Виктор Борисов - Юный радиолюбитель [7-изд]

В описаниях конструкций, публикуемых в радиотехнической литературе, обычно указывают относительное входное сопротивление вольтметра постоянного тока, которым измерены напряжения в цепях конструкции. Делал это и я, рассказывая о рекомендуемых усилителях, приемниках. Случайно ли это? Нет! Потому что напряжения в цепях конструкции, измеренные вольтметром с другим входным сопротивлением, могут быть иными. Объясняется это тем, что вольтметр своим входным (внутренним) сопротивлением шунтирует измеряемую цепь и тем самым изменяет ток и напряжение в ней. Чем меньше его входное сопротивление, тем он сильнее шунтирует измеряемый участок цепи, тем больше погрешность в результатах измерения.

Относительное входное сопротивление вольтметра постоянного тока комбинированного прибора, о котором я рассказал в восьмой беседе, 10 кОм/В. Оно достаточно высокое и во многих случаях вносит незначительные погрешности в измерения. Подчеркиваю, во многих, но не во всех. В тех же случаях, когда измеряемая цепь высокоомная, погрешность измерения становится ощутимой. Таким вольтметром уже нельзя достаточно точно измерить, например, напряжение непосредственно на базе или на коллекторе транзистора, если нагрузочный резистор в его цепи обладает большим сопротивлением. И совсем нельзя измерить напряжение смещения на затворе полевого транзистора, входное сопротивление которого во много раз больше входного сопротивления вольтметра.

А если в комбинированном измерительном приборе будет использован микроамперметр на больший ток I и , чем 100 мкА? Например, на ток 500 мкА?

В этом случае относительное входное сопротивление вольтметра уменьшится до 2 кОм/В. Измерять им напряжения в цепях твоих конструкций еще можно, но погрешности измерений будут больше. И наоборот, относительное входное сопротивление можно увеличить вдвое, до 20 кОм/В, если для него использовать микроамперметр на ток 50 мкА. Но такой микроамперметр, да еще с большой шкалой, тебе, вероятно, не удастся достать.

Есть, однако, другой путь значительного увеличения входного сопротивления вольтметра — введение в него транзисторов. В связи с этим предлагаю опыт, который поможет тебе разобраться в принципе работы такого прибора.

Принципиальная схема опытного вольтметра изображена на рис. 285.

Рис. 285. Опытный вольтметр

Это как и в измерителе RCL, измерительный мост, в диагональ которого включен микроамперметр РА. Плечи моста образуют, участок эмиттер-коллектор транзистора V , резистор R1 и участки а и б переменного резистора R2. Мост питает элемент G напряжением 1,5 В (332, 316). Измеряемое постоянное напряжение подается на эмиттерный переход транзистора через входные гнезда X1 и Х2 и добавочный резистор R д , гасящий избыточное измеряемое напряжение. Микроамперметр РА, являющийся индикатором баланса моста, может быть на ток 300–500 мкА и даже больше. Транзистор — с коэффициентом h 21Э = 50–60. Сопротивление добавочного резистора R д зависит от используемого микроамперметра и определяет в основном входное сопротивление вольтметра. Оно должно быть не менее 30–50 кОм.

Движок резистора R2 установи в верхнее (по схеме) положение. Затем замкни накоротко входные гнезда X1 и Х2, включи питание и резистором R2, медленно вращая его ось, установи стрелку микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Через 3–5 мин, необходимых для прогрева транзистора, повтори корректировку нуля вольтметра. После этого разомкни входные зажимы, подай на них постоянное напряжение 1 В, например часть напряжения одного элемента 332 (через делитель напряжения), и подбором добавочного резистора R д добейся отклонения стрелки индикатора до конечной отметки шкалы. Это будет соответствовать 1 В измеряемого напряжения.

Каково входное сопротивление такого вольтметра? Во много раз (примерно в численное значение коэффициента h 21Э используемого транзистора) больше входного сопротивления вольтметра комбинированного прибора.

Каков принцип действия такого вольтметра? Его транзистор выполняет функцию усилителя тока и, кроме того, является элементом измерительного моста постоянного тока. Перед измерением мост был сбалансирован — движок резистора установлен в положение, при котором напряжение на микроамперметре и ток через него равны нулю. Но вот на входные гнезда вольтметра, а значит, и на эмиттерный переход транзистора ты, соблюдая полярность, подал измеряемое постоянное напряжение. Коллекторный ток от этого увеличивается, сопротивление участка эмиттер коллектор уменьшается, в результате чего баланс моста нарушается, и через микроамперметр течет ток, пропорциональный напряжению, поданному на вход вольтметра.

Таким прибором, а он, разумеется, может быть многопредельным, уже можно пользоваться как высокоомным вольтметром. Однако его все же надо рассматривать как опытный измеритель напряжения.

Для твоей измерительной лаборатории рекомендую построить транзисторный вольтметр по схеме, показанной на рис. 286, а . Он пятипредельный и рассчитан для измерений в цепях транзисторной аппаратуры, где напряжения в большинстве случаев не превышают 20–30 В. Плечи измерительного моста такого прибора образуют участки эмиттер-коллектор транзисторов V1 и V2, резистор R9 с верхней (по схеме) от движка частью подстроечного резистора R10 и резистор R11 с нижней частью резистора R10. В одну диагональ моста (между эмиттерами транзисторов) включен микроамперметр PA1, в другую (между коллекторами транзисторов и движком подстроечного резистора R10) — источник питания G1. Чтобы шкала вольтметра была равномерной, на базы транзисторов через резисторы R6-R8 подаются отрицательные напряжения смещения, открывающие оба транзистора.

Рис. 286. Транзисторный вольтметр постоянного тока

Измерительный мост балансируют, резистором R10 (при замкнутых между собой базах транзисторов), уравнивая им коллекторные токи транзисторов, и резистором R7, устанавливая им соответствующие токи баз, несколько различающиеся между собой из-за неидентичности параметров транзисторов.

Измеряемое напряжение подается на базы транзисторов через один из добавочных резисторов R1-R5. При этом транзистор V1, база которого оказывается под отрицательным напряжением, еще больше открывается, а транзистор V2, база которого оказывается под положительным напряжением, наоборот, закрывается. В результате сопротивление участка эмиттер-коллектор транзистора V1 уменьшается, транзистора V2 — увеличивается, отчего баланс моста нарушается и через микроамперметр РА1 течет ток, пропорциональный измеряемому напряжению.