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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Medidor de tensión y corriente. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Uno de los principales dispositivos en un laboratorio de radioaficionados es una fuente de alimentación ajustable. Para aumentar la eficiencia y la comodidad de operación, es útil complementarlo con un medidor incorporado para el voltaje de salida y la corriente de carga. Las descripciones de estos medidores se encuentran con bastante frecuencia en Internet y en revistas de radioaficionados. Pero sucede que la descripción encontrada no es adecuada para crear un medidor apto para integrarse en una fuente de energía específica. Después de todo, hay que tener en cuenta muchos factores, por ejemplo, el espacio disponible para su instalación, la disponibilidad de las piezas necesarias. Este artículo presenta una versión del medidor que puede ser útil tanto para quienes están desarrollando una fuente de alimentación de laboratorio desde cero como para quienes pretenden integrarla en una fuente de alimentación ya preparada. El dispositivo mide tensión continua de 0 a 51,1 V con una resolución de 0,1 V y corriente continua de 0 a 5,11 A con una resolución de 0,01 A. Su prototipo fue el medidor descrito en [1], el cual es de diseño bastante simple y tiene Buenos parámetros. Merece atención la idea principal implementada en él de utilizar un microcontrolador económico. Sin embargo, la necesidad de utilizar un amplificador operacional capaz de funcionar con una fuente unipolar a un voltaje de salida cercano a cero, así como la presencia de una fuente de alimentación adicional, imponen algunas restricciones a su uso. Además, los indicadores en el tablero prototipo están ubicados de manera inconveniente, es mejor instalarlos en una fila horizontalmente y reducir las dimensiones del panel frontal del medidor, acercándolos a las dimensiones de los indicadores utilizados. El diagrama esquemático del medidor se muestra en la Fig. 1. Como no fue posible encontrar los chips 1HC74N utilizados en [595] (registros de desplazamiento con registro de almacenamiento), se utilizaron chips 74HC164N, en los que no hay registro de almacenamiento. También se utilizaron indicadores con un brillo mucho mayor a baja corriente, lo que permitió reducir la corriente consumida por el medidor a 20 mA y eliminar la necesidad de un regulador de voltaje adicional de +5 V.
Desafortunadamente, el uso del 74NS164N tiene un inconveniente: el brillo parásito de los elementos indicadores cuando se actualiza su estado. Pero como el brillo medio de este tipo de luz es insignificante y se ve debilitado aún más por los filtros de luz que normalmente se utilizan para cubrir los indicadores, esto no puede considerarse un inconveniente grave. Además, se libera uno de los pines del microcontrolador, con el que se puede conectar, por ejemplo, un sensor de temperatura. En este caso, sin embargo, deberá realizar cambios en el programa del microcontrolador. El voltaje medido se suministra a la entrada GP0 del microcontrolador DD1 a través de un divisor de resistencias R7 y R9. El condensador C6 mejora la estabilidad de las lecturas del voltímetro [1]. La señal del sensor de corriente (resistencia R1) se suministra a la entrada GP1 del microcontrolador a través del amplificador inversor al amplificador operacional DA1. A diferencia de [1], aquí utilizamos un suministro de amplificador operacional bipolar con un voltaje de +/-8 V, ya que no todos los amplificadores operacionales tienen la propiedad "riel a riel" y funcionan correctamente con un suministro unipolar y casi cero. tensión de salida. La fuente de alimentación bipolar facilita la solución de este problema y permite el uso de muchos tipos de amplificadores operacionales. Dado que el voltaje en la salida del amplificador operacional puede estar en el rango de -8 a +8 V, se utiliza un circuito limitador R10VD9 para proteger la entrada del microcontrolador contra sobrecargas. La ganancia se ajusta con la resistencia de recorte R8 y el voltaje cero en la salida del amplificador operacional se establece con la resistencia de recorte R11. Los diodos VD1 y VD2 protegen la entrada del amplificador operacional contra sobrecargas en caso de una rotura en el sensor de corriente. Debido a la resistencia relativamente baja del sensor de corriente, la desviación del resultado de la medición de voltaje cuando la corriente de carga cambia de cero al máximo (5,11 A) no supera los 0,06 V. Si el medidor está integrado en una fuente de voltaje de polaridad negativa, El sensor de corriente se puede conectar antes del divisor de voltaje de salida de su estabilizador. En este caso, la caída de voltaje en el sensor de corriente será compensada por el circuito de retroalimentación del estabilizador. Dado que la corriente del divisor suele ser pequeña, casi no tendrá ningún efecto en las lecturas del amperímetro; además, esta influencia puede compensarse con la resistencia de la subcadena R11. El medidor se alimenta con la tensión de salida del rectificador de alimentación a través de un convertidor que utiliza los transistores VT1 y VT2. Esto es algo más complicado que en [1], ya que requiere la fabricación de un transformador de impulsos, pero no hay problemas para obtener todas las tensiones nominales requeridas. El convertidor de voltaje es el autooscilador push-pull más simple, cuyo circuito está tomado de [2]. La frecuencia de conversión es de aproximadamente 80 kHz. Gracias al aislamiento galvánico entre la entrada y la salida del convertidor, el medidor puede integrarse en un estabilizador de voltaje de cualquier polaridad. Con los transistores indicados en el diagrama, es operativo a un voltaje de entrada de 30 a 44 V, mientras que los voltajes de salida varían de aproximadamente 8 a 12 V. Debido a que las resistencias de las resistencias R5 y R6 se eligen para que sean bastante grande, el convertidor no teme los cortocircuitos de salida. En tales casos, la generación simplemente falla. La tensión de 5 V para alimentar la parte digital del medidor se obtiene mediante el estabilizador integrado DA2. No es necesario estabilizar el voltaje de suministro del amplificador operacional, ya que él mismo es bastante resistente a sus cambios. La tensión de ondulación con la frecuencia de conversión se suprime mediante filtros RC en las entradas del microcontrolador DD1. Si las pulsaciones con una frecuencia de 100 Hz son demasiado grandes, se recomienda utilizar el método para reducirlas descrito en [3]. Aquí vale la pena decir algunas palabras sobre la inestabilidad inherente del dígito menos significativo del resultado de la medición inherente a todos los medidores digitales. Siempre cambia caóticamente alrededor del valor real. Estas fluctuaciones no son consecuencia de un mal funcionamiento del dispositivo, pero no se pueden eliminar por completo; sólo se pueden reducir promediando los resultados de un gran número de mediciones. Las piezas del contador están montadas sobre tres placas de circuito impreso de material aislante recubiertas con una lámina por un lado. Están diseñados para la instalación de microcircuitos en paquetes DIP. Los indicadores están montados en una placa (Fig. 2) y los chips digitales y un microcontrolador en la segunda (Fig. 3). El convertidor, el estabilizador de voltaje de suministro del microcontrolador y el amplificador de señal del sensor de corriente están instalados en la tercera placa (Fig. 4).
La ubicación de las piezas en las placas y las conexiones entre placas se muestran en la Fig. 5. Los números rojos indican los números de los terminales del transformador de pulso T1 en los lugares donde están conectados a la placa. El transformador en sí se fija con abrazaderas hechas de alambre de montaje aislado. Los condensadores de bloqueo C13 y C14 están soldados directamente a los pines de alimentación de los microcircuitos DD2 y DD3. Como ha demostrado la práctica, el medidor funciona normalmente sin estos condensadores.
El microcontrolador y los paneles indicadores están conectados mediante soportes de acero galvanizado de 0,5 mm de espesor. La placa del convertidor y amplificador se fija con dos tornillos M2. La distancia entre las tablas es de unos 11 mm. Esta versión del diseño del dispositivo (Fig. 6) ocupa menos espacio en el panel frontal de la fuente de alimentación en la que se debe integrar este dispositivo.
En lugar del amplificador operacional KR140UD708, puede utilizar, por ejemplo, el KR140UD1408 y muchos otros tipos de amplificadores operacionales. Cabe señalar que pueden requerir circuitos de corrección diferentes a los del KR140UD708. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar una placa de circuito impreso. En lugar de los registros de desplazamiento 74HC164, puede utilizar el 74HC4015, pero tendrá que cambiar la topología de los conductores de la placa de circuito impreso. Los diodos KD522B se pueden reemplazar por KD510A. Resistencias recortadoras R8 y R11 - SP3-19, R9 - importadas. También se importan condensadores permanentes. La resistencia R1 (sensor de corriente) puede fabricarse con alambre de nicromo o usarse ya preparada, como se hizo en [1]. Lo hice a partir de un trozo de cinta de nicromo con una sección de 2,5x0,8 mm y una longitud (incluidos los extremos estañados) de unos 25 mm, extraída de un relé térmico TRN. El transformador T1 está enrollado en un anillo de ferrita de tamaño 10x6x3 mm, retirado de una CFL defectuosa. Todos los devanados están enrollados con alambre PEV-2 con un diámetro de 0,18 mm. El devanado 2-3 contiene 83 vueltas, los devanados 1-2 y 4-5 - 13 vueltas cada uno y el devanado 6-7-8 - 80 vueltas con un toque desde el medio. Si el voltaje de salida del rectificador es inferior a 30 V, el número de vueltas del devanado 2-3 deberá reducirse a razón de aproximadamente 4 vueltas por voltio. Entre ellos, los devanados 1 -2-3 y 4-5 están aislados con una capa de papel condensador de 0,1 mm de espesor, y del devanado 6-7-8, con dos capas de dicho papel. Después de comprobar la funcionalidad, el transformador se impregna con barniz XB-784. El programa del microcontrolador está escrito en el entorno MPLAB IDE v8.92 en el lenguaje ensamblador MPASM. Se ofrecen dos opciones. Los archivos de la primera opción se encuentran en la carpeta "Cátodo común" y están destinados a un dispositivo con indicadores LED con cátodos de descarga comunes, incluidos los indicados en el diagrama de la Fig. 1. Los archivos de la segunda opción de la carpeta "Ánodo común" deben usarse al instalar indicadores LED con ánodos de descarga comunes en el dispositivo. Sin embargo, esta versión del programa no ha sido probada en la práctica. La programación del microcontrolador se realizó utilizando el programa IC-prog y un dispositivo simple descrito en [4]. La configuración del medidor consiste en poner a cero la resistencia trimmer R11 en la salida del amplificador operacional DA1 en ausencia de corriente en el circuito que se está midiendo. Luego se suministra a este circuito una corriente que está cerca del límite de medición, pero menor que él. Al controlar la corriente con un amperímetro estándar y una resistencia de ajuste R8, logramos la igualdad en las lecturas de los dispositivos estándar y ajustados. Aplicando y monitoreando el voltaje medido con un voltímetro estándar, establezca las lecturas correspondientes en el indicador del dispositivo usando la resistencia de recorte R9. Más detalles sobre la configuración están escritos en [1]. Ambas versiones del programa del microcontrolador se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/av-meter.zip. Literatura
Autor: E. Gerasimov
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