Индикатор тока

Предлагаемый прибор предназначен для индикации относительных значений токов в печатных проводниках без их разрыва и подключения обычного амперметра. Чувствительность прибора такова, что он может воспринимать ток до нескольких миллиампер и допускает сопряжение с проверяемой схемой по постоянному и переменному току.
Действие промышленных индикаторов тока основано на одном из двух принципов: восприятие небольшого падения напряжения на проводнике с током и использование эффекта Холла для фиксации магнитного поля, существующего в непосредственной близости от проводника с током.
В общем, индикаторы тока с использованием эффекта Холла лучше, так как не требуют прямого контакта с печатными проводниками. К сожалению, такие приборы довольно дороги.
Описание схемы. Электрическая схема индикатора тока показана на рис. П2.15.

Рис. П2.15. Принципиальная электрическая схема индикатора тока.

Прибор фиксирует небольшое падение напряжения вдоль печатного проводника (обычно несколько сот микровольт) и представляет собой инвертирующий операционный усилитель. Чтобы обеспечить широкий диапазон входных напряжений (от нескольких микровольт до сотен милливольт), операционный усилитель работает в режиме с логарифмической характеристикой, т. е. его коэффициент усиления по напряжению значительно уменьшается с увеличением уровня входного сигнала.
Тумблером S1 выбирается сопряжение входа микросхемы IC1 по постоянному или переменному току, а потенциометром VR1 обеспечивается дополнительная ручная регулировка усиления (чувствительности). Мостовой выпрямитель D1—D4 подает на измерительный прибор сигнал правильной полярности независимо от полярности входного сигнала. Диоды D5 и D6 служат ограничителями, а конденсатор С3 определяет постоянную времени.
Вход «половинного» питания для операционного усилителя формируется с помощью стабилитрона D4 и резистора R7. Конденсаторы С2 и С4 служат для развязки, а светодиод D8 сигнализирует о включенном питании.
Монтаж. Собрать индикатор тока несложно. Все его элементы, за исключением батарейного соединения, собственно измерительного прибора, гнезда пробника и органов управления, монтируются на стандартной печатной плате типа Veroboard (24 полоски с 23 отверстиями). Монтажная схема для платы Veroboard показана на рис. П2.16.

Рис. П2.16. Монтажная схема индикатора тока. Для микросхемы IС1 на плате устанавливается держатель. Выход VR1 (W) соединяется с центральным лепестком потенциометра.

Под гнездом микросхемы IC нужно сделать четыре-разрыва печатных проводников.
Монтаж элементов производится в следующей последовательности: гнездо микросхемы, перемычки, конденсаторы, резисторы, диоды и пистоны. После монтажа необходимо тщательно проверить плату, обратив особое внимание на ориентацию электролитических конденсаторов, диодов и выпрямителя.
Плата укрепляется горизонтально в корпусе Verobox с помощью четырех коротких изолирующих стоек, а микросхема аккуратно вставляется в гнездо.
Измерительный прибор, органы управления и гнезда пробника размещаются на лицевой панели, куда наносятся и все необходимые надписи. Соединения с лицевой панелью осуществляются короткими изолированными проводами в соответствии с монтажной схемой, показанной на рис. П2.17.

Рис. П2.17. Соединения компонентов, монтируемых на лицевой панели. Резистор R5 припаивается к металлическому корпусу потенциометра VR1.

Проверка. Прежде всего следует проверить правильность монтажа индикатора тока, обратив особое внимание на подключение батареи и измерительного прибора. Затем нужно подключить батарею РРЗ (или аналогичную) и включить питание. Светодиод D8 своим свечением сигнализирует о наличии питания. С помощью мультиметра на диапазоне 10 В убедитесь, что напряжение на D7 составляет от 4,5 до 5 В. В противном случае просмотрите все соединения и монтажную схему на плате Veroboard.
Для правильной работы прибора необходимо обеспечить его надежный контакт с печатным проводником. С этой целью купите или сделайте два зонда. К каждому зонду подсоедините провод, заканчивающийся штырьком диаметром 2 мм. Проверка зондов производится в соответствии со схемой, показанной на рис. П2.18.

Рис. П2.18. Схема для проверки индикатора тока.

Батарея с напряжением 1,5 В обеспечивает падения напряжения в соответствующих контрольных точках, равные 100 мкВ, 1 и 100 мВ.
Установите максимальную чувствительность прибора (потенциометр VR1 поверните по часовой стрелке до упора) и коснитесь зондами точек А и D. Стрелка измерительного прибора при этом должна отклониться на всю шкалу, т. е. показать примерно 1 мА. Затем коснитесь зондами точек В и D. Прибор покажет примерно 0,6 мА.
Наконец, при касании зондами точек С и D прибор должен показать приблизительно 0,3 мА. Отметим, что индикатор тока нечувствителен к полярности и зонды маркировать не нужно.
Работа с прибором. Убедившись в правильности функционирования индикатора тока, необходимо его как следует освоить. Для этого потребуется печатная плата (с поданным питанием), содержащая разнообразные ТТЛ-микросхемы, и ее подробное описание.
Зондами индикатора тока нужно поочередно касаться печатных проводников (питания) и наблюдать за показаниями прибора. На плате со стандартными ТТЛ-микросхемами индикатор должен фиксировать заметное отклонение стрелки, когда расстояние между зондами составляет примерно 10 мм. Конечно, при увеличении расстояния между зондами отклонение должно увеличиваться. После приобретения некоторого практического опыта вы сможете делать обоснованное предположение о значении тока, потребляемого каждой микросхемой в отдельности.
Индикатор тока используется также для обнаружения дефектов в разъемах (касаются зондами разъемного соединения с разных сторон и наблюдают за показаниями прибора), высокоомных соединений и недостаточной фильтрации. В последнем случае прибор требуется перевести в режим переменного тока и коснуться зондами шины питания и земли.
Компоненты. Резисторы (угольные, 0,25 Вт, 5 %): R1 = R2 = R4 = R5 = 1 кОм; R5 = 100 Ом; VR1 = 100 кОм (линейный, угольный); конденсаторы: С1 = 4 мкФ (танталовый, 35 В); С2 = С4 = 100 мкФ (электролитический, 16 В); С3 = 10 мкФ (электролитический, 16 В); полупроводниковые приборы: IC1—741; D1—D4 — ОА91; D5, D6 — 1N4148; D7 — BZY88C4V7; D8 — красный светодиод (с линзой).
Дополнительные детали: S1, S2 — миниатюрный однополюсный тумблер на два положения; SK1 — гнездо диаметром 2 мм (красное); SK2 — гнездо диаметром 2 мм (черное); 8-контактное гнездо для микросхемы; корпус типа Verobox с размерами 205x140x110 мм (номер детали 202-21033А); плата типа Veroboard с размерами 65×63 мм (24 полоски с 23 отверстиями), отрезается от детали с номером 801-21070Н; односторонние пистоны диаметром 1 мм (8 шт.); изолирующие стойки (4 шт.); крепеж (болты 4 шт., гайки 4 шт.); ручка; измерительный миллиамперметр с разрешающей способностью 1 мА; держатель для батареи РР3; зонды (2 шт.).