Источник сигналов постоянного напряжения - Сборник статей - Каталог статей

Источник сигналов постоянного напряжения

Существенное значение при наладке и разработке различных устройств имеют измерения на постоянном токе. Широко распространены различные вольтметры, а вот источники сигналов постоянного напряжения используются радиолюбителями в значительно меньшей степени. Однако применение источников сигналов постоянного напряжения очень облегчает многие измерения и операции. Широкодиапазонные источники калиброванных сигналов сложны и дороги. Поэтому радиолюбители чаще всего используют сетевые источники питания или гальванические элементы с резистивными делителями напряжения (1, 2). При этом формируется несколько дискретных значений постоянного напряжения. Иногда для питания этих источников сигналов используют ртутно-цинковые элементы и батареи, отличающиеся постоянством напряжения в процессе разряда, особенно при малых токах (3). Стабильность напряжения в процессе разряда у ртутно-цинковых элементов позволяет использовать их в качестве опорных (эталонных) источников постоянного напряжения.

На рисунке приведена схема простого источника сигналов постоянного напряжения с плавной регулировкой уровня выходного сигнала в пределах декады и возможностью выбора переключателем S2 десятичных коэффициентов деления (декад) от 1 до 10-8. Это обеспечивает возможность получения выходных сигналов с уровнями до единиц нановольт. При помощи переключателя S3 устанавливают необходимое выходное сопротивление источника сигналов, обеспечиваемое резисторами R11...R20.

Переключателем S1 изменяют полярность подключения гальванического элемента. С выхода первого делителя напряжения на резисторах RP1, RP2 получают плавно регулируемое напряжение в пределах от 0 до 1 В. С движка RP2 это напряжение подается на микроамперметр Р1, по шкале которого контролируют уровень выходного напряжения, а также на переключатель S2.

Большие коэффициенты деления и соответственно очень малые выходные напряжения, а также наличие очень больших выходных сопротивлений и требования по стабильности и точности выходного напряжения накладывают определенные ограничения на подбор элементов и конструктивное исполнение источника сигналов постоянного напряжения.

Гальванический элемент должен быть ртутно-цинковым с емкостью не менее 0,5 А-ч. С другими электрохимическими элементами прийдется часто подстраивать первый делитель напряжения. Переключатель S1- типа П2Т с тремя положениями, среднее из которых — нейтральное. Так получается меньше органов управления на передней панели, а кроме того, так удобнее работать. Вполне возможно применение двух тумблеров (одного — для включения питания, другого — для реверса полярности ). RP1 и RP3 – многооборотные подстроечные резисторы типа СП5-1,2,3,4, СП5-14, 15, СП5-2, 24. RP2 — регулировочный резистор с высокой разрешающей способностью типа СП5-35 или СП5-40. Он имеет два резистивных элемента, управляемых от одного вала. Вначале происходит поворот подвижной системы грубого резистивного элемента, потом — точного. Можно также применить регулировочные десятиоборотные резисторы со спиральным резистивным элементом типа СП5-39 или СП5-44. Разумеется, если не предъявлять высоких требований по точности и плавности установки выходного напряжения, можно обойтись и обычным переменным резистором.

Микроамперметр должен быть с нулем посередине шкалы, на любой ток менее 200 мкА. Можно, конечно, применить и односторонний микроамперметр, но это менее удобно, и кроме того, придется вводить дополнительную коммутацию микроамперметра.

Резистор R1 должен быть типа С2-29В, и его значение либо подбирается опытным путем, либо рассчитывается по известным данным миллиамперметра. Резистор R10 – любой прецизионный. Резисторы R2...R9 – также прецизионные. Переключатели S2 и S3 – галетные на керамическом основании. Если они были в употреблении, и галеты загрязнены, их необходимо тщательно промыть спирто-бензиновой смесью во избежание снижения сопротивления изоляции.

Гнезда XS1 и XS2 должны быть установлены на толстой алюминиевой или дюралюминиевой панели через изоляционные шайбы из бериллиевой керамики или, в крайнем случае, через прокладки из фторопластовой пленки с целью обеспечения одинаковых температур в местах паек. Дело в том, что на спаях из разнородных металлов образуются термо-ЭДС, которые в данном случае включены встречно, и в случае равенства компенсируются. Если же температуры спаев будут различны, то компенсации не будет, и тогда малые выходные напряжения могут быть сильно искажены.

Монтаж резисторов R2...R20 – объемный (на весу), во избежание ухудшения изоляции и появления токов утечек. Эти резисторы паяются к выводам переключателей S2, S3 и к толстому медному проводу, который служит общей точкой их соединения.

Прибор размещается в металлическом корпусе, который используется в качестве экрана. При сборке нужно пользоваться только спирто-канифольным флюсом, а после сборки — тщательно промыть все пайки.

Настройка заключается в установке напряжения величиной 1 В на верхнем выводе RP2 при помощи RP1, когда переключатель S2 установлен в положение 10-1. Это обусловлено тем, что входное сопротивление декадного делителя в двух верхних положениях S2 шунтирует плавный делитель и снижает его максимальное выходное напряжение.

Напряжение на делителе (1 В) лучше всего измерять точным цифровым вольтметром. Одновременно нужно при помощи RP3 добиться полного отклонения стрелки микроамперметра на последнее деление шкалы.

Источник сигналов постоянного напряжения в таком исполнении не связан с сетью переменного тока, откуда через проходные емкости обычно проникают шумы и помехи, от которых очень трудно избавиться. При необходимости источник сигналов может быть выполнен дифференциальным со средней точкой, то есть в одном корпусе размещаются два описанных источника сигналов.

ЛИТЕРАТУРА

Нюрманн Д. Измерительные приборы для домашней лаборатории: Пер. с нем.- М.: Энергоатомиздат, 1991, с. 25...27.
Члиянц Г. Калибратор напряжения. - Радио, 1974, №12, с. 20.
Малогабаритные сухие элементы и батареи. - Радио, 1961, №11, с. 60-61.

Источник публикации: ж. Радиолюбитель, 1999, №10, с. 36-37.