Джентльменский набор | AmpExpert - Электроника
Джентльменский набор_

Джентльменский набор

Джентльменский набор. Оборудуем домашнюю лабораторию

Скажу сразу: если у вас среди добрых родственников нет олигархов, то оборудовать домашнюю лабораторию по последнему слову техники и не пытайтесь это встанет в такую сумму, что домашние еще долго будут вам это

вспоминать. Потому делайте это постепенно: конечно, очень заманчиво купить цифровую измерительную станцию (мультиметр, запоминающий осциллограф, генератор сигналов и т. п. в одном флаконе) стоимостью пример

но как подержанный импортный автомобиль в хорошем состоянии, но уверяю, что для дела это необязательно. Есть, однако, вещи, без которых не обойтись, вот ихто мы и перечислим, а затем разберем по очереди.

Итак, вот малый джентльменский набор радиолюбителя:

мультиметр;

источник питания постоянного тока (два одинаковых однополярных или один двуполярный, иногда требуется и третий источник;

осциллограф;

генераторы прямоугольных и синусоидальных сигналов.

Перечисленного достаточно, чтобы повторить все примеры из этой статьи, однако в общем случае может понадобиться и иное оборудование (например, если вы собираетесь заняться радиоприемом или телевидением). Но мы остановимся на этом. Причем источники питания и генераторы несложно сделать самому (а генераторы даже предпочтительнее, так как они обойдутся вам в день труда и примерно в одиндва доллара, потраченных на компоненты, а работать будут не хуже, а в некоторых отношениях даже лучше промышленных, и окажутся много удобнее в использовании). В дальнейшем мы все это сделаем, а пока рассмотрим то, что имеется в продаже.

Мультиметр

Его еще часто называют по старинке тестером. Покупать надо обязательно цифровой и не самый дешевый. На рынке полно миниатюрных китайских мультиметров стоимостью в пару долларов их покупать не надо! Как правило, они работают примерно неделю, а потом, если не разваливаются, то просто перестают показывать. Но самый главный их недостаток даже не низкая надежность, а недостаточная точность, которая может быть довольно далека от декларируемых в описании величин.

В магазинах типа «Чип и Дип» или на радиорынках есть большой выбор приличных мультиметров. Вас интересует ценовой диапазон примерно от $20 до$50, большая цена означает, что в приборе наличествуют не слишком актуальные навороты: связь с компьютером, память или еще чтото в этом роде.

Выбирать нужно по количеству функций и диапазонам измерений. Перечислим главные функции, без которых не обойтись (в скобках желательные диапазоны):

измерение постоянного напряжения (2 мВ — 600 В);

измерение постоянного тока (2 мА — 10 А);

измерение переменного напряжения (1 В — 700 В);

измерение переменного тока (20 мА — 10 А);

измерение сопротивления (100 Ом — 10 Мом, функция «прозвонки»).

Все остальные функции, как говорят компьютерщики, опциональны, но пренебрегать ими не следует (располагаю их по степени практической нужности):

измерение емкости;

измерение индуктивности;

измерение параметров транзисторов;

измерение температуры.

Мультиметры работают, как правило, от 9-вольтовой батарейки в типоразмере «Крона». Батарейки хватает надолго, однако у некоторых моделей было замечено, что при снижении напряжения питания ниже допустимого мультиметр не выключается, а начинает врать. Это может быть источником неприятностей и крупных недоразумений, поэтому я советую сразу после покупки разориться на щелочную (alkaline) батарейку фирмы Duracell или Energizer, гарантированный срок хранения которой составляет 6—7 лет. Это будет неплохим вложением денег, учитывая, что батарейка в мультиметре в основном хранится. Автор этих строк сменил батарейку всего один раз за восемь лет эксплуатации, причем не потому, что она истощилась, а в профилактических целях: к тому моменту у нее два года как закончился срок хранения. Этот совет насчет щелочных элементов, кстати, относится не только к мультиметрам, а вообще к любой технике, которая должна долго питаться от гальванических элементов скажем, к пультам управления телевизорами.

