Как измерить высокочастотное напряжение мультиметром
Измеряем ВЧ напряжение цифровым мультиметром постоянного тока
Разновидности диодных детекторов, их чувствительность и максимальные
уровни измеряемых высокочастотных напряжений.
 |
Конструкции детекторов для измерения ВЧ напряжений могут выполняться по-разному, рассмотрим основные разновидности (Рис.1).
 Рис.1 Разновидности диодных детекторов |
Сделать это можно, подключив дополнительный источник напряжения. На нижней схеме рисунка Рис.1 показан подобный способ устранения “ступеньки”, в результате чего приемлемая точность показаний вольтметра начинается со значений в несколько десятков милливольт.
Номинал сопротивления 82кОм следует подобрать под конкретный тип и экземпляр диода для получения наилучшей компенсации напряжения “ступенька”.
Все приведённые выше ВЧ-пробники рассчитаны для работы с вольтметрами или цифровыми мультиметрами с входным сопротивлением не менее 1МОм.
Германиевые диоды – из числа: 1N60, 1N34, 1N270, ГД507, ГД508, Д311, Д18, Д20, Д9.
Диоды с барьером Шоттки – любые малосигнальные диоды, например, 1N5711, ВАТ41 и т. д.
Верхний предел измеряемых уровней напряжений зависит от предельных характеристик выбранного диода и не должен превышать одной трети от максимально допустимого обратного напряжения полупроводника.
«Способ этот не нов – его применяли ещё на заре полупроводниковой электроники. Речь идёт о пропускании через диод небольшого постоянного тока в прямом направлении. Схема детекторной головки такого типа показана на Рис.2.
Рис.2 Схема измерительной головки ВЧ вольтметра с диодами Шоттки
Значение тока через измерительный диод VD1 определяется сопротивлением резистора R1 и в данном случае примерно равно 20 мкА. При этом падение напряжения на диоде будет около 0,2В. Для того чтобы исключить его влияние на результаты измерений, на второй вход мультиметра надо подать точно такое же напряжение. Его можно получить с помощью обычного резистивного делителя, но лучше это сделать введением второго диода Шоттки VD2. Одинаковые напряжения на обоих диодах устанавливают переменным резистором R2 по нулевым показаниям мультиметра в отсутствие напряжения на входе головки.
Этот диод не используется для измерения напряжения, но если его поместить рядом с диодом VD1 (в тепловом контакте с ним), повысится температурная стабильность работы измерительной головки. Это особенно важно при измерении самых малых ВЧ напряжений.
Дело в том, что при изменении окружающей температуры изменения падения напряжения на обоих диодах будут примерно одинаковыми, и балансировка головки не будет нарушаться.
Испытания головки показали, что её чувствительность при малых напряжениях заметно повысилась, а зависимость показаний мультиметра от ВЧ напряжения на входе головки у неё практически совпадает с аналогичном зависимостью для головки с германиевым диодом.
Максимально допустимое обратное напряжение диодов Шоттки ВАT41 — 100 В. Следовательно, максимальное ВЧ напряжение, которое можно измерять головкой с таким диодом — примерно 35 В (действующее значение). Ёмкость перехода диода при обратном смещении 1В не превышает 2пФ.
Измерения показали что у головки с диодом ВАТ41 нет частотной зависимости показаний, по крайней мере до 30 МГц (на более высокой частоте проверка не производилась).
В измерительной головке можно применить и другие импортные диоды, например BAR28, 1N5711 или 1N6263. Все три диода имеют близкие характеристики. Они немного уступают BAR41 по максимально допустимому обратному напряжению (70 В), но имеют заметно меньшую ёмкость — около 2 пФ при нулевом напряжении на диоде (!) и должны работать на частотах несколько сотен мегагерц.
Головку можно запитать и от двух элементов АА, общим напряжением 3В. АА обеспечат работу измерительной головки на протяжении очень длительного времени, даже без отключения питания, поскольку потребляемый ею ток сопоставим с током саморазрядки элементов. При таком питании сопротивление резисторов R1 и R3 следует уменьшить до 300 кОм. Уменьшение тока через диод до 10 мкА не сказывается на характеристиках измерительной головки».
Радио-как хобби
ВЧ вольтметр из цифрового мультиметра DT700D.
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:
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.
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:
Как измерить высокочастотное напряжение мультиметром
_________________
Ваш ученик на веки!
Andy61  |
| |
| ||
| radic616 | ||||
Зарегистрирован: Пт авг 20, 2010 15:29:25 |
| |||
| ||||
| Andy61 |
| |
| ||
| SmarTrunk | |||
Карма: 27 |
| ||
| |||
| radic616 | ||||
Зарегистрирован: Пт авг 20, 2010 15:29:25 |
| |||
| ||||
Borodach  | ||||
Карма: 113 |
| |||
| ||||
| radic616 | ||||
Зарегистрирован: Пт авг 20, 2010 15:29:25 |
| |||
| ||||
