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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Voltímetro digital con selección automática. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición En varios dispositivos, se comenzaron a utilizar LSI especializados para implementar la función de conversión de analógico a digital (ADC). Una de las variantes conocidas de un multímetro ensamblado en un LSI similar es el KR572PV2, (K572PV2) [1]. Actualmente, la industria nacional produce otro LSI de esta serie: el KR572PV5. Dispone de salidas para trabajar con pantallas de cristal líquido (LCD) y puede funcionar con una fuente de alimentación unipolar de 9 V, lo que permite su uso en instrumentos de medida (multímetros) económicos y de pequeño tamaño. El ADC KR572PV5 convierte el voltaje CC de entrada (Uin.max. = ±199,9 mV) en un código paralelo de siete segmentos que controla directamente la pantalla LCD de 3,5 bits. El voltaje de suministro unipolar de 9 V se convierte internamente en voltajes positivos regulados y negativos no regulados (2,8 y -6,2 V) en relación con el pin 32 (bus común analógico). Estos voltajes son necesarios para alimentar la parte analógica del KR572PV5. La parte digital también está alimentada por una fuente interna estabilizada de 5 V ADC con pines 1 y 37 (bus común digital). El generador de reloj LSI está conectado al pin. 21 a través de un divisor de 1:800 y a una frecuencia del generador de 50 kHz por pin. 21 se recibió una señal rectangular con una frecuencia de 62,5 Hz, necesaria para el funcionamiento del LCD. El principio de funcionamiento del KR572PV5 es similar al descrito en [1] para el KR572PV2 y no se analiza en este artículo. El dispositivo de medición presentado a los lectores está diseñado para medir voltaje y resistencia de CC. Principales características técnicas:
El diagrama esquemático del dispositivo se muestra en la Fig. 1. Consiste en un interruptor de modo de medición SA1, interruptores analógicos DD2-DD6 con resistencias de referencia R2-R5 y R7-R10, ADC DD1 con una fuente de voltaje de referencia VT1, LCD HG1 y un dispositivo de selección automática de límite de medición (AMLS) en DD7. -Chips DD11. Para simplificar, el diagrama muestra la conexión de solo aquellos segmentos indicadores que contienen la información necesaria para el funcionamiento del UAVPI.
La numeración completa de los pines del LCD se muestra en la Fig. 2.
El principio de funcionamiento del UAVPI se basa en evaluar el estado de los cientos y miles de bits del código de salida paralelo de 3,5 bits KR572PV5 (segmentos a, b, g, f - centenas y b, c - miles). Si el voltaje de entrada UBX del ADC es mayor que 199,9 mV en valor absoluto, entonces se produce un modo de sobrecarga y el indicador mostrará 1 en el dígito de los miles, pero no hay ninguna indicación en el dígito de las centenas (y otros dígitos). Una señal de este tipo en la salida del LSI hace que el dispositivo de medición conmute al límite más aproximado. Por otro lado, si |UBX| <20 mV, entonces el indicador muestra 0 o 1 en el lugar de las centenas, mientras que no hay ninguna indicación en el lugar de las milésimas. Estas combinaciones de códigos de salida dan permiso para pasar a un límite más sensible. La señal de sobrecarga y subcarga del ADC es generada por el decodificador en los elementos DD7, DD8, DD9.1. Las señales del decodificador controlan el funcionamiento del contador DD10.1 y del contador decodificador DD11. Los contadores DD10.1 y DD10.2 conectados en serie (este último usa solo un dígito) dividen la frecuencia de 62,5 Hz (pin 21 de DD1) por 32. La frecuencia resultante (aproximadamente 2 Hz) se suministra a la entrada de conteo DD11 y es la frecuencia del reloj al cambiar los límites de medición. Cuando el ADC está sobrecargado, la salida DD8.4 tiene el nivel 1, que pone a cero el contador DD11, mientras que el nivel 1 en la salida del dígito menos significativo de este contador corresponde a la inclusión del límite de medición más grande. Al mismo tiempo, el nivel 0 en la salida DD8.3 prohíbe contar DD10.1. Si el ADC está “subcargado”, la entrada del CP DD10.1 será 1, permitiendo el conteo, y también se activará el contador DD11. En su salida, en cada ciclo de conteo, el dígito correspondiente al número de ciclo tendrá un nivel lógico alto. El número de bits DD11 utilizados es igual al número de límites de medición. Si se alcanza el límite de medición óptimo, entonces 0 en la salida DD8.3 detendrá el contador DD10.1, y con él DD10.2 y DD11. Cuando se alcanza el límite mínimo, DD10.1 se desactiva a través de la entrada R, incluso si el ADC todavía está en el estado de "subcarga". El cambio de los límites de medición del voltímetro se realiza mediante las teclas analógicas DD2-DD5. Su estado está determinado por el código de salida DD11. Las teclas tienen una resistencia bastante alta en estado conductor (varios cientos de ohmios), pero están conectadas de tal manera que prácticamente no introducen errores en ninguno de los límites de medición. El voltaje medido se suministra a la entrada DD1 a través del interruptor SA1 (posición superior) y un divisor, cuyo brazo superior es la resistencia R1, el brazo inferior es una de las resistencias R2-R5, dependiendo del estado de las teclas DD2, DD3. El voltaje máximo del brazo inferior del divisor está limitado por los diodos VD1-VD4. La fuente de voltaje de referencia se realiza en el transistor VT1, que opera en un punto térmicamente estable. Se aplica al pin un voltaje de referencia de 100 mV desde la resistencia R16. 36 DD1 a través de una de las teclas DD6. El voltímetro utiliza un método no convencional para medir la resistencia [2]. Está ilustrado por el diagrama de la Fig. 3.
Bajo la influencia del voltaje U06, fluye una cierta corriente 10 a través de la resistencia de referencia R0P conectada en serie y la resistencia medida Rx. La resistencia medida está conectada a la entrada del ADC y la resistencia de referencia está conectada en lugar de la fuente de voltaje de referencia. Dado que la misma corriente fluye a través de las resistencias R0gp y Rx, la relación de las caídas de voltaje a través de ellas es igual a la relación de sus resistencias. De este modo, Aind \uXNUMXd Ux / Uobr \uXNUMXd IoRx / IoRobr \uXNUMXd Rx / Robr donde: Aind - lecturas del indicador. La ventaja de este método de medir la resistencia es la simplicidad de su implementación y la independencia de la precisión de la medición de la inestabilidad de voltaje U0. En el modo de medición de resistencia, el interruptor SA1 se mueve a la posición inferior. El voltaje positivo de la fuente de alimentación se suministra a través de VD7 y R6 a los interruptores DD4, DD5, que realizan la conmutación necesaria de las resistencias estándar R7-R10 dependiendo del límite de medición del UAVPI seleccionado. El voltaje a través de las resistencias de referencia y medidas está limitado por los diodos VD5 y VD6 para eliminar el modo de sobrecarga del integrador ADC. La tecla inferior DD6 (según el diagrama) sirve para el mismo propósito. Con su ayuda, la constante de tiempo del integrador al medir la resistencia se duplica. El transistor VT2 sirve como inversor de señal que controla las teclas DD6. El voltímetro se alimenta con una batería de 9 V ("Krona VT", "Korund") o con una batería 7D-0,115-U 1.1. Todos los microcircuitos, excepto el DD6, se alimentan del estabilizador interno DD1, ya que la corriente que consumen es extremadamente pequeña cuando funcionan a bajas frecuencias de conmutación. El diseño está diseñado para radioaficionados capacitados, por lo que no se proporciona una descripción de la placa de circuito ni del diseño del dispositivo. Solo hay que prestar atención a que el interruptor SA1 tenga un aislamiento confiable entre grupos de contactos, diseñado para el voltaje máximo medido. La resistencia R1, en la que cae la mayor parte de la tensión medida, también debe diseñarse para la misma tensión. Puede estar compuesto por varias resistencias de bajo voltaje de valores adecuados. Cabe señalar que la precisión del dispositivo está limitada casi únicamente por la precisión y estabilidad de la fuente de voltaje de referencia y las resistencias R2-R5, R7-R10, que deben ser precisas. Como último recurso, se pueden seleccionar entre resistencias comunes con una tolerancia de al menos el 5%, pero la estabilidad de temperatura y tiempo de estas resistencias será baja. Como resistencia R16, puede utilizar una resistencia multivuelta sin cable SPZ-37. En el caso de utilizar una resistencia bobinada tipo SP5-2, se debe reducir su valor a 100...150 Ohmios y conectar en serie con ella una resistencia constante de 300...360 Ohmios, de lo contrario será difícil establezca con precisión el voltaje de referencia debido a la gran discreción de los cambios en su resistencia al ajustar. Los condensadores C4, C5 deben tener un coeficiente de absorción dieléctrica bajo: K71-5, K72-9, K73-16, etc. Antes de instalar el transistor VT1 en el circuito del dispositivo, es necesario encontrar su punto de funcionamiento térmicamente estable. Para hacer esto, debe ensamblar una fuente de voltaje de referencia (VT1, R13, R16), conectar un miliamperímetro con una corriente máxima de 16 mA en serie con la resistencia R1 y aplicar un voltaje de +1 V a la puerta VT2,8 con respecto a el terminal inferior (según el circuito) de la resistencia R16 de cualquier voltaje de fuente estabilizado. A continuación, cambiando la temperatura del transistor VT1 (por ejemplo, tocando su cuerpo primero con un objeto metálico caliente y luego frío), se logra el cambio más pequeño en la corriente de drenaje en el rango de temperatura de funcionamiento (0...40 ° C) seleccionando la resistencia R13. El valor de esta resistencia puede diferir significativamente del indicado en el diagrama. Un voltímetro correctamente ensamblado comienza a funcionar inmediatamente y solo necesita configurar la frecuencia del generador de reloj KR19PV572 a 5 kHz con la resistencia R50 y el voltaje de referencia de 16 mV con la resistencia R100 (en modo de medición de voltaje). El voltímetro también puede medir tensiones alternas, para ello es necesario prever la inclusión de un detector de valores medios rectificados en la rotura del cable que va de SA1 a la resistencia R14. Debido a que el detector introduce con su filtro una constante de tiempo adicional (inercia) en el circuito del sistema para seleccionar automáticamente el límite de medición, pueden ocurrir oscilaciones en este circuito, como resultado de lo cual el voltímetro puede “sobrepasar” ”el límite de medición deseado. Para eliminar este inconveniente, sólo es necesario reducir la capacitancia del filtro, lo cual sólo es posible hasta un cierto límite, o reducir la frecuencia de reloj para cambiar los límites de medición. El último método es muy fácil de implementar. Al cambiar a medir tensión alterna, basta con cambiar la entrada CN DD11 a la salida del siguiente bit no utilizado DD10.2 (pin 12). Como resultado, el cambio de límite se producirá dos veces más lento. Esto aumentará el tiempo para establecer lecturas a 5 sy garantizará un funcionamiento confiable del UAVPI. Literatura: 1. Anufriev L. Multímetro en VIS - Radio, 1906, No. 4, p. 34-39. 2. Oswald G. Widerstand-Messung mit DVM.- Funkschau, 1981, No. 8, S. 98. 3. Raatsch P. Bereichsautomatik fur C7136D.- Radio fernsehen elektronik, 1986, núm. 10, S. 636-638. Autor: V.Tsibin
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