Мультиметр типовой
Типовой мультиметр
с дополнительной функцией измерения емкости

 

При покупке мультиметра обратите внимание на наличие функции автовыключения (для экземпляра, изображенного на рис. 2.1, о присутствии такой функции говорит надпись «Auto power off»). Большинство современных мультиметров ее имеют, но может быть, при некотором опыте обращения с ними вы предпочтете, чтобы ее не было: такой мультиметр имеет привычку выключаться посреди работы как раз в тот момент, когда у вас заняты руки. По крайней мере, перед покупкой стоит ознакомиться с описанием того, как реализована эта функция.

Одновременно с мультиметром приобретите подходящие для него зажимы- крокодилы (с запасом — они легко теряются). С ними ситуация обычно такая:

чаще всего стандартные отечественные крокодилы не подходят, а «родные» импортные слишком громоздкие и очень плохо держатся на измеряемом про- воде. В этом случае рекомендуется либо, если возможно, подогнуть отечест- венные, чтобы они держались на импортном щупе, либо просто откусить импортные наконечники от проводов и заменить их отечественными штекерами, на которых крокодил держится очень крепко. При этом вы лишаетесь фирменного заостренного щупа, но его легко изготовить из крокодила, причем он будет даже лучше оригинального — плотно зажмите с помощью плоскогубцев (а еще лучше пропаяйте мощным паяльником) в крокодиле толстую швейную иглу и натяните на нее изолирующую кембриковую трубку, оставив свободными только несколько миллиметров кончика иглы (чтобы плотно держалось, лучше использовать термоусадочный кембрик). Сам крокодил тоже нужно изолировать — можно использовать более толстый термоусадочный кембрик или обмотать липкой эластичной полихлорвиниловой лентой (но не скотчем!). Это же щуп удобно использовать для осциллографа.

Слабым местом всех мультиметров является функция измерения тока, то есть режим амперметра.  Амперметр, включаемый всегда последовательно с нагрузкой, должен иметь очень маленькое собственное (внутреннее) сопротивление, иначе на нем будет большое падение напряжения, и это будет вносить искажения в измеряемую величину тока. Если вы все же не поняли предыдущую фразу, то вернитесь к рис. 1.4 и перерисуйте его на листочке бумажки так:

вместо амперметра нарисуйте резистор RА (который будет представлять упомянутое внутреннее сопротивление амперметра), а переменный резистор R1 исключите. Вы получите почти точно такую же картинку, как и раньше,

только вместо R1 у вас теперь есть RA и все расчеты будут совершенно аналогичными: чем больше RA, тем меньшее падение напряжения покажет

вольтметр на R2 и тем меньше будет общий ток в цепи. Это очень плохо, так как амперметр (как и вольтметр) должен только измерять, но никак не участвовать в процессах, происходящих в цепи. В принципе полностью избежать влияния амперметра не удается, но получается сделать внутреннее сопротив- ление амперметра достаточно малым, чтобы пренебречь его влиянием. Вот это-то замечательное свойство амперметров одновременно и является их самым слабым местом: достаточно перепутать и включить амперметр не по- следовательно, а параллельно источнику питания (подобно вольтметру на рис. 1.1), как через него, в полном соответствии с законом Ома, потечет ог- ромный ток, ограниченный только возможностями источника. Действитель- но: характерное сопротивление амперметра при измерении больших токов составляет порядка нескольких миллиом, что даже при 5-вольтовом источни- ке дает токи в 1000 А и более! На самом деле никакой обычный источник питания (включая даже бытовую электросеть) такого тока отдать не сможет, но того, что сможет, будет достаточно, чтобы прибор сгорел. Однако не отчаивайтесь — обычно в хороших мультиметрах на этот случай внутри стоит плавкий предохранитель, а самых «продвинутых» — даже само- восстанавливающийся. Поэтому если ваш прибор вдруг перестал показывать ток (а вы можете и не заметить, как случайно подсоединили его в режиме из- мерения тока к выводам питания), то прежде всего откройте его и проверьте этот самый предохранитель. Кстати, именно для того, чтобы дополнительно защитить мультиметр от вышеописанных неприятностей, клемму для подклю- чения щупа в режиме измерения тока всегда делают отдельно. Теперь немного о режиме вольтметра. От вольтметра, наоборот, требуется максимально высокое сопротивление, иначе часть тока будет проходить че- рез него, то есть мимо измеряемого участка, что эквивалентно уменьшению суммарного сопротивления этого участка (подробнее о параллельном вклю- чении резисторов мы поговорим в главе 5, а пока, чтобы понять сказанное, поглядите еще раз на рис. 1.4). То есть, чтобы вольтметр не вносил искаже- ния, его сопротивление делают максимально большим. И это хорошо — по крайней мере, нет такой опасности сжечь прибор, как в случае амперметра: если вы включите мультиметр в режиме вольтметра в цепь последовательно с источником питания, ток просто не пойдет (точнее, пойдет, но очень малень- кий). Зато вольтметр можно испортить, если включить его на предел в 1 В, а подсоединить к сети 220 В. Надо сказать, что обычно современные вольтмет- ры выдерживают такое издевательство, но лучше все же не рисковать и соблюдать следующее правило:

