Цифровой вольтметр является довольно востребованным прибором. Предназначен он исключительно для определения напряжения, которое имеется в электрической цепи. Подключение цифрового вольтметра может осуществляться двумя способами. В первом варианте он устанавливается параллельно цепи. Второй способ подразумевает подсоединение прибора непосредственно к источнику электроэнергии. Особенность цифровых вольтметров заключается в удобстве использования. Дополнительно они имеют довольно большой показатель внутреннего сопротивления. Это крайне важно, поскольку данный параметр влияет на точность устройства. Все вольтметры можно разделить по виду измеряемой величины. Основными типами считаются устройства постоянного, а также переменного тока. Первый вид, в свою очередь, делится на выпрямительные, а также квадратичные приборы. Дополнительно существуют импульсные вольтметры. Отличительной их особенностью является измерение радиоимпульсных сигналов. При этом замеры напряжения они могут проводить как постоянного, так и переменного тока. Обычная схема цифрового вольтметра основана на дискретных величинах. Важную роль в ней играет входное устройство. При этом управляющий прибор взаимодействует с цифровым отсчетным блоком через десятичные числа. Особенность входного устройства заключается в высоком делителе напряжения. Если работа сводится к определению переменного тока, то оно работает как обычный преобразователь. При этом на выходе получается постоянный ток. В это время центральный блок занимается аналоговым сигналом. В данной системе он представлен в виде цифрового кода. Процесс преобразования свойственен не только вольтметрам, но и мультиметрам. В некоторых моделях устройств применяется двоичный код. В таком случае процесс получения сигнала значительно упрощается, и преобразование происходит значительно быстрее. Старые модели вольтметров работали исключительно с десятичными числами. При этом проводилась регистрация измерительной величины. Дополнительно схема цифрового вольтметра имеет в себе центральный блок, который отвечает за все важные узлы прибора. На сегодняшний день существует множество различных типов преобразователей, которые устанавливаются в вольтметры. Наиболее распространенными считаются времяимпульсные модели. Дополнительно существуют кодоимпульсные преобразователи. Отличительной их особенностью от прочих устройств является возможность заниматься поразрядным уравновешиванием. В это время частотно-импульсные модели такой привилегии лишены. Однако с их помощью можно проводить пространственное кодирование, а это в некоторых исследованиях может быть крайне важным. Особенно это касается замеров напряжения в закрытых цепях электричества. Вольтметр (цифровой) своими руками сделать можно. В первую очередь подбирают детектор, который предназначен для определения средневыпрямленного значения. При этом устанавливается он, как правило, рядом с преобразователем переменного тока. Минимум-напряжение детектором определяется от 100 МВ, однако некоторые модели способны распознавать силу тока до 1000 МВ. Дополнительно, для того чтобы сделать вольтметр (цифровой) своими руками, потребуется транзистор, который влияет на чувствительность устройства, а именно его порог. Связан он с уровнем квантовой амплитуды напряжения. Еще на чувствительность влияет дискретность прибора. Если напряжение составляет менее 100 МВ, то уровень сопротивления непременно растет и может составить, в конечном счете, 10 Ом. Сопротивление, которое образуется в системе, зависит от количества знаков в цепи. В данном случае следует понимать, что шкалы вольтметров могут сильно отличаться. Отношение измеряемой величины прямо пропорционально напряжению. Дополнительно нужно учитывать помехозащищенность, которая также влияет на сопротивление устройства. Тут следует отметить, что именно цифровой встраиваемый вольтметр отличается большими амплитудами. В данном случае это оказывает большое влияние на возникновения помех в цепи. Наиболее частой причиной резкого скачка считают неправильную работу блока питания. При этом средняя частота устройства может нарушаться. Таким образом, на входе в цепи имелось, к примеру, 50 Гц, а на выходе получилось 10 Гц. Как результат, в соединительном проводе образуется сопротивление. Постепенно это приводит к утечке, а происходит это в месте, где находятся клеммы. В данном случае проблема может быть решена путем заземления этого участка. В итоге помехи переходят на входную цепь и частота в приборе стабилизируется. Погрешность измерений вольтметра напрямую связана с источником питания. При этом следует учитывать напряжение наводки на выходе. Чаще всего помехи общего вида изменяют параметры сопротивления. В результате данный показатель может значительно уменьшиться. На сегодняшний день имеется три проверенных способа борьбы с разного рода помехами в вольтметрах. Первый прием заключается в применении проводов экранированного типа. При этом вход электрической цепи очень важно изолировать от оборудования. Второй способ заключается в наличие интегрирующего элемента. В результате период помехи можно значительно уменьшить. Наконец, последним приемом принято считать установку специальных фильтров на вольтметры. Основной их задачей является повышение сопротивления в электрической цепи. В результате амплитуда помехи на выходе после блока значительно уменьшается. Также следует отметить, что многие системы преобразователей способны значительно увеличить скорость измерений. Однако при повышении производительности снижается точность регистрации данных. В итоге такие преобразователи могут быть причиной больших помех в электрической цепи. Кодоимплульсный цифровой вольтметр переменного тока работает по принципу поразрядного уравновешивания. При этом к данным устройствам применим