Высокочастотный вольтметр с линейной шкалой. Высокочастотный милливольтметр с линейной шкалой

Одним из самых необходимых приборов в арсенале радиолюбителя коротковолновика безусловно является высокочастотный вольтметр.
В отличии от НЧ мультиметров и недорогих, компактных ЖК осциллографов такие приборы значительно более редки, а новые, фирменные, еще и достаточно дороги.
Поэтому было решено собрать самодельный прибор, с учетом обычно предъявляемых требований.

При выборе варианта индикации остановился на аналоговой. В отличии от цифровой, аналоговая индикация позволяет легко и наглядно оценивать изменения показаний количественно, а не только путем сравнения результатов. Это особенно важно при настройке схем, где амплитуда измеряемого сигнала постоянно меняется.
В то же время, точность измерений при соответствующей схемотехнике вполне достаточна.

Как правило разделяют два вида ВЧ вольтметров. В первых, используются широкополосные усилители , обеспечивающие работу детекторного элемента на линейном участке ВАХ, либо включением выпрямителя в цепь ООС такого усилителя.

Во вторых, используется простейший детектор, иногда с высокомным УПТ. Шкала такого ВЧ вольтметра нелинейна на нижних пределах измерений и требует применения специальных таблиц, либо индивидуальной калибровки шкалы.
Попытка линеаризировать в какой то мере шкалу, а также сдвинуть порог чувствительности вниз, за счет пропускания небольшого тока через диод не решает проблему. Полученные ВЧ вольтметры до начала линейного участки ВАХ остаются по сути, индикаторами. Тем не менее, такие ВЧ вольтметры как в виде законченных приборов, так и в виде приставок к цифровым мультиметрам весьма популярны, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в журналах и интернете.

Существует еще один способ линеаризации измерительной шкалы, когда линеаризирующий элемент включается в цепь ОС УПТ, обеспечивая необходимое изменение усиления в зависимости от амплитуды входного сигнала.
Подобные схемы нередко используются в узлах профессиональной аппаратуры, например, в широкополосных высоколинейных измерительных усилителях с АРУ. Именно на базе такого решения был создан описываемый здесь прибор .

Автором данной статьи впервые такой прибор был собран примерно в годы его публикации, недавно пересобран, перенесен в другой корпус, на новые печатные платы и под новые комплектующие.
При всей очевидной простоте схемы, данный ВЧ вольтметр обеспечивает очень неплохие параметры.
Диапазон измеряемых напряженией (конечные деления шкалы) от 10мВ до 20В. Диапазон частот от 100Гц, до 75МГц, входное сопротивление не менее 1МОм, при входной емкости не более нескольких пФ (определяется, в основном, конструктивом ВЧ головки). И, естественно, имеет линейную шкалу, избавляющую от проблем с градуировкой. Точность измерений, при качественной настройке, не хуже 5%.

Схема прибора показана на рисунке1.

Рис. 1

Конструктивно прибор состоит из трех частей. Измерительный детектор (ВЧ головка), плата УПТ с узлом линеаризации и плата стабилизаторов.
Линеаризирующий узел выполнен на микросхеме ОР1 с диодом в цепи ООС. Из-за наличия в цепи отрицательной обратной связи диода D2, усиление этого каскада УПТ при малых входных напряжениях увеличивается. Благодаря этому, уменьшение выходного напряжения детектора компенсируется и шкала прибора оказывается линейной.

Конденсаторы С4, С5 предотвращают самовозбуждение УПТ и уменьшают возможные наводки.
Прибор примененный в вольтметре на ток 1мА.
Резисторы нестандартных номиналов состоят из 2-х. ОУ можно применить любые, с высоким входным сопротивлением. Конденсатор С3 монтируется непосредственно на входном BNC разъеме.
Резистор R7 случит для оперативной установки стрелки головки на 0. При этом ВЧ головка должна быть замкнута по входу.
Налаживание прибора начинают с балансировки усилителя на ОУ OP2. Для этого переключатель пределов измерения ставят на 5В, замыкают ВЧ головку и подстроечным резистором R13 устанавливают стрелку прибора на 0. Далее, переключаем на 10мВ, подаем такое же напряжение, устанавливаем резистором R14 стрелку на последнее деление шкалы. Подаем на вход 5мВ, стрелка должна быть примерно на середине шкалы. Линейности добиваемся подбором резистора R2.
Далее, калибруем прибор на всех поддиапазонах соответствующими подстроечными резисторами.

Внешний вид готового прибора:

Детекторная ВЧ головка

Рисунки печатных плат вольтметра и стабилизаторов можно взять

ВЧ вольтметр с линейной шкалой
Роберт АКОПОВ (UN7RX), г. Жезказган Карагандинской обл., Казахстан

Одним из необходимых приборов в арсенале радиолюбителя-коротковолновика, безусловно, является высокочастотный вольтметр. В отличие от НЧ мультиметра или, например, компактного ЖК осциллографа, такой прибор в продаже встречается редко, да и стоимость нового фирменного довольно высока. Посему, когда назрела необходимость в таком приборе, он был построен, причем со стрелочным миллиамперметром в качестве индикатора, который, в отличие от цифрового, позволяет легко и наглядно оценивать изменения показаний количественно, а не путем сравнения результатов. Это особенно важно при налаживании устройств, где амплитуда измеряемого сигнала постоянно меняется. В то же время точность измерения прибора при использовании определенной схемотехники получается вполне приемлемой.

