Высокочастотный (ВЧ) милливольтметр — один из самых полезных приборов в лаборатории радиолюбителя․ Он позволяет измерять малые переменные напряжения в широком диапазоне частот: от звуковых до десятков и сотен мегагерц․ Покупной прибор стоит недёшево, поэтому многие радиолюбители собирают его самостоятельно․ В этой статье рассмотрим принцип работы, типовые схемы и особенности конструкции самодельного ВЧ милливольтметра․
Принцип работы
Обычный стрелочный вольтметр или цифровой мультиметр не способен корректно измерять напряжения высокой частоты, их входные цепи имеют слишком большую ёмкость и индуктивность․ Поэтому в ВЧ милливольтметре применяется следующий принцип:
- Измеряемое ВЧ напряжение подаётся на высокочастотный пробник с диодным детектором․
- Диод выпрямляет переменное напряжение, преобразуя его в постоянное, пропорциональное амплитуде (или действующему значению) сигнала․
- Полученное постоянное напряжение усиливается усилителем постоянного тока (УПТ)․
- Результат отображается стрелочным микроамперметром или цифровым индикатором․
ВЧ пробник
Пробник — самая ответственная часть прибора․ Именно он определяет верхнюю границу частот и точность измерений․ Типовая схема пробника включает:
- Разделительный конденсатор — отсекает постоянную составляющую в контролируемой цепи;
- Детекторный диод — применяют высокочастотные германиевые диоды (Д9, Д18, Д20, ГД507) или кремниевые диоды Шоттки с малой барьерной ёмкостью;
- Конденсатор фильтра — сглаживает выпрямленное напряжение;
- Делитель напряжения — для расширения пределов измерения․
Корпус пробника делают металлическим (экранированным), а соединительные провода, как можно короче․ Для подключения к измеряемой цепи используют короткий «крокодил» заземления и остриё-щуп․ Длинные провода вносят большую погрешность на высоких частотах․
Усилитель постоянного тока
Выпрямленное напряжение мало, поэтому его необходимо усилить․ Классические схемы строятся на транзисторах, включённых по схеме дифференциального (мостового) усилителя․ Например, схема милливольтметра постоянного тока может быть построена на транзисторах VT1 и VT2, образующих сбалансированный каскад, в диагональ которого включён стрелочный прибор․ Такое включение обеспечивает:
- высокую температурную стабильность нуля;
- хорошую линейность шкалы;
- высокое входное сопротивление․
В современных конструкциях вместо транзисторов удобно применять операционные усилители с малым напряжением смещения (например, К140УД8, OP07, TL071)․ Это упрощает налаживание и повышает стабильность показаний․
Пределы измерения и калибровка
Типичный самодельный ВЧ милливольтметр имеет несколько поддиапазонов, например:
- 10 мВ;
- 30 мВ;
- 100 мВ;
- 300 мВ;
- 1 В;
- 3 В и выше․
Переключение пределов осуществляется делителями напряжения на входе УПТ․ Калибровку прибора выполняют по образцовому источнику: подают известное напряжение звуковой частоты (например, 1 кГц) с генератора, контролируя его точным вольтметром, и подстроечными резисторами выставляют соответствующие показания на каждом пределе․
Конструктивные рекомендации
- Корпус прибора желательно металлический, с хорошим заземлением общей шины․
- Питание — стабилизированное, от батарей или сетевого блока с хорошей фильтрацией․
- Монтаж пробника — навесной, максимально компактный․
- Перед измерением прибору дают прогреться 5–10 минут и устанавливают нуль․
Самодельный ВЧ милливольтметр — вполне посильная конструкция даже для радиолюбителя среднего уровня․ При аккуратном монтаже пробника и тщательной калибровке такой прибор обеспечивает измерения от единиц милливольт до нескольких вольт в диапазоне частот от десятков килогерц до 100–300 МГц, что полностью закрывает потребности при настройке усилителей, генераторов, приёмной и передающей аппаратуры․