метод компенсационного измерения напряжения. Процесс расчета в свою очередь осуществляется при помощи прецизионного делителя. Дополнительно рассчитывается опорное напряжение в электрической цепи. В целом, компенсированный ток имеет несколько уровней. Согласно квантовой теории, исчисления производят в двоично-десятичной системе. Если использовать двухразрядный цифровой вольтметр для автомобиля, то напряжение распознается до 100 В. Весь процесс при этом осуществляется по командам. Особого внимания в работе заслуживает сравнение напряжений. Основано оно на принципе управляющих импульсов, а происходят они в системе через определенные интервалы времени. При этом есть возможность проводить переключение сопротивления одного делителя. В результате на выходе происходит изменение предельной частоты. Одновременно есть возможность подключать отдельное устройство для сравнения показателей. Главное, не забывать учитывать размер делителя в звене. При этом сигнал устройства может не поступать. В итоге данные можно сравнить по положениям ключей. По сути, они являются кодом, который считывается вольтметром. Цифровой вольтметр-амперметр постоянного тока схематически можно представить в виде взаимодействующих элементов электрической цепи. Наиболее важным является входное устройство, которое играет роль источника опорного напряжения. Таким образом, прецизионный делитель связан с прибором сравнения. В свою очередь, механизмы цифрового отсчета показывают сопротивление электрической цепи. Далее управляющие устройства способны напрямую взаимодействовать с входным прибором и проводить сравнения показателей напряжения сети. Наиболее просто процесс измерения можно представить в виде весов. При этом в системе часто бывают сбои. Связаны они по большей мере из-за неправильного сравнения. Точность измерений вольтметра-амперметра напрямую связана со стабильностью опорного напряжения. Дополнительно должен быть учтен порог прецизионного делителя во входном устройстве. Защита от помех в цепочке также берется во внимание. Для этого в самом начале электрической цепи имеется фильтр. В результате качество проведений лабораторных работ можно значительно улучшить. Данные типы вольтметров используют специальные преобразователи, которые измеряют напряжение только в определенных интервалах времени. При этом учитываются импульсные колебания в электрической цепи. Дополнительно просчитывается средняя частота напряжения в системе. Для ее стабилизации, как правило, применяется дискретный сигнал, который посылается с выхода преобразователя. При этом счетные импульсы способны значительно сократиться. На погрешность измерения вольтметров влияет множество факторов. В первую очередь это касается дискретизации сигнала. Также проблема может заключаться в нестабильности частоты. Связана она с порогом чувствительности электрической цепи. В результате сравнение напряжения устройством осуществляется нелинейно. Цифровой вольтметр-амперметр с частотным преобразователем включает в обязательном порядке генератор, который следит за изменениями напряжения в электрической цепи. При этом измерение осуществляется поэтапно с интервалами. Генератор в электрической цепи используется линейного типа. Для сравнения полученных данных в устройстве имеется триггер. В свою очередь, для расчета частоты важно использовать счетчик, который принимает дискретный сигнал. Происходит это на выходе преобразователя вольтметра-амперметра. При этом учитывается величина предельного напряжения. Непосредственно информация поступает на вход вольтметра-амперметра. На этом этапе осуществляется процесс сравнения, а когда возникает импульс, то система фиксирует нулевой уровень. Непосредственно сигнал в вольтметре-амперметре попадает на триггер, и в результате на выходе получается положительное напряжение. Возвращается импульс в исходное положение только после проведения устройством сравнения. При этом учитываются любые изменения предельной частоты, которые сформировались в данном промежутке времени. Также принимается во внимание коэффициент преобразования. Рассчитывается он исходя из показателя силы сигнала. Дополнительно в формуле имеется счетный импульс, который появляется на выходе генератора. В результате напряжение может отображаться только при наличии определенных колебаний, которые возникают в электрической цепи. В конечном счете, сигнал должен дойти до выхода триггера и там считаться. При этом количество импульсов фиксируется в вольтметре-амперметре. Как результат, срабатывает индикатор, который оповещает о наличии напряжения. Цифровой вольтметр постоянного тока двойного интегрирования работает по принципу периодического повторения. При этом возврат исходного кода в цепи осуществляется автоматически. Работает данная система исключительно с постоянным током. При этом частота предварительно выпрямляется и подается на выходное устройство. Погрешности дискретизации в вольтметрах не учитываются. Таким образом, могут возникнуть моменты несовпадений счетных импульсов. В результате на начало и конец интервала один параметр может сильно отличаться. Однако, как правило, погрешность не является критичной из-за работы преобразователя. Особая проблема состоит именно в шумовой помехе. В результате она способна значительно искривить показатель напряжения. В конечном счете, это находит свое отображение в величине импульса, а именно его длительности. Таким образом, среди цифровых вольтметров данные типы не пользуются большой популярностью. www.syl.ru Отсчетное устройство обеспечивает визуальный отсчет результата измерений: цифровую индикацию измеряемой величины с помощью знаковых индикаторов HI —Н4 с максимальным числовым значением 1999, полярность измеряемой величины знаком « — » при измерении напряжения и тока в цепях постоянного тока, а также положение переключающейся по разрядам запятой. Положение запятой зависит от выбора предела измерения и размерности результата, а ее перенос совмещается с переключением поддиапазонов. Для согласования слаботочных микросхем серии К.176 с накальными индикаторными лампами применены ключевые каскады на транзисторах VI —V23. Статический коэффициент передачи тока этих транзисторовhzi9 должен быть не менее 60, иначе яркость свечения отдельных сегментов индикаторных ламп может оказаться различной. ДиодыV25 иV26 служат для снижения напряжения — 5 В до уровня — 3,15 В, необходимого для питания индикаторных ламп типаИВ-9.