На схеме в журнале опечатка: R9 должен быть сопротивлением 4,7 МОм

ВЧ вольтметры можно разделить на три группы. Первые построены на базе широкополосного усилителя с включением диодного выпрямителя в цепь отрицательной ОС . Усилитель обеспечивает работу выпрямительного элемента на линейном участке ВАХ. В приборах второй группы применяют простейший детектор с высокоомным усилителем постоянного тока (УПТ). Шкала такого ВЧ вольтметра на нижних пределах измерений нелинейна, что требует применения специальных градуировочных таблиц либо индивидуальной калибровки прибора . Попытка в какой-то мере линеаризировать шкалу и сдвинуть порог чувствительности вниз путем пропускания небольшого тока через диод проблему не решает. До начала линейного участка ВАХ эти вольтметры являются, по сути, индикаторами . Тем не менее такие приборы, как в виде законченных конструкций, так и приставок к цифровым мультиметрам, весьма популярны, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в журналах и сети Интернет.
Третья группа приборов использует линеаризацию шкалы, когда линеаризирующий элемент включен в цепь ОС УПТ для обеспечения необходимого изменения усиления в зависимости от амплитуды входного сигнала. Подобные решения нередко используют в узлах профессиональной аппаратуры, например, в широкополосных высоколинейных измерительных усилителях с АРУ, либо узлах АРУ широкополосных ВЧ генераторов. Именно на таком принципе построен описываемый прибор, схема которого с незначительными изменениями заимствована из .
При всей очевидной простоте ВЧ вольтметр имеет очень неплохие параметры и, естественно, линейную шкалу, избавляющую от проблем с градуировкой.
Диапазон измеряемого напряжения — от 10 мВ до 20 В. Рабочая частотная полоса — 100 Гц…75 МГц. Входное сопротивление — не менее 1 МОм при входной емкости не более нескольких пикофарад, которая определяется конструкцией детекторной головки. Погрешность измерений — не хуже 5 %.
Линеаризирующий узел выполнен на микросхеме DA1. Диод VD2 в цепи отрицательной ОС способствует повышению усиления этой ступени УПТ при малых значениях входного напряжения. Снижение выходного напряжения детектора компенсируется, в результате показания прибора приобретают линейную зависимость. Конденсаторы С4, С5 предотвращают самовозбуждение УПТ и уменьшают возможные наводки. Переменный резистор R10 служит для установки стрелки измерительного прибора РА1 на нулевую отметку шкалы перед проведением измерений. При этом вход детекторной головки должен быть замкнут. питания прибора особенностей не имеет. Он выполнен на двух стабилизаторах и обеспечивает двуполярное напряжение 2×12 В для питания операционных усилителей (сетевой трансформатор на схеме условно не показан, но входит в состав набора для сборки).

Все детали прибора, за исключением деталей измерительного щупа, смонтированы на двух печатных платах из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Ниже приведена фотография платы УПТ, платы а питания и измерительного щупа.

Миллиамперметр РА1 — М42100, с током полного отклонения стрелки 1 мА. Переключатель SA1 — ПГЗ-8ПЗН. Переменный резистор R10 — СП2-2, все подстроечные резисторы — импортные многооборотные, например 3296W. Резисторы нестандартных номиналов R2, R5 и R11 могут быть составлены из двух, включенных последовательно. Операционные усилители можно заменить другими, с высоким входным сопротивлением и желательно с внутренней коррекцией (чтобы не усложнять схему). Все постоянные конденсаторы — керамические. Конденсатор СЗ смонтирован непосредственно на входном разъеме XW1.
Диод Д311А в ВЧ выпрямителе выбран из соображения оптимальности максимально допустимого ВЧ напряжения и эффективности выпрямления на верхней измеряемой частотной границе.
Несколько слов о конструкции измерительного щупа прибора. Корпус щупа изготовлен из стеклотекстолита в виде трубки, поверх которой надет экран из медной фольги.

Внутри корпуса размещена плата из фольгированного стеклотекстолита, на которой смонтированы детали щупа. Кольцо из полоски луженой фольги примерно посредине корпуса предназначено для обеспечения контакта с общим проводом съемного делителя, который можно навинтить вместо наконечника щупа.
Налаживание прибора начинают с балансировки ОУ DA2. Для этого переключатель SA1 устанавливают в положение «5 В», замыкают вход измерительного щупа и подстроечным резистором R13 устанавливают стрелку прибора РА1 на нулевую отметку шкалы. Затем переключают прибор в положение «10 мВ», на его вход подают такое же напряжение, и резистором R16 устанавливают стрелку прибора РА1 на последнее деление шкалы. Далее на вход вольтметра подают напряжение 5 мВ, стрелка прибора должна быть примерно на середине шкалы. Линейности показаний добиваются подборкой резистора R3. Ещё лучшей линейности можно добиться подборкой резистора R12, однако следует иметь в виду, что это повлияет на коэффициент усиления УПТ. Далее калибруют прибор на всех поддиапазонах соответствующими подстроечными резисторами. В качестве а образцового напряжения при градуировке вольтметра автор использовал генератор Agilent 8648A (с подключенным к его выходу эквивалентом нагрузки сопротивлением 50 Ом), имеющий цифровой измеритель уровня выходного сигнала.
Всю статью из журнала Радио №2, 2011 можно загрузить отсюда
ЛИТЕРАТУРА:
1. Прокофьев И., Милливольтметр-Q-метр. — Радио, 1982, №7, с. 31.
2. Степанов Б., ВЧ головка к цифровому мультиметру. — Радио, 2006, № 8, с. 58, 59.
3. Степанов Б., ВЧ вольтметр на диоде Шоттки. — Радио, 2008, № 1, с. 61, 62.
4. Пугач А., Высокочастотный милливольтметр с линейной шкалой. — Радио, 1992, № 7, с. 39.

Стоимость печатных плат (щупа, основной платы и платы БП) с маской и маркировкой: 80 грн.

Простой гетеродинный индикатор резонанса.

С замкнутой накоротко катушкой L2 ГИР позволяет определять резонансную частоту от 6 МГц

до 30 МГц. С подключенной катушкой L2 диапазон измерения частоты - от 2,5 МГц до 10 МГц.

Резонансную частоту определяют, вращая ротор С1 и, наблюдая на экране осциллографа

изменение сигнала.

Генератор сигналов высокой частоты.

Генератор сигналов высокой частоты предназначен для проверки и налаживания различных высокочастотныхустройств. Диапазон генерируемых частот 2 ..80 МГц разбит на пять поддиапазонов:

I - 2-5 МГц

II - 5-15 МГц

III - 15 - 30 МГц

IV - 30 - 45 МГц

V - 45 - 80 МГц

Максимальная амплитуда выходного сигнала на агрузке 100 Ом составляет около 0,6 В. В генераторе предусмотрена плавная регулировка амплитуды выходного сигнала, а также возможность

амплитудной и частотной модуляции выходного сигнала от внешнего источника. Питание генератора осуществляется от внешнего источника постоянного напряжения 9... 10 В.

