【参赛】矿石机多用测试仪

ntwhq · 发表于 2011-10-14 17:13:42

本帖最后由 ntwhq 于 2011-10-15 22:49 编辑

有些矿石机爱好者往往只拥有万用表，缺少一些需要使用的常规仪器，我设计制作了这个多用测试仪，能满足制作矿石机时一些常用的测试。
电路图
电路图.gif

仪器外形

   一、主要功能：
1、信号源
可能输出500~1620kHz调幅高频信号（波段开关置于2）或等幅高频信号（波段开关置于位置3、4、5）。
2、Q表
量程分两档：
1档：20~250
2档：40~500
3、电感测量
量程：34~645μH
   测量电感时信号频率必须固定为1000KHz
4、电容测量
量程：10~710pF
5、电源
   工作电压：6V，工作电流：3mA 。
   二、电路原理简单介绍
1、信号源
VT1、T1等组成音频信号振荡电路，VT2、T2等组成高频信号振荡电路。当波段开关置于2时，高频信号受音频信号调制，BNC输出调幅波；当波段开关置于3、4、5时，BNC输出等幅波。调节C5可改变输出高频信号的频率。
2、Q表
T2输出的高频信号（等幅波）经R7、R8分压后作为Q表的测试用信号。VT3、R9~R12等组成信号射极跟随放大电路，其输入信号主要起阻抗变换作用。VD、C10、R13等组成整流电路，把高频信号转换成直流信号通过电流表指示信号强度。
因为10T线圈和1T线圈的比为10，（R7+R8）/R8=25，所以VT2发射极输出信号和R8上信号的幅度比为10×25=250。因此当波段开关置于位置2时VT2发射极输出的信号可作Q表250档定位校准用，由于Q表500档整流前的输出信号是250档的一半，因此250档校准好了500档就不用校准了。测量Lx、C8串联谐振电路谐振后C8上信号的强度就能测量出测试线圈Lx的Q值。Q值实际上就是C8上高频信号电压值和R8上高频信号电压值的比。
仪器作Q表使用时，C5的调节旋钮置于1000KHz处，即测量线圈的Q值的测试频率是1000KHz。
三、部分主要元器件
1、可变电容
C5用270pF空气可变电容，C8用360pF双连空气可变电容，两连并联使用。
可变电容.JPG

2、音频变压器
音频变压器使用晶体管收音机音频推挽输出放大电路的输入变压器，使用时将初次级颠倒使用。
音频变压器.JPG

3、高频变压器
高频变压器用巴伦磁环绕制，漆包线直径0.50mm，磁环参数：导磁率100，尺寸：31X18X7mm。绕制参数见电路图。
巴伦磁环1.JPG

4、波段开关
波段开关使用4刀5挡的，也可以用其它规格的波段开关，我用的是4刀7挡的波段开关，剩下的2挡空着就行。
波段开关.JPG

5、自制电阻R8
电阻R8要自制，并要求是无感电阻。我是用0.20mm的漆包线在1/2W的电阻上绕制的。由于阻值很小很难测量，我采取这样的方法，用万用电桥测量100cm的电阻为0.586Ω，据此算出0.042Ω电阻对应的漆包线长度为7.2cm（不包括焊接所需的长度），自制的过程见下图。如果不能精确测量电阻,也可以通过查漆包线的参数表得到每千米的电阻值，再计算出所需要的长度，这样做精度也能满足要求。
自制电阻R8.JPG

