晶体管电压表

测量电压，通常都用万用电表或普通的电磁式电压表。可是这类电表内阻很低，一般的仅为2000欧/伏或1000欧/伏（即表针满度所需电流为500微安或1毫安)，即使是比较精密的，也只有20000欧/伏（电流50微安)。若把它们接在阻抗较高的电路里，由于分流作用很大，就会破坏电路的正常工作状态。所以有些场合，例如测量电子管的栅偏压，以及其他一些输出阻抗很高的电路，必须使用电子管电压表才能胜任。电子管电压表构造复杂，一般还需附有交流电源供给设备，业余制作使用，会有困难。本文介绍一只晶体管电压表,作用和电子管电压表一样，输入阻抗很高。但构造比较简单，使用便利。它用一只低频三极管，只须有1微安的启动电流，就可使一只50微安的表头指针偏传到满标度。

晶体管电压表的原理是利用晶体管的电流放大作用。如图1所示，把一只PNP型三极管接成为共发射极放大电路。当它的基极加有正向电压形成电流i\(_{b}\)时，在电流表I2上将有较大的集电极电流i\(_{c}\)指示出来。从晶体管共发射极Ic-I\(_{b}\)特性曲线（图2）可见，集电极电流对基极电流的变化关系是近似于一条直线的。也就是说，晶体管的直流放大系数β在相当范围内是一个常数。晶体管电压表的工作原理，基本上就是利用β-≈常数的这一特性。

但是按照图1电路接线，电压表还不能完成测量工作，因为这里晶体管在正常情况下还有集电极穿透电流I\(_{do}\)的存在，它的数值大小与晶体管型号、加在集电极上的电压以及温度有关。从图2可见，当Ib为零值时，I\(_{c}\)并不等于零，而是等于Ido。因此，图1的电压表没有零点，不能做出正确指示。它的指示部分还须接成一个桥式电路如图3,仪表才能正常使用。图中晶体管的内阻r构成为电桥的一臂，其他三臂分别为R\(_{1}\)、R2和R\(_{3}\)。电流表M1接在R\(_{3}\)和r之间以及R1和R\(_{2}\)之间的对角线上。电桥如果平衡，M1中无电流通过，表上也就没有指示。所以当晶体管的基极为开路时，调节R\(_{3}\)，使电桥四臂满足于R1·r=R\(_{2}\)·R3的关系，电表M\(_{1}\)的指针便可指在零点。当基极和发射极间加有电阻和正向电压时，由于基极电流Ib引起I\(_{c}\)增加，使晶体管内阻r改变，因而电桥的平衡被破坏了，于是M1表针偏转,它的偏转程度与I\(_{c}\)的增加成正比。因此，在基极和发射极间接上被测电压，按照Ic-I\(_{b}\)变化关系曲线作出不同的电压刻度，那么就达到我们的电压测量目的了。

晶体管电压表的工作，实际上也就是对基极电流I\(_{b}\)的测量，所以把它的基极和发射极接到一个直流电路里，也可做相应的电流测量。此外，在晶体管基极和集电极间加接不同阻值的偏流电阻，集电极电流Ic将随之产生反比变化。利用这一原理，它又可以用作高值电阻测量之用。

图4是这只电压表的完整线路图。它可以做0～1伏、10伏、100伏和500伏等四个范围的电压测量，灵敏度为1兆欧／伏。同时还可以测量0～1微安的微量电流（内阻约500欧），或作R×1MΩ的高阻值欧姆表（中心刻度1.5兆欧）使用。晶体管为П6Г,指示表头要用一只0～50μA的微安表，整个电压表的外形结构根据表头大小制成如图5。