Принципиальная схема генератора приведена на рисунке. Он состоит из задающего генератора ВЧ, выполненного на транзисторе V3, и выходного усилителя на транзисторе V4. Генератор выполнен по схеме индуктивной трехточки. Нужный поддиапазон выбирают переключателем S1, а перестраивают генератор конденсатором переменной емкости С7. Со стока транзистора V3 напряжение ВЧ поступает на первый затвор

полевого транзистора V4. В режиме ЧМ низкочастотное напряжение поступает на второй затвор этого транзистора.

Частотная модуляция осуществляется с помощью варикапа VI, на который подается напряжение НЧ в режиме FM. На выходе генератора напряжение ВЧ регулируется плавно резистором R7.

Генератор собран в корпусе, изготовленном из одностороннего фольгироваиного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм., размерами 130X90X48 мм. На передней панели генератора установлены

переключатели S1 и S2 типа П2К, резистор R7 типа ПТПЗ-12, конденсатор переменной емкости С7 типа КПЕ-2В от радиоприемника «Альпинист-405», в котором используются обе секции.

Катушка L1 намотана на ферритовом магнитопроводе М1000НМ (К10Х6Х Х4,б) и содержит (7+20) витков провода ПЭЛШО 0,35. Катушки L2 и L3 намотаны на каркасах диаметром 8 и длиной 25 мм с карбонильными подстроенными сердечниками диаметром 6 и длиной 10 мм. Катушка L2 состоит из 5+15 витков провода ПЭЛШО 0,35, L3 - из 3 + 8 витков. Катушки L4 и L5 бескаркасные

диаметром 9 мм намотаны проводом ПЭВ-2, 1,0. Катушка L4 содержит 2+4 витка, a L5- 1 + 3 витка.

Налаживание генератора начинают с проверки монтажа Затем подают напряжение питания и с помощью ВЧ вольтметра проверяют наличие генерации на всех поддиапазонах. Границы

диапазонов уточняют с помощью частотомера, и при необходимости подбирают конденсаторы С1-С4(С6), подстраивают сердечниками катушек L2, L3 и изменяют расстояние между витками катушек L4 и L5.

Мультиметр-ВЧ милливольтметр.

Сейчас самым доступным и самым распространенным прибором радиолюбителя стал цифровой мультиметр серии М83х.

Прибор предназначен для общих измерений и потому у него нет специализированных функций. Между тем, если вы занимаетесь радиоприемной или передающей техникой вам нужно измерять

небольшие ВЧ напряжения (гетеродин, выход каскада УПЧ, и т. д.), настраивать контура. Для этого мультиметр нужно дополнить несложной выносной измерительной головкой, содержащей

высокочастотный детектор на германиевых диодах. Входная емкость ВЧ-головки менее 3 пФ., что позволяет её подключать прямо к контуру гетеродина или каскада. Можно использовать диоды Д9, ГД507 или Д18, диоды Д18 дали наибольшую чувствительность (12 мВ). ВЧ-головка собрана в экранированном корпусе, на котором расположены клеммы для подключения щупа или проводников к измеряемой схеме. Связь с мультиметром при помощи экранированного телевизионного кабеля РК-75.

Измерение малых емкостей мультиметром

Многие радиолюбители используют в своих лабораториях мультиметры, некоторые из них позволяют измерять и емкости конденсаторов. Но как показывает практика, этими приборами нельзя замерить емкость до 50 пф, а до 100 пф – большая погрешность. Для того, чтобы можно было измерять небольшие емкости, предназначена эта приставка. Подключив приставку к мультиметру, нужно выставить на индикаторе значение 100пф, подстраивая С2. Теперь при подключении конденсатора 5 пф прибор покажет 105. Остается только вычесть цифру 100

Искатель скрытой проводки

Определить место прохождения скрытой электрической проводки в стенах помещения поможет сравнительно простой искатель, выполненный на трех транзисторах (рис. 1). На двух биполярных транзисторах (VT1, VT3) собран мультивибратор, а на полевом (VT2) - электронный ключ.

Принцип действия искателя основан на том, что вокруг электрического провода образуется электрическое поле его и улавливает искатель. Если нажата кнопка выключателя SB1, но электрического поля в зоне антенного щупа WA1 нет либо искатель находится далеко от сетевых проводов, транзистор VT2 открыт, мультивибратор не работает, светодиод HL1 погашен. Достаточно приблизить антенный щуп, соединенный с цепью затвора полевого

транзистора, к проводнику с током либо просто к сетевому роводу, транзистор VT2 закроется, шунтирование базовой цепи транзистора VT3 прекратится и мультивибратор вступит в действие. Начнет вспыхивать светодиод. Перемещая антенный щуп вблизи стены, нетрудно проследить за пролеганием в ней сетевых проводов.

Прибор позволяет отыскать и место обрыва фазного провода. Для этого нужно включить в розетку нагрузку, например настольную лампу, и перемещать антенный щуп прибора вдоль проводки. В месте, где светодиод перестает мигать, нужно искать неисправность.

Полевой транзистор может быть любой другой из указанной на схеме серии, а биполярные - любые из серии КТ312, КТ315. Все

резисторы - МЛТ-0,125, оксидные конденсаторы - К50-16 или другие малогабаритные, светодиод - любой из серии АЛ307, источник питания батарея «Крона» либо аккумуляторная батарея напряжением 6...9 В, кнопочный выключатель SB1 - КМ-1 либо аналогичный. Часть деталей прибора смонтирована на плате (рис. 2) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Корпусом искателя может стать пластмассовый пенал (рис. 3)

для хранения школьных счетных палочек. В его верхнем отсеке крепят плату, в нижнем располагают батарею. К боковой стенке верхнего отсека прикрепляют выключатель и светодиод, а к верхней стенке - антенный щуп. Он представляет собой кониче-

ский пластмассовый колпачок, внутри которого находится металлический стержень с резьбой. Стержень крепят к корпусу гайками, изнутри корпуса надевают на стержень металлический лепесток, который соединяют гибким монтажным проводником с резистором R1 на плате. Антенный щуп может быть иной конструкции, например, в виде петли из отрезка толстого (5 мм) высоковольтного провода, используемого в телевизоре. Длина

отрезка 80...100 мм, его концы пропускают через отверстия в верхнем отсеке корпуса и припаивают к соответствующей точке платы. Желаемую частоту колебаний мультивибратора, а значит, частоту вспышек светодиода можно установить подбором резисторов RЗ, R5 либо конденсаторов С1, С2. Для этого нужно временно отключить от резисторов RЗ и R4 вывод истока по-

левого транзистора и замкнуть контакты выключателя. Если при поиске места обрыва фазного провода чувствительность прибора окажется чрезмерной, ее нетрудно снизить уменьшением длины антенного щупа или отключением проводника, соединяющего щуп с печатной платой. Искатель может быть собран и по несколько иной схеме (рис. 4) с использованием биполярных транзисторов разной структуры - на них выполнен генератор. Полевой же транзистор (VT2) по-прежнему управляет работой генератора при попадании антенного щупа WA1 в электрическое поле сетевого провода.

