单管晶体管电压表

晶体管电压表有许多优点：可以像普通万用表一样小而轻便；不但内阻可以做得和电子管电压表一样大，而且很容易量出毫伏级的微弱电压。

本文介绍一种最简单的晶体管电压表，实验的结果内阻是1MΩ/V， 兆欧档的中值电阻是2MΩ，可以测量出几十兆欧的大电阻值。最灵敏的电压档的满刻度值是0.1伏。如果选用适当的零件，把这些指标再提高一两倍也不困难。

电路如图1所示，它是用一只硅晶体管3DG33制成的。用两节1.5伏干电池做电源。D\(_{1}\)是一只硅二极管。大家知道，硅二极管的正向电压降大约是0.65～0.75伏，在这里它的作用正像一只稳压管，因此表头正端与电源正端的电位差保持在0.7伏左右。当输入端开路的时候，电源通过R10供给晶体管基极电流，经晶体管放大后，在R\(_{12}\)上形成一个电压降。如果此电阻上的压降正好与D1的电压降一样，也是0.7伏左右，表头两端就没有电位差，表针指零。这可以通过调整电位器R\(_{13}\)来达到。当输入端给晶体管的基极输送电流时，基极电流的增加又引起集电极电流的增加，从而加大了R12上的电压降，大部分增加的集电极电流将流入表头，指示出输入电流的大小。通过简单的计算也可以证明流入表头的电流为

其中△i是输入的电流，β是晶体管的放大倍数，R\(_{m}\)是表头内阻，通常Rm＜＜R\(_{12}\)。

硅晶体管当存在基极电流时，基极对发射极有0.7伏左右的电压，所以电压的零点应当从这里算起。为此，电压档的负端是接在电位器R\(_{8}\)中点的，通过调整R8可以使这一点的电压与基极的电压相同。

兆欧档与电压表用同一个电源，用R\(_{1}\)来调整电阻零点。C1是用来防止由于布线的关系而引起的甚高频振荡的。D\(_{2}\)是用来防止反接时击穿晶体管的发射结，因为硅平面管的发射结反向击穿电压只有4～8伏。这个表只预备当作万用表的补充而不是全面地代替万用表的，所以档比较少，如果需要，还可以增加各种档。

表头当然是尽可能采用灵敏一些的好，但是精度并不要求太高。50μA的小型表头是比较理想的。作者利用手头的1.5级150μA表头做成，效果也不错。

晶体管可以采用任何一种小功率硅平面管（3DG或小功率的3DK型）。我是从3DG33～35的等外品中挑选使用的，放大倍数在150以上。挑选晶体管的电路如图2。先不接R，这时表针应不动。然后接上R，表针指示的微安数就差不多等于管子的放大倍数，它越大越好。此外还要求管子稳定，可以观察几分钟，表针不应自己摆动。

D\(_{1}\)和D2可以用废硅三极管的B—C结来代替。D\(_{1}\)也可以用一只2K电阻代替，但这时表的灵敏度要显著降低。

几只电位器的数值还可以变通来适应手头已有的零件。R\(_{1}\)和R13还可以选得大些（例如到22K），但R\(_{1}\)太大了就会影响电阻测量的精度。R8如果采用3.3K或4.3K、4.7K的，R\(_{9}\)就要相应减小或取消；如果采用小的，就要在它和电源负极之间插入适当的电阻使R8足以调出0.7伏。R\(_{11}\)用大些的也可以，但调整时就更需要细心。

扩展量程的电阻R\(_{2}\)～R7需要根据放大部分装完后的实际灵敏度和预定的量程来确定，下面就谈谈这个问题。

安装的方式可以是各种各样的，我的安装方式如图3。R\(_{1}\)、R13、K\(_{1}\)和八个香蕉插座安放在用1.5毫米厚绝缘板做的面板上，R3～R\(_{6}\)拧在香蕉插座螺丝上或焊在焊片上，其它零件连同两只电位器R8和R\(_{11}\)都安装在一块绝缘板上，利用表头的接线柱固定。电池卡子可以装在木匣底部。在调试之前，R2～R\(_{7}\)和R10先不要接。

调试的第一步是选择R\(_{1}\)0。把R13放在中间位置，用一只1兆欧电位器代替R\(_{1}\)0，调整1兆欧电位器，使表针指零。然后换上一只相近的电阻，调整R13应可使表针指零。第二步是用一只100K左右的电阻把V-和晶体管基极连起来，调整R\(_{8}\)，使表针仍指零点。然后试验仪器灵敏度：把R11调至零，在正电源和基极间接一个2～3兆欧的电阻，如果表针走出了度盘，可以再换大些的。记下电阻的数值和表针指出的刻度，就可以根据下式计算出它的灵敏度i\(_{m}\)（即表头满度时需要的输入电流值）：

为了留出调节的余地，可以取一个比它大一些的值作为计算的依据。我试验的结果为0.92微安，采用1微安为标准。以i\(_{m}\)=1微安代入上式，求出“读出的电流”值，调节R11，使电表指示这个数值，即可以达到预定的灵敏度。各档的电阻数值可以用欧姆定律计算出来。例如：在0.1V档时，R\(_{7}\)=0.1V/1μA=100K；在10V档时应为10V/1μA=10M。R2的选择，因为前面已讲过，D\(_{1}\)的压降为0.7伏，晶体管基极——发射极间的降压也为0.7伏，故R1滑臂与基极间电压为（3-0.7）～（3-0.7×2），即R\(_{1}\)滑臂对基极的电压可在2.3V～1.6V之间变动，这样就可以知道R2的适当阻值应是1.8～2.0伏（取2.3～1.6的中间值）除以满度电流值，本文取的是2兆欧。这个电阻的大小也就等于欧姆档的中值。R\(_{7}\)要比计算值小一点，因为晶体管的基极电阻也要计入，它的大小约等于R10乘0.015。（大钧）