Este vorba de un indicator de nul care lucrează în curent alternativ și a fost construit separat pentru a putea fi folosit în lucrările laboratorului de măsurări electrice.
Indicatorul de nul, a cărui schemă este dată în fig. 1, poate fi folosit pentru echilibrarea punților de curent alternativ, sensibilitatea sa nedepinzând de frecvența tensiunii care alimentează puntea.
După cum se observă, schema conține un amplificator de curent alternativ realizat cu tranzistoarele T1, T2, T3, iar ca instrument indicator un microampermetru de 35–100 μA.
Pentru îmbunătățirea performanțelor, tranzistoarele T1 și T2 sunt cuplate direct, iar rezistența din emitorul tranzistorului T3 este nedecuplată.
Sensibilitatea aparatului este aproape constantă într-un domeniu al frecvenței de intrare cuprins între 40 și 20 000 Hz și depinde, ca mărime, de factorul de amplificare al tranzistoarelor folosite și de tensiunea de alimentare. Orientativ, se pot obține sensibilități cuprinse în domeniul 10^(-5) – 10^(-6) V / diviziune. Pentru determinarea exactă a valorii acesteia, se poate folosi montajul din fig. 2.
Sensibilitatea se calculează cu relația:
S = U2(V) / n(div.) , unde U2 = U1 * R2 / (R1 + R2)
S = U2(V) / n(div.) , unde U2 = U1 * R2 / (R1 + R2)
Se vor lua: U1 = 1 V; R1 = 100 kΩ; R2 = 5 Ω (o cutie de rezistențe).
În timpul măsurătorilor s-ar putea ca tensiunea de ieșire să fie prea mare, existând riscul deteriorării instrumentului de măsură. De aceea s-au prevăzut două rezistoare de limitare de 1 kΩ și o diodă D5 care, la semnal de nivel mare, își micșorează foarte mult rezistența, reducând tensiunea trimisă la bornele microampermetrului.
Ca măsură constructivă, pentru a se evita influența semnalelor perturbatoare, întregul montaj se va introduce într-o cutie confecționată din tablă subțire de fier, care se va lega la masă.
Aparatul poate fi construit și în varianta indicator de nul diferențial, caz în care se vor folosi două montaje identice și un microampermetru cu zeroul la mijloc.
Explicație de funcționare
Un indicator de nul este utilizat în laboratoarele de metrologie pentru a detecta momentul exact în care o punte de măsură (cum ar fi o punte Wien sau Maxwell) este perfect echilibrată. În acel punct, tensiunea electrică dintre cele două brațe ale punții devine zero (nulă).
- Amplificarea semnalului de curent alternativ (T1, T2, T3): Deoarece puntea se apropie de echilibru, semnalul rezidual de curent alternativ (AC) devine extrem de mic (de ordinul microvolților). Circuitul folosește un amplificator de înaltă sensibilitate cu trei tranzistoare. T1 și T2 sunt cuplate direct în curent continuu pentru a reduce zgomotul și a crește câștigul. T3 completează amplificarea, oferind un semnal AC de ieșire destul de puternic. Banda de frecvență acoperă întregul spectru audio (40 Hz – 20 kHz).
- Redresarea în punte: Semnalul AC amplificat trece prin condensatorul de cuplaj de 2 μF și ajunge la o punte redresoare dublă alternanță formată din 4 diode cu germaniu (4 x EFD 108). Aceasta transformă semnalul alternativ într-un curent continuu capabil să devieze acul aparatului de măsură.
- Afișarea și Protecția (D5): Curentul redresat este indicat de un microampermetru foarte sensibil (35–100 μA). Pentru a preveni distrugerea acului sau a bobinei mobile atunci când puntea este complet dezechilibrată (semnal maxim la intrare), rețeaua formată din două rezistențe de 1 kΩ și dioda D5 funcționează ca un limitator automat (compresor de dinamică). La semnal mare, dioda intră în conducție puternică și șuntează parțial instrumentul, protejându-l.
- Ecranarea electromagnetică: Sensibilitatea uriașă a aparatului îl face vulnerabil la zgomotul electromagnetic de 50 Hz din atmosferă (brumul de rețea). De aceea, montarea într-o carcasă metalică legată la masă (ecran Faraday) este obligatorie.
Piese echivalente moderne
- Tranzistoarele T1, T2, T3 (BC172C): Erau tranzistoare NPN din siliciu cu zgomot redus și factor de amplificare mare (sufixul C indica un beta ridicat, de peste 400). Înlocuitorul modern ideal în capsulă de plastic TO-92 este BC549C sau BC550C, recunoscute pentru zgomotul propriu extrem de mic, crucial în amplificarea microvolților.
- Diodele (4 x EFD 108 și D5 = EFD 108): Erau diode cu germaniu punctiforme, folosite datorită tensiunii mici de deschidere (0,2 V). Pentru a păstra sensibilitatea aparatului la semnale foarte mici, înlocuitorul modern obligatoriu este dioda Schottky de mic semnal, cum ar fi BAT42, BAT43 sau BAT85. Diodele din siliciu (ca 1N4148) nu sunt recomandate deoarece pragul lor de 0,7 V ar bloca detectarea semnalelor slabe de nul.
- Condensatoarele: Condensatoarele electrolitice (100 μF / 25 V și 80 μF / 4.5 V) se înlocuiesc cu condensatoare electrolitice radiale moderne (valoarea de 80 μF se înlocuiește cu standardul actual de 100 μF), având o tensiune de lucru recomandată de 16 V sau 25 V. Condensatoarele de cuplaj de 2 μF pot fi înlocuite cu condensatoare moderne nepolarizate de tip film poliester (MKT) de 2,2 μF, mult mai stabile.
- Alternativă modernă completă: În laboratoarele moderne de electronică, un astfel de circuit discret este înlocuit cu succes de un amplificator operațional audio de foarte mare precizie și zgomot ultra-redus, cum ar fi NE5534 sau OPA134, conectat ca amplificator de instrumentație AC
