ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВОЛЬТМЕТР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Этот прибор лаборатории предназначен для измерения среднеквадратических (эффективных) значений напряжений низкочастотных сигналов синусоидальной формы. Он особенно необходим при налаживании, ремонте различных по назначению усилителей звуковой частоты. Конструктивно прибор выполнен так же, как описанный перед этим транзисторный вольтметр постоянного тока, т. е, в виде приставки к авометру. Приставка снабжена штепсельной колодкой, с помощью которой ее через гнезда «100 мкА» соединяют с микроамперметром авометра. При этом переключатель вида измерений авометра должен быть установлен в среднее положение («V»), Питается приставка стабилизированным напряжением 9 В блока питания, входящего в состав лаборатории.

У вольтметра четыре предела измерений: 0,1; 1; 10 и 100 В. Переход с одного предела на другой осуществляется перестановкой штепселя соединительного провода в соответствующее гнездо приставки. С достаточной для радиолюбительской практики точностью прибором можно измерять напряжение переменного тока частотой примерно от 20 Гц до 20 кГц. На частотах выше 20 кГц погрешность измерений возрастает.

Относительное входное сопротивление вольтметра на частоте 1 кГц — 33 кОм/В. При измерении напряжений частотой выше 20 кГц относительное входное сопротивление снижается из-за влияния паразитных входных емкостей.

Вольтметр выполнен на основе двухкаскадного усилителя звуковой частоты с двухтактным бестрансформаторным оконечным каскадом, работающим в режиме В (т. е. при токе покоя, близком к нулю). Ток оконечного каскада такого усилителя прямо пропорционален входному напряжению. Следовательно, по показаниям стрелочного измерительного прибора, включенного в выходную цепь усилителя, можно судить о значении входного напряжения.

Принципиальная схема вольтметра переменного тока показана на рис. 37. Измеряемое напряжение через одно из гнезд XS1 — XS4 пределов измерений, добавочйые резисторы Rl — R4 и конденсатор С1 подается на базу транзистора VT1 первого каскада усилителя.

Добавочные резисторы Rl — R4 понижают измеряемое напряжение до 0,1 В. Основное усиление измеряемого напряжения осуществляется первым каскадом, поэтому для него следует подобрать транзистор с возможно большим статическим коэффициентом передачи тока h2ia. В оконечном двухтактном каскаде работают транзисторы VT2 и VT3, гальванически связанные с VT1 первого каскада. Минимальный ток покоя оконечного каскада, соответствующий нулевой отметке шкалы, устанавливают переменным резистором R8. Нагрузкой усилителя служит резистор R11, подключенный к его выходу через оксидный конденсатор СЗ довольно большой емкости.

В усилитель введены две цепи отрицательной обратной связи: по переменному и постоянному токам. Первая служит для изменения чувствительности (калибровки) усилителя, вторая — для повышения стабильности режимов работы транзисторов.

Обратную связь по переменному току образует цепь, состоящая из конденсатора СЗ и резисторов R6 и R5. Ее глубину, а следовательно, и чувствительность усилителя изменяют подстроечным резистором R6.

Напряжение обратной связи по постоянному току подается на базу транзистора VT1 с эмиттеров транзисторов VT2 и VT3 через резистор R9. Благодаря этой обратной связи изменение напряжения на эмиттерах транзисторов VT2 и VT3 сопровождается автоматическим увеличением или уменьшением тока транзистора VT1, что, в свою очередь, ведет к уменьшению или, наоборот, увеличению напряжения смещения на базах транзисторов VT2 и VT3, В результате режим усилителя по постоянному току поддерживается практически постоянным.

Микроамперметр авометра РА, зашунтированный проволочным резистором R10, включен в коллекторную цепь транзистора VT3. Сопротивление этого шунта подобрано так, что полное отклонение стрелки микроамперметра соответствует току, равному 10 мА.

Для повышения температурной стабильности усилителя в базовую цепь транзисторов оконечного каскада включен диод VD1. Диод VD2 защищает транзисторы при случайном подключении приставки к источнику питания в неправильной полярности (подобную меру защиты целесообразно предусмотреть и в остальных приборах лаборатории, питающихся от внешнего источника).

Конструкция и детали. Внешний вид вольтметра вместе с авометром и блоком питания показан на рис. 38, монтаж деталей самой приставки — на рис. 39. Корпус с крышкой и четырехгнездная колодка выполнены точно так же, как в приставке транзисторного вольтметра постоянного тока (см. рис. 32 и 34).Под-строечный резистор R6 и переменный резистор R8, выключатель питания Q1, колодка с гнездами XS1 — XS4 закреплены непосредственно на верхней стенке корпуса, являющейся лицевой панелью приставки. Гетинаксовая монтажная плата, на которой установлены все остальные детали приставки, закреплена на гнездовой колодке с помощью двух винтов МЗХ12, на которые надеты трубчатые стойки высотой 6 мм. Все надписи выполнены на плотной бумаге, закрытой сверху пластиной листового бесцветного органического стекла толщиной 2 мм. Двухпроводный шнур со штепселями для подключения к блоку питания закреплен на верхней стенке корпуса приставки с помощью небольшой алюминиевой скобы и двух винтов с гайками М2.

Разметка верхней стенки корпуса и схема соединений деталей на монтажной плате вольтметра показаны соответственно на рис. 40, а и б.

В приборе использованы постоянные резисторы MJIT (допускаемое отклонение сопротивлений от номиналов резисторов Rl — R4 — не более ±5%, остальных— ±10%), конденсаторы МВМ (С 1), К50-6 (С2) и К50-ЗА (СЗ). Переменные резисторы R6 и R8 — СП-I группы А. Проволочные резисторы R10 и R11 (рис. 41) намотаны нихромовым проводом на гетинаксовой пластине размерами 55X10 мм, которую с помощью отрезков медной луженой проволоки, играющих роль выводов, монтируют на плате. Вместо германиевого диода Д7А (VD2) можно использовать любой другой диод этой серии, а вместо Д9Б (VD1) — любой точечный диод.

