Danas je nabavljen mosni RLC metar oznake MA 4302 Universal Bridge, proizvod slovenske tvrtke Iskra iz prve polovice 1980-tih godina. Tvrtka ISKRA vuče korijene iz 1946. godine te je i danas prisutna na tržištu. Kroz čitavo razdoblje postojanja nudi širok spektar proizvoda iz područja elektronike, elektrotehnike, telekomunikacija, energetike, automatizacije i tome srodnih proizvodnih grana.
RASPON MJERENJA
- otpor u opsegu 0,1 Ω do 10 MΩ podijeljeno u osam mjernih područja sa pogreškom do 1,5 % za otpore u području 10 Ω do 1 MΩ , odnosno do 3 % za ostale vrijednosti otpora
- induktivitet u opsegu 10 µH do 100 H podijeljeno u sedam mjernih područja sa pogreškom do 3 %
- kapacitet u opsegu 10 pF do 1000 µF podijeljeno u osam mjernih područja sa pogreškom do 5 %
NAČIN MJERENJA
Mjerenje RLC metrom MA 4302 je jednostavno i brzo. Sklopka RLC postavi na odgovarajuću vrstu mjerenja, a nepoznati otpornik, zavojnica ili kondenzator priključi se na stezaljke Rx Lx Cx. Na početku svih mjerenja sklopka FREQUENCY je u položaju 1 kHz, sklopka SENSITIV. je u položaju LOW, a dvostruki potenciometri Q i D postavljeni su krajnji lijevi položaj (do kraja suprotno od kazaljke na satu). Prvo se sklopkom za odabir mjernih područja pronađe onaj mjerni raspon koji odgovara vrijednosti nepoznate komponente. Indikacija ispravno odabranog mjernog područja je crveno polje na skali instrumenta, dakle samo na jednom mjernom području kazaljka će biti u crvenom području. Nakon što smo pronašli odgovarajuće mjerno područje prelazimo na precizno mjerenje nepoznate vrijednosti. Za ovo se sklopka SENSITIV. prebaci u položaj HIGH, a zatim se mjernim potenciometrom sa baždarenom skalom RANGE MULTIPLIER pronađe mjesto gdje kazaljka instrumenta pokazuje nulu, odnosno najmanji otklon (minimum). Ukoliko su mjereni kondenzatori ili zavojnice sa velikim gubicima može se dogoditi da se ne dobije dovoljno oštar pad kazaljke na minimum što otežava nalaženje točne vrijednosti. U tom slučaju pomažemo si dvostrukim potenciometrima za kompenzaciju gubitaka (za grubo i fino podešavanje) označenima sa Q za zavojnice i D za kondenzatore. Ovim potenciometrima u kombinaciji sa mjernim potenciometrom RANGE MULTIPLIER približavamo kazaljku instrumenta što većem minimumu kako bi očitanje bilo što oštrije. Mjerna frekvencija od 10 kHz koristi se samo za mjerenje malih vrijednosti induktiviteta zavojnica na prvom mjernom opsegu 10 µH – 100 µH ili za zavojnice sa lošim faktorom dobrote.
ELEKTRIČNA SHEMA
Električnu shemu RLC metra MA 4302 možemo podijeliti na pet cjelina:
- mrežni ispravljač sa stabiliziranim simetričnim izlazom +15V/-15V
- oscilator izmjeničnog napona za napajanje mjernog mosta
- mjerni most
- pojačalo napona sa mjernog mosta (mjerno pojačalo)
- ispravljač sa mjernim instrumentom
Mrežni ispravljač sastoji se od mrežnog transformatora 220V/2x19V, mosnog ispravljača B80C1200, te integriranog kruga MC1468G na čijem izlazu dobivamo regulirani i stabilizirani simetrični napon +15V/-15V. Integriranim krug MC1468G je specijalizirani regulator napona koji normalno na svojem izlazu daje napone od 15V, no uz dodatne pasivne elemente mogu se dobiti bilo koji naponi u rasponu 8-20V. U nekim inačicama RLC metra MA 4302 umjesto MC1468G koriste se dva integrirana regulatora LM317. Simetričnim naponom +15V/-15V napajaju se sva tri operacijska pojačala (jedno u krugu generatora napona za napajanje mosta i dva u krugu mjernog pojačala).
Oscilator (generator) izmjeničnog napona za napajanje mjernog mosta bazira se na RC oscilatoru sa operacijskim pojačalom IL741 u spoju Wienovog mosta. Oscilatori sa Wienovim mostom praktično su primjenjivi u frekvencijskom opsegu cca 10 Hz – 1 MHz. Daju vrlo stabilnu i čistu sinusnu amplitudu izlaznog signala, a frekvenciju izlaznog signala moguće je lako mijenjati promjenom R ili C elemenata paralelno u dvije grane mosta (u našem slučaju mijenjanu se vrijednosti kondenzatora). Potreba za istovremenom promjenom vrijednosti R ili C elemenata u dvije grane mosta može se gledati kao praktični nedostatak ovakvog oscilatora jer obje vrijednosti moraju biti jednake kako bi most bio uravnotežen, odnosno potrebno je koristiti elemente malih tolerancija. Osim pozitivne povratne sprege za održavanje oscilacija, naš oscilator ima i negativnu povratnu spregu za održavanje konstantne amplitude izlaznog signala od 1,5 V sa žaruljicom kao regulacijskim elementom. Oscilatore sa Wienovim mostom često smo susretali u našim objavama uređaja koji sadrže NF oscilatore poput Amtron AUDIO GENERATOR UK570, MA 3601 NF RC generator i sličnih gdje smo dali i detaljno objašnjenje načina rada istih.
Ovisno o vrsti mjerenja pomoću sklopke RLC formira se i odgovarajući mjerni most i to:
- Za mjerenje otpora – Wheatstoneov mjerni most napajan izmjeničnom strujom
- Za mjerenje induktiviteta – Maxwelov mjerni most
- Za mjerenje kapaciteta – Wienov most
Na našim shemama prikazali smo kako izgleda mjerni most za svaku vrstu mjerenja. U osnovi se radi o praktično najčešće upotrebljavanim mjernim mostovima za pojedine vrste mjerenja. Izuzetak čini Wheatstoneov mjerni most za mjerenje otpora koji se u praksi gotovo uvijek napaja istosmjernom strujom, no u našem slučaju je odabrana izmjenična struja jer se i preostala dva mosta napajaju izmjeničnom strujom pa bi ispravljanje napona samo za Wheatstoneov mjerni most usložilo ukupnu shemu u smislu većeg broja komponenti i složenijih sklopki za odabir vrste mjerenja.
Mjerno pojačalo bazira se na ulaznom FET-u 2N422 te dva stupnja pojačanja sa operacijskim pojačalima IL741 i IL709. Specifičnog mjernog pojačala je mogućnost rada u dva moda pojačanja: linearno pojačanje signala i eksponencijalno pojačanje signala. Linearna karakteristika pojačanja (LOW) koristi se kod grubog traženja ravnoteže mosta (traženje mjernog opsega u kojem se nalazi nepoznati element)
Eksponencijalna karakteristika pojačanja (HIGH) koristi se kod finog traženja ravnoteže mosta (traženje točne vrijednosti nepoznatog elementa). Ova karakteristika ima najveću moguću osjetljivost (pojačanje) u području oko ravnoteže mosta (signal blizu nule), a što se više udaljavamo od ravnoteže mosta to pojačanje eksponencijalno slabi tako da i kod najveće moguće neravnoteže mosta (najveći ulazni napon) kazaljka instrumenta neće preći maksimalni otklon čime se sam instrument štiti od prevelike struje. Na taj način ćemo u području nule ili minimalnog otklona kazaljke, odnosno u području ravnoteže mosta ili minimalne razlike napona na izlazu, imati vrlo osjetljivu reakciju i na najmanje promjene napona što nam i treba za precizno traženje minimuma otklona.
Ako pogledamo shemu vidimo da se karakteristika pojačanja regulira negativnim povratnim vezama na mjernim pojačalima. Istovremeno se i nepoznata komponenta unutar mjernog mosta spaja izravno na granu sa mjernim otpornicima, čime se na pojačalo zapravo izravno dovodi napon koji je prisutan na nepoznatoj komponenti. U takvom spoju nastaje raspodjela napona na serijskom spoju nepoznatog elementa i mjernog otpornika, gdje će ona biti najviše uravnotežena kada se odabere ona vrijednost mjernog otpornika (jednog od osam otpornika sa redno povećanjem vrijednosti x10) gdje se i vrijednost nepoznatog elementa nalazi unutar tih granica opsega (od 1/10 do pune vrijednosti mjernog otpornika). Otklon kazaljke će pri tome biti najmanji, odnosno negdje u crveno označenom području na instrumentu, dakle na nepoznatoj komponenti će biti prisutno od 1/10 do 1/2 ukupnog napona.
U položaju LOW ostvaruje se takva negativna povratna sprega na prvom pojačalu sa IL741 da je karakteristika pojačanja linearna, odnosno svi naponi će biti jednako pojačani. U položaju HIGH jačina povratne sprege u pojačalu ovisi o jačini ulaznog signala i pojačanje će biti to jače što su signali slabiji i obrnuto. Drugim stupnjem pojačanja sa IL709 kompenzira se utjecaj ispravljačkih dioda (naponski pragovi provođenja) čime se postiže maksimalna osjetljivost instrumenta na najmanjim naponima. Isto tako, kod porasta napona pojačava se i negativna povratna sprega na drugom pojačalu i to preko diode D5 koja uzrokuje eksponencijalno smanjenje pojačanja tako da kazaljka ni kod najvećih napona ne pređe maksimalni otklon.
Na tiskanoj pločici jasno se uočavaju funkcijske cjeline RLC metra MA 4302. Lijevo je mjerno pojačalo, u sredini je oscilator izmjeničnog napona za napajanje mjernog mosta sa izlaznim transformatorom, a desno je mrežni ispravljač sa regulatorom napona.
Unutar metalnog oklopa smještena je A-D grana mjernog mosta sa mjernim otpornicima za izbor mjernog opsega.
Na sklopki za odabir vrste mjerenja smješteni su elementi B-D (B-C za kapacitet) grane mosta kojima se zapravo formira jedan od tri mjerna mosta: Wheatstoneov, Maxwelov ili Wienov mjerni most. Ovoj grani pridodaju se i dvostruki potenciometri za kompenzaciju gubitaka prilikom mjerenja kondenzatora i zavojnica sa velikim gubicima.
B-C (B-D za kapacitet) granu mosta čini mjerni potenciometar spregnut sa kotačem mjerne skale na prednjoj ploči instrumenta. Uočava se fina mahanička sprega osovine potenciometra sa skalom na kugličnim ležajevima. Otpornik i trimer potenciometar za kalibraciju ove grane smješteni su na pločici sklopke za odabir vrste mjerenja.
Naš primjerak RLC metra MA 4302 na testu se pokazao potpuno ispravnim. U današnje vrijeme svi smo navikli na digitalne mjerne instrumente sa automatskim odabirom mjernog područja i izravnim prikazom mjerene veličine. No ukoliko imamo neki jeftini digitalni RLC metar možemo biti sigurni da će njegova tolerancija biti prilično velika koliko god on imao lijep dizajn i maštovit displej. Precizni i pouzdani digitalni RLC metri prilično su skupi, puno skuplji od primjerice nekih AVO metara u istom razredu pogreške. Stoga je praktično gledano za mjerenje L i C vrijednosti bolje imati neki pouzdani analogni mosni instrument koji se danas može vrlo jeftino nabaviti, nego kupiti neki lijepi jeftini digitalac koji će svaki put za isto mjerenje izbaciti neku drugu vrijednost. Iskrin RLC metar MA 4302 kao i neke slične serije poput MA 4303 unatoč tome što im se bliži 40-ta godina svakako spadaju u vrlo upotrebljive mjerne instrumente i za sve današnje potrebe te nema razloga da ih ne zadržimo u svojoj elektroničkoj radionici, pa makar i samo za slučaj kada nam je kod mjerenja potrebna i kakva paralelna provjera neke sumnjive komponente 🙂