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MULTIMETRO ANALOGICO ELETTRONICO CON FET

Pubblicato su RADIO  KIT  ELETTRONICA  n° 5 – Maggio  2017 (pag. 36)

Questo strumento di misura da laboratorio (Fig.1, Fig.2, Fig.3) che descrivo è un Multimetro Elettronico (F.E.T.) con una elevata impedenza di ingresso, rigorosamente analogico, per misure di tensioni continue, di tensioni alternate, e di valori resistivi.
Tale strumento lo ritengo oltremodo prezioso per le delicate e rigorose misure in campo elettronico-radiantistico per gli OM autocostruttori.
Gli esperti di costruzioni radiantistiche conoscono bene le difficoltà di misurare tensioni ove un carico, anche lievissimo, da parte di un sensibile voltmetro, possono dare una lettura falsa, e, quindi, non rigorosa sul valore, ad esempio, di una tensione di C.A.G. (controllo automatico di guadagno).
Tale strumento è adatto anche per lettura di tensioni continue in presenza di radiofrequenza per la inserzione di una impedenza RF in ingresso dei Volt dc.


TEORIA del CIRCUITO

Dopo avere stampato i 3 schemi elettrici allegati si può notare che su uno di essi:
Schema 1, è disegnato il circuito del cuore dello strumento:
Esso è costituito da una configurazione a ponte con due F.E.T. (BF244).
Fra i SOURCE di essi è inserito il Galvanometro da 50 uA (50 Microampere)  con i relativi trimmers di regolazione sui due capi di ancoraggio di esso, per la centratura escursiva dell’ago dello strumento sulla scala del galvanometro, e, fra i due trimmers, il potenziometro di regolazione fine dello “0” (bilanciamento del ponte).
I DRAIN dei due FET sono alimentati con tensione stabilizzata da un IC  78L09.
Il GATE di uno dei due FET ha una polarizzazione fissa con resistore verso massa.
Il GATE dell’altro FET ha una polarizzazione anche essa fissa data dal complesso della rete resistiva di ingresso delle portate di lettura:
Questo farà si che la tensione di lettura inserita porti allo sbilanciamento del ponte.
La entità di tale sbilanciamento porterà, infine, allo spostamento dell’ago dello strumento sul valore di lettura della tensione inserita.
Sullo stesso schema sono disegnate le disposizioni dei componenti:
Del modulo_0 di regolazione dello “0”.
Del modulo_1 F.E.T..
Del modulo Test di Batteria.
Del modulo “cicalino cercafili” completamente indipendente (per sicurezza) dal   complesso di alimentazione e di massa del circuito del Voltmetro.

Schema 2, indica la configurazione delle serie dei trimmers resistivi con i rispettivi valori, commutabili per la lettura, e regolabili per la taratura, delle varie portate.
Lo strumento pertanto permette sul fondo scala:
Letture di tensioni in corrente continua:     0,5V – 5V – 50V – 500V –  0V (Test Batteria).
Letture di tensioni in corrente alternata:                 5V – 50V – 500V.
Letture dei valori resistivi:                       50 Ohm – 500 Ohm – 5 KOhm – 50 KOhm – 500 KOhm.
A tale proposito evidenzio come il ponte dei due F.E.T. viene sbilanciato, per la lettura dei valori resistivi, dalla tensione stabilizzata del 78L09 che questa volta viene utilizzato anche per alimentare i trimmers, regolabili per la taratura, e i valori resistivi posti in esame.
In tal caso, la lettura dei valori resistivi viene effettuata linearmente sulla stessa scala delle portate voltmetriche.
Due particolarità circuitali sono:
1)    Lo zener da 5V posto in corto fra le boccole di uscita.
Esso forrnisce una protezione attenuativa allo strumento evitando il violento battere dell’ago sul fondo scala in assenza del carico di una resistenza in esame.
2) Il pulsante di corto (simulazione dei puntali in corto) posto dal sottoscritto sul frontale dello strumento serve per 2 scopi:
A) Verifica, con eventuale taratura, dello “0”.
B) Blocco sullo “0” dell’ago dello strumento.
Pertanto tale pulsante di corto viene aperto con la pressione di esso, ottenendo, in tal caso, la lettura del valore resistivo in esame.

Schema 3, indica la disposizione dei componenti sul modulo 2 (Trimmers resistivi delle portate VOLT corrente continua e OHM), e sul modulo 3 (Trimmers resistivi delle portate VOLT corrente alternata e Cicalino del cercafili).

COSTRUZIONE

La prima operazione da effettuare, dopo avere preparato i vari circuiti stampati (moduli 0, 1, 2, 3) con relativa foratura, è quella di montare e saldare accuratamente su di essi i componenti descritti sugli schemi.
Il modulino del Test Batteria lo si deve ricavare da un ritaglio opportuno di basetta millefori in quanto, per i pochissimi componenti previsti, ho ritenuto più pratico ricorrere a  tale soluzione.
Ho posto un micropulsante da premere sul modulino, per la lettura tensione “test della batteria”, onde evitare che sulla portata segnata con “0” Vdc commutata, possa essere inviato, per errore o distrazione, una qualunque tensione esterna sui capi della batteria al litio.
I FET e il 78L09 ho preferito non saldarli (il calore della punta del saldatore può alterare le giunzioni di Gate), ma montarli su idonei zoccolini ricavati ritagliandoli da uno  di quelli utilizzati per circuiti integrati (osservare bene le figure-foto allegate).
Preparato il tutto si deve provvedere a praticare la foratura del frontale contenitore per un accurato montaggio delle boccole, del galvanometro, dei due commutatori, ecc., dopo aver preso le giuste misure con i relativi spazi da riservare ad essi.
A proposito del galvanometro bisogna prestare attenzione allo spazio superiore necessario per il posizionamento del modulo 0.
Sul posteriore del galvanometro è posto il modulo 1 con i due FET, ove sono i fori di fissaggio con i dadi del + e del – strumento.
Osservare bene la Fig.8 e la Fig.9.
Sul fondo del contenitore vanno posizionati e fissati con viti, distanziatori e dadi il modulo 2 (Trimmers Volt dc – Ohm) ed il modulo 3 (Trimmers Volt ac).
Il modulo 3 va inserito e sovrapposto con distanziatore nel mezzo del modulo 2, fissandoli insieme con gli stessi dadi (Fig.5 – Fig.6).
Al di sotto dei moduli 2 e 3 va posto il portabatteria a 3 elementi di pile al LITIO da 4 Volt del tipo stilo (Fig.7).
Il montaggio completo sul lato posteriore del contenitore è visibile in Fig.4, e, con la filatura dei collegamenti fra commutatori ed i relativi moduli, visibile in Fig.5.
In Fig.5, inoltre, sulla sinistra, sono visibili lo schedino Test Batteria montato su millefori ed il portabatteria con pila da 1,5 Volt che alimenta il cicalino cercafili posizionato sul modulo 3.
In Fig.9 sono visibili la impedenza a RF collegata alla boccola di ingresso Volt dc ed il rispettivo condensatore in poliestere di By-Pass collegato fra esso e il negativo di  massa.

TARATURA

La prima operazione delicata, da eseguire con molta pazienza, è quella di regolare i trimmers del modulo 0.
Tale procedura, ritengo, sia preferibile eseguirla al banco, prima di montare definitivamente il tutto nel contenitore:
Montati sugli zoccolini i due FET (BF244) ed il 78L09 sul modulo 1, bisogna verificare in primo luogo l’alimentazione sui DRAIN dei FET.
Particolare attenzione nella scelta dei due FET in quanto essi devono avere possibilmente le stesse caratteristiche di amplificazione, altrimenti ci saranno molti problemi per la centratura escursiva della scala del galvanometro e della regolazione dello “0”.
I FET che ho utilizzato li ho scelti misurandoli con il PROVAFET-MOSFET che a suo tempo pubblicai su RK e reperibile anche sul sito di ARINOCERA.
Ma comunque vanno bene anche altri metodi di test che agli OM non sarà cosa difficile poter praticare.
Fatta questa premessa bisogna collegare fra loro, con fili volanti saldati, il modulo 0 con il modulo 1 ed il galvanometro da 50 uA.
Poi si deve provvisoriamente, e soltanto per questa occasione, collegare a massa il resistore da 3,9 MOhm (indicato sullo schema elettrico) di polarizzazione di uno dei 2 FET.
Si posiziona il potenziometro dello “0” a circa metà corsa.
Infine si fornisce alimentazione a 12 Volt sull’ingresso del 78L09.
A questo punto bisogna lavorare con pazienza sui trimmers del modulo 0 fino a trovare un buon compromesso di centratura escursiva dell’ago del galvanometro sugli estremi scala e di centratura sullo “0” con il potenziometro che deve sempre trovarsi, più o meno, a circa metà corsa.
Nel caso si avessero difficoltà nella sopra menzionata procedura consiglio di invertire fra di loro i due FET.
Fatte queste operazioni, dopo avere montato tutto e definitivamente nel contenitore, si provvede con oculatezza a praticare tutti i collegamenti indicati negli schemi elettrici fra i commutatori e i vari moduli.
Quando si è certi dei collegamenti praticati, servendosi per la verifica del circuito “cicalino cercafili” montato, si può procedere alla taratura dei trimmers per una lettura corretta delle varie portate previo un piccolo ritocco prelimnare dei trimmers del modulo 0.

Per la taratura delle portate voltmetriche in cc ed in ca occorre tenere a disposizione:
Un multimetro digitale di cui sia certa la precisione di lettura,
Un alimentatore in corrente continua ed in corrente alternata con tensione variabile.
Può andare bene un variac autotrasformatore toroidale con aggiunta di un circuito raddrizzatore escludibile.
In alternativa al variac è possibile utilizzare anche un trasformatore o autotrasformatore multitensione, sempre con circuito raddrizzatore escludibile.
Collegando quanto consigliato al voltmetro di riferimento ed al voltmetro elettronico costruito, si inizia la taratura dei trimmers sulle letture di fondo scala delle varie portate voltmetriche.
Per le tarature dei Volt dc e dei Volt ac si può iniziare da qualunque portata di fondo scala in quanto esse sono totalmente indipendenti fra loro.
Tale operazione sarà oltremodo semplice aiutandosi con i relativi riferimenti indicati dallo schema 2 e dallo schema 3 stampati per la individuazione dei rispettivi trimmers dedicati

Per la taratura delle portate in OHM bisogna disporre di una serie di valori resistivi campione, di buona precisione, quanto più vicini possibili ai fondo scala delle varie portate.
Ci si può servire anche di un Box di resistenze, verificandone, di volta in volta, con il multimetro digitale utilizzato per i volt, l’esatto valore.
Anche in questo caso si procede per la taratura dei trimmers dedicati come si è fatto per le portate dei Volt.
Quindi dopo avere collegato alle boccole dedicate il valore resistivo in esame, si preme il pulsante di apertura del corto circuito uscita, e si regola il trimmer interessato sulla giusta lettura.

Il multimetro descritto ha un assorbimento di corrente limitato a pochi millampere (circa 5 mA) dal complesso delle  batterie al Litio impiegato, per cui la durata operativa di erogazione sarà abbastanza lunga nel tempo.

Nella speranza di essere stato esaustivo nella descrizione dell’argomento in questione rimango sempre a disposizione per ulteriori chiarimenti agli autocostruttori augurando nel contempo buon lavoro.


ELENCO  COMPONENTI

Contenitore (BOX  60x120x19  circa) in PVC  
FET    =  BF244 (2)
IC       =  78L09
Diodo = 1N4007
Led
Resistori ½ W:
10  MOhm  (4)
6.8 MOhm  (2)
4,7 MOhm
3,9 MOhm
2,2 KOhm
220 Ohm
Condensatori:
10   uF  47V elettrolitico
100 KpF   poliestere  (2)
10   KpF   ceramico   (2)
4,7  KpF   poliestere o ceramico 1KV
3,3  KpF   ceramico 1,5KV
Trimmers resistivi:
4,7  MOhm  (4)
1 MOhm     (2)
470 KOhm 
100 KOhm (2)
47   KOhm  (2)
22   KOhm (2)
10   KOhm  (2)
4,7  KOhm  (2)
Potenziometro  22  KOhm lineare
Zener 5V 1W
Impedenza RF  =  220 uH (microhenry)
Commutatore  3 vie  4 posizioni
Commutatore  4 vie  5 posizioni
Morsetti-Boccole per ingressi Vdc, Vac, ohm:
Rossi (3)
Neri   (2)
Boccole per uscita cercafili:  
Rossa e Nera
Pulsante normalmente chiuso
Micropulsante normalmente aperto
Portabatteria per pila da 1,5V stilo
Pila da 1,5V stilo
Cicalino
Portabatteria per pile a stilo a 3 comparti
Batteria LITIO stilo  4V- 4A  (3)
Strumento 50 uA (50 microampere F.S.): Quadrante  90x80
Viti, Dadi, e Rondelle da 3.

 

 

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