Нередко при налаживании радиолюбительских конструкций требуется измерительный прибор, обладающий большим входным сопротивлением и позволяющий измерять весьма малые напряжения постоянного тока — до десятков милливольт. Таким требованиям отвечает предлагаемый прибор. Его входное сопротивление составляет 10 МОм, а рабочий диапазон разбит на девять поддиапазонов: 50, 150, 500 мВ, 1,5, 5, 15, 50, 150 и 500 В. Отсчет измеряемого напряжения ведется по стрелочному индикатору с нулем посередине шкалы. Прибор достаточно термостабилен — в комнатных условиях дрейф нуля (уход стрелки индикатора от нулевого положения) практически отсутствует, а при изменении температуры окружающей среды на 10 °С не превышает 0,5% /°С от конечного значения шкалы.
Милливольтметр (рис. М-24) состоит из входного делителя напряжения, переключателя поддиапазонов, усилителя постоянного тока (УПТ), стрелочного индикатора и стабилизированного источника питания. Измеряемое напряжение как положительной, так и отрицательной полярности (относительно общего провода) подается через коаксиальный разъем XS1 на делитель напряжения, составленный из резисторов R1—R9. Выбирают нужный поддиапазон измерения переключателем SA1. С подвижного контакта переключателя напряжение поступает на вход УПТ через фильтр R10С 1, «срезающий» попадающие на вход прибора наводки переменного тока.
К усилителю постоянного тока милливольтметра предъявляются определенные требования: он должен обладать незначительным дрейфом нуля, большим входным сопротивлением и стабильным коэффициентом усиления. Для уменьшения дрейфа нуля УПТ выполнен по балансной схеме и в нем применены так называемые композитные транзисторы, включающие полевой транзистор VT1 (VT4) и биполярный транзистор VT2 (VT3). Использование полевых транзисторов позволило получить большое входное сопротивление УПТ, а биполярных — большую крутизну вольтамперной характеристики композитного транзистора, что повысило чувствительность прибора. Резисторы R11, R18, R19 обеспечивают необходимый режим работы композитных транзисторов. Для повышения стабильности коэффициента усиления УПТ и его линейности дополнительно введены резисторы R13 и R16. Нагрузками композитных транзисторов являются резисторы R12 и R17, между которыми включен стрелочный индикатор РА1 с подстроечным резистором R15, предназначенным для калибровки усилителя. Балансируют УПТ переменным резистором R18 «Уст. «О».
При указанных на схеме номиналах резисторов стрелка индикатора отклоняется до конечного деления шкалы (100 мкА) при подаче на вход УПТ напряжения 50 мВ. В случае превышения входного напряжения вступает в действие защита из включенных встречно-параллельно цепочек диодов VD1VD2 и VD3VD4, предотвращающая выход из строя полевого транзистора VT1.
Источник питания прибора состоит из трансформатора Т1, выпрямителя, собранного по мостовой схеме на диодах VD6—VD9, и параметрического стабилизатора напряжения, состоящего из резисторов R21, R22 и стабилитрона VD5. Конденсатор С2 уменьшает пульсации напряжения на выходе параметрического стабилизатора. О включении питания сигнализирует неоновая лампа HL1. Напряжение питания УПТ не критично и может быть от 9 до 12 В, потребляемый УПТ ток составляет примерно 3,5 мА. При желании УПТ можно питать от двух последовательно соединенных батарей «Крона», подключая их через выключатель Q1 к конденсатору СЗ. В этом случае выпрямитель, индикаторную лампу HL1 с резистором R23 и трансформатор Т1 исключают.
В УПТ использованы полевые транзисторы КП303 с начальным током стока 3,8...4 мА и напряжением отсечки 1,8...2 В. Биполярные транзисторы — серии КТ203 со статическим коэффициентом передачи тока 90...100 (при токе коллектора 1 мА). Желательно подобрать одинаковые или возможно близкие по параметрам как полевые, так и биполярные транзисторы. Постоянные резисторы — МЛТ-0,25, переменный и подстроечный—СП-I, причем R18 — с функциональной характеристикой А (линейный). Резисторы входного делителя R1—R9 необходимо подобрать с точностью не хуже 1 % на образцовом приборе. Выполнять это условие проще, если каждый резистор составить из двух последовательно соединенных резисторов.