电表制成以后，须如图4所示，在它的前部接上一个校准电路，以便进行校准和刻度。校准时，先将R\(_{1}\)0旋到最小，S2旋在①档，R\(_{3}\)和R4都放在阻值最大位置。闭合S\(_{1}\)接通电源，指示电表M1的指针将会偏转。调节R\(_{3}\)，使指针指到零点，这时电桥达到平衡，即R1·r=R\(_{2}\)·R3。然后将S\(_{2}\)接在⑥档，微调R10，同时读出M\(_{1}\)和M2的电流值i\(_{1}\)和i2，作出它们的变化曲线——实际将如图1一样，是一条近似直线，根据它便可定出电流和电压的刻度。为了刻度方便，可以调节R\(_{4}\)，使i1／i\(_{2}\)的比值等于整数。如果没有检流计（M2），校准时也可以用标准电池和标准电阻来代替。这样的一遍校准手续，实际上也是一次对微量电流的测量，完成以后，对电表的使用方法也就基本掌握了。如果R\(_{5}\)～R9等电阻的误差是小于1%的，那么所有测量范围以内各档的刻度都是很容易的。因为经过R\(_{3}\)、R4的调整，电路已经基本校准好，只要用一只10伏标准电池接在“＋’和“O”插口间，S\(_{2}\)放在③档，闭合S1，指示电表M\(_{1}\)表针即可指到满度；S2放在①档时，表针应当指零。如果不能指到零点，可将R\(_{3}\)和R4再加调整。这样调整以后，对其他的1伏、100伏、500伏等几档便无需再动，这几档的刻度工作也就算完成了。晶体管本身的输入电阻很低，仅为500欧左右，由于它远小于R\(_{6}\)～R9，所以调整和使用中都可以略去不计。

仪表用作电阻测量时，可将S\(_{2}\)放在②档上，将待测电阻接在“0”和“R”的插口上。其刻度是利用欧姆定律，按照公式i=75V/（R+1.5）MΩ计算如附表。使用时是以R3来绸整R=∞（无限大）时的零点，以R\(_{4}\)来调整R=0时的零点的。

至于电流测量，这只电表可以测量0～1微安的微量电流，测量方法前面已经谈到了，使用时S\(_{2}\)应当放在⑥档上。

在制作中，电表所用晶体管需要挑选β值在55～65的，而且要选集电极穿透电流（I\(_{do}\)）尽可能小的。如果β-太小，电表将调下到满刻度；如果β-太大，则R4要用得很大，这就影响刻度的均匀度。

在使用中，由于电压表十分灵敏，操作要求细心，尤其在做电流测量时,要特别注意，以免发生烧表事故。电表不用时，S\(_{2}\)应当常置在①档上，使电路断开。

这个电压表可以直接测量直流电压。对于低频交流电压，测量时应当通过一只0.05微法电容器再接到“O”端上，并且还要用已校准的电压表另行刻度。测量交流时，晶体管是工作于三极管检波状态，它的I\(_{c}\)也随着输入电压的大小而改变。

上面介绍的是一个具体制作实例。但业余爱好者并不一定具备有同样的元件材料，如50微安表头，β-=50～65的晶体管等。如果手头所有晶体管是β-=10以上的（β-太低时，做出的电表输入阻抗将太低)，及任何满度电流的微安表，经下列步骤也可以设计出一只足够满意的晶体管电压、高阻、微安三用表。

今设晶体管的共发射极电流放大系数为β-,微安表满刻度电流为150微安，量程为1.5伏、15伏、150伏和450伏。这样，既然表头满刻度电流为150微安，晶体管的电流放大系数为β-,则满刻度时所需的I\(_{b}\)一定是Ib=150/β-（微安）。设β-为30，则Ib=150/30=5微安。那么各量程的分压电阻各应为

1.5伏档:

15伏档：

150伏档：

450伏档：

测量电阻所需串联电阻R\(_{5}\)应当是

因为测量电阻时，S\(_{2}\)是放在②档上的，这里已有电阻R6恰好是300KΩ，所以R\(_{5}\)可以不用。测量电流时，电表满刻度即为5微安。这时电表的每伏内阻将为

但是大家知道，晶体管的β不是绝对稳定的，它会随环境温度而变化。上述计算是以普通室温（25℃）为标准的。如果温度下降很多，电表将调不到满刻度。所以在实际设计制作过程中，β-值还须乘上一个系数K,然后再代人上述公式计算。一般K可取0.8～0.9左右。例如测出β-=100的晶体三极管，在实际设计时可用β-′=100×0.9=90。其次，为了避免烧坏表头的危险，在R\(_{3}\)上最好串联一只几千欧的电阻。不然的话，R3如果调至零值，将有很大的电流流过表头。（曾琦）