В коллекторную цепь транзистораV24 включается реле, контакты которого раз в секунду разряжают емкость измеряемого конденсатораСх при совместной работе с преобразователем сопротивлений и емкостей в частоту — узломУ6. Печатный монтаж счетчика двухсторонний. Расположение деталей и их соединение на плате даны на рис. 9. Индикаторные лампы Hi —Н4 распаивают непосредственно на плате, установив их вдоль платы с противоположной стороны по отношениюк другим деталям. Верхние части ламп закрепляют крепежной стойкой. Работоспособность счетчика проверяют совместно с преобразователем напряжение — частота (узел УЗ). При настройке счетчика коэффициент преобразованля KПP преобразователя напряжение — частота, равный 10 кГц/В.Б данном случае следует несколько уменьшить. Действительно, при измерительном интервале tизм = 0,131 с я емкости счетчика 2000 максимальна и частота, которая может быть подана на вход данного счетчика равна fМАКС = 2000/0,131 = =15258,8 Гц,а та;; как эта частота должна соответствовать входному наприжению 2 В, то KпР=fмакс/Uвх = 15 253,8/2 = 7629,4 Гц/В. Уменьшение Kпр производится уменьшением сопротивления резистораR6 узлаУЗ (см. рис. 5), При совместной настройке узлов УЗ иУ4 выводы6 и 10 на разъемеХ4 счетчика соединяют перемычкой. На вывод11 разъемаХ4 подают частоту 1953,125 Гц от преобразователя напряжение — частота (с вывода 11 разъема X3). Собранный без ошибок счетчик начинает работать сразу. Подав на вход А импульсы прямоугольной формы амплитудой ±4 В, убеждаются в правильности счета путем сличения показаний на табло счетчика с установленной частотой генератора. При совместной настройке узловУЗ иУ4 на входА преобразователя подают напряжение +1,999 В. Подбором сопротивления резистораR6 и регулировкой подстроечного резистораR8 устанавливают на индикаторном устройстве счетчика преобразователя показание 1.999. Входное устройство вольтметра обеспечивает высокое входное сопротивление вольтметра, защиту входного устройства от перегрузок, усиление напряжения менее 100 (200) мВ, преобразование переменного напряжения в постоянное, определение и автоматический выбор полярности входного сигнала. Технические характеристик и: Входное сопротивление, МОм...........50 Коэффициент усиления . . .........1 и 10 Частотный диапазон, Гц............0 — 105 Выбор полярности . .............автоматический Устройство состоит из следующих каскадов: собственно входного каскада, линейного выпрямителя и определителя полярности. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 10. Высокое входное сопротивление устройства достигается применением микросхемы А1 с полевыми транзисторами на входе (типа К140УД8). В режиме преобразования напряжений 1 В и более входной каскад работает как повторитель — выход микросхемы соединен с инвертирующим входом. При коэффициенте передачи, равном 1, такая схема имеет очень большое входное сопротивление. В режиме преобразования токов и напряжений в поддиапазоне 100 мВ (переключатель S1.3 замкнут) каскад работает как усилитель с коэффициентом усиления K=10. ЭлементыR3 иVI — V4 служат для защиты входа от перегрузок. Поскольку температурный и временной дрейфы напряжения смещения у микросхем с полевыми транзисторами на входе сравнительно велики, особенно сразу после включения, возникает необходимость ручку балансировки входного каскада«Уст.О» вынести на лицевую панель. Сигнал с выхода микросхемы А1 поступает непосредственно на выходА узла и через резисторR13 — на инвертирующий вход линейного выпрямителя, выполненного на ОУА2. Линейный выпрямитель предназначен для выделения на выходе Б сигнала положительной полярности только тогда, когда на его вход поступает отрицательный сигнал. Это происходит следующим образом. Когда на вход поступает положительный сигнал, выходное напряжение ОУА2 закрывает диодV6, напряжение на выходеБ равно нулю. ДиодV5 при этом закрыт и предохраняет ОУ от насыщения. В этом случае на преобразователь напряжение — частота узлаУЗ по входуА поступает только положительный сигнал. Рис. 10. Принципиальная схема входного устройства вольтметра При отрицательном входном сигнале ОУ А2 инвертирует его и через открытый диодV6 передает на выходБ. В этом случае на преобразователь напряжение — частота поступают два сигнала, равные по амплитуде, но противоположные по знаку: отрицательный — по входуА и положительный — пв входуБ. Однако, так как сопротивление на входе Б преобразователя напряжение — частота вдвое меньше, чем на входеА, то вклад от воздействия положительного сигнала вдвое больше, чем от отрицательного. В результате суммарный сигнал в точке соединения входных резисторов равен +1. Таким образом, линейный выпрямитель входного устройства узла У5 совместно с сумматором преобразователя напряжение — частота узлаУЗ образуют формирователь сигнала, в данном случае положительного, при любой полярности входного сигнала. Тем самым отпадает необходимость в ручном выборе полярности. Точно так же ведет себя формирователь сигнала при подаче на вход мгновенных значений переменного напряжения в течение положительных и отрицательных полуволн. В результате суммирования входного переменного напряжения, поступающего