Аналоговый милливольтметр

Часть 2. Конструкция и монтаж

Конструкция прибора

В части конструкции этого прибора у радиолюбителя есть большой простор для самостоятельного творчества. Проще всего вопрос решается, если в наличии имеется готовый корпус подходящих габаритов. В этом случае останется сделать лицевую панель, разместить на ней стрелочный прибор, галетный переключатель, светодиод и входной разъем BNC, а все остальные элементы, включая четыре платы модулей, закрепить тем или иным способом внутри корпуса. Диоды D1...D12 распаиваются непосредственно на галетном переключателе, а модули соединяются между собой короткими шлейфами из монтажных проводов с кабельными частями разъемов KF2510 на концах.

У автора, к сожалению, готового корпуса не нашлось, а собрать прибор чтобы посмотреть, как модули будут работать совместно в едином изделии, очень хотелось, поэтому решено было создать простейшую бескорпусную конструкцию на основе внутренней несущей панели из изоляционного материала. Автор ни в коем случае не настаивает, что эта конструкция является образцом для подражания, но, вероятно, читателям будет интересно ознакомиться с ней как с одним из возможных вариантов компоновки изделия.

Основой этой конструкции является несущая панель размерами 180*82 мм из листового винипласта толщиной 3 мм. Винипласт хорош тем, что легко поддается механической обработке, но при его отсутствии можно использовать любой другой изоляционный материал, например, текстолит, оргстекло или полистирол соответствующей толщины.

С лицевой стороны к несущей панели прикреплен стрелочный прибор и через четыре втулки высотой 27 мм привинчена небольшая вспомогательная панель размерами 40*82 мм из того же винипласта. На вспомогательной панели закреплены: светодиод - индикатор включения, галетный переключатель и разъем для подачи измеряемого напряжения.

Сзади к несущей панели через небольшие резьбовые втулки привинчены четыре платы модулей.

Повторив конструкцию, показанную на фото и выполнив несложную настройку, которая будет описана далее, вы уже сможете начать пользоваться милливольтметром, хотя недоделанный вид конструкции и отсутствие корпуса наверняка будут коробить ваши эстетические чувства. По крайней мере, автор относится к описанной конструкции исключительно как ко временной и планирует в ближайшее время либо найти подходящий готовый корпус, куда можно будет поместить этот собранный на скорую руку полуфабрикат, либо изготовить такой корпус самостоятельно. А если кто-то из наших читателей сделает собственный вариант прибора и пришлет нам его снимки, то мы с удовольствием их здесь разместим.

Монтаж, экранирование и разводка общего провода

В целом, за счет невысокого входного сопротивления модуля аттенюатора и не слишком высокого коэффициента усиления по переменному току (в сумме 40 дБ) прибор не требует особо тщательного экранирования узлов и каких-то специальных мероприятий по повышению его помехозащищенности. Однако, некоторые основные правила борьбы с наводками соблюдать, тем не менее, желательно. К числу таких правил относится выбор оптимального расположения элементов, особенно элементов входной цепи, их экранирование и разумная последовательность соединения всех элементов с общим проводом.

Все рекомендации такого рода хорошо знакомы радиолюбителям, изготавливающим усилители низкой частоты, особенно тем из них, кто увлекается высококачественной аппаратурой Hi-Fi и Hi-End. В такой аппаратуре борьба со всякого рода фоном и наводками имеет первостепенное значение, поэтому этой теме посвящено множество публикаций в интернете и десятки бурных дискуссий на радиолюбительских форумах. Главный вывод, который можно сделать, изучив все эти источники - не существует однозначных рецептов, позволяющих изначально выполнить монтаж и экранирование оптимальным образом. В зависимости от особенностей каждой конкретной конструкции может понадобиться искать наилучший вариант экспериментально. Особенно это относится к конфигурации общего провода, поскольку паразитные напряжения, наводимые в общем проводе протекающими по отдельным участкам этого провода токами могут частично компенсировать друг друга, то-есть не только суммироваться, но и вычитаться. Поэтому минимального уровня фона и помех иногда удается добиться при такой последовательности соединений с общим проводом, которая с точки зрения теории может выглядеть довольно нелогичной.

Итак, перечислим по порядку принятые автором меры по обеспечению помехоустойчивости:

1. Расположение элементов.
   На рис.5 в предыдущем разделе видно, что модуль аттенюатора расположен в правой части несущей панели в непосредственной близости от элементов входной цепи. Это позволяет укоротить самую чувствительную к наводкам цепь, соединяющую резистор R1 со входом модуля. В центре располагаются модули измерительного усилителя и прецизионного выпрямителя, а основной источник помех - модуль питания с импульсным преобразователем DD1912PA - находится в левой части несущей панели на максимальном удалении от входных цепей.
   
2. Экранирование.
   При расположении модулей, показанном на рис.5, ни сами модули, ни соединяющие их между собой провода экранирования не требуют. Единственная цепь, которая выполнена экранированным проводом - это кабель, соединяющий элементы входной цепи со входом модуля аттенюатора. Монтажная схема входной цепи показана на рисунке:
   
   
   Резистор R1 припаян непосредственно ко входному разъему J1, а реле K1 установлено в непосредственной близости от этого разъема и его нормально замкнутый контакт соединен с резистором короткими отрезками монтажного провода. Оплетка двужильного экранированного кабеля соединяется с общим проводом в одной точке - вблизи входа модуля аттенюатора.
3. Последовательность соединений с общим проводом.
   Питающие напряжения на модули U1...U3 поступают от модуля питания через 3 плоских шлейфа из разноцветных монтажных проводов, которые можно видеть на рис. 5. Соответственно, общие провода всех модулей соединяются в одной точке - на выходных разъемах модуля питания. Однако, как выяснилось в процессе настройки прибора, такое соединение, хоть и соответствует общепринятым рекомендациям, но не является оптимальным для данной конструкции. Еще большего снижения уровня наводок удается достичь, если в дополнение к питающим шлейфам соединить общие провода модулей друг с другом через их входные и выходные (сигнальные) разъемы. Для этого модули соединяются между собой витыми парами, состоящими из сигнального и общего проводов. На рис.5 это красно-черная пара, соединяющая выход модуля аттенюатора со входом модуля измерительного усилителя и желто-черная пара, соединяющая выход модуля измерительного усилителя со входом модуля прецизионного выпрямителя.

Настройка прибора

Если каждый из модулей был заранее настроен в соответствии с рекомендациями в его описании, то процесс настройки прибора в целом заключается лишь в небольшой корректировке показаний подстроечным резистором R3 в модуле измерительного усилителя (U2) и подстроечным резистором R2 в модуле прецизионного выпрямителя (U3). Для этого переключатель диапазонов милливольтметра устанавливается в положение "1V", на его вход подается сигнал синусоидальной формы напряжением (СКЗ) 1 В частотой 400 Гц и сначала резистором R3 в модуле U2 добиваются напряжения ровно 1 В на выходе модуля (контакт 1 разъема JP2 модуля U2), а затем резистором R2 в модуле U3 добиваются отклонения стрелки прибора на всю шкалу (10 по верхней шкале).

Далее, переключая диапазоны измерений и подавая на вход прибора соответствующие измеряемые напряжения, убеждаются в том, что аттенюатор работает правильно и погрешность показаний не превышает допустимую.