简易阻容测量仪

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我们自制了一个简单的阻容测量仪,它可以帮助我们了解电桥的原理,也可以方便地测出电阻、电容值。这个仪器测量电阻时分四档:R×100欧、R×l千欧、R×10千欧、R×100千欧;测量电容时也分四档:C×100微微法、C×1000微微法、C×0.01微法、C×0.1微法。

工作原理

电路如图1所示。它是由音频振荡电路、桥式电路及作为平衡指示的耳机组成的。三极管BG、变压器B、电容器C\(_{5}\)、C6组成变压器反馈音频振荡电路。当合上电源开关K\(_{1}\)时,在L1、C\(_{5}\)振荡回路中,产生了一个电冲击信号,这一信号经过反馈线圈L3馈送到晶体管BG的基极,成为BG的输入信号,经过BG的放大,在振荡回路中就有信号输出,这一较强信号又被L\(_{3}\)馈送到基极,再放大再输出、再反馈,如此循环下去,直到建立起振荡。由于晶体管是非线性元件,最后将达到饱和,输出一等幅振荡。振荡器的输出由变压器次级线圈两端引出,加在桥式电路上。

图1
图1 🔍原图 (564×357)

测电阻时,电桥的四个臂分别为R\(_{a}\)、Rb、R\(_{1}\)(或R2、R\(_{3}\)、R4)、R\(_{x}\),见图4。从图4可以看出,如果AB和AD两个臂上的电压降相等,那么B、D两点的电位就相同,便没有电流流过耳机,耳机就不会发声(或声音最小),电桥处于平衡状态。如果AB和AD间的电压降不相等,那么B、D两点的电位就不相同,在耳机中就有电流流过,发出声音,电桥处于不平衡状态。另一方面,在没有接耳机时,可以看出AC间的电压降VAC=i\(_{l}\)Ra+i\(_{1}\)Rb,或者V\(_{AC}\)=i2R\(_{x}\)+i2R\(_{1}\),而VAB=i\(_{1}\)Ra,V\(_{BC}\)=i1R\(_{b}\);VAD=i\(_{2}\)Rx,V\(_{DC}\)=i2R\(_{1}\)。因此,VABV\(_{AC}\)=i1R\(_{a}\);i1R\(_{a}\)+i1R\(_{b}\)=RaR\(_{a}\)+Rb;V\(_{AD}\);VAC=\(\frac{R}{_{x}}\)Rx+R\(_{1}\)。如果要VAB=V\(_{AD}\),就必须VAB;V\(_{AC}\)=VADV\(_{AC}\),即Ra;R\(_{a}\)+Rb=\(\frac{R}{_{x}}\)Rx+R\(_{1}\)。由此得出,Ra(R\(_{x}\)+R1)=R\(_{x}\)(Ra+R\(_{b}\)),化简得出RaR\(_{1}\)=RxR\(_{b}\),或者Ra;R\(_{b}\)=RxR\(_{1}\)。这就是说,在Ra;R\(_{b}\)=RxR\(_{1}\)的条件下,VAB必等于V\(_{AD}\),BD间没有电压,电桥处于平衡状态。在Ra;R\(_{b}\)=RxR\(_{1}\)又叫电桥平衡条件。图3中Ra、R\(_{b}\)为图1中电位器W的两部分可变电阻。从平衡条件中可以得到Rx=R\(_{a}\);RbR\(_{1}\)。由于,R1是已知的标称电阻,\(\frac{R}{_{a}}\)Rb之值可以用线性电位器W旋转的角度来表示,所以可以测知R\(_{x}\)。在测电容时,桥式电路是由电位器W、标称电容C1(或C\(_{2}\)、C3、C\(_{4}\))及被测电容Cx组成。由于R\(_{a}\);Rb=\(\frac{X}{_{cx}}\)Xc1=1;ωc\(_{x}\)/\(\frac{1}{ωc}\)1=C\(_{1}\);Cx, 得到C\(_{x}\)=RbR\(_{a}\)C1,C\(_{1}\)为已知的标称电容,所以,可以测得Cx。

图2
图2 🔍原图 (594×414)
图3
图3 🔍原图 (318×219)

元件选择

电路中,晶体管BG可以用任何型号的高、低频管,我们用的是3AX22,β值为40。变压器B是用晶体管收音机中功放级的输入变压器,因为L\(_{1}\)、C5组成振荡回路,所以可以通过选择C\(_{5}\)的值,来选择振荡频率。标称电阻、电容应选用误差小的元件,这样可以提高测量仪的准确度。变换量程的开关K2是一只分线器,我们用了有8个档位的分线器,所以测量电阻、电容各有4个量程,若需要再增加量程,可改用多档分线器或波段开关。电位器W的阻值应选在几百欧姆范围内,因为电阻值太大,测量误差大,而阻值太小,又不能测量高电阻值。电位器W一定要用线性电位器,这样才能进行线性刻度。一般用WX\(_{3}\)、WX5等都行。耳机用的是800欧姆的双线圈式耳塞机。电源开关K\(_{1}\)用钮子开关。

装配使用

整个电路装在一块130×19O毫米\(^{2}\)的胶木板上,如图2所示。3伏电源用两节2号电池,若用大一些的胶木板,也可以用两节1号电池。调整偏置电阻R\(_{5}\),使BG的集电极工作电流为0.5~2毫安,我们选用的R5为200千欧的电阻。工作电流调好后,这时旋动W,耳机中应有音频叫声。若没有音频叫声,应把L\(_{1}\)或L3的两个接头调换一下,使电路起振。振荡器调好后,就可以画刻度盘了。

图4
图4 🔍原图 (553×387)

画刻度盘时,先把一块白纸剪成圆形,贴在面板上,圆心应与电位器轴心重合。然后在电位器的轴上安一个有指向的旋钮。画电阻倍率刻度时,首先把电位器的始端刻度定为0.1,旋动电位器至终端,且把终端刻度定为10,把转柄在0.1~10范围内所画的弧度线等分为20格,把每格再等分为10小格即可。画电容倍率刻度时,把电位器始端的刻度定为10,终端的刻度定为0.1即可,其余刻度与电阻倍率刻度相同。刻度盘越大,刻度越准确,仪器的测量准确度也越高。度盘画好后,最好用标准电阻、电容校准几次。仪器的外型如图3所示。

使用时,先接通电源,选好量程,耳机中应能听到音频振荡声。然后接入待测电阻或电容,调节电位器旋钮,使声音消失(或最小)为止,此时旋钮所指的倍率数乘以电阻或电容的量程即为所测元件值。(北京市75中学课外无线电小组)