Конденсатор С1—КСО; С2, СЗ— К50-6. Вместо диодов КД503Б могут быть установлены любые маломощные кремниевые диоды с обратным сопротивлением не менее 50 МОм, вместо Д223Б— другие маломощные выпрямительные, вместо стабилитрона Д811—Д810, Д814Г. Индикаторная лампа — ТН-0,2 или другая маломощная неоновая, нужную яркость ее свечения устанавливают подбором резистора R23. Переключатель поддиапазонов — галетный, например 11П2Н (11 положений, 2 направления), желательно с керамическими платами. Стрелочный индикатор — микроамперметр М24 с током полного отклонения стрелки 50...100 мкА и нулем посередине шкалы. На циферблате микроамперметра целесообразно нанести две шкалы с конечными делениями 50 и 150 или 15 и 50. Можно, конечно, использовать и обычный микроамперметр, добавив переключатель полярности подключения индикатора. Входной разъем — коаксиальный или высокочастотный любой конструкции. Подойдет, к примеру, антенный разъем от телевизора или разъем от магнитофона (типа СГ-3 или СГ-5).
Трансформатор питания выполнен на магнитопроводе LU12X16, обмотка I содержит 4400 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка II—400 витков ПЭВ-1 0,15. Можно использовать готовый маломощный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 15...18 В. К примеру, подойдет ТВК-110Л2 — унифицированный выходной трансформатор кадровой развертки телевизоров.
Часть деталей УПТ смонтирована на одной печатной плате (рис. М-25) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5... 2 мм, а источника питания — на другой (рис. М-26). Резисторы R1 — R9 размещены на переключателе поддиапазонов.
Корпус прибора (рис. М-27) изготовлен из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Внутренние швы корпуса пропаяны, а наружные проклеены эпоксидной смолой и выравнены наждачной бумагой. На передней панели прибора расположены переключатель поддиапазонов, переменный резистор, входной разъем, микроамперметр, выключатель питания и индикаторная лампа. Наружная токоведущая часть разъема припаяна к внутренней фольгированной поверхности корпуса, соединенной с общим проводом прибора. Печатные платы, подстроечный резистор припаяны непосредственно к внутренним стенкам корпуса. Плата УПТ размещена между переключателем поддиапазонов и микроамперметром, а плата с деталями источника питания над микроамперметром. Трансформатор установлен в нижней части корпуса под выключателем сети.
Измерительный щуп изготавливают из пластмассовой шариковой авторучки. Щуп соединяют с прибором гибким коаксиальным кабелем диаметром 4...5 мм с ответной частью входного разъема на конце.
Оплетку кабеля, являющуюся общим проводом милливольтметра, соединяют с зажимом «крокодил», а центральную жилу припаивают к наконечнику стержня авторучки (из стержня предварительно удаляют шарик).
Налаживают прибор в следующем порядке. Отсоединяют верхние по схеме выводы резисторов R12, R17 от источника питания.
Включают прибор и убеждаются в свечении лампы HL1. Миллиамперметром измеряют ток, протекающий через стабилитрон, и подбором резисторов R21 и R22 устанавливают его равным примерно 10 мА. Затем, предварительно отключив стрелочный индикатор, подключают резисторы R12, R17 к источнику питания и устанавливают движок резистора R18 примерно в среднее положение. Подбором резистора R19 уравнивают напряжения на эмиттерах транзисторов VT2 и VT3 (или токи коллекторов этих транзисторов, а также токи истоков транзисторов VT1, VT4). Подключают микроамперметр и резистором R18 устанавливают стрелку его на нулевую отметку шкалы.
Переключателем поддиапазонов выбирают предел измерений 50 мВ. Подают на вход прибора такое же напряжение (его контролируют образцовым прибором) и движком подстроечного резистора R15 устанавливают стрелку микроамперметра на конечное деление шкалы.
Проверяют калибровку прибора на других поддиапазонах и при необходимости составляют таблицу погрешностей прибора либо более тщательно подбирают соответствующие резисторы входного делителя.