Транзистор VT1 может быть серии

КТ209 (с индексами А-Е) или КТ361,

VT2 - любой из серии КП103, VT3 - любой из серий КТ315, КТ503, КТ3102. Резистор R1 может быть сопротивлением 150...560 Ом, R2 - 50 кОм...1,2 МОм, R3 и R4 с отклонением от указанных на схеме номиналов на ±15%, конденсатор С1 - емкостью 5...20 мкФ. Печатная плата для этого варианта искателя меньше по габаритам (рис. 5), но конструктивное оформление практически такое же, что и предыдущего варианта.

Любой из описанных искателей можно применять для контроля работы системы зажигания автомобилей. Поднося антенный щуп искателя к высоковольтным проводам, по миганию светодиода определяют цепи, на которые не поступает высокое напряжение, или отыскивают неисправную свечу зажигания.

Журнал«Радио»,1991,№8,с.76

Не совсем обычная схема ГИРа изображена на рисунке. Отличие-в выносном витке связи. Петля L1 выполнена из медного провода диаметром 1,8 мм, диаметр петли около 18 мм, длина ее выводов 50 мм. Петля вставляется в гнезда, расположеные на торце корпуса. L2 намотана на стандартном ребристом корпусе и содержит 37 витков провода диаметром 0,6 мм с отводами от 15, 23, 29 и 32-го витка Диапазон- от 5,5 до 60 мгц

Простой измеритель емкости

Измеритель емкости позволяет измерять емкость конденсаторов от 0,5 до 10000пФ.

На логических элементах ТТЛ D1.1 D1.2 собран мультивибратор, частота которого зависит от сопротивления резистора включенного между входом D1.1 и выходом D1.2. Для каждого предела измерения устанавливается определенная частота при помощи S1, одна секция которого переключает резисторы R1-R4 , а другая конденсаторы С1-С4.

Импульсы с выхода мультивибратора поступают на усилитель мощности D1.3 D1.4 и далее через реактивное сопротивление измеряемого конденсатора Сх на простой вольтметр переменного тока на микроамперметре Р1.

Показания прибора зависят от соотношения активного сопротивления рамки прибора и R6, и реактивного сопротивления Сх. При этом Сх зависит от емкости (чем больше, тем меньше сопротивление).

Калибровку прибора производят на каждом пределе при помощи подстроечных резисторов R1-R4 измеряя конденсаторы с известными емкостями. Чувствительность индикатора прибора можно установить подбором сопротивления резистора R6.

Литература РК2000-05

Простой функциональный генератор

В радиолюбительской лаборатории обязательным атрибутом должен быть функциональный генератор. Предлагаем вашему вниманию функциональный генератор, способный вырабатывать синусоидальный, прямоугольный, треугольный сигналы при высокой стабильности и точности. При желании, выходной сигнал может быть модулированным.

Диапазон частот разделен на четыре поддиапазона:

1. 1 Гц-100 Гц,

2. 100Гц-20кГц,

3. 20 кГц-1 МГц,

4. 150KHz-2 МГц.

Точно частоту можно выставить, используя потенциометры P2 (грубо) и P3(точно)

регуляторы и переключатели функционального генератора:

P2 - грубая настройка частоты

P3 - точная настройка частоты

P1 - Амплитуда сигнала (0 - 3В при питании 9В)

SW1 - переключатель диапазонов

SW2 - Синусоидальный/треугольный сигнал

SW3 - Синусоидальный(треугольный)/меандр

Для контроля частоты генератора сигнал можно снять непосредственно с вывода 11.

Параметры:

Синусоидальный сигнал:

Искажения: менее 1% (1 кГц)

Неравномерность: +0,05 дБ 1 Гц - 100 кГц

Прямоугольный сигнал:

Амплитуда: 8В (без нагрузки) при питании 9В

Время нарастания: менее 50 нс (при 1 кГц)

Время спада: менее 30ns (на 1 кГц)

Рассимметрия: менее 5%(1 кГц)

Треугольный сигнал:

Амплитуда: 0 - 3В при питании 9В

Нелинейность: менее 1% (до 100 кГц)

Защита сети от перенапряжения

Отношение емкостей C1 и составной С2 и С3 влияет на выходное напряжение. Мощности выпрямителя хватает для паралельного включения 2-3х реле типа РП21 (24в)

Генератор на 174ха11

На рисунке представлен генератор на микросхеме К174ХА11, частота которого управляется напряжением. При изменении емкости С1 от 560 до 4700пФ можно получить широкий диапазон частот, при этом настройка частоты производится изменением сопротивления R4. Так например автор выяснил что, при С1=560пФ частоту генератора можно изменять при помощи R4 от 600Гц до 200кГц, а при емкости С1 4700пФ от 200Гц до 60кГц.

Выходной сигнал снимается с вывода 3 микросхемы с выходным напряжением 12В, автор рекомендует сигнал с выхода микросхемы подавать через токоограничивающий резистор с сопротивлением 300 Ом.

Измеритель индуктивности

Предлагаемый прибор позволяет измерять индуктивности катушек на трех пределах измерения - 30, 300 и 3000 мкГн с точностью не хуже 2% от значения шкалы. На показания не влияют собственная ёмкость катушки и ее омическое сопротивление.

На элементах 2И-НЕ микросхемы DDI собран генератор прямоугольных импульсов, частота повторений которых определяется ёмкостью конденсатора C1, С2 или СЗ в зависимости от включенного предела измерений переключателем SA1. Эти импульсы через один из конденсаторов С4, С5 или С6 и диод VD2 поступают на измеряемую катушку Lx, которая подключена к клеммам XS1 и XS2.