[wpmfc_cab_ss]Обязательно заранее устанавливайте прибор на тот диапазон, в котором вы со- бираетесь производить измерения. Если примерное значение величины заранее неизвестно, то следует установить прибор на максимальный диапазон.[/wpmfc_cab_ss]

Впрочем, если финансовые возможности позволяют, то можно и приобрести мультиметр с автоматическим выбором пределов измерения в этом случае

вам придется заботиться только о том, чтобы не перепутать, что именно вы собрались измерять ток или напряжение.

Кстати, а можно ли обойтись одним вольтметром, если вдруг амперметр сгорел необратимо? Вполне можно. Соорудить амперметр из вольтметра пара пустяков (как, кстати, и наоборот просто обычно этого не требуется). Для

этого нужно запастись точным резистором с номинальным значением сопротивления, например, ровно 1 Ом (это подойдет для измерения токов в единицыдесяткисотнитысячи миллиампер, что есть обычное значение для наших схем, для токов в других диапазонах нужен больший или меньший номинал).

Мощность этого резистора должна быть как можно выше не менее 1—2 Вт, а если достанете мощностью в 10 Вт, то это будет просто прекрасно. Надо сказать, что достать такой резистор не всегда просто, но в крайнем случае можно его изготовить самостоятельно. Лучше всего использовать нихро- мовую проволоку, из которой делаются спирали для антикварных отечественных утюгов и электроплиток (или можно, например, раскурочить старый паяльник). Возьмите кусок этой проволоки подлиннее (всю спираль целиком), иизмерьте его сопротивление (его-то ваш мультиметр еще не потерял способность измерять?). Величина эта составит порядка нескольких десятков ом. Затем растяните и измерьте рулеткой длину. Поделив одно на другое, вы получите сопротивление проволоки в Ом/м. Осталось отмерить (как можно точнее) нужный кусок, соответствующий одному ому (скорее всего получится порядка 10—30 см), свернуть его спиралькой, намотав на карандаш и затем аккуратно сняв, — и сопротивление (причем достаточно точное) готово. Чтобы оно было более долговечным, следует взять любой резистор достаточно высокого сопротивления (более нескольких сотен ом), намотать на него этот отрезок ни хрома и туго обернуть его кончики вокруг имеющихся выводов. Затем их следует пропаять с помощью кислотного флюса.

Теперь включите этот одноомный резистор последовательно в измеряемую цепь, а параллельно ему подключите вольтметр, как показано на рис. 2.2. Величина тока в цепи будет численно равна показаниям вольтметра (если вольтметр установлен на диапазон в вольтах, то, значит, ток в амперах, если в милливольтах то в миллиамперах). Думаю, вы легко сообразите, почему это так, и сами сможете придумать, как подсчитать напряжение, если резистор имеет номинал, отличающийся от 1 Ом.

Схема измерения
Схема измерения величины тока с помощью вольтметра

 

Более подробно об особенностях проведения измерений в различных случаях мы поговорим в соответствующих главах, а сейчас продолжим обсуждать оборудование нашей лаборатории.

