В радиолюбительской практике время от времени возникает необходимость измерения малых сопротивлений, например, шунтов, контактов переключателей или реле. Много лет назад автор разработал и изготовил цифровой омметр с широким интервалом измерений и наименьшим индицируемым сопротивлением 1 мОм [1], но в нём после многих лет эксплуатации микросхема АЦП, изготовленная более 30 лет назад, вышла из строя. Было решено не заменять 40-выводную дорогую микросхему, а изготовить приставку к цифровому мультиметру, расширяющую его возможности при измерении малых сопротивлений.
Рис. 1. Схема приставки
Схема приставки приведена на рис. 1. Она представляет собой генератор стабильного тока, проходящего через проверяемое сопротивление, падение напряжения на нём измеряют внешним мультиметром в режиме милливольтметра. Для исключения влияния контактных сопротивлений и соединительных проводов используется четырёхпроводная схема измерений.
Генератор стабильного тока собран на параллельном стабилизаторе напряжения DA1, ОУ DA2.1 и транзисторе VT1.
ОУ сравнивает часть напряжения с микросхемы DA1 с падением напряжения на токоизмерительных резисторах R6 - R8. Выходной сигнал ОУ управляет транзистором VT1, который и задаёт ток через измеряемое сопротивление Rxu токоизмерительный резистор.
При выбранной схеме включения параллельный стабилизатор обеспечивает стабильное напряжение 2,5 В, на нижнем плече R4 подстраиваемого делителя R2R3R4 - 200 мВ.
В зависимости от положения движка переключателя SA1 меняются суммарное сопротивление токоизмерительных резисторов и генерируемый ток. В положении "0,01" ток равен 100 мА, измеряемому мультиметром в режиме милливольтметра напряжению 1 мВ соответствует сопротивление 0,01 Ом, в положении "0,1" - 10 мА и 0,1 Ом, в положении "1" - 1 мА и 1 Ом.
Использованное в приставке подключение токоизмерительных резисторов исключает влияние нестабильности сопротивления контактов переключателя на точность показаний.
Резистор R5 и конденсаторы С1 и С2 обеспечивают стабильность ОУ DA2.1 в цепи с глубокой обратной связью. Основное назначение резистора R9 - ограничение броска тока через транзистор VT1 в момент подключения. Дело в том, что при отсутствии контролируемого резистора цепь обратной связи разрывается, на выходе ОУ DA2.1 напряжение близко к нулю и сопротивление канала транзистора VT1 равно единицам ом. В результате, при подключении низкоомного резистора или замыкании между собой зажимов миллиомметра, бросок тока при отсутствии R9 мог бы превысить допустимый для транзистора ток - 1 А.
Кроме того, резистор R9 снижает мощность, рассеиваемую на транзисторе VT1, и защищает этот транзистор от последствий случайного замыкания стока на общий провод. Для питания миллиомметра используется внешний стандартный источник питания напряжением 5 В для сотовых телефонов. Можно использовать батарею напряжением 7,4 В из двух Li-Ion аккумуляторов, в этом случае сопротивление резистора R9 следует увеличить до 51 Ом. Для зарядки батареи подойдёт плата зарядного устройства, например, как на рис. 2 в [2]. В этой плате необходимо установить резистор, задающий зарядный ток в соответствии с ёмкостью аккумуляторов. Для исключения переразрядки аккумуляторов можно использовать защитную плату [2].
Для подсоединения измеряемого сопротивления в интернет-магазине приобретены специальные зажимы Х1 и Х2 с разделёнными губками, так называемые "зажимы Кельвина" (рис. 2). Можно использовать зажимы "крокодил", доработанные, как это описано во второй части статьи [1].
Рис. 2. "Зажимы Кельвина"
Резистор R7 получен параллельным соединением резисторов 20 и 200 Ом с допуском 0,25 % и 1,8 кОм с допуском 5 %, аналогично R6 - 200 Ом и 2 кОм, 0,25 % и 18 кОм, 5 %. Резисторы с допуском 0,25 % - C2-29B, остальные - МТ и МЛТ, 0,25 и 0,125 Вт и СП3-19а (R2), конденсаторы - керамические КМ. Переключатель - ПГ2-5-12П1Н, используются первые три положения. Вместо полевого транзистора на месте VT1 можно установить биполярный средней или большой мощности структуры p-n-p, например, серии КТ814. В этом случае сопротивление резистора R5 следует уменьшить до 300...510 Ом, а эмиттерный переход транзистора за-шунтировать резистором сопротивлением 5,1...7,5 кОм.
Приставка собрана в пластмассовом корпусе с габаритными размерами 120x60x30 мм, большая часть деталей установлена на печатной плате размерами 40x65 мм из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1 мм. На стороне платы с деталями фольга сохранена и используется в качестве общего провода, отверстия для выводов радиоэлементов раззенкованы. Чертёж платы приведён на рис. 3, места пайки к фольге общего провода помечены чёрными точками, фотография смонтированной платы показана на рис. 4. Вывод 3 (один из входов второго ОУ) микросхемы DA2 соединён с общим проводом для обеспечения устойчивости ОУ.
Рис. 3. Чертёж печатной платы и размещение элементов на ней
Рис. 4. Внешний вид смонтированной платы
Налаживание приставки заключается в установке резистором R2 выходного тока на пределе "0,01", равного 100 мА, при необходимости можно подобрать сопротивление резистора R3. Для этого выходные штыри ХВ1 и ХВ2 приставки подключают к входам мультиметра в режиме миллиамперметра.
При использовании самого простого мультиметра с дисплеем, имеющим 3% разряда (максимальное показание на наиболее чувствительном пределе вольтметра 199,9 мВ), разрешающая способность прибора равна 1 мОм. Если в наличии есть мультиметр с режимом милливольтметра, например, AN8002 (3% разряда, максимальное показание 59,99 мВ) или RM303 (4% разряда, максимальное показание 199,99 мВ), разрешающая способность с использованием приставки - 0,1 мОм.
Литература
1.Бирюков С. Простой цифровой мегомметр. - Радио, 1996, № 7, с. 32, 33; 1998, № 3, с. 32.
2.Бирюков С. Доработка светодиодного фонаря. - Радио, 2022, № 5, с. 39, 40.
Автор: С. Бирюков, г. Москва