Измерительные приборы с неоновыми лампами
Радио 1957 №3
В. Большов
Используя обычную неоновую лампочку, можно легко изготовить комплект приборов для проверки и налаживания радиоаппаратуры. Такие приборы отличаются простотой и малыми габаритами и поэтому могут оказаться полезными не только для начинающего радиолюбителя, но и для радиомастера.
В описываемый комплект входят: измерители напряжений (до 1000 В), измеритель сопротивлений (от 10 Ом до 10 МОм) и ёмкостей (от 10 пф до 10 мкф), а также генератор сигналов, с помощью которого можно проверять как низкочастотные, так и высокочастотные цепи приёмников.
Чтобы потенциал зажигания неоновой лампы со временем не изменялся, её перед установкой в прибор необходимо отформовать постоянным напряжением (выше потенциала зажигания) в течение 70-100 часов.
ИЗМЕРИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
Один из измерителей напряжения с пределами измерений от 50 до 1000 в представляет собой обычный делитель напряжения (рис. 1), образованный сопротивлениями R1 и R2. К части сопротивления R2 подключена неоновая лампочка, потенциал зажигания которой известен. Вращая ось R2, отмечают то положение движка этого сопротивления, которому соответствует момент зажигания Л1. Это позволяет определить, во сколько раз Uизм выше потенциала зажигания лампочки.
Рис. 1.
Пример. Потенциал зажигания лампочки 70 В. Измеряемое напряжение подключено между зажимами «500» и «ОБЩ». Лампочка зажглась в тот момент, когда движок сопротивления R2 находился в среднем положении, т. е. половина измеряемого напряжения равна потенциалу зажигания лампочки (70 В). Отсюда следует, что Uизм = 140 В.
Для удобства отсчета на оси переменного сопротивления R2 закрепляют стрелку. Стрелка эта перемещается по шкале, которая с помощью эталонного вольтметра и источника постоянного напряжения градуируется в вольтах (рис. 1А). По этой шкале можно быстро определить величину Uизм, в зависимости от положения стрелки, которое соответствует потенциалу зажигания лампочки. Правильность градуировки прибора сохраняется только при определенной полярности измеряемого напряжения: смена полярности приводит к дополнительной погрешности при измерениях.
Рис. 1А.
Описанным прибором можно измерять и переменные напряжения. При этом следует иметь в виду, что зажигание лампочки будет вызвано амплитудой напряжения и поэтому для подсчета эффективного значения Uизм, определяемую по шкале величину напряжения нужно умножить на 1,4. Входное сопротивление прибора в диапазоне «1000 В» составляет 8 МОм, а в диапазоне «500 В» - 2 МОм.
Минимальная величина измеряемого напряжения определяется потенциалом зажигания лампочки. С этой точки зрения в приборе целесообразно использовать лампочки с низким потенциалом зажигания (например, МН-3).
Для измерения напряжений порядка единиц и десятков вольт можно использовать другой прибор (рис. 2). Потенциометр R4 этого прибора также снабжен стрелкой и шкалой, по которой производится отсчёт величины Uизм.
Рис. 2.
Перед тем как проводить измерения, стрелку устанавливают на нулевое деление этой шкалы, а затем, закоротив входные зажимы («+» и «-») прибора, подбором величины сопротивления R2 добиваются зажигания лампочки. Если теперь ко входным зажимам подключить измеряемое напряжение (Uизм), соблюдая при этом полярность, указанную на рис. 2, то неоновая лампочка потухнет. Это объясняется тем, что Uизм противодействует напряжению внешнего источника и таким образом напряжение на электродах Л1 снижается. Для того чтобы вновь добиться зажигания лампочки, необходимо будет увеличить приложенное к ней напряжение на величину Uизм. Это осуществляется путём установки движка переменного сопротивления R4 в определённое положение (отличное от нулевого); чем больше Uизм, тем больше должно быть и дополнительное напряжение, подаваемое на неоновую лампочку с потенциометра R4, а это позволяет по положению стрелки, закреплённой на оси R4, определять величину Uизм.
В качестве внешнего источника напряжения можно использовать анодные батареи либо выпрямитель, питающий анодные цепи приёмника, в котором производятся измерения. В последнем случае удобно пользоваться переходной колодкой (см. рис. 5). Такую колодку вставляют в ламповую панель выходной лампы сетевого приёмника или усилителя, а выходную лампу, в свою очередь, вставляют в ламповую панель, расположенную на самой переходной колодке. Переходная колодка, схема которой показана на рис. 5, может использоваться только с лампами 6П6С, 6П3С, 6Ф6С или ЗОП1М.
Рис. 5.
Входное сопротивление описываемого прибора составляет примерно 10 МОм. Таким образом, оба измерителя напряжения с неоновыми лампочками обладают весьма большим входным сопротивлением. В этом отношении они равноценны вольтметру, в котором используется гальванометр чувствительностью 5-10 мкА, т. е. со входным сопротивлением 100000-200000 Ом на вольт.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ
Для измерения сопротивлений радиолюбители наиболее часто используют обычные стрелочные омметры. К недостаткам этих приборов следует отнести весьма большие погрешности при измерениях (до 30-50%), Кроме того, для постройки стрелочного омметра с большими пределами измерений необходимо иметь гальванометр с очень высокой чувствительностью.
Рис. 2А.
Довольно большую точность (± l...3%) можно получить при измерении сопротивлений с помощью моста (рис. 2А). Со специального генератора к мосту подводится напряжение звуковой частоты, которое через сопротивления Rэт, Rх, R1 и R2 (эти сопротивления называются плечами моста) поступает на головные телефоны. В одно из плеч моста включают сопротивление, величину которого нужно измерить (Rх), а в другое - эталонное сопротивление (Rэт). Два плеча моста (R1 и R2) выполняют в виде общего переменного сопротивления, получившего название - «реохорд».
Перемещая движок этого сопротивления, можно добиться баланса моста, т. е. выполнения условий
Rх/Rэт = R2/R1 (1)
В этом случае напряжение между точками а и б оказывается равным нулю, и поэтому признаком баланса моста может служить отсутствие звукового сигнала в головных телефонах.
Если известна величина сопротивления Rэт и соотношение R1 и R2, при котором мост оказывается сбалансированным, то можно легко определить величину сопротивления Rx
Rх = Rэт*R2/R1 (2)
Для удобства определения отношения R2/R1 переменное сопротивление (реохорд) снабжают шкалой и стрелкой. Шкалу градуируют в относительных числах, показывающих, на сколько нужно умножить известную величину Rэт, чтобы получить величину Rx. Баланс моста устанавливают путем перемещения движка реохорда (R1, R2), ориентируясь при этом на наиболее слабый звук или (когда это оказывается возможным) на полное исчезновение сигнала в телефонах.
Включив вместо Rэт эталонный конденсатор, можно с помощью моста производить измерение ёмкости. В этом случае конденсатор, ёмкость которого нужно измерить, включают вместо Rx.
Питание моста можно осуществлять от сети переменного тока с частотой 50 Гц. Однако точность измерений при этом окажется весьма низкой, так как ухо человека обладает пониженной чувствительностью к звуковым колебаниям с низкими частотами, а это затрудняет определение баланса моста. На рис. 3 изображены схема и конструкция простого моста для измерения Rx и Сх, к которому подводится переменное напряжение (с частотой 1000 Гц) от внутреннего генератора, собранного на неоновой лампочке. Для питания такого генератора необходимо иметь источник постоянного напряжения 80-250 В. Потребляемый генератором ток при этом не превышает 0,5 мА, и поэтому питание моста можно осуществлять от анодной батареи либо, так же как в измерителе малых напряжений, пользоваться переходной колодкой (рис. 5), подключаемой к сетевому приёмнику. Для расширения пределов измерений в приборе используется несколько эталонных сопротивлений и конденсаторов.
Рис. 3.
Налаживание моста сводится к подбору частоты генератора изменением величин R5 или С4. Градуировку моста удобно производить с помощью магазина эталонных сопротивлений и емкостей. Величины R1, R2, и и C1, С2, С3 нужно подбирать особо точно. В качестве трансформатора Tp1 можно использовать любой трансформатор с соотношением числа витков обмоток I и II от 1:1 до 1:10.
ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ
Форма напряжения на выходе релаксационного генератора, используемого в измерительном мосте, очень далека от синусоидальной и поэтому спектр генерируемых колебаний весьма широк. Это позволяет применить подобный генератор сигналов для проверки не только низкочастотных, но и высокочастотных (до 20 МГц) цепей. Генератор сигналов можно выполнить в виде отдельной конструкции (рис. 4), разместив его в корпусе от электролитического конденсатора с внешним диаметром 30 мм или в специально сделанном из белой жести цилиндрическом корпусе. На одной из торцовых стенок корпуса закрепляется переменное сопротивление, которое служит для регулировки уровня сигнала. Другая торцовая стенка корпуса изготовляется из изоляционного материала (эбонит, органическое стекло, дерево) и в ней закрепляют медный стержень, соединённый с выходом генератора (а). Второй выходной провод (б), который должен подключаться к шасси проверяемого приёмника или усилителя, удобно снабдить пружинящим зажимом.
Рис. 4.
Уровень выходного напряжения регулируется потенциометром R1 который для ориентировочного определения выходного напряжения целесообразно снабдить шкалой.
Возможности применения генератора сигналов весьма широки. Прежде всего с его помощью легко произвести покаскадную проверку приёмника. Для этого контакт а генератора последовательно подключают к управляющим сеткам ламп (начиная с выходной лампы) и прослушивают сигнал в громкоговорителе. Таким образом удается обнаружить неисправный каскад не только в усилителе НЧ, но и в высокочастотных усилителях.
Генератор сигналов можно использовать и для настройки колебательных контуров в резонанс. Так, например, если подать сигнал на сетку первого каскада усилителя ПЧ, то, ориентируясь на наиболее громкий сигнал, можно будет настроить все контуры этого усилителя на одну и ту же частоту. При этом следует иметь в виду, что генератор не даёт возможности определить частоту, на которую окажутся настроенными контуры, и поэтому может оказаться что промежуточная частота будет несколько отличаться от номинальной. Точно так же можно производить подстройку контуров приёмника прямого усиления в различных участках диапазона. Поскольку напряжение гармоник генератора примерно одинаково в пределах одного диапазона, то, перестраивая приёмник, по уровню сигнала на выходе можно судить о равномерности усиления по диапазону, а также о качестве сопряжения контуров супергетеродина Для налаживания генератора его подключают к антенне всеволнового приёмника и подбором величины R2 добиваются того, чтобы сигнал был слышен на самом высокочастотном участке KB диапазона.
Питание генератора удобнее всего осуществлять от анодного выпрямителя, пользуясь переходной колодкой (рис. 5).