ИЗМЕРИТЕЛЬ RCL
Этот прибор измерительной лаборатории с достаточной для радиолюбительской практики точностью позволяет измерять: сопротивление резисторов— от 10 Ом до 10 МОм, емкость конденсаторов — от 10 пФ до 10 мкФ, индуктивность катушек и дросселей — от 10.„20 мкГн до 8.„10 мГн. Метод измерения — мостовой. Индикация балансировки измерительного моста — звуковая с помощью головных телефонов. Точность измерений во многом зависит от тщательности подбора образцовых деталей и градуировки шкалы.
Принципиальная схема прибора изображена на рис. 53. Измеритель состоит из простейшего реохордного измерительного моста, генератора электрических колебаний звуковой частоты и усилителя тока. Питается прибор постоянным напряжением 9 В, снимаемым с нерегулируемого выхода блока питания лаборатории. Прибор можно питать и от автономного источника, например батареи «Крона», аккумуляторной батареи 7Д-0,115 или двух соединенных последовательно батарей 3336J1. Прибор сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 3...4.5 В, однако громкость сигнала в телефонах, особенно при измерении небольших емкостей, в этом случае заметно падает.
Генератор, питающий измерительный мост, представляет собой симметричный мультивибратор на транзисторах VT1 и VT2. Конденсаторы С1 и С2 создают между коллекторными и базовыми цепями транзисторов положительную обратную связь по переменному току, благодаря чему мультивибратор самовоз-буждается и генерирует электрические колебания, близкие по форме к прямоугольным. Резисторы и конденсаторы мультивибратора подобраны таким образом, что он генерирует колебания частотой около 1000 Гц. Напряжение такой частоты воспроизводится телефонами (или динамической головкой) примерно как звук «си» второй октавы.
Электрические колебания мультивибратора усиливаются усилителем на транзисторе VT3 и с его нагрузочного резистора R5 поступают в диагональ питания измерительного моста. Переменный резистор R5 выполняет функции реохорда. Плечо сравнения образуют образцовые резисторы R7—R9, конденсаторы С1— СЗ и катушки индуктивности L1 и L2, поочередно включаемые в мост переключателем SA1. Измеряемый резистор Rx или катушку индуктивности Lx подсоединяют к зажимам XTl, ХТ2, а конденсатор Сх — к зажимам ХТ2, ХТЗ. Головные телефоны BF1 включают в измерительную диагональ моста через гнезда XS1 и XS2. При любом виде измерений мост балансируют реохордом R5, добиваясь полного пропадания или наименьшей громкости звука в телефонах. Сопротивление Rx, емкость С* или индуктивность L* отсчитывают по шкале реохорда в относительных единицах.
Множители возле переключателя вида и пределов измерений SA1 показывают, на сколько ом, микрогенри или пикофарад надо умножить отсчитанное по шкале показание, чтобы определить измеряемое сопротивление резистора, емкость конденсатора или индуктивность катушки. Так, например, если при балансе моста считанное со шкалы реохорда показание равно 0,5, а переключатель SA1 находится в положении «ХЮ4 пФ», то емкость измеряемого конденсатора Сх равна 5000 пФ (0,005 мкФ).
Резистор R6 ограничивает коллекторный ток транзистора VT3, возрастающий при измерении индуктивности, и тем самым предотвращает возможный тепловой пробой транзистора.
Конструкция и детали. Внешний вид и конструкция прибора показаны на рис. 54. Большая часть деталей размещена на монтажной плате из гетинакса, закрепленной в корпусе на П-образных кронштейнах высотой 35 мм. Под монтажной платой можно установить батарею автономного питания прибора. Переключатель SA1, выключатель питания Q1 и колодка с гнездами XS1, XS2 для подключения головных телефонов закреплены непосредственно на передней стенке корпуса.
Разметка отверстий в передней стенке корпуса показана на рис. 55. Прямоугольное отверстие размерами 30X15 мм в нижней части стенки предназначено для выступающих вперед зажимов ХТ1 — ХТЗ. Такое же отверстие в правой части стенки является «окном» шкалы, круглое отверстие под ним предназначено для валика переменного резистора R5. Отверстие диаметром 12,5 мм предназначено для выключателя питания, функции которого выполняет тумблер ТВ2-1, отверстие диаметром 10,5 мм — для галетного переключателя SА1 на 11 положений (используется только восемь) и одно направление. Пять отверстий диаметром 3,2 мм с зенковкой служат для винтов крепления гнездовой колодки, полочки с зажимами ХТ1 — ХТЗ и кронштейна резистора R5, четыре отверстия диаметром 2,2 мм (также с зенковкой)—для заклепок крепления уголков, к которым привинчивают крышку.
Надписи, поясняющие назначение ручек управления, зажимов и гнезд, выполнены на плотной бумаге, которая затем 'накрывается пластиной из прозрачного органического стекла толщиной 2 мм. Для крепления этой накладки к корпусу использованы гайки выключателя питания Q1, переключателя SA1 и три винта М2Х4, ввинченные в резьбовые отверстия в накладке с внутренней стороны корпуса.
Конструкция зажимов для подключения к прибору резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, параметры которых надо измерить, показана на рис. 56. Каждый зажим состоит из деталей 2 и 3, закрепленных на гетинаксовой плате 1 заклепками 4. Соединительные провода припаивают к монтажным лепесткам 5. Детали зажимов изготавливают из твердой латуни или бронзы толщиной 0,4...0,5 мм. При работе с прибором нажимают на верхнюю часть детали 2 до совмещения отверстия в ней с отверстиями в нижней части этой же детали и детали 3 и вставляют в них вывод измеряемой детали. Необходимое контактное давление создается за счет пружинящих свойств материала, из которого изготовлены зажимы.
Пластина с зажимами закреплена на передней стенке прибора с помощью двух уголков 6 с внутренней стороны. Колодка с гнездами для подключения телефонов — такая же, как в ранее описанных приборах.
Устройство шкального механизма измерителя показано на рис. 57. Кронштейн 4, с помощью которого резистор 5 (R5) установлен на передней стенке 2 корпуса, согнут из полосы листового алюминиевого сплава размерами 140Х Х20Х2 мм. На валик резистора туго насажена втулка с резьбой, на которой гайками закреплен металлический диск 3 диаметром 80 мм со шкалой, выполненной на плотной бумаге. Окончательно кронштейн с резистором закрепляют на передней стенке корпуса после того, как шкала будет отградуирована и приклеена к диску.
Значения относительных единиц на шкале увеличиваются при вращении ручки реохорда R5 («Измерение») в направлении, противоположном движению часовой стрелки. Указателем шкалы служит отрезок тонкой стальной проволоки, приклеенный к краям ее «окна» с внутренней стороны передней стенки корпуса.
В описываемом измерителе RCL функции реохорда выполняет проволочный переменный резистор сопротивлением 470 Ом. Однако его сопротивление может быть и значительно больше — до нескольких килоом. Валик резистора наращен с таким расчетом, чтобы его конец можно было пропустить через отверстие в передней стенке корпуса 2 и накладке 1 и насадить на него ручку управления 6 («Измерение»), Применять переменные резисторы типа ВК или СП-I нежелательно, так как они менее стабильны, чем проволочные.
Разметка монтажной платы (гетинакс, текстолит толщиной 1,5...2 мм) и схема соединений деталей на ней показаны на рис. 58.
Для мультивибратора и усилителя можно использовать низкочастотные маломощные транзисторы структуры р-п-р, резисторы и конденсаторы любых типов. Что же касается образцовых резисторов R7—R9, конденсаторов С1— СЗ, то их необходимо подобрать с точностью не хуже 1...2%. Параметры этих деталей желательно проверить на приборе заводского изготовления.
Образцовая катушка L1, индуктивность которой должна быть равна 100 мкГн, содержит 96 витков провода ПЭВ-1 0,2, намотанного виток к витку на цилиндрическом каркасе внешним диаметром 17,5 мм, или 80 витков такого же провода, намотанного на каркасе диаметром 20 мм. В качестве каркаса можно, использовать картонные гильзы патронов для охотничьих ружей 20- или 12-го калибра. Каркас катушки насажен на кружок, выпиленный из гетинакса и приклеенный к монтажной плате клеем ВФ-2.
Индуктивность образцовой катушки L2 в десять раз больше (1 мГн). Она содержит 210 витков провода ПЭВ-1 0,12, намотанного на унифицированном трехсекционном полистироловом каркасе, и помещена в карбонильный броневой магнитопровод СБ-12а. Ее индуктивность подгоняют подстроечником, входящим В комплект магнитопровода. Последний приклеен к монтажной плате клеем БФ-2.
Индуктивность обеих катушек желательно подогнать до установки в измеритель. Лучше всего это сделать с помощью прибора заводского изготовления. Следует отметить, что если первую катушку изготовить точно по описанию, то она будет иметь близкую к необходимой индуктивность и по ней в собранном измерителе можно будет подогнать индуктивность второй катушки.
Налаживание прибора, градуировка шкалы. Если в измерителе использованы предварительно проверенные и отобранные транзисторы, резисторы и конденсаторы, мультивибратор и усилитель должны нормально работать без какого-либо налаживания. В этом нетрудно убедиться, соединив проволочной перемычкой зажимы XTl и ХТ2 или ХТ2 и ХТЗ. В телефонах должен появиться звук, громкость которого изменяется при перемещении движка реохорда из одного крайнего положения в другое. Если звука нет, значит, допущена ошибка в монтаже мультивибратора или неправильно подключен источник питания.
Желательную высоту (тон) звука в телефонах можно подобрать изменением емкости конденсатора С1 или С2. С уменьшением их емкости высота звука повышается, а с увеличением — понижается.
Поскольку шкала прибора общая для всех видов и пределов измерений, ее можно отградуировать на одном из пределов с помощью магазина сопротивлений. Допустим, что шкала прибора градуируется на поддиапазоне, соответствующем образцовому резистору R8 (10 кОм). Переключатель SA1 в этом случае устанавливают в положение «ХЮ4Ом», а к зажимам ХТ1 и ХТ2 подключают резистор сопротивлением 10 кОм. После этого мост балансируют, добиваясь пропадания звука в телефонах, и на шкале реохорда напротив стрелки делают исходную риску с отметкой 1. Она будет соответствовать сопротивлению 104 Ом, т. е. 10 кОм. Далее к прибору поочередно подключают резисторы сопротивлением 9, 8, 7 кОм и т. д. и делают на шкале отметки, соответствующие долям единицы. В дальнейшем отметка 0,9 на шкале реохорда при измерении сопротивлений этого поддиапазона будет соответствовать сопротивлнию 9 кОм (0,9-104 0м = 9000 Ом = 9 кОм), отметка 0,8 — сопротивлению 8 кОм (0,8-1040м = = 8000 Ом = 8 кОм) и т. д. Далее к прибору подключают резисторы сопротивлением 15, 20, 25 кОм и т. д. и на шкале реохорда делают соответствующие отметки (1,5; 2; 2,5 и т. д.). В результате получится шкала, образец которой показан на рис. 59.
Отградуировать шкалу можно также с помощью набора резисторов с допускаемым отклонением от номиналов не более ±5%. Соединяя резисторы параллельно или последовательно, можно получать практически любые значения «образцовых» резисторов.
Отградуированная таким способом шкала пригодна для других видов и пределов измерений только в том случае, если соответствующие им образцовые резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности будут иметь параметры, указанные на принципиальной схеме прибора.
Пользуясь прибором, надо помнить, что при измерении емкости оксидных конденсаторов (вывод их положительной обкладки подключают к зажиму ХТЗ) баланс моста ощущается не так четко, как при измерении сопротивлений, поэтому и точность измерений ■ меньше. Объясняется такое явление утечкой тока, свойственной оксидным конденсаторам.