После прекращения очередного импульса во время паузы за счет накопленной энергии магнитного поля ток через катушку продолжает протекать в том же направлении через диод VD3, его измерение осуществляется отдельным усилителем тока собранного на транзисторах Т1, Т2 и стрелочным прибором РА1. Конденсатор С7 сглаживает пульсации тока. Диод VD1 служит для привязки уровня импульсов, поступающих на катушку.

При налаживании прибора необходимо использовать три эталонные катушки с индуктивностями 30, 300 и 3000 мкГн, которые поочередно подключаются вместо L1, и соответствующим переменным резистором R1, R2 или R3 стрелка прибора устанавливается на максимальное деление шкалы. Во время эксплуатации измерителя достаточно выполнять калибровку переменным резистором R4 на пределе измерения 300 мкГн, используя катушку L1 и включив выключатель SB1. Питание микросхемы производится от любого источника напряжением 4,5 - 5 В.

Расход тока каждого элемента питания составляет по 6 мА. Усилитель тока для миллиамперметра можно не собирать, а параллельно конденсатору С7 подключить микроамперметр со шкалой 50мкА и внутренним сопротивлением 2000 Ом. Индуктивность L1 может быть составной, но тогда следует расположить отдельные катушки взаимно перпендикулярно или как можно дальше друг от друга. Для удобства монтажа все соединительные провода оснащены штекерами, а на платах установлены соответствующие им гнёзда.

Простой индикатор радиоактивности

Гетеродинный индикатор резонанса

  Г.Гвоздицкий

Принципиальная схема предлагаемого ГИРа приведена на рис.1. Его гетеродин выполнен на полевом транзисторе VT1, включенном по схеме с общим истоком. Резистор R5 ограничевает ток стока полевого транзистора. Дроссель L2 - элемент развязки гетеродина от источника питания по высокой частоте.

Диод VD1, подсоединенный к выводам затвора и истока транзистора, улучшает форму генерируемого напряжения, приближая ее к синусоидальной. Без диода положительная полуволна тока стока станет искажаться из-за увеличения коэффициента усиления транзистора с повышением напряжения на затворе, что неизбежно приводит к появлению четных гармоник в спектре сигнала гетеродина

Через конденсатор С5 напряжение радиочастоты поступает на вход высоко¬частотного вольтметра-индикатора, состоящего из детектора, диоды VD2 и VD4 которого включены по схеме удвоения напряжения, что повышает чувствительность детектора и стабильность работы усилителя постоянного токи на транзисторе VT2 с микроамперметром РА1 в коллекторной цели. Диод VD3 стабилизирует образцовое напряжение на диодах VD2,VD4. Переменным резистором R3 объединенным с выключателем питания SА1, устанавливают стрелку микроамперметра РА1 в исходное положение на крайнюю правую отметку шкалы

Если а каких-то участках диапазона необходимо повысить точность шкалы, то параллельно катушке подключайте слюдяной конденсатор постоянной емкости.

Вариант катушек, выполненных на каркасах из лабораторных пробирок для забора крови, показаны на фото (рис.2) и подбираются радиолюбителем на желаемый диапазон

Индуктивность контурной катушки и емкость контура с учетом дополнительного конденсатора можно рассчитать по формуле

LC=25330/f²

где С- в пикофарадах, L - в микрогенри, f - в мегагерцах.

Определяя резонансную частоту иследуемого контура, к нему возможно ближе подносят катушку ГИРа и медленно вращая ручку блока КПЕ, следят за показаниями индикатора. Как только его стрелка качнется влево, отмечают соответствующее положение ручки КПЕ. При дальнейшем вращении ручки настройки стрелка прибора возвращается в исходное положение. Та отметка на шкале, где наблюдается максимальный *провал* стрелки, как раз и будет соответстовать резонансной частоте исследуемого контура

В описываемом ГИРе нет дополнительного стабилизатора питающего напряжения, поэтому при работе с ним рекомендовано пользоваться источником с одним и тем же значением напряжения постоянного тока - оптимально сетевым блоком питания со стабилизированным выходным напряжением.

Делать одну общую шкалу для всех диапазонов нецелесообразно из-за сложности такой работы. Тем более, что точность полученной шкалы при различной плотности перестройки применяемых контуров затруднит пользование прибором.

Катушки L1 пропитаны эпоксидным клеем или НН88. На ВЧ диапазоны их желательно намотать медным посеребренным проводом диаметром 1,0 мм.

Конструктивно каждая контурная катушка размещена на основании распространенного разъема СГ-3. Он вклеен в каркас катушки.

Упрощенный вариант ГИРа

От ГИРа Г.Гвоздицкого отличается тем, о чем уже писалось в статье - наличие среднего вывода сменной катушки L1, применен переменный конденсатор фирмы «Тесла» с твердым диэлектриком, нет диода, формирующего форму синусоидальную сигнала. Отсутствует выпрямитель-удвоитель напряжения ВЧ и УПТ, что снижает чувствительность прибора.

Из положительных сторон следует отметить наличие «растягивающих» отключаемых конденсаторов С1, С2 и простейший верньер, совмещенный с двумя переключающимися шкалами, которые можно градуировать карандашом, питание включается кнопкой только в момент проведения измерений, что экономит батарею.

Для питания счетчика Гейгера В1 требуется напряжение 400В, это напряжение вырабатывает источник на блокинг-генераторе на транзисторе VT1. Импульсы с повышающей обмотки Т1 выпрямляются выпрямителем на VD3C2. Напряжение на С2 поступает на В1, нагрузкой которого является резистор R3. При прохождении через В1 ионизирующей частицы в нем возникает короткий импульс тока. Этот импульс усиливается усилителем-формирователем импульсов на VT2VT3. В результате через F1-VD1 протекает более длительный и более сильный импульс тока - светодиод вспыхивает, а в капсюле F1 раздается щелчок.

Счетчик Гейгера можно заменить любым аналогичным, F1 любой электромагнитный или динамический сопротивлением 50 Ом.

Т1 наматывается на ферритовом кольце с внешним диаметром 20 мм, первичная обмотка содержит 6+6 витков провода ПЭВ 0,2, вторичная 2500 витков провода ПЭВ 0,06. Между обмотками нужно проложить изоляционный материал из лакоткани. Первой наматывают вторичную обмотку, на нее поверхность, равномерно, вторичную.