Статический коэффициент передачи тока h2is транзисторов вольтметра должен быть не менее 60. Для работы в оконечном каскаде (VT2, VT3) необходимо отобрать транзисторы с возможно более близкими значениями коэффициента h2ia и наименьшими обратными токами коллекторов 1яб<>. Как показали эксперименты, наилучшие результаты можно получить, используя в вольтметре кремниевые транзисторы КТ315Г (VT1 и VT2) и германиевый транзистор П416Б (VT3) с коэффициентом h2is более 100 и обратным током 1дбо в пределах 1...3 мкА. В этом случае сопротивление резистора R5 можно уменьшить до 3,9 кОм, а резистора R6 — до 3,3 кОм, одновременно увеличив сопротивление резисторов R8 и R9 соответственно до 2,2 кОм и 1 МОм.

Детали вольтметра целесообразно смонтировать вначале на макетной плате, наладить и откалибровать прибор, а затем перенести их на монтажную плату.

Налаживают вольтметр переменного тока покаскадно. Для налаживания первого каскада потребуются две батареи 3336Л, соединенные последовательно (на рис. 42, а — батареи GB1 и GB2). Требуемый ток коллектора транзистора VT1 (0,8 мА) устанавливают подбором резистора R9. При повороте движка переменного резистора R8 («Уст. 0») ток коллектора должен немного изменяться. Если диод VD2 включен неправильно, тока в коллекторной цепи вообще не будет.

При налаживании второго каскада нижний (по схеме) вывод резистора R8 временно припаивают к эмиттеру транзистора VT2 (рис. 42,6). Источником питания служит одна батарея 3336Л или постоянное напряжение 4,5 В, снимаемое с регулируемого выхода блока питания. Если детали исправиы и нет ошибок в монтаже, при повороте движка резистора R8 коллекторный ток транзистора VT2 должен изменяться от 0 до 7...10 мА. Если максимальный ток окажется меньше этого значения, увеличить его можно подбором резистора R7 (в сторону меньших сопротивлений).

Затем налаживают соединенные вместе каскады на транзисторах VT1 и VT3 (рис. 42, в). При полностью введенном сопротивлении резистора R8 (верхнем положении движка) эмиттерный ток транзистора VT3 должен уменьшаться до нуля. Если этого не происходит, например из-за больших обратных токов коллекторов, то диод VD1 можно удалить. После этого вновь проверяют возможность установки стрелки прибора на нуль.

Далее, восстановив все соединения усилителя, на него через миллиамперметр на ток 10 мА подают постоянное стабилизированное напряжение 9 В и, перемещая движок резистора R8, убеждаются, что ток, потребляемый усилителем от источника питания, изменяется от 1 до 7... 10 мА. Затем, установив резистором ток потребления 5...6 мА, проверяют напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов VT2 и VT3. Оно должно быть равно половине напряжения источника питания. Подгоняют это напряжение подбором резистора R9 или R7.

Для проверки работоспособности усилителя к его входу через конденсатор С1 можно подключить звукосниматель, а к выходу (вместо резистора R11) — динамическую головку со звуковой катушкой сопротивлением 4.„6 Ом. Проигрываемая грампластинка должна звучать достаточно громко и без искажений.

Калибруют вольтметр по схеме, изображенной на рис. 43. В качестве источника переменного напряжения используют электросеть. Во избежание поражения элек-рическим током все операции, связанные с калибровкой, следует проводить с максимальной осторожностью, стараясь не касаться оголенных проводов и металлических деталей приборов.

Включив питание, прибору дают «прогреться» в течение 15...20 мин, после чего переменным резистором R8 («Уст. 0») устанавливают стрелку микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Переключив прибор на предел измерений 100 В, его вместе с образцовым вольтметром переменного тока подключают к переменному резистору R2 (движок этого резистора должен находиться в нижнем — по схеме — положении), входящему в делитель R1R2 напряжения сети. Установив по образцовому вольтметру калибровочное напряжение и„алибр=100 В, резистором налаживаемого прибора R6 («Калибр.») стрелку микроамперметра устанавливают на последнюю отметку шкалы, а на лицевой панели приставки напротив шлица на оси резистора R6 карандашом ставят отметку 100, Далее переменным резистором R2 сетевого делителя уменьшают входное напряжение ступенями по 10 В (90, 80, 70 и т. д.) и, контролируя его по образцовому вольтметру, определяют, какая из шкал авометра (~ или —) наиболее точно соответствует входному напряжению.

Точно так же калибруют остальные пределы измерений, уменьшая с помощью автотрансформатора напряжение на входе делителя. В результате возле оси резистора R6 («Калибр.) появятся четыре отметки. Если они почти сливаются, значит, добавочные резисторы Rl — R4 выбраны достаточно точно. Если же, наоборот, отметки удалены одна от другой (как, например, показано на рис. 43), то надо так подобрать добавочные резисторы R2 — R4, чтобы шлиц на оси калибровочного резистора все время оставался напротив одной из средних отметок, например напротив отметки 100. На этом калибровку вольтметра заканчивают и ось калибровочного резистора фиксируют в найденном положении.

Пользоваться прибором в процессе эксплуатации следует через 3...5 мин после включения питания, что необходимо для стабилизации теплового режима работы его элементов. После этого резистором «Уст. 0» стрелку микроамперметра устанавливают на нулевую отметку шкалы, и вольтметр готов к измерениям.

Во избежание большой погрешности измерений время от времени калибровку вольтметра проверяют и, если надо, корректируют.