Меню

Чем измерить напряжение 100 кгц

Радио-как хобби

Часто в радиолюбительской практике возникает необходимость измерения и контроля высокочастотного напряжения небольших уровней-от десятков миливольт до единиц вольт. Конечно, лучше всего для этих целей использовать заводской ВЧ вольтметр.

Но что делать, когда такого прибора нет под руками?

Выход из положения-изготовления простой приставки- ВЧ пробника к цифровому мультиметру типа DT700D или ему подобным.

У меня в моей мастерской тоже нет приличного ВЧ вольтметра. Да он мне особо и не нужен-вполне хватает точности и возможностей моего осциллографа С1-79 для контроля ВЧ напряжений. Но вот недавно столкнулся со свалившейся на голову проблемой-мой С1-79 отказал в самый неподходящий момент. О ремонте моего осциллографа рассказано в отдельной статье. Как назло-нужно было проверить наличие генерации в гетеродине приемника.

Пришлось по-быстрому изготовить описываемый в этой статье простой ВЧ пробник к цифровому мультиметру. Суть этого решения-изготовление выносной высокочастотной детекторной головки, при помощи которой выпрямляется высокочастотное напряжение, а уже выпрямленное напряжение измеряет мультиметр. Эта идея стара как мир, и известна уже не один десяток лет.

Для повторения выбрана конструкция, описанная в журнале «Радио» №8 за 2006 год.

Схема из этой публикации:

Здесь входные щупы Е1 и Е2 подключаются к исследуемой схеме. Через конденсатор С1 высокочастотное напряжение поступает на диод VD1. Далее выпрямленное напряжение поступает на цифровой вольтметр для непосредственного отсчета.

Есть ряд важных моментов:

-диод VD1 должен быть германиевым, типов ГД507, ГД508, Д311, Д18, Д20, и даже Д9;

-цифровой мультиметр должен иметь входное сопротивление 1Мом, этому условию удовлетворяют дешевые мультиметры типа DT830, М830, М832, DT838 и подобные;

Этот ВЧ-пробник позволяет измерять высокочастотное напряжение уровнями от 20 мВэфф до примерно 2…3 Вэфф. Верхний предел измеряемых уровней напряжений зависит от предельно допустимого обратного напряжения конкретного диода. У диода 1Д508 это напряжение около 8 В. Согласно рекомендаций в статье в журнале «Радио» №8 за 2006 год, стр.58-59, уровень измеряемого напряжений около 2…3 Вэфф уже будет предельным. Если применить диоды другого типа, с более высоким значением предельно допустимого обратного напряжения, соответственно, и уровни высокочастотных напряжений в этом случае можно будет измерять более высокие.

ВЧ-пробник работает в диапазоне частот вплоть до 30 МГц, при этом обеспечивается удовлетворительная точность измерения. Но в общем случае, им можно регистрировать ВЧ напряжения частотами и до 100…200 МГц. Строго говоря, для более-менее точных измерений необходимо составить калибровочный график, о чем подробно рассказано в вышеупомянутой статье в журнале «Радио», но я этого не делал. Мне достаточно было просто видеть наличие ВЧ напряжения и его максимумы при регулировке.

Но надо понимать, что чем меньше уровень измеряемого напряжения, тем больше будут занижены показания. Так, при измеряемых ВЧ напряжениях уровнем 1 В и выше, этот ВЧ пробник измеряет с относительно небольшой погрешностью. При уровне измеряемого ВЧ напряжения 200 мВ показания будут занижены в 1,5 раза. При уровне измеряемого ВЧ напряжения 20 мВ показания будут занижены примерно в 3 раза. Именно для учета этих погрешностей и нужна калибровочная таблица.

В качестве корпуса использовал высохший маркер. Это предопределило и размеры платки ВЧ-пробника: длина 90 мм и ширина 9 мм:

Детали ВЧ-пробника распаяны со стороны фольги:

В качестве контакта Е1 использовал обычную стальную швейную иглу, которая припаяна к медной фольге платы. У такой иглы острый кончик, что обеспечивает отменный контакт с проверяемым узлом или блоком.