Прибор для измерения емкости

Прибор имеет шесть поддиапазонов,верхние пределы для которых равны соответственно 10пф, 100пф, 1000пф, 0,01мкф, 0,1мкф и 1мкф. Отсчёт ёмкости производится по линейной шкале микроамперметра.

Принцип действия прибора основан на измерении переменного тока, протекающего через исследуемый конденсатор. На операционном усилителе DA1 собран генератор прямоугольных импульсов. Частота повторения этих импульсов зависит от ёмкости одного из конденсаторов С1-С6 и положения движка подстроечного резистора R5. В зависимости от поддиапазона, она меняется от 100Гц до 200кГц. Подстроечным резистором R1 устанавливаем симметричную форму колебаний (меандр) на выходе генератора.

Диоды D3-D6, подстроечные резисторы R7-R11 и микроамперметр PA1 образуют измеритель переменного тока. Для того,чтобы погрешность измерений не превышала 10% на первом поддиапазоне (ёмкость до10пФ),внутреннее сопротивление микроамперметра должно быть не более 3кОм.На остальных поддиапазонах паралельно PA1 подключают подстроечные резисторы R7-R11.

Требуемый поддиапазон измерений устанавливают переключателем SA1. Одной группой контактов он переключает частотозадающие конденсаторы С1-С6 в генераторе,другой - подстроечные резисторы в индикаторе. Для питания прибора необходим стабилизированный двуполярный источник на напряжение от 8 до 15В. Номиналы частотозадающих конденсаторов С1-С6 могут отличаться на 20%, но сами конденсаторы должны иметь достаточно высокую температурную и временную стабильность.

Налаживание прибора производят в следующей последовательности. Сначала на первом поддиапазоне добиваются симметричных колебаний резистором R1. Движок резистора R5 при этом должен быть в среднем положении. Затем, подключив к клеммам "Сх" эталонный конденсатор 10пф, подстроечным резистором R5 устанавливают стрелку микроамперметра на деление соответствующее ёмкости эталонного конденсатора (при использовании прибора на 100мка, на конечное деление шкалы).

Схема приставки

Приставка к частотомеру для определения частоты настройки контура и его предварительной настройки. Приставка работоспособна в диапазоне 400 кгц-30 мгц. Т1 и Т2 могут быть КП307, BF 245

LY2BOK

Высокая точность измерений величины ВЧ-напряжений (до третьего-четвертого знака) в радиолюбительской практике, собственно, и не нужна. Больше важна качественная составляющая (наличие сигнала достаточно высокого уровня - чем больше, тем лучше). Обычно, при измерении ВЧ-сигнала на выходе гетеродина (генератора), такая величина не превышает 1,5 - 2 вольт, а сам контур в резонанс настраивают по максимальной величине ВЧ напряжения. При настройках в трактах ПЧ сигнал покаскадно повышающаяся от единиц до сотни милливольт.

При настройках гетеродинов, трактов ПЧ до сих пор часто применяются ламповые вольтметры (типа ВК 7-9, В7-15 и др.) с диапазонами измерений 1 - 3в. Высокое входное сопротивление и малая входная емкость в таких приборах является определяющим фактором, а погрешность составляет до 5-10% и определяется точностью применяемой стрелочной измерительной головки. Измерения таких же параметров можно проводить с помощью самодельных стрелочных приборов, схемы которых выполнены на микросхемах с полевыми транзисторами на входе. Например, в ВЧ милливольтметре Б.Степанова (2) входная емкость составляет всего 3 пФ, сопротивление на различных поддиапазонах (от 3 мВ до 1000 мВ) даже в худшем случае не превышает 100 кОм при погрешности +/- 10% (определяется применяемой головкой и погрешностью КИП для градуировки). При этом измеряемое ВЧ напряжение с верхней границей частотного диапазона 30 мГц без явной частотной погрешности, что вполне приемлемо в радиолюбительской практике.

По схемотехнике предлагаемый прибор очень прост, а минимум применяемых комплектующих найдутся «в ящике» практически каждого радиолюбителя. Собственно, в схеме ничего нового нет. Применение ОУ для таких целей подробно описано в радиолюбительской литературе 80-90 годов (1, 4). Использована широкораспространенная микросхема К544УД2А (или УД2Б, УД1А, Б) с полевыми транзисторами на входе (а значит и с высоким входным сопротивлением). Можно применять любые операционные усилители других серий с полевиками на входе и в типичном включении, например, К140УД8А. Технические характеристики милливольтметра-вольтметра соответствуют приведенным выше, поскольку основой прибора стала схема Б.Степанова (2).

В режиме вольтметра коэффициент усиления ОУ равен 1 (100% ООС) и напряжение измеряется микроамперметром до 100 мкА с добавочными сопротивлениями (R12 - R17). Они, собственно, и определяют поддиапазоны прибора в режиме вольтметра. При уменьшении ООС (переключателем S2 включаются резисторы R6 - R8) Кус. возрастает, соответственно повышается чувствительность операционного усилителя, что позволяет его использовать в режиме милливольтметра.

Особенностью предлагаемой разработки является возможность работы прибора в двух режимах - вольтметра постоянного тока с границами от 0,1 до 1000 в, и милливольтметра с верхними границами поддиапазонов 12,5, 25, 50 мВ. При этом в двух режимах используется один и тот же делитель (Х1, Х100), так что, к примеру, на поддиапазоне 25 мВ (0,025 в) с применением множителя Х100 можно измерять напряжение 2,5 в. Для переключения поддиапазонов прибора применен один многопозиционный двухплатный переключатель.

С применением выносного ВЧ-пробника на германиевом диоде ГД507А можно измерять ВЧ-напряжение в тех же поддиапазонах с частотой до 30 мГц.
Диоды VD1, VD2 защищают стрелочный измерительный прибор от перегрузкок при работе.
Еще одной особенностью защиты микроамперметра при переходных процессах, возникающих при включении-выключении прибора, когда стрелка прибора зашкаливает и может даже погнуться, является применение релейного отключения микроамперметра и замыкание выхода ОУ на нагрузочный резистор (реле Р1, С7 и R11). При этом (при включении прибора) на зарядку С7 требуются доли секунды, поэтому реле срабатывает с задержкой и микроамперметр подключается к выходу ОУ на доли секунды позже. При выключении прибора С7 разряжается через лампу-индикатор очень быстро, реле обесточивается и разрывает цепь подключения микроамперметра раньше, чем полностью обесточатся цепи питания ОУ. Защита собственно ОУ осуществляется включением по входу R9 и С1. Конденсаторы С2, С3 являются блокировочными и предотвращают возбуждение ОУ.

Балансировка прибора («установка 0») осуществляется переменным резистором R10 на поддиапазоне 0,1 в (можно и на более чувствительных поддиапазонах, но при включенном выносном пробнике возрастает влияние рук). Конденсаторы желательны типа К73-хх, но при их отсутствии можно взять и керамические 47 - 68н. В выносном щупе-пробнике применен конденсатор КСО на рабочее напряжение не менее 1000в.

Настройка милливольтметра-вольтметра проводится в такой последовательности. Сначала настраивают делитель напряжения. Режим работы - вольтметр. Подстроечный резистор R16 (поддиапазон 10в) устанавливают на максимальное сопротивление. На сопротивлении R9, контролируя образцовым цифровым вольтметром, устанавливают напряжение от стабилизированного источника питания 10 в (положении S1 - Х1, S3 - 10в). Затем в положении S1 - Х100 подстроечными резисторами R1 и R4 по образцовому вольтметру устанавливают 0,1в. При этом в положении S3 - 0,1в стрелка микроамперметра должна установиться на последнюю отметку шкалы прибора. Соотношение 100/1 (напряжение на резисторе R9 - Х1 - 10в к Х100 - 0,1в, когда положение стрелки настраиваемого прибора на последнем делении шкалы на поддиапазоне S3 - 0,1в) проверяют и корректируют несколько раз. При этом обязательное условие: при переключении S1 образцовое напряжение 10в менять нельзя.

Далее. В режиме измерения постоянного напряжения в положении переключателя делителя S1 - Х1 и переключателя поддиапазонов S3 - 10в переменным резистором R16 устанавливают стрелку микроамперметра на последнее деление. Результатом (при 10 в на входе) должны быть одинаковые показания прибора на поддиапазоне 0,1в - Х100 и поддиапазоне 10в - Х1.

Методика настройки вольтметра на поддиапазонах 0,3в, 1в, 3в и 10в прежняя. При этом положения движков резисторов R1, R4 в делителе менять нельзя.

Режим работы - милливольтметр. На входе 5 в. В положении S3 - 50 мВ делитель S1 - Х100 резистором R8 устанавливают стрелку на последнее деление шкалы. Проверяем показания вольтметра: на поддиапазоне 10в Х1 или 0,1в Х100 стрелкка должна быть на середине шкалы - 5в.

Методика настройки на поддиапазонах 12,5мВ, и 25мВ такая же, как и для поддиапазона 50мВ. На вход подается соответственно 1,25в и 2,5в при Х 100. Проверка показаний проводится в режиме вольтметра Х100 - 0,1в, Х1 - 3в, Х1 - 10в. Следует учесть, что когда стрелка микроамперметра находится в левом секторе шкалы прибора, погрешность при измерениях увеличивается.

Особенность такой методики калибровки прибора: не требуется наличие образцового источника питания 12 - 100 мВ и вольтметра с нижним пределом измерения меньше 0,1 в.

При калибровке прибора в режиме измерения ВЧ напряжений выносным пробником на поддиапазоны 12,5, 25, 50 мВ (при необходимости) можно построить корректирующие графики или таблицы.

Прибор собран навесным монтажом в металлическом корпусе. Его размеры зависят от размеров применяемой измерительной головки и трансформатора блока питания. В приведенной схеме работает двухполярный БП, собранный на трансформаторе от импортного магнитофона (первичная обмотка на 110в). Стабилизатор лучше всего собрать на МС 7812 и 7912 (или двух LM317), но можно и проще - параметрический, на двух стабилитронах. Конструкция выносного ВЧ пробника и особенности работы с ним подробно описана в (2, 3).

Используемая литература:

1. Б.Степанов. Измерение малых ВЧ напряжений. Ж. «Радио», № 7, 12 - 1980, с.55, с.28.
2. Б.Степанов. Высокочастотный милливольтметр. Ж. «Радио», № 8 - 1984, с.57.
3. Б.Степанов. ВЧ головка к цифровому вольтметру. Ж. «Радио», № 8, 2006,с.58.
4. М.Дорофеев. Вольтомметр на ОУ. Ж. «Радио», № 12, 1983, с.30.

При налаживании любительской связной аппаратуры, ее ремонте или проверке часто требуется измерение напряжения высокой частоты в полосе до 30 МГц (КВ аппараты) и даже до сотен мегагерц (УКВ аппараты).

Значения напряжения исследуемых сигналов обычно лежат в пределах от десятков милливольт до десятков вольт. Наиболее простой вариант выполнения ВЧ вольтметра для таких измерений - выносная головка с полупроводниковым диодом к вольтметру постоянного тока (например, к цифровому мультиметру). Недостаток такого решения в том, что при измерении напряжения менее 1 В (действующее значение) эффективность детектирования снижается и для отсчета уже нельзя пользоваться шкалами мультиметра без предварительной его калибровки вместе с ВЧ головкой.

Именно поэтому в измерительных головках таких приборов рекомендуют использовать германиевые диоды, поскольку у них заметные значения токов наблюдаются при меньших значениях напряжения чем у кремниевых На рис. 1 показаны участки прямых ветвей вольт-амперных характеристик германиевого ВЧ диода (ГД507А), диода Шотки (ВАТ41) и обычного кремниевого (КД503А). Как видно, изменение тока через диод КД503А на два порядка (от 1 мА до 10 мкА) происходит в очень узкой зоне напряжений (0,5... 0,75 В). Иными словами, вольтметр с измерительной головкой на обычном кремниевом диоде регистрировать ВЧ напряжение меньше 0, 5 В уже не будет.

У германиевого диода изменение тока в тех же пределах происходит при более низких значениях напряжения (0, 1.. .0,3 В) и более плавно. Именно это и позволяет создавать с такими диодами вольтметры способные измерять ВЧ напряжения 0, 1 В и менее. Правда при таких значениях напряжения вольтметр уже не будет линеен. Подробно вольтметр на германиевом диоде рассмотрен в .

Необходимо отметить два его недостатка (помимо уже отмеченной нелинейности при малых напряжениях). Во-первых у полупроводниковых приборов на основе германия характеристики заметно зависят от температуры. В результате калибровочная кривая несколько смещается при изменении температуры, и это смещение особо заметно при ВЧ напряжении менее 0,1 В. Во-вторых, у высокочастотных германиевых диодов, как правило, невелико максимальное обратное напряжение, что не позволяет измерять большие (десятки вольт) значения ВЧ напряжения Напомним, что при однополупериодном выпрямлении ВЧ напряжение не должно превышать примерно одной трети от максимально допустимого обратного напряжения диода.

Решение задачи - применить в измерительной головке диод Шотки. У него прямая ветвь вольт-амперной характеристики не такая крутая как у обычного кремниевого диода, и лежит заметно "левее". Как видно из рис. 1, изменение прямого тока через диод Шотки от 10 мкА до 1 мА происходит при изменении напряжения в пределах 0, 2 ..0,4 В. Можно ожидать, что ВЧ вольтметр на основе такого диода также позволит измерять малое ВЧ напряжение хотя эффективность его выпрямления будет несколько хуже, чем у вольтметра с германиевым диодом.

Схема выносной измерительной головки с диодом Шотки к распространенному мультиметру М832 (или другому аналогичному с входным сопротивлением не менее 1 МОм) изображена на рис. 2. Как и в аналогичном устройстве с германиевым диодом , калибруют ВЧ вольтметр подбором резистора R1 - при подаче на вход ВЧ напряжения 2 В (действующее значение) показания мультиметра должны быть также 2 В.

Зависимость показаний мультиметра от уровня ВЧ напряжения на входе головки дана на рис. 3 (кривая 1). Здесь же для сравнения приведена и аналогичная зависимость для головки с германиевым диодом (кривая 2) Участки кривых 1 и 2 в интервале 0, 2... 2 В практически идентичны. Как и следовало ожидать, при ВЧ напряжении, меньшем 0, 2 В эффективность головки с диодом Шотки хуже, но все же достаточна для измерения напряжения примерно до 50 мВ.

Незначительное усложнение детекторной головки с диодом Шотки позволяет сдвинуть нижнюю границу измерений до значений в несколько милливольт. Способ этот не нов - его применяли еще на заре полупроводниковой

электроники. Речь идет о пропускании через диод небольшого постоянного тока в прямом направлении. Схема детекторной головки такого типа показана на рис. 4 . Значение тока через измерительный диод VD1 определяется сопротивлением резистора R1 и в данном случае примерно равно 20 мкА. При этом падение напряжения на диоде будет около 0, 2В. Для того чтобы исключить его влияние на результаты измерении, на второй вход мультиметра надо подать точно такое же напряжение. Его можно получить с помощью обычного резистивного делителя, но лучше это сделать введением второго диода Шотки (VD2 на рис 4). Одинаковые напряжения на обоих диодах устанавливают переменным резистором R2 по нулевым показаниям мультиметра в отсутствие напряжения на входе головки. Этот диод не используется для измерения напряжения, но если его поместить рядом с диодом VD1 (в тепловом контакте с ним), повысится температурная стабильность работы измерительной головки. Это особенно важно при измерении самых малых ВЧ напря жений. Дело в том, что при изменении окружающей температуры изменения падения напряжения на обоих диодах будут примерно одинаковыми и балансировка головки не будет нарушаться. Испытания головки показали, что ее чувствительность при малых напряжениях заметно повысилась (по сравнению с вариантом на рис. 2) а зависимость показаний мультиметра от ВЧ напряжения на входе головки у нее практически совпадает с аналогичном зависимостью для головки с германие вым диодом (кривая 2 на рис. 3).

Максимально допустимое обратное напряжение диодов Шотки ВАT41 - 100 В. Следовательно, максимальное ВЧ напряжение, которое можно изме рять головкой с таким диодом - примерно 35 В (действующее значение). Емкость перехода диода при обратном смещении 1 В не превышает 2 пФ Измерения показали что у головки с диодом ВАТ41 нет частотной зависимости показаний, по крайней мере до 30 МГц на более высокой частоте проверка не производилась) Этот диод выпускается з миниатюрном стеклянном корпусе без маркировки на нем Вывод катода помечен на корпусе темной полоской.

Диод ВАТ41 - один из наиболее распpocтраненных высокочастотных диодов Шотки в стеклянном корпусе с проволочными выводами. Автор приобрел его в московском магазине фирмы "Чип-и Дип". В октябре прошлого года розничная цена была всего 7 руб 60 коп за штуку. В измерительной головке можно применить и другие импортные диоды, например BAR28, 1N5711 или 1N6263. Все три диода имеют близкие характеристики. Они немного уступают BAR41 по максимально допустимому обратному напряжению (70 В), но имеют заметно меньшую емкость - около 2 пФ при нулевом напряжении на диоде (!) и должны работать на частотах несколько сотен мегагерц.

Из отечественных диодов Шотки в головке можно применить КД922А, КД922В и КД923А. Однако у них заметно более низкие значения максимального допустимого обратного напряжения - у лучшего из них по этому параметру диода КД922Б оно всего 21 В.

Наличие у мультиметра М832 в розетке для измерений параметров транзисторов стабилизированного напряжения - около 3 В, и то, что для головки требуется ток всего несколько десятков микроампер, наводит на мысль использовать его для питания головки. Однако поскольку мультиметр при измерениях ВЧ напряжения не соединяется с общим проводом (он фактически включен в диагональ моста), невозможно это сделать напрямую. Использовать в этом случае какие-либо электронные устройства (например как это сделано в ) нецелесообразно. Два дополнительных гальванических элемента типа АА обеспечат работу измерительной головки на протяжении очень длительного време ни, даже без отключения питания, поскольку потребляемый ею ток сопоставим с током саморазрядки элементов. При питании головки от двух эле ментов АА сопротивление резисторов R1 и R3 (рис 4) следует уменьшить до 300 кОм. Уменьшение тока через диод до 10 мкА не сказывается на характе ристиках измерительной головки.