Вашему вниманию представляется аналоговый омметр построенный на базе стрелочной головки. В эпоху цифровых омметров такой прибор может показаться устаревшим, однако в нем можно найти свои плюсы. Кроме большей наглядности такой прибор работает на сравнительном большом токе (единицы миллиампер) при очень маленьким напряжением, для примененной автором головки оно составляет 110 мВ, тем самым позволяя проводить измерения внутрисхемно, не опасаясь открывания любых p-n переходов, в некоторых случаях это может быть весьма полезно. Отдельно хочется заметить, что по всей видимости, не целесообразно браться за постройку данного прибора не имея при этом специальной головки, при самостоятельной разметке шкалы точность полученного прибора окажется посредственной.
Схема аналогового Омметра
Конструктивно омметр очень прост. Он содержит источник опорного напряжения на прецизионном стабилитроне, масштабирующий усилитель и переключаемые токовые резисторы. По сути, вся схема представляет из себя источник напряжения и шунты для головки микроамперметра.
Поскольку головки имеют свойство отличаться, как по своим электротехническим параметрам так и по градуировке, рассмотрим подробно расчет всех необходимых параметров схемы. И так, собственные параметры головки это ее внутреннее сопротивление и ток полного отклонения. Для головки из нашего примера это 1100 ом и 52 мкА. Путем несложных расчетов можно вычислить, что напряжение полного отклонения будет равно 57,2 мВ. Можно было бы построить омметр и с таким напряжением на клеммах, но в целях защиты головки от случайного перенапряжения включим последовательно с головкой резистор, скажем 1 кОм (на схеме R8), что сравнимо с сопротивлением самой головки. Чем больше этот резистор, тем больше напряжение на клеммах омметра, и соответственно больше ток. В нашем же случае повышать рабочее напряжение цели не стоит, поэтому остановимся на выбранном значении. Тем самым напряжение полного отклонения будет равно 2100 х 52 = 109,2 мВ. Именно это напряжение должен выдать источник.
Так как выходное сопротивление источника должно быть очень низким, в качестве источника в схеме применен масштабирующий усилитель питаемый опорным напряжением от стабилитрона D1. Для точной установки нуля введем в схему регулировку выходного напряжения по средствам переменного резистора R3. Положим диапазон подстройки +/-15%. Используем резистор сопротивлением 1,2 килоома. В среднем положении движка данный резистор будет иметь сопротивление в 600 Ом, и если это 15%, то полное сопротивление составит 4 килоом, следовательно сопротивление добавочного резистор будет 4000 – 600 = 3400 Ом. Такого резистора в ряду номиналов нет, воспользуемся ближайшим на 3,3к. Поскольку напряжение на инвертирующем входе операционника равно нулю, к резисторам R3 R4 будет приложено напряжение равное опорному, то есть 1,235 вольта, что соответствует току 1,235/4000 = 0,31 мА. Такой же ток потечет и через резистор обратной связи R5, а на нем, как мы уже раньше рассчитали напряжение составит 110 мВ (округленно). Отсюда можно вычислить и его сопротивление 110/0,31 = 354 Ома. Из ряда номиналов находим ближайшее сопротивление 360 Ом. В виду того, что реальные резисторы отличаются от расчетных, требуемое выходное напряжение будет получено не в среднем положении регулировочного резистора. Но иметь симметричную регулировку нуля не обязательно, поэтому в точном подборе номинала резистора нет необходимости.
Теперь перейдем к расчету шунтирующих резисторов для каждой шкалы. Так как данный омметр является делителем напряжения, логично предположить, что среднее положение стрелки прибора будет соответствовать сопротивлению измеряемого резистора только при условии, что сопротивление сопротивление самого прибора так же соответствует этому резистору. Следовательно нужно подобрать шунтирующий резистор так, что бы сопротивление головки ровнялось сопротивлению указанному в середине шкалы. Наш омметр имеет две шкалы с серединами в 30 и 10 ом. Соответственно на выбранных диапазонах сопротивление головки с подключенными шунтами должно составлять 30 и 10 Ом. Отсюда, имея сопротивление головки с защитным резистором 2100 ом, для получение требуемых 30 необходимо поставить шунт с сопротивлением 1/(1/30-1/2100) = 30,43 Ома.
Для шкалы в 10 ом подключим параллельно к имеющимся 30 омам шунт на 1/(1/10-1/30)=15 Ом. Из данного свойства омметра можно сделать вывод, что при подобном включении головки максимальное измеренное сопротивление в середине шкалы равно сопротивлению головки, которое вряд ли будет больше единиц килоом. Решение этой проблемы просто – необходимо включить последовательно с головкой резистор необходимого номинала. Предположим, что имеется некая головка с током полного отклонения 100 мкА и сопротивлением 1500 Ом. При этом середина шкалы соответствует сопротивлению в 1 М. В этом случаи последовательный резистор будет равен 1000-1,5=998,5 килоом, а напряжение питания при этом составит целых 100 вольт.
В заключение немного про то, почему схема такая, а не иная, и чем это хорошо или плохо. Изначально схема имела существенные отличия, за место масштабирующего инвертирующего усилителя стоял повторитель, а задание необходимого напряжение происходило по средствам резистивного делителя подключенного непосредственно к стабилитрону. При этом весь основной потребляемой схемой ток потребляется из положительного плеча, отрицательное же используется только на внутренние потребности ОУ. С целью хоть как то загрузить оба плеча питания для более равномерной разрядки батарей, схема была переделана в инвертирующую которая приведена выше, при этом ток стабилитрона потребляется из отрицательного плеча, а выходной ток из положительного. Вероятно это было не самым лучшим решением, применив маломощный преобразователь напряжения для питания отрицательного плеча, можно было бы отказаться от второй пары батарей. Автор SecreT UseR.