по входу А, и инвертированной полуволны этого напряжения, полученной с выхода схемы выделения одного полупериода (выходБ), на выходе сумматора ОУА1 узлаУЗ (см. рис. 5) выделяется положительное пульсирующее напряжение, представляющее собой двухполупериодное выпрямленное значение входного сигнала. Здесь же в сумматоре за счет емкости конденсатораС1 происходит фильтрация этого напряжения. Далее постоянное напряжение, пропорциональное входному синусоидальному сигналу, преобразуется в частоту. Определитель полярности узлаУ5 выполнен на ОУA3. Индикация знака полярности может осуществляться либо с помощью светодиодов красного и зеленого цветов, которые включаются в коллекторные цепи транзисторовV9 и иV10, либо свечением среднего сегмента лампы h2 цифрового индикатора счетчика. В последнем случае сигнал с выхода узла подается к сегменту через ключевой каскад, установленный в счетчике. Детали. РезисторыRl, R6, R16, R20, R22 типаСПЗ-16,резисторыR2, R11, R13, R14, R21 типаС2-29В, остальные — МЛТ. Конденсатор СЗ типа КТ1, остальные — типаКМ-6.Чертеж печатной платы входного устройства и расположение на ней деталей приведены на рис. И. Налаживание. Соединяют вход устройства узла У5 с общим проводом, выходА — со входомА предварительно настроенного преобразователя напряжение — частота узлаУЗ, к выходу последнего подключают счетчик. Подают питание ±5 и ±15 В. Прежде всего необходимо сбалансировать все три операционных усилителя A1 — A3. Медленно вращая ручку резистора«Уст. О», добиваются показания нулей на счетчике. Желательно, чтобы установка нуля входного устройства гропззодилась в среднем положении резистора «Уст. О». Этого можно добиться уточнением сопротивления резистораR9 путем подбора его за счет разброса номиналов нескольких резисторов сопротивлением 4,7 кОм. Соединяют выход Б входного устройстваУ5 со входомБ преобразователя напряжение — частотаУЗ. Повторяют установку счетчика з нулевоесо-стояние,только теперь с помощью подстроечного резистораR16. Нажав переключательS1.3, переводят входной каскад в режим усиления с коэффициентом усиления K=10. Изза изменения входных сопротивлений и соответственно входных токов первого дифференциального каскада микросхемыА1 напряжение на ее выходе не остается постоянным. Чтобы его скомпенсировать, на входном устройстве предусмотрен делительR5 —R7, с которого часть положи» тельного напряжения подается на инвертирующий вход усилителя А1. Вращением движка резистораR6 добиваются компенсации отклонения выходного напряжения. Нажимая и отжимая переключательS1.3, проверяют, чтобы в обоид случаях на выходе было точно нулевое показание. Балансировку определителя полярности на ОУ A3 производят или по индикаторным светодиодам, или по среднему сегменту лампыHI на плате счетчива. Поворотом движка резистораR20 стараются добиться такого положения, чтобы оба светодиода оказались погашенными, а средний сегмент лампыHI толыо начал зажигаться. После установки всех усилителей в нулевое положение на вход устройства узла У5 подают постоянное напряжение +100 мВ, контролируя его с помощью цифрового вольтметра постоянного тока. На табло счетчика должны засветиться красный светодиод и цифра 100. Если показание счетчика несколько отличается, следует уточнить положение подстроечного резистора R8 преобразователя напряжение — частота (см. рис. 5). При нажатии кнопки переключателя S1.3 показание счетчика должно возрасти в 10 раз. Точную установку показания 1000 производят подстроечным резисторомR1. Затем на вход подают напряжение отрицательной полярности — 100 мВ, при этом должен засветиться зеленый светодиод или средний сегмент лампыHi. Установку показаний счетчика в этом случае производят резисторомR22. Изменяя напряжение на входе от 1 мВ до 1 В, строят график зависимости показаний счетчика от входного напряжения не менее чем в 12 — 15 точках (отдельно для положительной и отрицательной полярностей. Если показание счетчика отличается от показаний цифрового вольтметра более чем на несколько единиц, настройка произведена плохо и ее следует повторить. Прежде всего нужно тщательно установить «нулевую» частоту преобразователя напряжение — частота и сбалансировать ОУ входного устройства, после чего уже добиваться равенства показаний в других точках. Заканчивают настройку входного устройства подачей на его вход переменного напряжения синусоидальной формы в диапазоне от единиц милливольт до 1 В, контролируя входное напряжение цифровым вольтметром переменного тока. Совпадение показаний в этом режиме работы производят подстройкой резистора R9 в преобразователе напряжение — частота узлаУЗ при нажатом переключателеS1.1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЕМКОСТИ В ЧАСТОТУ Данный узел предназначен для расширения функциональных возможностей цифрового прибора — измерения сопротивлений и емкостей. Преобразование обеих величин производится в два этапа. Сопротивление резистора Rx сначала преобразуется в постоянное напряжение, а затем с помощью преобразователя напряжение — частота — в частоту. Емкость конденсатораСх также предварительно преобразуется в промежуточную величину — временной интервал, который заполняется импульсами стабильной частоты, а затем счетчиком измеряется количество импульсов. Технические характеристики: Верхние пределы измерения сопротивлений, Ом . . 10, 100, 1000 кОм . . 10, 100, 1000, 10000 Падение напряжения на резисторе, мВ .... 100 Ток, проходящий через резистор, мА..... 100, 10, 1 мкА . . 100, 10, 1, 0,1 Погрешность измерений, %........ 0,1 Рис. 12. Структурные схемы преобразователя сопротивления (а) и емкости (б) в частоту (ИТ — источник тока: ВП - высокоомный повторитель;Вх.