6、电流表
使用50μA的电流表头，标注Q表相应的刻度。
电流表.JPG

7、机壳
机壳使用防水盒，根据需要在上面打孔。
机壳.JPG

三、装配
电路分信号源和信号放大整流两部分用万能电路板装配。
1、信号源电路板
信号源板正面.JPG

2、放大整流电路板

3、内部结构

4、仪器面板

`

ntwhq · 发表于 2011-10-14 17:15:06

本帖最后由 ntwhq 于 2011-10-16 12:09 编辑

四、调试
1、信号源部分调试
先试调音频振荡电路，音频变压器有抽头的绕组和C2组成的并联谐振电路确定振荡频率，我用的变压器对应绕组的电感量为600mH，因此当C用0.068μF振荡约为800Hz，音频频率的高低对仪器的使用影响不大，只要自己听着舒服就行，可用耳机接在T1的次级试听，当音调偏高时增加C2的容量，反之减小容量。
高频振荡电路主要是调试振荡频率覆盖范围和刻度盘标注。
高频振荡由T2初级绕组（65T）和可变电容C5的容量确定，调试时将波段开关置于3挡，将C5调到最大，用频率计接信号输出端看一下频率是否为500KHz左右，如果偏较大可适当增加初级绕组的圈数。
接下来对C5的刻度进行标定，用频率即可完成。
测试输出频率.JPG

C5刻度面板

如果没有频率计，可将波段开关置于2挡，用调谐指示比较准确的收音机（如数字调谐收音机）靠近仪器附近收听，也可以完成上述调试，具体过程不再详述。
改变R4的阻值可改变高频信号的调制系数，调制系数取30%左右比较合适，没有示波器时可以不用细调，可用中波收音机收听判断一下，收音机声音偏小说明调制度低，应减小R5的阻值，收音声音偏大并有明显的失真说明调制度偏高，应增大R4的阻值。
2、放大电路部分调试
先进行可变电容C8刻度的绘制，分两步进行：
1）标注C刻度，用一个数字电容表或数字万用表的电容接在C8的两端（这时不能接Lx），由小到大调节C8，根据电容表的读数标注起始值和关键值所对应的点。
2）标注L刻度，由于测量电感时是利用谐振的原理测量，频率固定为1000KHz，调节C8使LC串联电路谐振（电流表计数最大）即可测量电感L的值，每一个电感值都对应一个确定的电容值，即刻度盘上这个电容值所对应的位置就是该电感的值，因此可通过谐振频率计算公式计算标注L刻度。
下面是我根据要标注刻度的电感值计算出的对应的电容(谐振频率1000KHz)，根据这些电容值找到相应的点就可以标注L刻度了。
   L（μH）    C（pF）
   34                752    （注：电感的最大值645和最小值34的对应点反过来计算的得到的，即由电容值求得电感，其余各点均由电感值求得电容值）
   40                633
      45                574
      50                507
      60                431
      70                369
      80                323
      90                287
      100             253
      120             215
      150             167
      170             152
      200             127
      250             101
      300             84.4
      350             72.4
      400             63.3
      450             57.4
      500             50.7
      550             47.0
      600             42.2
      645             40
      下面是绘制好的刻度盘。
   Q表调节.JPG

接下来对Q表500挡的分压系数进行校准，由于表头的分流作用，由两1k电阻R11、R12组成的分压系数并不是1/2，而是小于1/2，因此要增加一个可变电阻RP2进行校准。方法是找一个已测定Q值接近500的电感用500挡测量，调节RP2使表头指向相同的值即可。如果没有这样的条件，也可以先用250挡测量一个Q值接近250的电感，再转到500挡，调节RP2使500挡测量值和250挡一样，这样分压系数就调好了。

ntwhq · 发表于 2011-10-14 17:27:16

本帖最后由 ntwhq 于 2011-10-16 12:54 编辑

五、使用
1、信号源使用
一般情况下使用调幅波，使用时将波段开关调到挡位2。
矿石机除了无天线（如大环线圈）的外都有天线输入端，调试矿石机时可将输出信号通过一只100pF的电容耦合到天线输入端，仪器地线和矿石机地也接通。这个信号源可以用测试矿石机的频率覆盖范围、灵敏度、选择性，也可对检波二极管和耳机的性能进行比较，这比用收听电台来测试要方便和稳定。
2、Q表使用
测量线圈的Q值时，如果不需要测量电感量，可自己根据需要选择测试频率，比如被测电感电感量偏大（比如1mH），当测试频率取1000KHz时不在C8的调节范围内，这时可适当降低测试频率以满足要求；反之当电感量偏小时提高测试频率。
测量时先将波段开关调到3挡，调节定位调节电位器使电流表刚好满挡指示（即表针指向250），然后再调到相应Q表挡位进行测量。
测量实例：
200cm中波磁棒绕多股纱包线的48T线圈测得Q值为240，电感量计数为350mH。
测量电感1.JPG

3、测量电感
测量电感是测量Q值时顺便从C8刻度盘计数，因为刻度盘L刻度是根据1000KHz计算的，所以测试频率一定要用1000KHz。
测量实例：
一个Φ10高频磁环绕60T的线圈测得Q值为420，电感量约为110μH。
测量电感2.JPG

这个电感用我自制的数字LC表测量值是106.8μH，用万用电桥测量量是100μH。说明这个Q表测量电感的精度还是可以接受的。
测量电感4.JPG

（待补充）

胆石小生 · 发表于 2011-10-14 19:07:17

好作品，更适合初学者制作及调试。赞一个。

foxhw · 发表于 2011-10-14 19:11:13

强人，赞！

一泓清泉 · 发表于 2011-10-14 20:18:28

不错，有创意！

天空之城 · 发表于 2011-10-15 01:25:10

好东西呀，值得学习。

不知道使用效果怎么样，

ntwhq · 发表于 2011-10-15 06:50:44

回复 4# 胆石小生
谢谢您加分鼓励。

bd2av · 发表于 2011-10-15 09:44:30

支持！最贴近本论坛主题的作品。

ntwhq · 发表于 2011-10-15 11:36:32

本帖最后由 ntwhq 于 2011-10-15 12:06 编辑

首先，支持楼主参赛。
其次有几个问题想请教下：第一，你是如何解决Q表部分分压电阻的残余电感的；第二，据 ...
天风雪雨发表于 2011-10-15 08:12

欢迎交流。
1、R8的绕法正绕和反绕圈线相同，故不存在残余电感，1欧的R7刻槽很少，且半径很小，因此其残余电感很小，对1000KHz信号来说可忽略不计。
2、您说得没错，测量的Q值很高时可变电容的Q值就不能忽略不计了（如果是数字Q表可以进行修正），所以我最高Q值只测到500，对这种简单的Q表，我也不追求多高的精度。

lq19512003 · 发表于 2011-10-15 11:50:15

不错，很有创意！
好像Q值的表头刻度不应该是线性的。

ntwhq · 发表于 2011-10-15 12:01:25

本帖最后由 ntwhq 于 2011-10-15 12:11 编辑

不错，很有创意！
好像Q值的表头刻度不应该是线性的。
lq19512003 发表于 2011-10-15 11:50

您说得对，因为用二极管整流，所以在小信号时不是线性的，但超过一定的值后就是线性的了（使用导通电压很小的二极管1SS86就是为减小非线性），就象万用表的交流电压挡一样。由于我手头没有各种Q值的标准电感供校准，因此目前只能把刻度搞成线性的，在Q值较小时误差可能会大些。

lq19512003 · 发表于 2011-10-15 12:30:26

回复 13# ntwhq

其实没有标准电感也能校准Q表，实际上产品Q表也不是用标准电感校准的，在实际工作中Q表是使用毫伏表校准的，校准的方法以前的帖子里介绍过，可搜出来参考一下，不复杂。

gortop · 发表于 2011-10-15 19:18:53

学到了自制小电阻的方法，的确不错。

ntwhq · 发表于 2011-10-15 20:01:39

回复 ntwhq

其实没有标准电感也能校准Q表，实际上产品Q表也不是用标准电感校准的，在实际工作中Q表是使 ...
lq19512003 发表于 2011-10-15 12:30

好的，谢谢！

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