Работа 38. ЛАМПОВЫЙ ВОЛЬТМЕТР

Принадлежности: двойной триод 6Н8С на монтажной панели с клеммами, миллиамперметр, набор постоянных и переменных сопротивлений на монтажных колодках; выпрямитель на 250 -г- 300 В, трансформатор 220/6,3 В для пита­ния накала лампы, аккумуляторная батарея на 20 В, неоновая лампочка на панели с сопротивлениями и клеммами, вольтметр магнитоэлектрической системы.

Среди многочисленных практических схем, в которых приме­няются электронные лампы, одной из наиболее простых является схема лампового или, как часто говорят, катодного вольтметра по­стоянного тока. Благодаря сильной зависимости анодного тока лампы от напряжения на ее сетке удается построить вольтметр очень высокой чувствительности при ничтожно малой затрате мощности в измерительной цепи. Рассмотрим, например, простейшую схему, изображенную на рис. 115. Показания миллиамперметра, установ­ленного в анодной цепи лампы, зависят от напряжения на сетке и, следовательно, могут служить для измерения этого напряжения. Такие схемы используются, однако, очень редко, так как показания миллиамперметра при нулевом напряжении не равны нулю, что очень неудобно. В схему, кроме того, нельзя включать чувствитель­ные приборы, так как через миллиамперметр всегда протекает анод­ный ток лампы.

Для компенсации анодного тока при нулевом напряжении на сетке может быть применена схема, напоминающая обычный мост

Уитстона (рис. 116). В этой схеме Rlt R2, Rs — постоянные сопро­тивления, причем чаще всего Rt = R2. Величина R3 выбирается равной VJIa, где V& — напряжение на аноде лампы, а /а — анодный ток при Vx = 0. В этих условиях при Vx = 0 через миллиамперметр не протекает никакого тока и можно пользоваться приборами с боль­шой токовой чувствительностью. Если теперь подать на сетку лампы напряжение Vx, то мост разбалансируется, так что показания миллиамперметра могут служить для измерения малых постоянных напряжений.

Приведенная схема обладает рядом существенных недостатков, ограничивающих ее применение. Величина Va//a у лампы зависит не только от сеточного напряжения, но и от анодного напряжения,

 

Рис. 115. Схема простейшего Рис. 116. Схема с компенсацией началь- лампового вольтметра.            ного тока.

изменениям (что обычно и бывает на практике), то баланс моста по­стоянно нарушается («нестабильность нуля»), и измерение малых напряжений становится затруднительным.

Для увеличения «стабильности нуля» вместо сопротивления R3 включают лампу Л2 с характеристиками, по возможности близкими к характеристикам Лг. В этом случае изменение анодного и накаль- ного напряжений вызывает почти одинаковые изменения токов обеих ламп, и нестабильность нуля существенно уменьшается.

Рекомендуемая схема лампового вольтметра изображена на рис. 117. В качестве ламп JI1 и Л2 используется двойной триод 6Н8С. Потенциометр ПА служит для балансировки схемы при Vx = 0. В катодные цепи ламп Лх и Л2 включены одинаковые сопро­тивления RK, которые автоматически создают на сетках ламп отри­цательное смещение. Выбирая величину этих сопротивлений, можно изменять положение рабочей точки на анодно-сеточной характери­стике лампы. Рабочая точка должна находиться примерно посре­дине линейного участка характеристики, так как в этом случае шкала вольтметра оказывается линейной в достаточно широком диа­пазоне напряжений.

Сетка лампы JI2 присоединяется к земле. Напряжение на сетку JI1 подается с делителя, составленного из сопротивлений R4 и Rb. Общее сопротивление делителя составляет около 15 МОм. Это со­противление является входным сопротивлением нашего вольтметра в третьем положении переключателя. В остальных двух положениях входное сопротивление оказывается соответственно меньше.

Напряжение на сетке Лг можно определить по очевидной формуле

 

vx.

(1)

^3 + ^4 + ^5 Г Х

Полярность сеточного напряжения изменяется с помощью ключа /Сх. 47К 15к 47н

Л

 

250В   Кг f^UoHBC

 

я

т

Jk        [jk

 

 

4] 20В

Рис. 117. Рабочая схема лампового вольтметра и измерительной установки.

Дальнейшее улучшение характеристик лампового вольтметра может быть достигнуто путем соединения катодов ламп Лх и Л2. Исследуем изменения, происходящие при этом в работе схемы. Для этого рассмотрим сначала несколько более подробно процессы, про­исходящие в лампе Лх. Подадим на сетку Лх измеряемое напряжение. Будем для определенности считать его положительным. Увеличе­ние потенциала сетки Лг вызовет увеличение ее анодного тока и, следовательно, некоторое увеличение потенциала на ее катоде (равное, очевидно, RKhIа). Поэтому в присутствии сопротивления jRk определяющая анодный ток лампы разность потенциалов сетка — катод растет существенно медленнее, чем в отсутствие этого сопро­тивления; чувствительность схемы соответственно понижается.

Объединим теперь катоды ламп Лх и Л2. Увеличение потенциала сетки Лх снова вызовет увеличение ее анодного тока и, следователь­но, повышение потенциала катодов обеих ламп Лг и Л2. Увеличение катодного потенциала Л2 вызовет, однако (в силу постоянства ее се­точного потенциала), появление добавочной отрицательной разности

потенциалов на ее промежутке сетка — катод. Анодный ток этой лампы, следовательно, несколько уменьшится. Поскольку измене­ние потенциала катодов связано с увеличением или уменьшением суммы анодных токов ламп JIX и Л2, изменяющихся, как было пока­зано, в разные стороны, вредное влияние сопротивления RK ока­жется, таким образом, ослабленным.

Заметим, кроме того, что изменение показаний миллиамперметра при увеличении анодного тока Лх и при уменьшении тока лампы Л2 происходит в одну сторону. В результате действия обеих упомяну­тых причин уменьшение чувствительности лампового вольтметра, связанное с введением RK, компенсируется почти полностью.

Укажем еще на одно преимущество, возникающее при введении общего для обеих ламп сопротивления RK. Как мы видели выше, изменение потенциала сетки одной из ламп приводит при наличии RK к изменению анодного тока 6 обеих лампах. При этом увеличение тока в лампе Лг сопровождается уменьшением тока в лампе Л2 и наоборот. Анодно-сеточные характеристики обычных ламп отли­чаются нелинейностью. При изменении анодного тока крутизна лампы также изменяется. При объединении катодов Лг и Л2 увеличе­ние крутизны одной лампы в Существенной мере компенсируется уменьшением крутизны другой, так что рабочая характеристика схемы, зависящая в нашем случае от крутизны обеих ламп вместе, оказывается существенно более линейной, чем при разделении ка­тодов.

Измерения. 1. В начале работы соберите схему, изображенную на рис: 117.

Величину сопротивления RK студенту рекомендуется выбрать самостоятельно. Это проще всего сделать с помощью анодных харак­теристик лампы 6Н8С. На графике анодных характеристик из точки, соответствующей напряжению источника питания, следует провести нагрузочную прямую с наклоном, определяемым величиной анодной нагрузки. На этой прямой нужно выбрать рабочую точку так, чтобы выше и ниже лежащие характеристики отсекали на прямой прибли­зительно равные отрезки (линейная область). Расчетную величину анодного тока, сеточного смещения и анодного напряжения в рабо­чей точке следует записать. Поделив напряжение смещения сетки на анодный ток, нетрудно найти искомую величину сопротив­ления RK.

После того как RK выбрано и установлено, поставьте в нейтраль­ное положение ключи Ki и /С2 и включите схему. Убедитесь в том, что в схеме установился расчетный режим. Для этого проще всего измерить с помощью достаточно высокоомного вольтметра потен­циалы катодов ламп Лг и Л2. Если эти потенциалы заметно отлича­ются от расчетных значений, поищите ошибку в монтаже или заме­ните лампу 6Н8С. После этого предваритедьную проверку схемы можно считать законченной.

В начале работы переменное добавочное сопротивление R0 уста­новите на наибольшую величину, чтобы ограничить начальные откло­нения миллиамперметра. Входной переключатель в начале работы устанавливается в положение 3. Балансировка схемы осуществ­ляется с помощью потенциометра Яд. По мере улучшения баланси­ровки уменьшайте величину R0 и следите за поведением стрелки мил­лиамперметра в течение 10—15 минут. Градуировать вольтметр мож­но лишь тогда, когда стрелка перестанет смещаться. После этого нужно вновь сбалансировать схему.

Градуировка полученного прибора заключается в исследовании зависимости между током миллиамперметра и входным напряжением Vx, измеряемым с помощью вольтметра. Эта зависимость должна быть прослежена при обеих полярно­стях входного напряжения. Переполю- совка входного напряжения осущест­вляется ключом Къ переполюсовка миллиамперметра — переключателем /(2. При измерениях следует установить диа­пазон входных напряжений, при кото­рых ламповый вольтметр находится в линейном режиме.

Во время работы следует системати­чески контролировать положение «нуля», размыкая ключ Кг. Если при этом на­блюдаются небольшие смещения, их следует компенсировать по­тенциометром ПА.

Чувствительность схемы зависит от положения входного перек­лючателя. Измерения следует повторить для положений 1 и 2.

2.         После того как измерения со схемой рис. 117 закончены, сое­дините катоды ламп Л1иЛ2и исследуйте свойства полученной схемы. Перед измерениями схема должна быть вновь сбалансирована. Измерения достаточно произвести для одного — третьего — поло­жения входного делителя.

Результаты измерений изобразите в виде графиков и сопоставьте между собой.

3.         Примените вольтметр для измерения падения напряжения на Леоновой лампочке. Лампочка вместе с последовательными сопротив­лениями включается в сеть по схеме рис. 118. Во время измерений ^Кампочка должна гореть. После того как опыт будет закончен, попы- ШЪтесъ измерить это же напряжение при помощи вольтметра маг­нитоэлектрической системы. Удается ли это сделать? Чем объяс­няется различие полученных результатов?