УВ - входное устройство вольтметра;ПНЧ — преобразователь напряжение - частота;Сч - счетчик;СУ - сравнивающее устройство;ЭК — электронный ключ) Принцип преобразования сопротивления в постоянное напряжение основан на выделении падения напряжения AUX на измеряемом резисторе при прохождении по нему постоянного тока. Структурная схема преобразователя сопротивления в частоту приведена на рис. 12,а. Обмотка реле К1 включена в коллекторную цепь транзистораV24 узлаУ4. В течение измерительного интервала транзистор открыт, поэтому на время преобразования контакты реле разомкнуты. Основным каскадом данного преобразователя является источник постоянного тока, обладающий высокой стабильностью. Источник тока, принципиальная схема которого приведена на рис. 13, выполнен на ОУ А1. На вход подается стабилизированное напряжение, к которому предъявляются высокие требования (от него зависит точность преобразования). По существу источник тока является преобразователем напряжения в ток с заземленной нагрузкой. Для расширения диапазона в сторону преобразования малых сопротивлений на выходе ОУ включен составной эмиттерный повторитель на транзисторах V3, V5 иV4, V6 разного типа проводимости, обеспечивающий ток до 100 мА. Источник тока двухнаправленный, т. е. на его вход может быть подано как положительное, так и отрицательное напряжение, соответственно меняется направление тока и на выходе. Диапазон преобразования сопротивлений расширяется изменением сопротивления эталонного резистора R0. Чтобы не шунтировать большие сопротивления измеряемых резисторовRx сравнительно низким входным сопротивлением источника тока, применен высокоомный повторитель, выполненный на микросхемеА2. По этой же причине измеряемое падение напряжения на резистореRx подается сначала на входное устройство, имеющее высокое входное сопротивление, а затем уже на преобразователь напряжение — частота. Преобразование емкости во -временнойинтервал основано на заряде конденсатораСх стабилизированным током. Постоянство тока обеспечивает линейность нарастания напряжения на конденсаторе, причем время, требуемое для увеличения напряжения до заданного значения, прямо пропорционально преобразуемой емкости. Технические характеристики: Верхние пределы поддиапазонов -измеренияемкости, нФ 10, 100, 1000 мкФ 10, 100, 1000 Ток заряда, мкА.......... 0,1; 1; 10 Погрешность измерения, %........0,2 Pиc. 13. Принципиальная схема преобразователя сопротивления и емкости в частоту Структурная схема преобразователя емкости в частоту приведена на рио. С2,0. В качестве источника тока используется источник на ОУ А1, описание ко« горого дано выше. Повторитель с высоким входным сопротивлением на ОУЛ2 разделяет измеряемый конденсаторСх от низких входных сопротивлений последующих каскадов. Основу преобразователя составляет сравнивающее устройство, выполненное на ОУ, A3, А4 и диодах V7,V8. С помощью делителя на резисторахR17 —R19 на инвертирующем входе10 ОУА4 и неинвертирующем входе 11 ОУ43 задаются пороговые напряжения соответственноU1 иU2. На два других входа усилителей через высокоомный повторитель и резисторR15 подается линейно нарастающее от заряда емкости напряжение Uр. Когда напряжение на неинвертирующем входе11 ОУА4 превысит заданный порогU1, выходное напряжение ОУА4 скачком возрастает. По истечении некоторого времени, длительность которого пропорциональна преобразуемой емкости, срабатывает сравнивающее устройство на ОУA3 и напряжение на его выходе скачком падает. Совпадение положительных напряжений на выходах усилителей обнаруживается диодами V7 и V8. В течение этого интервала открыта схемаD1.1 на второй вход которой с вывода8 узлаУ4 подается опорная частота 15 625 Гц. Число импульсов, прошедших через схему пропускания и поступивших в счетчик за этот интервал, пропорционально измеряемой емкости. На элементах Dl.l —D1.4 выполнен электронный ключ, который в зависимости от положения переключателяS1.5 пропускает на выход либо частоту преобразователя напряжение — частота, либо число импульсов, соответствующее емкости измеряемого конденсатора (при нажатом переключателе в режиме измерения Сх). Некоторыетипы конденсаторов (особенно танталовые электролитические, отформованные на заводе) обладают способностью, после того как их рас-коротилии без подачикакого-либовнешнего зарядного тока, сразу же восстанавливать на выводах напряжение 0,05 — 0,1 В. В результате начальный участок нарастающего напряжения (в т. 1) искривляется. Чтобы его исключить, в схему введен резисторR17. Теперь переключение ОУА4, а следовательно, и начало счета может произойти только после того, как напряжение Uр станет более 0,15 В. Это же предотвращает случайный запуск начала счета при дребезге контактов релеК.1. Рис. 14. Печатная плата преобразователя сопротивления и емкости в частоту Размыкание и замыкание контактов реле K1, включенного в коллекторную Цепь транзистора V24 (см. рис. 7), производится автоматически, синхронно с работой счетчика. В течение измерительного интервала — заряда studfiles.net Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники Входное устройство вольтметра обеспечивает высокое входное сопротивление вольтметра, защиту входного устройства от перегрузок, усиление напряжения менее 100 (200) мВ, преобразование переменного напряжения в постоянное, определение и автоматический выбор полярности входного сигнала. Технические характеристик и: Устройство состоит из следующих каскадов: собственно входного каскада, линейного выпрямителя и определителя полярности. Принципиальная схема устройства приведена на рис. 10. Высокое входное сопротивление устройства достигается применением микросхемы А1 с полевыми транзисторами на входе (типа К140УД8). В режиме преобразования напряжений 1 В и более входной каскад работает как повторитель — выход микросхемы соединен с инвертирующим входом. При коэффициенте передачи, равном 1, такая схема имеет очень большое входное сопротивление. В режиме преобразования токов и напряжений в поддиапазоне 100 мВ (переключатель S1.3 замкнут) каскад работает как усилитель с коэффициентом усиления K=10. Элементы R3 и VI — V4 служат для защиты входа от перегрузок. Поскольку температурный и временной дрейфы напряжения смещения у микросхем с полевыми транзисторами на входе сравнительно велики, особенно сразу после включения, возникает необходимость ручку балансировки входного каскада «Уст.О» вынести на лицевую панель. Сигнал с выхода микросхемы А1 поступает непосредственно на выход А узла и через резистор R13 — на инвертирующий вход линейного выпрямителя, выполненного на ОУ А2. Линейный выпрямитель предназначен для выделения на выходе Б сигнала положительной полярности только тогда, когда на его вход поступает отрицательный сигнал. Это происходит следующим образом. Когда на вход поступает положительный сигнал, выходное напряжение ОУ А2 закрывает диод V6, напряжение на выходе Б равно нулю. Диод V5 при этом закрыт и предохраняет ОУ от насыщения. В этом случае на преобразователь напряжение — частота узла УЗ по входу А поступает только положительный сигнал. При отрицательном входном сигнале ОУ А2 инвертирует его и через открытый диод V6 передает на выход Б. В этом случае на преобразователь напряжение — частота поступают два сигнала, равные по амплитуде, но противоположные по знаку: отрицательный — по входу А и положительный — пв входу Б. Однако, так как сопротивление на входе Б преобразователя напряжение — частота вдвое меньше, чем на входе А, то вклад от воздействия положительного сигнала вдвое больше, чем от отрицательного. В результате суммарный сигнал в точке соединения входных резисторов равен +1. Таким образом, линейный выпрямитель входного устройства узла У5 совместно с сумматором преобразователя напряжение — частота узла УЗ образуют формирователь сигнала, в данном случае положительного, при любой полярности входного сигнала. Тем самым отпадает необходимость в ручном выборе полярности. Точно так же ведет себя формирователь сигнала при подаче на вход мгновенных значений переменного напряжения в течение положительных и отрицательных полуволн. В результате суммирования входного переменного напряжения, поступающего по входу А, и инвертированной полуволны этого напряжения, полученной с выхода схемы выделения одного полупериода (выход Б), на выходе сумматора ОУ А1 узла УЗ (см. рис. 5) выделяется положительное пульсирующее напряжение, представляющее собой двухполупериодное выпрямленное значение входного сигнала. Здесь же в сумматоре за счет емкости конденсатора С1 происходит фильтрация этого напряжения. Далее постоянное напряжение, пропорциональное входному синусоидальному сигналу, преобразуется в частоту. Определитель полярности узла У5 выполнен на ОУ A3. Индикация знака полярности может осуществляться либо с помощью светодиодов красного и зеленого цветов, которые включаются в коллекторные цепи транзисторов V9 и и V10, либо свечением среднего сегмента лампы h2 цифрового индикатора счетчика. В последнем случае сигнал с выхода узла подается к сегменту через ключевой каскад, установленный в счетчике. Детали. Резисторы Rl, R6, R16, R20, R22 типа СПЗ-16, резисторы R2, R11, R13, R14, R21 типа С2-29В, остальные — МЛТ. Конденсатор СЗ типа КТ1, остальные — типа КМ-6. Чертеж печатной платы входного устройства и расположение на ней деталей приведены на рис. И. Налаживание. Соединяют вход устройства узла У5 с общим проводом, выход А — со входом А предварительно настроенного преобразователя напряжение — частота узла УЗ, к выходу последнего подключают счетчик. Подают питание ±5 и ±15 В. Прежде всего необходимо сбалансировать все три операционных усилителя A1 — A3. Медленно вращая ручку резистора «Уст. О», добиваются показания нулей на счетчике. Желательно, чтобы установка нуля входного устройства гропззодилась в среднем положении резистора «Уст. О». Этого можно добиться уточнением сопротивления резистора R9 путем подбора его за счет разброса номиналов нескольких резисторов сопротивлением 4,7 кОм. Соединяют выход Б входного устройства У5 со входом Б преобразователя напряжение — частота УЗ. Повторяют установку счетчика з нулевое со-стояние, только теперь с помощью подстроечного резистора R16. Нажав переключатель S1.3, переводят входной каскад в режим усиления с коэффициентом усиления K=10. Из-за изменения входных сопротивлений и соответственно входных токов первого дифференциального каскада микросхемы А1 напряжение на ее выходе не остается постоянным. Чтобы его скомпенсировать, на входном устройстве предусмотрен делитель R5 — R7, с которого часть положи» тельного напряжения подается на инвертирующий вход усилителя А1. Вращением движка резистора R6 добиваются компенсации отклонения выходного напряжения. Нажимая и отжимая переключатель S1.3, проверяют, чтобы в обоид случаях на выходе было точно нулевое показание. Балансировку определителя полярности на ОУ A3 производят или по индикаторным светодиодам, или по среднему сегменту лампы HI на плате счетчива. Поворотом движка резистора R20 стараются добиться такого положения, чтобы оба светодиода оказались погашенными, а средний сегмент лампы HI толыо начал зажигаться. После установки всех усилителей в нулевое положение на вход устройства узла У5 подают постоянное напряжение +100 мВ, контролируя его с помощью цифрового вольтметра постоянного тока. На табло счетчика должны засветиться красный светодиод и цифра 100. Если показание счетчика несколько отличается, следует уточнить положение подстроечного резистора R8 преобразователя напряжение — частота (см. рис. 5). При нажатии кнопки переключателя S1.3 показание счетчика должно возрасти в 10 раз. Точную установку показания 1000 производят подстроечным резистором R1. Затем на вход подают напряжение отрицательной полярности — 100 мВ, при этом должен засветиться зеленый светодиод или средний сегмент лампы Hi. Установку показаний счетчика в этом случае производят резистором R22. Изменяя напряжение на входе от 1 мВ до 1 В, строят график зависимости показаний счетчика от входного напряжения не менее чем в 12 — 15 точках (отдельно для положительной и отрицательной полярностей. Если показание счетчика отличается от показаний цифрового вольтметра более чем на несколько единиц, настройка произведена плохо и ее следует повторить. Прежде всего нужно тщательно установить «нулевую» частоту преобразователя напряжение — частота и сбалансировать ОУ входного устройства, после чего уже добиваться равенства показаний в других точках. Заканчивают настройку входного устройства подачей на его вход переменного напряжения синусоидальной формы в диапазоне от единиц милливольт до 1 В, контролируя входное напряжение цифровым вольтметром переменного тока. Совпадение показаний в этом режиме работы производят подстройкой резистора R9 в преобразователе напряжение — частота узла УЗ при нажатом переключателе S1.1. radiowiki.ru Каждый измерительный прибор имеет определенные ограничения, которые нужно принимать во внимание, чтобы при использовании этого прибора получить правильное значение измеряемой величины. Введение измерительного прибора в электрическую схему может нарушить ее нормальную работу. Поэтому первое правило использования измерительных устройств — обеспечение таких условий измерения, при которых это вмешательство незначительно и им можно пренебречь. Важнейшей характеристикой измерительного прибора является его собственное сопротивление, называемое внутренним сопротивлением (рис. 37.1). Рис. 37.1. Базовый измерительный Рис. 37.2. Включение амперметра прибор. А для измерения тока I в цепи. Измерение тока Чтобы измерить ток в цепи, нужно разомкнуть эту цепь в подходящем месте и в место разрыва последовательно включить амперметр А (рис. 37.2). Амперметр может быть включен в любом месте цепи при условии, что через него будет протекать весь измеряемый ток. Высококачественные амперметры имеют малое внутреннее сопротивление, благодаря чему они оказывают очень слабое влияние на измеряемый электрический ток. Амперметры с большими внутренними сопротивлениями дают неточные показания. Измерение напряжения Напряжение, или разность потенциалов, существует между двумя точками в цепи. Чтобы измерить напряжение, вольтметр включается между этими двумя точками, например между выводами резистора, без разрыва цепи. Как показано на рис. 37.3, вольтметр V1 измеряет падение напряжения на резисторе R1, а вольтметр V2 — на резисторе R2. Рис. 37.3. Измерение напряжения. Рис. 37.4. Эффект нагрузки – часть общего тока, ток Im, ответвляется в вольтметр. Как видно из рис. 37.4, внутреннее сопротивление вольтметра шунтирует сопротивление участка цепи R, к которому подключается вольтметр. Часть тока, протекавшая до подключения вольтметра через R, теперь ответвляется к вольтметру. Другими словами, для полного тока I эффективное сопротивление резистора R, зашунтированного теперь внутренним сопротивлением вольтметра, уменьшается. Это так называемый эффект нагрузки вольтметра. Для ослабления этого эффекта внутреннее сопротивление вольтметра делают максимально большим, так чтобы оно, по меньшей мере, в 20 раз превышало сопротивление нагрузки. При таких соотношениях шунтирующим эффектом сопротивления измерительного прибора можно пренебречь. Внутреннее сопротивление Внутреннее сопротивление измерительного прибора зависит от его чувствительности и выбранного диапазона (предела) измерений. Его можно вычислить исходя из чувствительности, которую указывают в омах на вольт (Ом/В). Например, вольтметр с чувствительностью 1000 Ом/В имеет внутреннее сопротивление 1000 · 1 = 1000 Ом в диапазоне измерений до 1 В, 1000 · 3 = 3000 Ом в диапазоне измерений до 3 В, 1000 · 10 = 10000 Ом в диапазоне измерений до 10 В и т. д. При заданной чувствительности, чем больший диапазон измерений выбирается, тем больше внутреннее сопротивление и больше точность. Пример 1 На рис. 37.5 показаны два одинаковых вольтметра V1 и V2 с чувствительностью 20000 Ом/В. Какой вольтметр даст более точные показания, если оба прибора работают в диапазоне измерений 10В? Рис. 37.5. Решение Внутреннее сопротивление каждого прибора равно 20000 · 10 = 200000 Ом, или 200 кОм. Вольтметр V1 шунтирует резистор R2 с сопротивлением 10 кОм, т е. сопротивление этого измерительного прибора в 20 раз превышает сопротивление резистора R2, следовательно, вольтметр V1 даст точное показание (т. е. 4,5 В). Вольтметр V2, шунтирует резистор R4, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению вольтметра 200 кОм. В результате эффект нагрузки для вольтметра V2 будет значительным, что приведет к ошибочному показанию (3 В). Аналоговые и цифровые измерительные приборы Аналоговые измерительные приборы, такие, как магнитоэлектрические измерительные приборы с подвижной катушкой и осциллографы, обеспечивают непрерывную индикацию величин напряжения, тока и т. п. Цифровые измерительные приборы отображают показания дискретным образом. Они обеспечивают непосредственное считывание значений измеряемой величины, не зависящее от человеческих ошибок, не имеют движущихся частей, меньше по размерам и дешевле по сравнению с аналоговыми измерительными приборами. Типы измерительных приборов Приборы с подвижной катушкой Магнитоэлектрический измерительный прибор с подвижной катушкой указывает величину постоянного тока, протекающего через катушку. Его можно использовать и для проведения измерений на переменном токе, подключив ко входу выпрямитель. Приборы этого типа имеют чувствительность порядка 20 кОм/В для постоянного тока и 600 Ом/В для переменного тока, частотный диапазон измерений — до 2 кГц или немного больше. Электронный вольтметр Это, по существу, магнитоэлектрический измерительный прибор с подвижной катушкой, но с усилителем на входе. Чувствительность достигает порядка мегаом на вольт как для постоянного, так и для переменного токов, частотный диапазон измерений — 3 МГц и выше. Цифровой вольтметр Цифровой вольтметр имеет очень высокую чувствительность (измеряемую в мегаомах на вольт) и очень широкий частотный диапазон (свыше 2 МГц). Электронно-лучевой осциллограф Кроме того, что на экране электронно-лучевого осциллографа можно увидеть форму электрического сигнала, с его помощью можно также измерить самые различные электрические величины: напряжение (среднее и пиковое), период, разность фаз и время задержки. Входное сопротивление осциллографа порядка 1 МОм, чувствительность и частотный диапазон измерений такие же, как у электронного и цифрового вольтметров. Универсальный измерительный прибор (мультиметр) Это, по существу, тот же вольтметр, но сочетающий в себе несколько измерительных функций. Коммутирующее устройство переключает функции и позволяет использовать этот прибор как амперметр, вольтметр и омметр. Это может быть аналоговый (с подвижной катушкой) или цифровой прибор. Осциллограф Осциллограф можно использовать также для определения частоты. Период t отображаемого сигнала измеряется с помощью откалиброванной по длительности развертки, а затем частота вычисляется по формуле f = 1/t. Этот метод применим как для синусоидального, так и для периодического сигнала любой другой формы. Более точный метод определения частоты синусоидального сигнала заключается в сравнении его частоты с известной эталонной частотой. Для этого выключается внутренний генератор развертки осциллографа, и сигнал известной частоты (вырабатываемый генератором эталонной частоты) подается на одну пару отклоняющих пластин, а сигнал измеряемой частоты — на другую. Плавно изменяя частоту эталонного генератора, добиваются появления на экране устойчивых изображений, называемых фигурами Лиссажу (рис. 37.6). Неизвестную частоту можно определить, подсчитывая число пиков (максимумов) на изображении. Если неизвестная частота fY подается на Y-пластины, а известная частота fX на X-пластины, то в тех случаях, когда возникают только горизонтальные пики, как на рис. 37.6, имеем Неизвестная частота fY = Известная частота fX · Число пиков. Рис. 37.6. Измерительные приборы для регистрации логических состояний Рассмотренные в предыдущем разделе устройства измеряют аналоговые величины. Для проверки логического состояния контрольной точки нужен логический пробник (рис. 37.7). При касании щупом пробника контрольной точки (или узла) индицируется логическое состояние узла: «1», «0» или состояние разомкнутой цепи. Рис. 37.7. TTL – ТТЛ; CMOS – КМОП; Н — высокий уровень; L — низкий уровень. Индикация осуществляется с помощью индикатора на одном или двух светодиодах. Для изменения логического состояния узла используется логический импульсный генератор. При касании узла щупом генератора логическое состояние этого узла изменяется на противоположное. Если узел находился в состоянии логической 1, то он переключается в состояние логического 0, и наоборот. Логический импульсный генератор обычно применяется вместе с логическим пробником для контроля логических элементов, счетчиков, триггеров и других цифровых устройств. Еще один очень полезный логический измерительный прибор — токовый детектор. Если токовый детектор поднести к проводнику на печатной плате, то он укажет наличие или отсутствие пульсирующего тока в проводнике. Электрический контакт с проводником не нужен. Токовый детектор применяется вместе с импульсным генератором для обнаружения короткого замыкания между проводником или выводом какого-либо элемента, с одной стороны, и землей или шиной источника питания — с другой. Этот детектор можно также применять для поиска коротких замыканий между проводниками или выводами элементов. Логический и сигнатурный анализаторы Логический пробник и другие приборы, определяющие логическое состояние схемы, практически не применяются при тестировании микропроцессорных систем. В системе с шинной организацией информация о логическом состоянии отдельной линии шины недостаточна для адекватного контроля системы. Необходима одновременная проверка логических уровней на всех линиях адресной шины или шины данных. Это можно сделать с помощью многоканального логического анализатора (индикатора логических состояний), который позволяет одновременно контролировать большое количество входов. Альтернативным методом тестирования микропроцессорной системы является регистрация последовательности битов, появляющихся в одной контрольной точке, с последующим сравнением этой последовательности с аналогичной последовательностью в хорошо работающей известной системе. Этот метод контроля основан на применении одновходового сигнатурного анализатора. В данном видео рассказывается о стрелочном мультиметре: ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ВОЛЬТМЕТРА. Устройство вольтметра
виды, схема, описание :: SYL.ru
Какие типы бывают?
Схема цифрового вольтметра
Цифровые преобразователи вольтметров
Самодельные вольтметры
Сопротивление электрической схемы
Погрешности измерений
Кодоимпульсные вольтметры
Упрощенная схема кодоимпульсного вольтметра-амперметра
Точность измерений
Вольтметры с времяимпульсными типами преобразователей
Простая схема вольтметра-амперметра с преобразователем
Вольтметры двойного интегрирования
ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ВОЛЬТМЕТРА
Рис. 11. Печатная плата входного устройства вольтметра
Входное устройство вольтметра - Цифровые измерительные приборы
Измерительные приборы
Добавить комментарий
radiolubitel.net
Поделиться с друзьями: