Предусилитель-приставка для измерительного оборудования

В этой статье автор из Болгарии приводит описание простого предварительного усилителя для использования в качестве приставки для ци­фровых мультиметров.

При использовании во время экспериментов и тестирования электронной аппаратуры большого количества измерительного оборудования может возникнуть множество проблем. Особенно при использовании аналоговых и цифровых мульти­метров с малым входным сопротивлением при измерении напряжения и большим внутренним сопротивлением при измерении тока.

Примером такого прибора может служить, по­жалуй, самый дешевый мультиметр типа DT-830 и другие приборы 8300 серии. Эти мультиметры имеют следующие основные параметры важные при их доработке:

• минимальный придел измерения постоянного напряжения (ОСУ): 200 мВ;
• минимальный придел измерения переменно­го напряжения (АС\/): 200 В;
• минимальный придел измерения постоянного тока (ОСА): 200 мкА;

На практике хотелось бы иметь более высокую чувствительность и несколько большее входное сопротивление прибора при измерении напря­жений. Достичь этого можно использованием предварительных усилителей на операционных усилителях.

Принципиальная схема простого предусили­теля-приставки представлена на рис.1.

Рис. 1

Основой этого предусилителя является мик­росхема операционного усилителя (ОУ) IC1 типа TL061. Назначение выводов микросхемы TL061 приведено в таблице.

Сигнал на неинвертирующий вход IC1 поступа­ет с разъема Х1 через ограничивающий резистор R3 и разделительный конденсатор С1. Если необ­ходимо усиление перепадов постоянной состав­ляющей входного сигнала, то С1 можно закоро­тить переключателем S3. Входное сопротивление предварительного усилителя равно 10 кОм. Оно задается резистором R4. При необходимости его можно уменьшить, подключая параллельно R4 пе­реключателями S1 и S2 резисторы R1 и R2.

Коэффициент усиления ОУ определяется од­ной из двух цепей ООС по постоянному току:

• R6, R5;
• R6, R5.

Цепи ООС переключаются с помощью S4. Ко­эффициент усиления ОУ IC1 при включенной од­ной или другой цепи ООС вычисляется так:

• Av1 = 1 + R6/R5 = 1 + 9,1/1 = 10,1;
• Av2= 1 + R7/R5 = 1 + 100/1 = 101.

То есть в верхнем положении S4 коэффициент усиления ОУ будет приблизительно равен 10, а в нижнем – 100.

Резистор R11 ограничивающий на выходе схемы.

ОУ имеет двухполярное напряжение питание, причем в этой схеме отрицательное напряжение питания формируется из положительного с по­мощью преобразователя постоянных напряже­ний на таймере IC NE555. Собственно на IC1 со­бран генератор импульсов, которые затем вы­прямляются схемой удвоения на диодах Шоттки D1, D2 и накопительных конденсаторах С7, С8.

При положительном напряжении питания

+U_Яма = 15 В, отрицательное напряжение питания -U_Яма = -12,5В.

Схему можно питать напряжением +U_Яма в пределах +4,5…+ 16 В.

Замечу, что при использовании низкого на­пряжения питания +U_Яма, разность между напря­жениями +U_Яма и -U_Яма увеличивается. Так, на­пример, при +U_Яма = 5 В, напряжение -U_Яма со­ставляет всего -2,5 В.

Не одинаковые значения положительного и отрицательного напряжения питания ОУ приво­дит к появлению на выходе ОУ (вывод 6 IC1) постоянного не равного нулю напряжения, для компенсации которого ис­пользуется подстроечный ре­зистор R10 и ограничивающий резистор R9, через которые на ОУ поступает на­пряжение смещения от источника питания -U_пиг Для защиты неинвертирующего входа ОУ (вы­вод 3 IC1 ) от повышенного напряжения, поступающего на вход предусилителя (вывод 1 Х1), ис­пользуется двухсторонний диодный ограничи­тель на диодах Шоттки D3, D4 и ограничивающий резистор R3.

Одним из достоинств приставки является низ­кое потребление, которое еще можно умень­шить, используя в качестве IC1 ОУ типа TL071. В позиции IC1 вместо TL061 можно использовать микросхемы TL071, TL081, ОР27, MC1741(S), NE5534 или их аналоги. Причем, ОУ TL071, TL081 устанавливаются вместо TL061 без изменения схемы и монтажа, т.к. цоколевка этих микросхем совпадает с МС TL061. Остальные из перечис­ленных выше микросхем отличаются от TL061. Отличия в их подключении показаны на рис.2.

Рис. 2

Печатная плата для устройства не изготавлива­лась и не разрабатывалась. Предусилитель был собран на отрезке макетной платы, где были ус­тановлены детали, а проводники разведены на­весным монтажом тонким изолированным мон­тажным проводом.

Правильно собранный предусилитель начина­ет нормально работать сразу после включения и установки на выходе ОУ (вывод 6 IC1 ) напряжения 0 В с помощью подстроечного резистора R10.

Автор: Петр Петров, г. София
Джерело: Радиоаматор №10, 2016