 

Источник питания

Лабораторный источник питания, как я уже говорил ранее, не представляет особых трудностей сделать самому (см. главу 9), но вы пока этого не умеете, а хотя бы один источник понадобится сразу например, для того, чтоб отладить собственные. Поэтому его следует приобрести. Можно, конечно, приобрести и три источника, но к собственноручной сборке я призываю не столько в целях экономии денег, и даже не из педагогических соображений, но еще и потому, что собранный нами источник будет именно таким, как нам надо. Если мультиметры (о которых мы говорили в предыдущем разделе) и осциллографы (о которых пойдет речь далее) не имеет никакого смысла собирать самому, потому что лучше и дешевле промышленных вы наверняка не сделаете, то источники питания и генераторы совсем другое дело.

Какой же источник приобретать? В отличие от мультиметра самый дешевый из подходящих. Это не ширпотребовский товар и на коленке в шанхайских трущобах их не делают1, тем более, что в продаже полно и вполне при

личных отечественных моделей. Единственное, на что следует обратить внимание это на диапазоны регулирования напряжения и тока. Напряжение должно плавно или ступенчато (последнее даже предпочтительнее, так как позволяет устанавливать точное значение напряжения без дополнительного контроля) регулироваться от нуля до 24—30 В (желательно) или до 15 В (как минимум).

А с током надо разобраться дело в том, что существует несколько типов источников. Самые простые те, у которых при превышении указанного в характеристиках максимального тока срабатывает внутренняя защита и нагрузка отключается. Это не очень удобно, и вот почему: многие нагрузки, включая и определенную часть приведенных в этой книге устройств, в момент включения в течение некоторого времени (от миллисекунд до секунд) потребляют ток, значительно больший номинального потребления. Объясняется это тем, что в первый момент либо заряжается фильтрующий конденсатор источника питания, либо, как в случае, скажем, подключения микродрели, большой ток призван раскрутить движок до номинальных оборотов,после чего потребление тока резко снижается. Если используется источник с ограничением тока, то это приводит просто к замедлению пуска нагрузки, а если с отключением нагрузки, то отключение это чаще всего успевает сработать до того, как потребляемый ток снизится до приемлемого уровня. В результате вы попадаете в замкнутый круг: источник номинально может обслуживать вашу нагрузку, а фактически включить ее не получается.Более «продвинутые» источники ограничивают ток на указанном уровне (то есть фактически превращаются в источник тока, напряжение при этом зависит от нагрузки), и иногда еще умеют отключать нагрузку вовсе, если в ней наблюдается короткое замыкание. Такие источники гораздо удобней. Чаще всего величину тока ограничения можно тоже, как и напряжение, регулировать. Очень хорошо, если вы сразу приобретете двуполярный источник, то есть такой, который имеет на выходе сразу два напряжения положительное и отрицательное относительно общего провода (обычно это просто два источника в одном корпусе, которые можно соединить по клеммам). Смотрите по средствам, но в любом случае желательно иметь источник как можно мощнее — 1—2 А нам будет, пожалуй, хватать для большинства наших экспериментов, но запас иметь никогда не помешает.

Осциллограф

Осциллограф это вещь почти незаменимая. Если вкратце, то это прибор, который позволяет увидеть на экране все, что происходит с напряжением в наших схемах. Мало того, во многих случаях он может заменить и мультиметр. Но одновременно это будет и самое дорогое ваше приобретение.

ы осцилографа

Как работает простейший аналоговый осциллограф? Главная его деталь электроннолучевая трубка (CRT), аналогичная той, что используется в чернобелых телевизорах, только носящая специальное название «осциллографической». Если не углубляться в физику, то принцип ее работы можно пояснить картинкой, показанной на рис. 2.3. В узком конце трубки расположена т. н. электронная пушка, излучающая узкий поток электронов, разогнанных до большой скорости. Попадая на экран, покрытый изнутри люминофором,он образует маленькую светящуюся точку (в отличие от телевизионных трубок, где люминофор светится белым, здесь часто используется люминофор зеленого или, например, синего свечения, причем обычно с небольшим послесвечением луч как бы оставляет за собой постепенно затухающий след). Пластины Х служат для развертки луча по горизонтали на них подается пульсирующее напряжение пилообразной формы (его график приведен на рис.). В результате в отсутствие напряжения на пластинах Y луч прочерчивает горизонтальную линию, начинающуюся у края экрана слева и заканчивающуюся у правого края.

Если теперь подать напряжение на пластину Y, связанную через регулируемый усилитель со входом осциллографа, то луч будет сдвигаться вверх или вниз, в зависимости от знака поданного напряжения, рисуя на экране график, соответствующий изменениям формы входного напряжения во времени. В простейшем случае, если на вход Y подано постоянное напряжение, отличающееся от нуля, то линия просто сдвинется, но останется горизонтальной. Поверх экрана размещается координатная сетка, по которой можно узнать все характеристики видимого сигнала его размах в вольтах и период изменения во времени. переключателей против каждого положения написаны значения времени (для развертки) и напряжения (для усилителя Y), которые соответствуют одному делению координатной сетки экрана. Таким образом осциллографом можно довольно точно измерять период (частоту) сигнала и его размах. Поверх этих переключателей выступают ручки, позволяющие плавно менять установленную величину развертки или усиления вблизи установленного переключателями значения (точному установленному значению соответствует крайнее правое положение этих ручек).

Кроме этих основных управляющих элементов, обычно имеются еще вспомогательные для управления яркостью луча, его фокусировкой (то есть размерами пятна на экране), они видны на рис. 2.4 внизу. Часто есть специальная кнопка под названием «поиск луча» (в С1-73 она отсутствует) — дело в том, что луч запросто может уехать за пределы экрана, и вам по неопытности даже сперва покажется, что все сломалось.

Отдельного разговора заслуживает также обязательно присутствующая регулировка синхронизации: на рис. 2.4 это две ручки с подписями «СТАБ.» (стабильность) и «УРОВЕНЬ», а также переключатель справа внизу с подписью

«СИНХР.» (синхронизация). Дело в том, что на практике частота развертки никогда точно не кратна частоте сигнала, поэтому сигнал «бежит» по экрану, не давая как следует рассмотреть его форму и измерить параметры. Регулировка синхронизации служит для того, чтобы сигнал можно было «остановить» — при этом начало развертки (то есть начало хода луча от левого края экрана) будет всегда совпадать с каким-то характерным моментом в изменении повторяющегося сигнала — например, с переходом через ноль или максимум напряжения, по спаду или по фронту сигнала. Эти параметры и регулируются перечисленными элементами управления. Переключатель синхронизации выбирает форму сигнала (постоянный, переменный, по положительному или отрицательному фронту), а для того, чтобы сигнал «остановить», обычно используют такой прием: следует вывести ручку регулировки уровня в минимум, затем ручку регулировки стабильности установить в состояние полного пропадания сигнала и медленно поднимать уровень, пока сигнал опять не появится.

Во многих простейших аналоговых осциллографах, подобных С1-73, синхронизация работает плохо и установить ее — занятие, требующее большого практического опыта. Хорошо помогает в этом случае дополнительный вход для синхронизации от внешнего сигнала, который имеется в большинстве даже самых простых моделей (в С1-73 он расположен сбоку корпуса). Конечно, во многих моделях могут быть и другие органы управления скажем, кнопка для переворота (инвертирования) сигнала, или «лупа» для выделения интересного участка, или клемма для подачи пилообразного напряжения развертки от внешнего источника, но вы с ними легко разберетесь по ходу дела.

Проверить осциллограф просто надо схватиться рукой за щуп, и тогда вы увидите на экране наведенную помеху от бытовой электросети частотой 50 Гц. Если вы ее не видите, 99% за то, что вы забыли отключить заземление

входа после настройки положения луча (такое часто случается). С электрической точки зрения осциллограф представляет собой вольтметр, то есть имеет высокое входное сопротивление (стандартно — 1 МОм, хотя есть специальные высокочастотные осциллографы, которые имеют входное сопротивление 50 Ом, естественно, они для наших целей не годятся), поэтому наводка от сети и других помех может быть весьма значительна. Если такое входное сопротивление все же слишком мало (что бывает при исследовании схем сочень малыми токами), то следует использовать прилагаемый к осциллографу или приобретаемый отдельно щуп с делителем 1:10. При этом входное сопротивление возрастает соответственно до 10 МОм, а величину сигнала на экране нужно умножить на 10. Этим же щупом следует пользоваться, если требуется исследовать сигналы высокого напряжения, например, сетевого (220 В), так как обычно имеющейся шкалы не хватает, и большая часть сигнала сверху и снизу при использования простого щупа окажется за пределами экрана. Производители не рекомендуют насиловать входной усилитель такими высокими напряжениями, и, хотя лично мне ни разу не удавалось сжечь вход осциллографа, все же к рекомендациям изготовителей нужно прислушиваться.