Для удобства восприятия конструкции, на изображении ниже представлена монтажная схема:

Для фиксации платы в корпусе маркера, к плате припаяна гайка с резьбой М2,5. Фиксирующий винт вставляется через отверствие в корпусе маркера и вворачивается в гайку. Это не позволяет плате двигаться внутри корпуса самопроизвольно:

Собранный ВЧ-пробник (уже в корпусе маркера) подключается к мультиметру экранированным проводом. Всё это выглядит так:

ВЧ пробник

Повторюсь, что ВЧ-пробник рассчитан для работы с цифровыми мультиметрами с входным сопротивлением 1 МОм. Для калибровки подбирают резистор R1 так, чтобы при подаче на вход ВЧ-пробника синусоидального напряжения частотой сотни кГц или единицы МГц показания мультиметра были максимально близки к таковым эталонного вольтметра, например В3-38.

Читайте также:  Напряжение между электродами формула

Калибровку ВЧ пробника я проверил только при уровне входного напряжения 2 В и частотой 200 кГц. Сигнал подавал с генератора Г3-106. Цифровой мультиметр отобразил на индикатор 1970 мВ, что очень близко к уровню измеряемого напряжения. На этом я и завершил наладку и калибровку.

Об области применения ВЧ-пробника.

Пробник будет полезен при настройке и ремонте радиоприемников, их гетеродинов, настройке ДПФ и так далее. Присоединив ко входному щупе Е1 кусок провода в качестве антенны, этот пробник уже можно использовать как индикатор напряженности поля.

На фото ниже пример проверки работоспособности гетеродина моего SDR приемника:

Прибор показывает 1376 мВ. Гетеродин здесь работает на частоте 14 МГц. Как видно, вполне удобно этим ВЧ-пробником проверять наличие колебаний генераторов или гетеродинов.

Еще один пример использования…

Проверим работу генератора простого FM-радиомикрофона. Генератор этого радиомикрофона работает на частоте около 90МГц.

Даже просто поднеся входной щуп к катушке индуктивности генератора, пробник уже регистрирует наличие колебаний:

А так выглядит измерение напряжения на коллекторе транзистора генератора FM-радиомикрофона:

Понятно, что показания прибора весьма далеки от истинных. Но цель здесь другая-убедиться простыми средствами в работоспособности устройства.

Обращаю внимание, что несмотря на довольно высокую рабочую частоту генератора FM-радиомикрофона, подсоединение щупа ВЧ-пробника к коллектору транзистора генератора не срывает генерацию. Это говорит об очень небольшой входной емкости ВЧ-пробника и достаточно высоком входном сопротивлении. Другими словами, этот простой ВЧ-пробник можно смело применять при контроле работы и наладке устройств, которые работают на уже довольно серьезных частотах.

Короткое видео с демонстрацией работы этого высокочастотного пробника:

Источник



Как измерять напряжение?

Тусклый свет от приборов освещения или отказ стиральной машины выполнять свои функциональные обязанности свидетельствует о возможном падении питающего напряжения ниже нормы. В таких случаях необходимо произвести измерение напряжения, что позволит определить его соответствие заданному номиналу электрической сети.

Такая же процедура производится при ремонте электронных приборов, где измеряется падение напряжения на радиодеталях и отдельных участках цепи. Данная процедура выполняется довольно легко, но без понимания физики процесса и особенностей проведения замеров, человек рискует не только повредить дорогостоящее оборудование, но и получить электротравму, поэтому далее мы рассмотрим основные принципы измерения.

Используемые приборы

В каждом доме прибор учета электроэнергии находится в состоянии постоянного измерения переменного напряжения, но крайне редко эти данные где-либо отображаются. Некоторые из них подключаются напрямую, другие через измерительные трансформаторы.

В практических целях для измерения уровня напряжения могут применяться:

  • Вольтметры;
  • Мультиметры
  • Осциллографы.

Вольтметр представляют собой устройство для проверки разности потенциалов. На практике могут встречаться как цифровые, так и аналоговые вольтметры, на которых измеряемое напряжение отображается на дисплее или посредством отклонения стрелки на циферблате соответственно.

Важными параметрами при выборе как электронного, так и стрелочного вольтметра являются единицы измерений (мВ, В, кВ), рабочий диапазон и класс точности. Однако сфера их применения ограничена и применяется, чаще всего, для лабораторных исследований, поскольку в бытовых и производственных нуждах содержать один прибор для измерения одной электрической величины нецелесообразно.

Мультиметр или цифровой тестер является более универсальным прибором, который может работать с несколькими параметрами: электрическим током, сопротивлением, частотой, температурой, напряжением и т.д. Для измерения напряжения мультиметр переключается в режим вольтметра, щупы подключаются к соответствующим разъемам. Конструктивно встречаются и цифровые и аналоговые модели, в некоторых из них можно переключать диапазон измерений, выбирать род тока, в других мультиметрах все эти величины могут подбираться автоматически.

Осциллограф – это довольно сложный прибор для измерения разности потенциалов, так как в нем на цифровом или аналоговом дисплее выводится кривая измеряемой величины. При этом можно растянуть или сократить диапазон частот, чтобы рассмотреть форму импульсных напряжений, длительность импульсов, нарастание и провалы в кривой функции. Поэтому осциллограф для измерения напряжения применяется в электрических цепях и приборах высокой точности, при изготовлении и проверке радиодеталей и т.д. Мало кто держит дома осциллограф из-за высокой стоимости и сложности выполнения операций.

Читайте также:  Ибс стенокардия напряжения ii фк постоянная форма фибрилляции предсердий

Измерение напряжения в сети

Чтобы правильно выполнить измерение напряжения необходимо четко представлять принцип и объект исследования. Поэтому следует отметить, что напряжение представляет собой такую электрическую величину, которая показывает разность заряда между двумя электрическими точками. К примеру, если в одной точке заряд составит +35 В, а в другой +310 В, то разница между этими точками составит 310 – 35 = 275 В, это и будет напряжение. Соответственно измерение напряжения может производиться только относительно чего-то, поэтому используются сразу две точки.

Если говорить о падении напряжения на каком-либо объекте или участке цепи, то измерение напряжения проводиться относительно концов прибора или цепи, точек подключения и т.д. При этом важно учитывать, что цифровой вольтметр или мультиметр в режиме измерения считается бесконечным сопротивлением или разрывом в цепи.

Падение напряжения возможно только при условии протекания тока, поэтому подключение вольтметров последовательно с измеряемым объектом недопустимо, так как через него перестанет протекать ток. Аналоговый или электронный вольтметр должен подключаться только параллельно по отношению к измеряемому сигналу.

С практической точки зрения следует заметить, что аналоговые модели измерительных приборов имеют входное сопротивление равное 10 – 20 кОм, а современные мультиметры могут похвастаться 1МОм. Так как через сопротивление на входе в измерительное устройство может протекать ток утечки, этот делитель напряжения будет обуславливать снижение точности измерений. Поэтому чем ближе сопротивление на входе к бесконечности, тем более точный прибор вы используете.

Важно отметить, что замеры производятся под напряжением, из-за чего присутствует угроза поражения электротоком. Поэтому важно соблюдать элементарные меры предосторожности. Далее рассмотрим порядок выполнения измерения для постоянного и переменного напряжения.

Постоянного тока

Для цепи постоянного тока расмотрим порядок измерения напряжения при помощи цифрового мультиметра. Для этого:

  1. Переведите переключатель мультиметра в положение для постоянного напряжения. На панели обозначается латинской буквой V со значком « = », знаками «+ и – », также может обозначаться аббревиатурой DC.
  2. Выберете нужный предел измерения, который будет максимально приближен к предполагаемому номиналу, но выше измеряемого.
  3. Установите щупы в соответствующие разъемы – черный к выводу COM, красный к выводу V.
  4. Приложите щупы мультиметра сразу к двум точкам – красный к плюсу, черный к минусу. Если вы заранее не знаете положение потенциалов, и показание прибора имеет отрицательное значение, нужно просто поменять полярность подключения.

На дисплее вы увидите показания вольтметра, если значение слишком малое, переключите ручку на меньший предел измерений. Прикладывая щупы, создавайте хорошее усилие, чтобы избежать большого переходного сопротивления, иначе они внесут ощутимую погрешность измерений.

Переменного тока

В цепи переменного тока бытовой цепи важно учитывать ее опасность из-за номинала в 220/380 В. Поэтому при невозможности подключения мультиметра непосредственно в процессе эксплуатации, его присоединение должно выполняться при отключенном напряжении при помощи «крокодилов».

В остальном процесс измерения идентичен:

    Переключите ручку мультиметра в положение для измерения переменного напряжения. На панели оно обозначается как V со значком «

» или аббревиатурой AC.

  • Установите ручкой деление на нужный предел по принципу ближайшего большего потенциала относительно измеряемого номинала.
  • Выполните подключение щупов к соответствующим выводам: черный к выводу COM, красный к выводу V.
  • Подключите измерительный прибор к нужному устройству, заметьте, что полярность щупов здесь значения не имеет.
  • На дисплее у вас отобразится действующее значение разности потенциалов, именно оно и является основным для всех расчетов. Но, помимо этого существует и амплитудное значение, которое больше действующего на √2 раз или 1,41 раза.

    Читайте также:  Определить изменение объема кубика вследствие действия касательных напряжений

    Реальные примеры измерения напряжения

    Наиболее простым примером измерения напряжения в бытовых условиях является пальчиковая батарейка. В ней вам необходимо приложить черный щуп к выводу «– », а красный к выводу « + », позицию переключателя установить на 2 В постоянного напряжения.

    Если показания для батарейки 1,5 В будут в пределах от 1,6 до 1,2 В, то такой источник питания считается пригодным для всего оборудования, в случае снижения значений до 1 – 0,7 В, от батарейки будут запускаться импульсные устройства, к примеру, часы. Если вольтметр покажет 0,6 В и менее, разряд достиг критического значения.

    При измерении разности потенциалов в бытовой сети, вам следует коснуться щупами контактов розетки. Так как изолированная часть щупа имеет ограничительное кольцо, за которым расположен длинный стержень, вы можете безопасно проникнуть в розетку, не рискуя прикоснуться к токоведущим элементам. Допустимыми считаются отклонения от номинала на 10%, то есть от 198 до 142 В.

    Также можно замерить разность потенциалов на выходе автомобильного аккумулятора или на другом элементе цепи электрической проводки. Для этого черный щуп мультиметра устанавливается на «– » клемму аккумулятора, а красный на « + » клемму.

    Если аккумулятор заряжен, то показания вольтметра должны находиться в пределах от 12 до 14 В, но встречаются модели и с большим разбросом. Такое измерение позволяет диагностировать различные причины неполадок.

    Источник

    Измерения переменного напряжения звуковой частоты мультиметрами М-832

    Судя по имеющимся данным, многочисленные приборы семейства М-83х или D-83x собраны практически по одной схеме, поэтому высока вероятность того, что результаты измерений будут близки. Кроме того, в данном случае меня мало интересовала абсолютная погрешность данного тестера, интересовали только его показания в зависимости от частоты сигнала.

    Уровень был выбран около 8 Вольт. Это близко к максимальному выходному напряжению генератора ГЗ-102 и близко к напряжению на выходе УМЗЧ средней мощности.

    Лучше было бы сделать ещё серию измерений с мощным УНЧ нагруженным на повышающий трансформатор, но не думаю, что результаты изменятся разительно.
    Для удобства оценки АЧХ в дБ выбран уровень 0 дБ на пределе 10 В вольтметра В3-38. При изменении частоты сигнала уровень чуть подстраивался, но изменения не превышали долей дБ, ими можно пренебречь.

    Результаты

    В приведённой таблице К — коэффициент, на который надо умножить результат измерений тестера на данной частоте с учётом спада АЧХ.
    Для получения табличных результатов в дБ на выходе генератора устанавливался уровень напряжения, полученного для каждой частоты, а разность в дБ считывалась и заносилась в таблицу. Некоторые неточности из-за округления в 0,5 дБ показаний лампового вольтметра и округления последней цифры показаний тестера. Считаю, в данном случае систематическую ошибку в 1 дБ вполне допустимой т. к. на слух она неощутима.

    Вывод

    Итак, что же получилось? Частотная характеристика тестера верна не до 400 Гц, а до 4…6 кГц, выше начинается спад, который можно учесть при помощи таблицы и, значит, получить относительно достоверные результаты в диапазоне 20…20000 Гц и даже выше.
    Для того чтобы утверждать, что поправки годятся для всех тестеров, нужно собрать статистику. К сожалению, мешком тестеров не располагаю.

    Не надо забывать, что тестер измеряет переменное напряжение по схеме однополупериодного выпрямителя с его недостатками, такими как возможность измерений только синусоидального напряжения без постоянной составляющей, при малом измеряемом напряжении погрешность будет расти.

    Как можно улучшить тестер М-832 для измерений переменных напряжений?

    Можно поставить дополнительный переключатель пределов «200-20 В» и ещё один резистор шунта. Но это требует разборки и доработки тестера, надо разбираться в схеме и иметь прибор для калибровки. Считаю, что это нецелесообразно.

    Лучше сделать отдельную приставку, усиливающую и выпрямляющую напряжение. Выпрямленное напряжение подавать на тестер, включённый на измерение постоянного напряжения.
    Но это тема для другой статьи.

    Источник

    Adblock
    detector