|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Цифровий міні-вольтметр із РКІ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка Автор цієї статті досліджував працездатність низки мікросхем АЦП сімейства ICL71x6 (у тому числі і КР572ПВ5) та її аналогів при зниженій напрузі живлення. Використовуючи результати цих досліджень він розробив оригінальну конструкцію мініатюрного цифрового вольтметра. На основі мікросхеми АЦП МАХ130, що відноситься до сімейства мікросхем IСL71х6, розроблена конструкція мініатюрного вольтметра з чотирма межами виміру: 200 мВ, 2, 20 та 200 В. Основна схема приладу наведена на рис. 1.
Зовнішній вигляд вольтметра показано на рис. 2.
Вибір цієї серії мікросхем пояснюється тим, що її межа працездатності при зниженій напрузі живлення приблизно збігається з граничною напругою дешевого та доступного детектора зниження живлення - мікросхеми КР1171СП42. Застосування цього детектора дозволяє уникнути помилкових вимірювань при зменшенні напруги живлення нижче за певний рівень. Істотно менший у порівнянні з ICL7106 (КР572ПВ5) струм споживання дозволив збільшити тривалість роботи вольтметра навіть за використання малогабаритної батареї живлення. При частоті кварцу 32,768 кГц вольтметр дає близько 2 (32768/16000) показань в секунду. Частота сигналу ВР – приблизно 40 Гц (32768/800). Для використаного в міні-вольтметрі екземпляра мікросхеми MAX130CPL мінімальна робоча напруга, при якому ще зберігається точність вимірювання, виявилося рівним 4,27 В. Тому з десяти екземплярів детекторів 1171СП42 (а вони мають суттєвий розкид в напрузі спрацьовування) був обраний Us = 4,3 В та гістерезисом 60 мВ (напруга вимкнення - близько 4,36 В). Точність роботи АЦП значною мірою пов'язана з якістю конденсаторів, що використовуються в АЦП. У фірмовій документації та статтях, присвячених застосуванню АЦП ICL71xx, рекомендується застосовувати конденсатори з низьким значенням коефіцієнта абсорбції в діелектриці. Якщо як С6 (ємність інтегруючого ланцюга) використовувати керамічний конденсатор, похибка лінійності перетворення матиме порядок 0,1%, а з полістирольним та поліпропіленовим діелектриком - відповідно 0,01% і 0,001%. З вітчизняних конденсаторів можна рекомендувати К71-4, К71-5, К72П-6, К72-9, К73П-7, К73-16, К73-17. Конденсатори С4 у вузлі корекції нуля та С2 із зразковою напругою можна використовувати з діелектриком із поліетилентерефталату. Для довідки: конденсатори груп К70-хх та К71-хх - з діелектриком з полістиролу, груп К72-хх - фторопластові, К73-хх - поліетилентерефталатні, К78-хх-поліпропіленові. Вольтметр зібраний на макетній платі, розміри якої збігаються з розмірами індикатора. Мікросхема АЦП розташована під індикатором, а зі зворотного боку макетної плати розміщені інші елементи. Усі резистори, крім вхідного дільника, - чіп-резистори типорозміру 0805. Монтаж виконаний тонким дротом. Плата вольтметра встановлена в корпус із жерсті габаритами 80x35x15 мм. Навпроти індикатора в корпусі прорізане вікно, в яке вклеєна пластина із прозорого пластику (від кришки коробки для компакт-диска). Розміри батарейного відсіку – 35x15x15 мм. Для отримання зразкової напруги 100 мВ використовуються елементи R1 VD1 R3 R5 R6. Характеристики інтегрального стабілітрона AD1580ART (Іст min = 50 мкА!) трохи кращі, ніж у RER1004 (LM385), і він випускається в мініатюрному корпусі SOT-23. Зразкову напругу 100 мВ встановлюють на резисторі R5 регулюванням підстроювального резистора R6. Вольтметр на чотири межі вимірювання напруги вдалося зробити без спеціального перемикача: до роз'єму ХР1 підключають зовнішній дільник напруги, вбудований у роз'єм вимірювального щупа. Схема вхідного дільника наведено на рис. 3, але в рис. 4 показано його конструкцію. Перехід до іншого межі виміру можна здійснити, якщо від'єднати щуп з дільником від роз'єму ХР1 вольтметра, повернути щуп на 90 град, і знову з'єднати обидва вузли.
Вхідний опір вольтметра з підключеним дільником напруги – 11,1 МОм (без дільника – близько 100 МОм). Найкраще у вхідному дільнику напруги використовувати резистори С2-29В 0,062 або 0,125 Вт з допуском 0,1%. Опори резисторів дільника обрані кратними 10, що полегшує їх вибір. Опір нижнього плеча дільника у разі має бути 11,11 кОм; такий номінал існує у резисторів С2-29В (ряд Е192). Можна скористатися порадою з [1] і з'єднати паралельно два резистори з номіналами з ряду Е24 12 кОм та 150 кОм (важливо підібрати значення 11,11 кОм). При встановленні в дільник резисторів з допуском 0,1% ніякого додаткового підбору їх не потрібно. На жаль, знайти точний резистор малого розміру з номіналом 10 МОм неможливо. Тому довелося зробити саморобний резистор із чіп-резисторів 0805. Схема та конструкція такого резистора показані на рис. 5, а та рис. 5,б.
Резистори R1'= 8,2 МОм і R1"= 1,8 МОм слід підібрати з мінусовим допуском. Якщо відхилення матиме величину близько 0,1% (це цілком можливе значення для чіп-резисторів з допуском 1%), то два інші резистора повинні мати номінали, які вказані на рис. 5, а. Резистор R1* припаюється зверху на резистор R1"'. Розмір конструкції відповідає приблизно резисторам С2-23 0,125 або 0,25 Вт. Максимальна допустима напруга на вході дільника визначається максимально допустимою напругою чіп-резистора 0805 R1' та за паспортними даними дорівнює 300 В. Робоча напруга чіп-резисторів не повинна перевищувати 150 В. Якщо врахувати, що опір резистора R1' - це 8,2 МО/ 11,1 МОм = 73,8% від повного опору дільника, то робоча напруга дільника дорівнює 150 В / 0,73 = 203 В, що відповідає максимальній межі вимірювання міні-вольтметра. Підлаштувати резистор 10 МОм можна або за показаннями точного омметра, або вимірюючи калібровану напругу 1,999 точним вольтметром на зібраному дільнику. Природно, що сам міні-вольтметр при цьому має бути налаштований на межу 200 мВ. В принципі, перший варіант налаштування за показаннями омметра не може дати хорошого результату, оскільки завжди існує вхідний струм, який створює відчутне падіння напруги на резисторі 10 МОм. Але вхідні струми сімейства мікросхем ICL71xx настільки малі, що для індикації на 31/2 розряду виходять цілком задовільні. Не рекомендується налаштовувати дільник, підключаючи до його щаблів мультиметр, нехай навіть на порядок точніший, оскільки може виникати певна похибка через внутрішній дільник напруги, що не відключається навіть на нижній межі. Перш ніж залити конструкцію щупа епоксидною смолою, рекомендується ретельно промити резистор 10 МОм і весь дільник спиртобензинової суміші, водою з шампунем і ретельно висушити. Для цієї мети зручно використовувати фен для волосся при температурі повітря на його виході в інтервалі 70...90 °С. Потрібно дуже уважно стежити, щоб епоксидна смола не затекла в корпус штирьових з'єднувачів PBD-8. Другий вхідний щуп вольтметра із затискачем "крокодил" на кінці підключають до роз'єму ХРЗ. Оскільки цей же роз'єм виведений і вхід 200 мВ, його можна використовувати для з'єднання вольтметра з різними зовнішніми приставками або просто як індикатор з великим вхідним опором і шкалою 200 мВ. Дільник напруги відключають від роз'єму ХР1, тому положення десяткової точки може бути виставлене на роз'єм ХР1 звичайним джемпером. Металевий корпус вольтметра не має з'єднань з електричною частиною приладу, але на роз'єм ХРЗ контакт "корпус" присутній. Використовувати його можна залежно від ситуації (наприклад, за великого рівня наведень). Схема та конструкція мінусового щупа показані на рис. 6.
У вольтметрі застосовано РК індикатор ITS-0803 фірми INTECH [2]. Його розміри – 51x30,5 мм. Зображення з'являється вже при напрузі 2...2,1 В, а максимального розмаїття знака по відношенню до фону (у ІЖЦ5-4/8 контрастність гірше) індикатор досягає при напрузі живлення 3...3.3 В. Цей тип індикатора можна назвати стандартним , Оскільки його повні аналоги випускаються цілим рядом фірм (Standish, Epson). Призначення та розташування висновків та сегментів показані на рис. 7.
Найпоширеніший індикатор ІЖЦ5-4/8 використовувати можна, але небажано. Зображення сегментів з'являється, починаючи з напруги на ньому 2,5...2,7, але максимальний контраст досягається тільки при величині напруги 4,3....4,8 В. Крім того, у цього індикатора відсутня сегмент "Low Battery". Існує аналог даного РКІ з назвою "Соболь", характеристики якого кращі, а ціна вища. Хороший індикатор – ІЖЦ14-4/7 заводу "Рефлектор". Він нормально працює при напрузі живлення 3, але має 50 висновків, багато зайвих сегментів, і, відповідно, більші розміри, ніж ITS-0803. Існує символ-сегмент "LB". Відомості про ці компоненти також можна дізнатися на сайті [2]. Якщо на РКІ відсутній сегмент "LOW BATTERY", у вузлі індикації розряду батареї можна використовувати світлодіод; схема контролю напруги при цьому випадку показано на рис. 8. Світлодіод бажано вибрати з мінімальним робочим струмом. Показаний на схемі світлодіод L-934SRC – червоний, дуже яскравий (фірма King Bright). Він нормально працює при прямому струмі 200...300 мкА!
Транзистор VT2 інвертує сигнал ВР і використовується включення десяткових точок на індикаторі. Потрібна на діючій межі точка включається перемичкою на роз'ємі XS2 зовнішнього дільника напруги. Цей інвертований сигнал ВР (на схемі позначений як DP0) через ключ на транзисторі VT1 може бути поданий на сегмент РКІ "Low Battery". Станом ключа (увімкн./вимкн.) управляє детектор зниження напруги DA1. Резистори R4, R7, R10, R11 (опір 5...10 МОм) встановлені для виключення "підсвічування" сегментів, що не використовуються. Найчастіше індикатор добре працює і без цих резисторів. Розміри відсіку живлення, пов'язані з шириною застосованого індикатора, дозволяють встановлювати в прилад батареї 4LR44, А544, V34PX, РХ28А, 4SR44 з напругою 6 В. Можливе використання і декількох окремих дискових лужних або срібноцинкових гальванічних елементів 13А376, 44 44 В. Вони досить поширені та використовуються в лазерних указках та дитячій іграшці "Томагочі". У відсіку встановлена досить довга пружина, яка дозволяє використовувати три або чотири дискові елементи. При чотирьох елементах кінцева напруга розряду – 4,3 В/4 = 1,07 В. При включенні лише трьох елементів виходить неповне використання їх ємності (мінімально допустима напруга – близько 1,43 В). Малий струм споживання (особливо для МАХ131) дозволяє встановлювати набір із "свіжих" та частково розряджених елементів для більш повного використання їх ємності. З деяким зусиллям у відсік можна укласти навіть 5 штук повністю розряджених елементів (0,9 х 5 = 4,5 В), і вольтметр нормально працюватиме. Місткість лужних гальванічних елементів і батарей зазначених типів приблизно дорівнює 100 мАг, а срібно-цинкових - 160 мАг. Це означає, що розрахунковий час роботи вольтметра від однієї батареї при середньому струмі, що споживається, близько 220 мкА (МАХ130) складе близько 500 для лужних і 800 годин для срібно-цинкових батарей. Для інших типів мікросхем даного сімейства АЦП можна оцінити час роботи, виходячи з їхнього струму споживання. Похибка вольтметра на межі 200 мВ відповідає розрядності ЖК індикатора, тобто всі цифри на індикаторі точні (перевірено по 41/2розрядному вольтметру DT930F+, клас точності 0,05), що, зрозуміло, не заслуга автора, а висока якість та джерела зразкової напруги Analog Devices. Оскільки виміряна в налаштованому вольтметрі напруга ІОН мала величину трохи нижче за розрахункове значення (близько 99,98 мВ), нелінійність приладу, що неминуче виникає при такому способі корекції абсорбції в конденсаторі, знаходиться за межами 3 1/2 розрядів індикатора. Відсутність помітної різниці показань у кінцевих точках шкали (менше 1/2 одиниці молодшого розряду індикатора) у разі - просто приємна випадковість. На решті (трьох) межах похибка визначатиметься якістю виготовлення дільника напруги. Автор усвідомлює деяку двозначність матеріалу, викладеного у цій статті. З одного боку, розглядається застосування мікросхеми АЦП в конструкції приладу, який не можна розглядати інакше як радіоаматорський, оскільки режим живлення мікросхеми відповідає рекомендації фірми-виробника. З іншого боку, автор має результати досить глибокого дослідження джерел похибки, що не увійшло до цієї статті. При цьому автор стверджує, що два десятки екземплярів мікросхем різних типів із сімейства IСL71х6 нормально працюють у запропонованій схемі включення. Проте жодних узагальнюючих висновків щодо працездатності всіх екземплярів мікросхем із цієї групи АЦП у цій статті автор дати не може. Для себе автор все ж таки зробив певний висновок. Якщо в аматорській або промисловій конструкції знадобиться підключити мікросхему сімейства ICL71x6 у пристрій з напругою живлення 5...6, можна, враховуючи запас по напругі живлення, використовувати АЦП без перетворювачів полярності. література
Автор: О.Федоров, м.Москва
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Adam II - планшет із двогранним дисплеєм ▪ Китайська навігаційна система BeiDou ▪ Опріснювальна установка на сонячних батареях
▪ Розділ сайту Електротехнічні матеріали. Добірка статей ▪ стаття На честь якої тварини названо Канарські острови? Детальна відповідь ▪ стаття Спориш. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Ретрогодинник. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Літні досліди. Хімічний досвід
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page