При подсоединении щупа к исследуемой схеме нужно помнить, что корпус осциллографа «заземлен», то есть соединен с общим проводом щупа, потому он не должен касаться корпусов источников питания и других приборов

довольно часто бывает, что нужно разглядеть сигнал не относительно общего провода схемы, а, скажем, относительно шины питания.

[wpmfc_cab_ss]При исследовании узлов, напрямую связанных с бытовой сетью 220 В, нужно соблюдать особую осторожность — осциллограф обязательно должен стоять на сухом изолирующем основании, ни в коем случае не касаться каких-либо металлических предметов (скажем, корпуса стоящего рядом компьютера) и за его металлические части, включая элементы щупа, ни в коем случае нельзя браться руками! Если вам придется проводить подобные операции, то после- довательность их проведения такая: отключить питающее схему напряжение (обязательно оба сетевых провода); надежно подсоединить щуп к измеряемой схеме, используя зажимы- крокодилы и следя за тем, чтобы они не касались проводников и держались как можно прочнее;[/wpmfc_cab_ss]

[wpmfc_cab_ss]включить напряжение, держа руки подальше, и наблюдать сигнал; при необходимости изменения параметров развертки, усиления и синхрони- зации внимательно следить за тем, чтобы в ажиотаже не задеть крокодилы и не коснуться металлических частей корпуса; при необходимости перенести щупы в другое место схемы снова полностью выключить питание и повторить операции.[/wpmfc_cab_ss]

Все вышесказанное относилось к простейшим аналоговым осциллографам. Их функций вам будет хватать во всех случаях, приведенных в этой книге.

В настоящее время выпускаются, однако, и более навороченные модели. Прежде всего это многоканальные и многолучевые осциллографы, которые

позволяют увидеть одновременно два и более сигналов в разных точках схемы фактически это несколько отдельных осциллографов в одном корпусе и с раздельным управлением, обычно за исключением синхронизации, которая устанавливается по одному из входных каналов (по выбору). Это бывает очень удобно, если нужно, например, рассмотреть сдвиг по времени одного из сигналов относительно другого. Излишне говорить, что такие приборы значительно дороже обычных, причем многолучевые лучше многоканальных, так как у них на самом деле несколько независимых лучей, в то время как многоканальные лишь имитируют независимость у них просто разные входы по Y быстробыстро переключаются между собой, управляя на самом деле одним и тем же лучом.

Осцилограф1

Еще более интересными являются запоминающие осциллографы, которые позволяют получить моментальный «снимок» одноразового процесса, скажем, всплеска напряжения в схеме. В настоящее время такие осциллографы исключительно цифровые, и функция запоминания у них лишь одна из многих других. О цифровых осциллографах я здесь говорить не буду если финансовые возможности вам позволяют, обязательно приобретите, так как они позволяют делать все то же, что и аналоговые, и умеют еще много такого, что аналоговым недоступно например, показывать точное значение напряжения сигнала и времени от начала развертки в произвольной точке осциллограммы. Нет у них и никаких проблем с синхронизацией.

Если все же на приобретение цифрового прибора у вас денег не предвидится смело покупайте самый дешевый отечественный, причем как можно более малогабаритный и с минимальным количеством ручек управления, который выпускается без изменений

уже третий десяток лет, необычайно прост в обращении и надежен. Единственное, что я не советую приобретать переносной осциллограф с ЖК-экраном, так как экраны эти слепы, малоинформативны и обладают значительной инерционностью. Минимально необходимые характеристики, которые перекрывают большинство радиолюбительских потребностей (исключая высокочастотную технику), в сущности, включают лишь один критичный параметр: максимальную рабочую частоту. Желательно, чтобы она была не меньше 10—20 МГц, хотя и пятимегагерцовый тоже годится. Конечно, лучше, чтобы экран был побольше, но в погоне за его величиной следует учитывать также и общие габариты прибора.

Ну, а теперь перейдем к технологическому оснащению нашей домашней лаборатории.

На этом пока все… Продолжение следует.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх