. Вы можете использовать именно сдвоенный переменный резистор – это значительно упрощает процесс настройки при измерениях. После получения устойчивой генерации (звукового сигнала), этим сдвоенным переменным резистором снижают амплитуду колебаний, почти до уровня срыва – здесь форма наиболее близка к синусоидальной. Форму колебаний и их частоту контролируют на клеммах динамика.

Мультивибратор для определения механического резонанса динамиков - бескорпусной вариант.

Бескорпусная конструкция вполне удовлетворяет условиям радиолюбительской практики. Однако, если Вы планируете использовать её повседневно – лучше поместить детали в какой то корпус – хоть в пачку от сигарет – теперь германиевые транзисторы типа П213 – П217 становятся всё большим дефицитом.

 

Дополнения про проверку транзисторов.

Разместив «статью» про свой испытатель транзисторов (см. ниже), решил посмотреть, а на эту тему пишут в Интернете, тем более, что «мой» испытатель от совершенства далёк – он не измеряет обратный ток коллектора и не проверяет коэффициент передачи тока базы на больших значениях такового, что важно при проверке мощных транзисторов. К тому же, полевые транзисторы этот испытатель проверяет в режиме «показометра», а никак не измерительного прибора. К сожалению, я пока не придумал и не нашёл чужого решения, как сделать такой многофункциональный испытатель транзисторов, проверяющий оные на переменном токе, со звуковой индикацией и линейной шкалой. По результатам беглого осмотра некоторых, размещённых в Интернете статей, сформировались две подборки.

Испытатели транзисторов. Обратите внимание на схемы, в которых опорный параметр – ток базы или ток эмиттера – стабилизируется отдельным источником тока, собранным на транзисторах или ОУ. Такие схемы менее зависят от колебаний напряжения источника питания и позволяют производить измерения более точно, сопоставимо со справочными данными. Очень подробно работа прибора, использующего активный стабилизатор тока (на ОУ К140УД1), описана в статье  «Испытатель Транзисторов» в журнале Радио №1 1975 год стр. 49 – 51.

Характериографы для транзисторов. Характериограф, как правило, приставка к осциллографу, позволяет наблюдать на экране семейство характеристик проверяемого (исследуемого) элемента. В случае с транзисторами, это так называемые выходные характеристики. Некое устройство ступенчато изменяет (повышает) ток базы, при этом напряжение на коллекторе непрерывно повышается до определённого  уровня. Каждая новая установка тока базы, соответствует одному циклу нарастания напряжения на коллектор – от нуля до максимума. Это напряжение – напряжение развёртки – подаётся на вход X осциллографа, а на вход Y, подаётся напряжение с датчика тока – резистора, включённого в эмиттерную цепь транзистора. Так можно получить графическое представление семейства характеристик транзистора – зависимость тока коллектора от тока базы при изменении напряжения на коллекторе, в условиях.

Испытатель транзисторов.

Думая про простой измеритель коэффициента усиления транзистора (h21э – коэфициент передачи тока базы, при включении по схеме с общим эмиттером, если быть точным), посмотрите на схему в Радио №10 1981 стр. 58 (Рис. 1)

Измеритель коэффициента усиления биполярных и полевых (после доработки) транзисторов, работающий на еременном токе

Рисунок 1. Измеритель коэффициента усиления транзисторов.

 

Это мультивибратор на двух транзисторах, измеряющий коэффициент передачи на переменном токе. В коллекторе проверяемого транзистора – резистор 1 КОм. В базе – переменный резистор 100 КОм и галетник, включающий последовательно с переменным, резисторы от 100 до 800 КОм с шагом в 100 КОм (выбор диапазона). Генерация (1 – 2 КГц) возникает, если сопротивление в коллекторной цепи, умноженное на h21э транзистора, равно сопротивлению, введённому в цепи базы. Испытатель проверяет npn и pnp транзисторы. Отсчёт по линейной шкале на переменном резисторе и положению галетника (или кнопочного коммутатора резисторов множителя). На  Рис.2 приведена базовая схема несимметричного мультивибратора, используемая в этом испытателе, и несколько формул , определяющих связь измеряемого коэффициента передачи тока базы проверяемого транзистора и номиналы токозадающих резисторов.

базовая схема несимметричного мультивибратора, используемая в испытателе транзисторов и расчёты определяющие связь коэфициента передачи тока базы и токозадающих резисторов

Рисунок 2. Базовая схема испытателя транзисторов и расчёт токозадающих резисторов измерительной цепи.

 

При работе, можно действовать двумя способами, предварительно выбрав проводимость и тип транзистора (биполярный/ полевой (про полевой – далее)).

1)      Подключаем транзистор, и крутим ручку базового резистора до появления генерации. Так понимаем, что транзистор исправен и имеет определённый коэффициент передачи.

2)      Выставляем заранее требуемый коэффициент передачи и, подключая, по порядку, имеющиеся транзисторы, отбираем соответствующие установленному требованию.

Я сделал этому измерителю две доработки.

1)      Отдельная фиксируемая кнопка включает в «базу» проверяемого транзистора резистор, сопротивлением 100 КОм, заземленный с другой стороны. Так измеритель может проверять полевые транзисторы с p-n переходом и p или n каналом (КП103 КП303 и им подобные). Также, без переделки, в этом режиме можно проверять МОП транзисторы с изолированным затвором n- и p- типа (IRF540 IRF9540 итп)

2)      В коллектор второго транзистора измерительного мультивибратора (выход НЧ сигнала) я включил детектор с удвоением, по обычной схеме нагруженный на базу КТ 315го. Таким образом, К- Э переход этого ключевого транзистора замыкается, когда в измерительном мультивибраторе возникает генерация (определён коэффициент передачи). Ключевой транзистор, открываясь, заземляет эмиттер ещё одного транзистора, на котором собран простейший генератор с резонатором на трёхвыводном пьезоэлементе –  типовая схема генератора вызывного  сигнала «китайского» телефона. Фрагмент схемы мультиметра – узел проверки транзисторов – приведён на Рис. 3.

Доработанная схема испытатьеля транзисторов. Введена возможность проверки коэфициента усиления полевых транзисторов и унифицированный звуковой сигнализатор..

Рисунок 3. Доработанная схема испытателя транзисторов. Введена проверка полевых транзисторов и унифицированный звуковой сигнализатор.

 

Такое схемное награмаждение было вызвано желанием использовать тот же вызывной генератор в узле сигнализации перегрузки по току лабораторного блока питания (первый, собранный мной, по упомянутой схеме,  испытатель параметров транзисторов, был встроен в ЛБП Рис.4).

Испытатель транзисторов, встроенный в радиолюбительский лабораторный блок питания.

Рисунок 4. Испытатель транзисторов, встроенный в радиолюбительский лабораторный блок питания.

 

Второй измеритель был встроен самодельный  в многофункциональный стрелочный мультиметр, где один трёхвыводной пьезоизлучатель использовался как сигнализатор в режиме «пробник» (звуковая проверка короткого замыкания) и испытатель транзисторов Рис. 5.

Измеритель коэфициента усиления транзисторов, в составе самодельного стрелочного мультиметра

Рисунок 5. Испытатель транзисторов в составе самодельного стрелочного мультиметра.

 

Теоретически (я не пробовал), этот испытатель можно переделать для проверки мощных транзисторов, уменьшив, например, на порядок сопротивления резисторов в обвязке проверяемого транзистора.

Так же, возможно зафиксировать резистор в базовой цепи (1КОм или 10 КОм) и изменять сопротивление в коллекторной цепи (для мощных транзисторов).

Обновлено 01.04.2017 23:03
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить