на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Делители напряжения с большим коэффициентом деления для осциллографа С1-94

Измерительная техника
3 месяца назад

Делители напряжения с большим коэффициентом деления для осциллографа С1-94 (часть 2)


Основные технические параметры

Выходноепостоянное напряжение, В ...........10 и 100

Амплитудаимпульсного напряжения прямоугольной формы, В...............10 и 100

Частота импульсного напряжения, кГц .............0,1, 1 и 10

Калибратор состоит из стабилизатора напряжения на транзисторах VT1 - VT3 и микросхеме DA1, выходного каскада на транзисторах VT4, VT6-VT8, генератора импульсов прямоугольной формы на микросхеме DD1 и транзисторе VT5 и блока питания на трансформаторе T1, диодном мосте VD9- VD12 и сглаживающем конденсаторе С7.

За основу схемы стабилизатора напряжения взята схема из [5]. На транзисторе VT1 и диодах VD2, VD3 собран первый стабилизатор тока, значение которого (5 мА) устанавливают резистором R4 в цепи эмиттера транзистора VT1. Этот ток течёт в коллектор транзистора VT2, включённого с общей базой, и в базу транзистора VT3, включённого эмиттерным повторителем. Эмиттер транзистора VT3 - это выход стабилизатора напряжения 100 В. Через резисторы R9-R12 замыкается обратная связь по напряжению на вход микросхемы DA1, которая регулирует напряжение на выходе стабилизатора. Эта микросхема является регулируемым параллельным стабилизатором напряжения и обеспечивает стабильность выходного напряжения стабилизатора. Выход микросхемы подключён к эмиттеру транзистора VT2, на базе транзистора VT2 установлено стабильное напряжение, заданное стабилитроном VD5. Диод VD4 защищает вход микросхемы DA1 от высокого напряжения при аварийных ситуациях.

Выходной каскад калибратора на транзисторах VT7 и VT8 усиливает ток, получаемый от транзистора VT4. На транзисторе VT4 и диодах VD7, VD8 собран второй стабилизатор тока на 5 мА, аналогичный первому. Выходной ток калибратора ограничен значением 15 мА. Ограничение тока наступает, когда на резисторе R20 падает напряжение, открывающее транзистор VT6. В этом случае напряжение на диодах VD7, VD8 уменьшается и транзистор VT4, который управляет током выходного составного эмиттерного повторителя, закрывается. Диода VD6 разделяет выходной каскад калибратора от стабилизатора напряжения. Если на катоде диода VD6 напряжение изменится, то оно также изменится и на его аноде, т. е. на базе транзистора VT7. Так обеспечивается стабилизация выходного напряжения калибратора. Эмиттерной нагрузкой транзистора VT8 является цепь из резисторов R19, R21-R24, они образуют выходной делитель напряжения. Через эти резисторы протекает ток 10 мА. На верхнем выводе резистора R21 присутствует напряжение 100 В. К этому выводу подключено выходное гнездо калибратора XS1 "100 В". На верхнем выводе подстроечного резистора R19, входящего в выходной делитель, устанавливается напряжение 10 В. К верхнему выводу резистора R19 подключено выходное гнездо XS2 "10 В".

Генератор прямоугольных импульсов собран на микросхеме DD1 и транзисторе VT5, сток которого подключён к выходному каскаду калибратора. На элементах DD1.1-DD1.3 собран RC-генератор импульсов. Частотагенератора задана конденсатором C3 и сопротивлением резисторов R6, R7 и R14. В генераторе заданы три фиксированных значения частоты, определяемые положением переключателя SA1: 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц. На элементах DD1.4- DD1.6 собран триггер Шмитта, и когда выключатель SA2 разомкнут, триггер формирует крутые фронты и спады прямоугольных импульсов, поступающих на затвор полевого транзистора VT5. Когда полевой транзистор открыт, на выходе калибратора будет нулевое напряжение, когда закрыт - номинальное. Разделительный диод VD6, упомянутый раньше, препятствует повреждению транзистора VT3 в случае, когда транзистор VT5 открыт. Когда контакты выключателя SA2 находятся в замкнутом положении, на выходных гнёздах XS1 и XS2 калибратора устанавливаются фиксированные постоянные напряжения 100 В и 10 В.

Источник питания калибратора собран на сетевом трансформаторе T1, выпрямительных диодах VD9-VD12 и сглаживающем конденсаторе C7. Неоновая лампа HL1 сигнализирует о включении калибратора в сеть. Выключатель SA3 подключает калибратор к сети переменного тока 230 В.

В делителе напряжения с коэффициентом передачи 0,001(1:1000) (см. рис. 3) применены высоковольтные резисторы R1-R3 С3-14-1 с допуском 10%. Резисторы R4, R5 - МЛТ Точность резисторов R4, R5 не имеет значения, так как во время налаживания делителя их нужно будет подбирать. Высоковольтные конденсаторы C1-C3 - КВИ-2 с номинальным напряжением 10 кВ. Такие конденсаторы использовались в блоках строчной развёртки ламповых чёрно-белых телевизоров. Конденсаторы C4-C8 - керамические КТ-1.

В делителе напряжения, схема которого показана на рис. 4, с коэффициентом передачи, равным 0,01 (1:100), применены высоковольтные резисторы R1-R3 КЛМ с допуском 10%. Желательно подобрать эти резисторы так, чтобы их суммарное сопротивление было немного меньше 99 МОм, иначе невозможно будет установить необходимый коэффициент деления подбором резистора R4. Резистор R4 - МЛТ. Высоковольтные керамические дисковые конденсаторы C1-C3 - с номинальным напряжением 2000 В. Конденсатор C4 - керамический КТ-1.

К деталям калибратора особых требований нет. Транзисторы по коэффициенту передачи тока я не подбирал, важно, чтобы их допустимое напряжение коллектор-эмиттер было не менее 150 В. Импортный полевой транзистор BS107 можно заменить отечественным транзистором КП501А. Постоянные резисторы - МЛТ, подстроечные резисторы - многооборотные СП5-2. Оксидные конденсаторы (кроме С8) - импортные с напряжением не менее 160 В, остальные конденсаторы - плёночные или керамические. Выключателем питания калибратора служит тумблер ТП1-2. Переключатель SA1 - галетный ПМ 11П1Н, с установленным ограничителем на три положения. Выключатель SA2 - малогабаритный, он может быть любого типа. Импортная микросхема TL431 заменима отечественной микросхемой КР142ЕН19. Трансформатор Т1 изготовлен из выходного трансформатора звука ТВ-2АШ от лампового чёрно-белого телевизора. Его вторичная обмотка перемотана проводом ПЭВ-1 диаметром 0,18 мм с таким расчётом, чтобы на ней было напряжение 115 В. Возможно использование готового унифицированного трансформатора серии ТА мощностью 26...28 Вт. Например, можно использовать трансформатор ТА13-127/220-50, параметры которого приведены в журнале "Радио" [6]. Выпрямительные диоды 1N4007 можно заменить диодным мостом КЦ405А. Неоновую лампу можно не устанавливать, а использовать выключатель сети со встроенной неоновой лампой на 230 В.

Для делителей напряжения в качестве корпуса использована водопроводная труба из ПВХ с наружным диаметром 20 мм. Использовать металлопластиковую трубу нельзя! Для делителя 1:1000 длина трубы - 380 мм, а для делителя 1:100 её длина - 240 мм. На расстоянии 80.100 мм от низковольтного конца корпуса делителя, где держат его рукой, впаяна ПВХ-муфта, предохраняющая от соскальзывания руки в высоковольтную его часть.

Внутри корпуса (трубы) делителя помещена печатная плата из одностороннего текстолита, на ней установлены радиокомпоненты. Расстояние между медными проводниками должно быть таким, чтобы напряжение на радиокомпонентах не пробивало это расстояние. Необходимо предусмотреть место на плате для установки нескольких подбираемых конденсаторов, если будет необходимость установить несколько конденсаторов для точной компенсации щупа. С торцов корпуса установлены металлические заглушки, выточенные на токарном станке. В одной заглушке, устанавливаемой со стороны высокого напряжения, по осевой линии нарезана резьба М3, куда снаружи заглушки завинчен металлический стержень, а внутри заглушки завинчен винт, соединяющий заглушку с радиоэлементами. В заглушке, устанавливаемой со стороны низкого напряжения, делается отверстие для кабеля, подключаемого к осциллографу. Используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом диаметром 4 мм и длиной около 1 м с ВЧ-вилкой СР-50 на конце, включаемый в соответствующее входное гнездо осциллографа. Если в вашем осциллографе используется другой тип разъёмного соединения, необходимо применить соответствующий штекер. К токонесущим высоковольтным элементам проверяемого устройства касаются металлическим
стержнем делителя, а к корпусу устройства подключаются зажимом "крокодил", который припаян к многожильному проводу, который соединён с экраном коаксиального кабеля. Длина многожильного провода с крокодилом может быть произвольной. Например, она может быть равна длине корпуса делителя. Внешний вид делителей 1:1000 и 1:100 показан на рис. 6 и рис. 7.

Рис. 6.

 

Рис. 7.

 

Калибратор собран в корпусе размерами 220x75x80 мм, но желательно применить корпус побольше, уж очень плотно всё там поместилось. В корпусе необходимы вентиляционные отверстия для отвода тепла, выделяемого транзистором VT8, установленным на покупном теплоотводе AL-01 размерами 40x20 мм, и выходным делителем напряжения калибратора на резисторах R19, R21-R24. Остальные детали в калибраторе в нормальном режиме работы греются не так сильно. Выходные гнёзда XS1 и XS2 взяты от ламповых магнитофонов или ламповых радиол, там они использовались в качестве входных или выходных гнёзд. В одно из гнёзд включается ВД1, к которой припаяны два разноцветных провода, оканчивающихся соответственно красным и чёрным зажимами "крокодил". Красный зажим - это выходное напряжение, чёрный зажим - общий провод калибратора. На корпусе вилки сделана маркировка выходного и общего выводов. Внешний вид калибратора показан на рис. 8.

Рис. 8.

 

После сборки калибратора его нужно наладить. Если нет ошибок при сборке, после его 15-минутного прогрева подстроенным резистором R10 нужно выставить постоянное напряжение 100 Вт (выключатель SA1 - замкнут) на выходном гнезде XS1. Потом подстроечным резистором R19 нужно выставить постоянное напряжение 10 В на выходном гнезде XS2. Для измерения напряжения можно использовать цифровой вольтметр В7-35 или любой другой, доступный для радиолюбителя. Для проверки калибратора на переменном напряжении выключатель SA1 размыкают, переключатель SA2 ставят в любое положение и щупом, входящим в комплект осциллографа, проверяют амплитуду переменного прямоугольного напряжения 100 В на гнезде XS1 и амплитуду переменного прямоугольного напряжения 10 В на гнезде XS2. При этих измерениях вход осциллографа должен быть открыт для постоянного напряжения, т. е. входной конденсатор в осциллографе замкнут. Переключать коэффициент деления щупа нужно заранее, до подачи на него исследуемого напряжения. Особенно - при проверке сигнала амплитудой 100 В. Сначала переключатель щупа нужно установить в положение 1:10, а затем подключиться к выходному гнезду. Если форма прямоугольного напряжения амплитудой 100 В отличается от прямоугольной формы, а форма напряжения 10 В соответствует прямоугольной, необходимо скомпенсировать сам щуп осциллографа. Для компенсации щупа есть доступ к подстроечному конденсатору через отверстие в корпусе щупа.

Выходную частоту калибратора 10 кГц, в положении "3" переключателя SA1, устанавливают подборкой резистора R14. В положении "2" этого же переключателя частоту 1 кПд устанавливают подборкой только резистора R7. Резистором R6 устанавливается значение частоты 100 Пц в положении "1" переключателя SA1. Частоту можно измерять осциллографом или частотомером. Точность установки частоты не важна, можно её не устанавливать вообще.

Налаживание любого щупа начинают при постоянном напряжении 100 В, получаемом с выхода калибратора. Рассмотрим порядок налаживания на примере делителя 1: 1000 (см. рис. 3).

1. Подключают выходной кабель калибратора к входу делителя и общему проводу.

2. Подключают делитель к гнезду осциллографа. Чувствительность осциллографа устанавливают "0,02 В/дел.", переключатель длительности развёртки устанавливают на отметку "0,5 мс/дел.", кнопка режима синхронизации - в положении "Авт.". Вход осциллографа должен быть открыт для постоянного напряжения. На включённом и прогретом осциллографе перемещают луч по вертикали на одно из нижних делений экрана так, чтобы вверху был запас на пять делений.

3. Выключатель SA2 калибратора устанавливают в замкнутое по схеме положение (см. рис. 5), при котором на выходе калибратора будет постоянное напряжение.

4. Включают калибратор в сеть и дают ему прогреться.

5. Вставляют выходной кабель калибратора (соблюдая полярность) в гнездо с выходным напряжением 100 В. Луч на экране осциллографа должен переместиться ровно на пять делений вверх экрана. Если луч переместится меньше, чем на пять делений, нужно уменьшать резистор R5 до тех пор, пока луч не установится на требуемое деление на экране осциллографа. Если луч на экране занимает положение выше пяти делений, резистор R5 следует увеличивать до получения требуемого положения.

6. С калибратора подают импульсное напряжение с частотой 1 кГц, при этом выключатель SA2 разомкнут, переключатель SA1 находится в положении "2". Ручкой "Уровень" осциллографа синхронизируют это напряжение - делают его неподвижным, при этом становится видно несколько периодов импульсного напряжения. В случае неудачи синхронизации её проводят при положении "Ждущ." кнопки режима синхронизации. Форма напряжения на экране осциллографа должна быть строго прямоугольной и по амплитуде занимать точно пять делений, пример формы напряжения на экране осциллографа показан на рис. 9. Если форма прямоугольного напряжения такая, как показано на рис. 10, или амплитуда напряжения больше, чем пять делений по вертикали экрана, то увеличением ёмкости конденсаторов C6, C7 нужно привести форму к прямоугольной, а амплитуду переменного напряжения - к пяти делениям. Когда наблюдается на экране осциллографа форма прямоугольного напряжения, которая показана на рис. 11 , или амплитуда напряжения меньше пяти делений, ёмкости конденсаторов C6, C7 нужно уменьшать.

Рис. 9.

 

Рис. 10.

 

Рис. 11.

 

Делитель 1:100 (см. рис. 4) налаживают в таком же порядке, что описан выше, только чувствительность осциллографа при этом устанавливают "0,2 В/дел.". Подборкой резистора R4 устанавливают луч на экране осциллографа точно на пять делений при постоянном напряжении, а подборкой конденсатора C4 устанавливают амплитуду импульсного напряжения точно на пять делений и прямоугольную форму.

Мне понадобилось измерить переменное напряжение, которое больше допустимого на входе цифрового вольтметра В7-35. Делитель напряжения 1:1000, которым он был укомплектован, позволяющий измерять переменное напряжение большой величины, был утерян. Пришлось сделать свой делитель, пользуясь схемой, размещённой нас. 131 в "Инструкции по эксплуатации вольтметра". Детали я применил другие, чем те, которые указаны в инструкции, но коэффициент деления и входное сопротивление делителя сохранены такими, как в инструкции. Максимальное постоянное и переменное напряжение, которое можно измерить с помощью изготовленного мной делителя, не более 1100 В. Параметры делителя к вольтметрутакие: входное сопротивление - 10 МОм, а входная ёмкость - около 47 пФ. Схема делителя напряжения к цифровому вольтметру показана на рис. 12.

Рис. 12.

 

О деталях и конструкции делителя к цифровому вольтметру. Все применённые резисторы - МЛТ Высоковольтный конденсатор C1 - КВИ-2 с номинальным напряжением 10 кВ, остальные конденсаторы - КТ-1. Детали делителя к вольтметру размещены в пластиковой трубе фирмы Nibco диаметром 16 мм и длиной 315 мм, с торцов закрытой двумя металлическими заглушками (без токаря не обошлось). На расстоянии 90 мм от края, где держат корпус рукой, вклеена муфта этой же фирмы, она служит ограничителем от перемещения руки к высоковольтному концу делителя. Радиодетали в этом делителе спаяны навесным монтажом последовательно, а необходимые соединения выполнены проводами. Сначала (от щупа ХР1) установлен конденсатор C1, к нему припаян резистор R1 и далее припаяны остальные детали. При пайке конденсатора C1 используют провода в высоковольтной изоляции. К вольтметру делитель подключается обычным многожильным проводом в изоляции, например, проводом, используемым для подключения сетевого паяльника или настольной лампы.

Налаживают делитель напряжения к цифровому вольтметру по такому же принципу, что описан выше для делителей напряжения к осциллографу, только делитель подключают к входу вольтметра. Сначала вольтметр переключают в режим измерения постоянного напряжения. Подают на делитель постоянное напряжение 100 В и подборкой резистора R7 устанавливают показания 100 мВ на индикаторе вольтметра. Затем переводят вольтметр в режим измерения переменного напряжения. Щуп осциллографа подключают на входные гнёзда цифрового вольтметра, так учитывается входная ёмкость вольтметра.

Подают с калибратора на делитель переменное прямоугольное напряжение с амплитудой 100 Вольт и подбором конденсатора С4 добиваются на входных гнёздах вольтметра его прямоугольной формы и амплитуды 100 милливольт - 5 делений на экране осциллографа при чувствительности "0,02 Вольт/деление".

Рис. 13.

 

Внешний вид делителя для цифрового вольтметра показан на рис. 13.

Литература

1. Бутов А. Щуп-делитель напряжения для цифрового мультиметра. - Радио, 2003, № 1, с. 35.

2. Нюрманн Д. Измерительные приборы для домашней лаборатории: Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 64 с.

3. Иванов Б. О чём поведал прямоугольный импульс. Серия статей цикла "Осциллограф - ваш помощник". - Радио, 1989, №9, с. 84-86.

4. Иванов Б. Осциллограф - ваш помощник (как работать с осциллографом). МП "Символ-Р" и редакция журнала"Радио", 1991. -64с., 81 ил.

5. Бирюков С. Лабораторный источник питания 5...100 В. - Радио, 2002, № 7, с. 45.

6. Шульгин Г. Унифицированные трансформаторы. - Радио, 1981, № 2, с. 59.

Автор: А. Вишневский, г. Луганск


Рекомендуем к данному материалу ...

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат