Aumente la precisión y la capacidad de su multímetro ampliando sus escalas de tensión y aumentando su resistencia de entrada a 4M7, convirtiéndolo en un verdadero multímetro electrónico capaz de medir tensiones tan bajas como algunos microvolts. Todo eso será posible con el circuito multiplicador de escala que presentamos y que puede armarse con facilidad.
Los multímetros comunes del tipo analógico (con galvanómetros de bobina móvil) no poseen una sensibilidad que permita medir tensiones de milivolts o de microvolts con precisión.
Por otra parte, la corriente relativamente alta, necesaria para poner en movimiento la parte mecánica del galvanómetro, influye directamente en la precisión.
Esos multímetros difícilmente pueden tener sensibilidad por arriba de 100.000 ohm por volt, siendo los más comunes los que presentan sensibilidad en la franja de 1.000 a 20.000 ohm por volt en las escalas de. tensiones continuas.
En la mayor parte de los trabajos prácticos una sensibilidad de este orden no afecta mucho los resultados de las medidas, pero hay casos en los que conviene una sensibilidad mayor, como por ejemplo cuando trabajamos con circuitos de sales de baja intensidad, circuitos MOS, etc.
Es claro quela adquisición de un multímetro de alta sensibilidad no está al alcance de muchos de los lectores, de manera que la única solución para estos casos es usar el viejo multímetro con algún recurso adicional que aumente la sensibilidad.
El recurso que presentamos no es tan caro como un multímetro nuevo y puede convertir su instrumento en uno tan bueno como cualquier multímetro electrónico, elevando la sensibilidad a 4.700.000 ohm en la escala más baja.
Si su escala más baja fuera de 0-3V por ejemplo, significa una sensibilidad de 1.500.000 ohm por volt.
Simple de armar, podemos usar nuestro multiplicador de escala con cualquier multímetro común. (figura 1).
Consiste simplemente de un amplificador de altísima resistencia de entrada, un integrado CMOS que excita la salida de su multímetro aprovechando su escala y precisión.
La precisión del multiplicador dependerá simplemente de la precisión de algunos componentes que se usen, pudiendo llegar a 1 % ó 2 según el caso.
Además de eso, el circuito también hace posible la simplificación de las escalas de tensiones alternas que, en los multímetros comunes, debido a la curva de conducción de los diodos, es imprecisa para tensiones menores de 0,6V.
Con el multiplicador usted podrá medir tensiones de 6 mV con facilidad.
El proyecto original es alimentado por dos juegos de 4 pilas que tendrán gran duración pues el consumo es sumamente bajo, pero nada impide que se use una fuente cuyo diagrama se sugerirá.
Las características del multiplicador presentado son:
Número de escalas amplificadas: 2 (Ω)
Factor de ampliación: 10 y 100
Número de integrados: 2
Clases de medidas que realiza: 2 (tensiones CC/CA)
Tensión de alimentación:-6V+6V
COMO FUNCIONA
Para obtener una elevadísima resistencia de entrada para un amplificador, nada mejor que usar un operacional con FET en la entrada. El tipo elegido es el popular CA3140 que tiene una impedancia de entrada de centenas de megaohm y una elevada ganancia de tensión.
En nuestro circuito, este operacional funciona como seguidor de tensión y para evitar inestabilidades se coloca una resistencia de polarización de entrada de 4M7, fijando así su resistencia.
En el seguidor de tensión, como muestra la figura 2, tenemos una ganancia unitaria de tensión sin inversión de fase.
La tensión que se obtiene en el pino 6 del integrado es la misma que se aplica en las puntas de' entrada del pino 3. Mientras, la señal del pino 6 es de baja impedancia y excita fácilmente la entrada a la etapa siguiente.
Aunque la impedancia de entrada de la etapa siguiente sea de 10 k no influye en la etapa de entrada ni en los circuitos finalizados en que están las puntas de prueba.
Como el CA3140 debe trabajar con precisión, midiendo tensiones en la franja de los 0 a 500 mV, en el máximo, cualquier desviación de la tensión de salida en reposo debe ser compensada en forma externa.
Eso se logra mediante el ajuste de cero que se hace en las entradas de off set null del integrado, correspondientes a los pinos 1 y 5. Lo que hacemos al actuar sobre este control es ajustar los circuitos internos para que, en ausencia de tensión de entrada, la tensión de salida también sea cero.
En la práctica podrían ocurrir pequeñas desviaciones por las tolerancias propias del integrado.
El segundo integrado funciona como amplificador cuya ganancia de tensión puede ser 10 ó 100, según la posición de la llave S2.
La ganancia es dada por la fórmula siguiente:
G1 = R6/R4
G2 = R5/R4
Una tercera posición de la llave podría utilizarse pero los valores de resistencias por encima de 1M hacen que el circuito se vuelva inestable y que se reduzca la impedancia de entrada, además la frecuencia máxima de las corrientes alternas a medir tiene un límite menor.
En la salida del operacional se conecta el multímetro en su escala de tensiones DC apropiada (o AC si este fuera de el tipo de medida a efectuar).
Como la resistencia de salida es de sólo 150 ohm, la presencia del multímetro, de valor mucho mayor no influye para nada en el circuito, lo que significa que no hay que tener en cuenta la sensibilidad.
Tenemos, finalmente, que la fuente de alimentación puede ser limite menor.
En la salida del operacional se conecta el multímetro en su escala de tensiones DC apropiada (o AC si este fuera de el tipo medida a efectuar).
Como la resistencia de salida es de sólo 150 ohm, la presencia del multímetro, de valor mucho mayor no influye para nada en el circuito, lo que significa que no hay que tener en cuenta la sensibilidad.
Tenemos, finalmente, que la fuente de alimentación puede ser Texas Instruments para corrientes hasta 100 mA (figura 3).
MONTAJE
En la figura 4 tenemos el diagrama completo de nuestro multiplicador de escala.
Los resistores marcados con asteriscos influyen en forma directa en la precisión del aparato. Recomendamos los tipos 1 ó 2 % o, si no se consiguen, debe usarse la configuración de la figura 5 que per- mite el ajuste del funcionamiento mediante una fuente de referencia de tensión.
Más adelante explicaremos esta fuente de referencia en este mismo artículo.
Para la realización práctica sugerimos una placa de circuito impreso como la que se muestra en la figura 6.
Resulta de suma importancia en el circuito el blindaje del cable de la punta de prueba roja, ya que la mayor sensibilidad en las escalas de mayor factor de multiplicación puede enmascarar resultados debido a la captación de corrientes inducidas.
Por eso la punta debe ser blindada como se ve en la figura 7.
Los resistores son todos de 1/8 W y los capacitores son cerámicos de buena calidad. Tanto el ajuste de cero P1 como la llave selectora de escalas están en el panel frontal. Para la conexión del multímetro se emplean dos jacks tipo banana.
Una caja pequeña es ideal para el montaje de este aparato.
Para los integrados sugerimos la utilización de zócalos, sobre todo en el caso de Cl-1 que es sensible a las descargas estáticas.
PRUEBA Y USO
Para probar la unidad proceda de la manera siguiente: conecte en la salida (J1 y J2) un multímetro en la escala de tensiones que tenga fondo para medir de 3 a 6V DC. Coloque las pilas en el soporte y conecte la alimentación (S3).
Coloque inicialmente la llave S2 para una ganancia x 10 y mantenga cerrada S1 (medida de tensiones continuas).
Ajuste el potenciômetro P1 para leer OV en el multímetro.
En la figura 8 tenemos un circuito de referencia que permite obtener, con relativa precisión, una tensión de 0,1 volt.
Conectando las puntas de prueba a este circuito, como el factor de multiplicación de! Aparato es 10, el multímetro debe marcar aproximadamente 1 volt (0,1 x 10).
Si opto por la versión con ajuste mediante trimpot para la escala, regúlelo para leer 1 volt.
En la misma figura se tiene el valor que proporciona una tensión de 0,01V.Usando ese circuito, pase Ia llave selectora a la posición x 100.
Entonces debe-remos leer en el multímetro nuevamente una tensión de 1 V (0,01 x 100). Si optó por la versión con ajuste mediante trimpot, regúlelo para esa lectura. Cuando vaya a realizar cualquier medida, ponga cero el instrumento con P1.
Las pequeñas variaciones que se producen en las lecturas pueden deberse a las tolerancias de los componentes usados, sobre todo en la fuente de referencia. Si usted tiene una fuente exacta de laboratorio úsela para verificar la precisión, es decir para calibrar.
Para usar el instrumento tenga presente que la tensión máxima de salida en J1 y J2 corresponde aproximadamente a 2V menos que la tensión de alimentación (4V para alimentación de 6V y 7V para alimentación de 9 V).
En la versión de 6V la tensión máxima de entrada en la posición x 10 es de 0,4V - 400 mV, y para la posición x 100 es de 40 mV. No deben superarse estos valores pues se dañara el circuito integrado CA3140.
Vea que si la definición de su multímetro fuera de 0,1V en la medida de tensiones continuas en la escala más baja, con el aparato conectado en la posición x 100 tendrá una definición de sólo 100 V.
Para usar el instrumento para medir tensiones alternas tenga presente que los valores corresponden a tensiones eficaces, que el multímetro debe estar en la escala de volt C.A. y que la máxima frecuencia permitida para las señales está alrededor de 10kHz.
Publicado originalmente en 1988