Circuit voltmetru pentru măsurarea unui semnal. Voltmetru HF cu scară liniară Voltmetru cu scară liniară pe amplificator operațional

Destul de mulți șoferi se confruntă cu o problemă precum descărcarea neașteptată a bateriei. Este deosebit de neplăcut când acest lucru se întâmplă pe drum departe de casă. Unul dintre motive poate fi defecțiunea generatorului mașinii. Ajută la prevenirea epuizării iminente a bateriei voltmetru auto. Mai jos sunt câteva diagrame simple ale unui astfel de dispozitiv.

Voltmetru auto pe cip LM3914

Acest circuit voltmetru auto este proiectat pentru a monitoriza tensiunea rețelei de bord a mașinii în intervalul de la 10,5 V la 15 V. 10 LED-uri sunt folosite ca indicatori.

Baza circuitului este integrată. Acest microcircuit este capabil să estimeze tensiunea de intrare și să afișeze rezultatul pe 10 LED-uri în modul punct sau coloană. Cipul LM3914 este capabil să funcționeze într-o gamă largă de surse de alimentare (3V...25V). Luminozitatea LED-urilor poate fi reglată folosind un rezistor variabil extern. Ieșirile microcircuitului sunt compatibile cu logica TTL și CMOS.

Zece LED-uri VD1-VD10 afișează valoarea curentă a tensiunii bateriei sau tensiunea rețelei de bord a vehiculului în modul punct (pinul 9 nu este conectat sau conectat la minus) sau în modul coloană (pinul 9 este conectat la puterea plus). ).

Rezistorul R4 conectat între pinii 6,7 și sursa de alimentare minus setează luminozitatea LED-urilor. Rezistoarele R2 și rezistența variabilă R1 formează un divizor de tensiune. Folosind rezistența variabilă R1, nivelul de tensiune superior este ajustat, iar folosind R3, nivelul inferior.

După cum am menționat mai devreme, acest voltmetru pentru mașină oferă o indicație de 10,5 până la 15 volți. Calibrarea circuitului se efectuează după cum urmează. Aplicați 15 volți de la sursa de alimentare la intrarea circuitului voltmetrului. Apoi, prin schimbarea rezistenței rezistenței R1, este necesar să vă asigurați că LED-ul VD10 (în modul punct) sau toate LED-urile VD...VD10 (în modul coloană) se aprind.

Apoi aplicați 10,5 volți la intrare și utilizați rezistența variabilă R3 pentru a vă asigura că doar LED-ul VD1 se aprinde. Acum crescând tensiunea în trepte de 0,5 volți, LED-urile se vor aprinde unul câte unul, iar la o tensiune de 15 volți, toate LED-urile se vor aprinde. Comutatorul SA1 este conceput pentru a comuta între modurile de indicare punct/coloană. Când comutatorul SA1 este închis, este o coloană; când este deschis, este un punct.

Voltmetru auto cu tranzistori

Următorul circuit al unui voltmetru de mașină este construit pe două. Când tensiunea bateriei este mai mică de 11 volți, diodele zener VD1 și VD2 nu trec curent, motiv pentru care se aprinde doar LED-ul roșu, indicând tensiune scăzută în rețeaua de bord a vehiculului.

Dacă tensiunea este între 12 și 14 volți, dioda zener VD1 deschide tranzistorul VT1. LED-ul verde se aprinde indicând tensiune normală. Dacă tensiunea bateriei depășește 15 volți, dioda zener VD2 deschide tranzistorul VT2, drept urmare LED-ul galben se aprinde, indicând un exces semnificativ de tensiune în rețeaua vehiculului.

Voltmetru pe amplificatorul operațional LM393

Acest voltmetru simplu pentru mașină este construit pe un amplificator operațional. Ca indicator, ca și în circuitul anterior, sunt utilizate trei LED-uri.

Când tensiunea este scăzută (mai puțin de 11 V), LED-ul roșu se aprinde. Dacă tensiunea este normală (12,4…14V), atunci lumina devine verde. Dacă tensiunea depășește 14V, LED-ul galben se aprinde. Dioda Zener VD1 formează tensiunea de referință. Această schemă este similară cu schema.

Voltmetru auto pe microcircuit K1003PP1

Acest circuit voltmetru pentru o mașină este construit pe microcircuitul K1003PP1 și vă permite să monitorizați tensiunea rețelei de bord prin strălucirea a 3 LED-uri:

• Când tensiunea este mai mică de 11 volți, LED-ul HL1 se aprinde
• La o tensiune de 11,1…14,4 volți, LED-ul HL2 se aprinde
• Când tensiunea este mai mare de 14,6 volți, LED-ul HL3 se aprinde

Înființat. După aplicarea tensiunii la intrare de la orice sursă de alimentare (11,1...14,4V), trebuie utilizat rezistența variabilă R4 pentru a face LED-ul HL2 să strălucească.

În practica unui radioamator, există momente când este necesară măsurarea simultană a componentei constante a semnalului și a celei variabile. De obicei, în acest caz, folosesc un osciloscop, dar ce se întâmplă dacă nu aveți un osciloscop? Dacă nu este nevoie să determinați cu precizie forma de undă a componentei alternative, puteți utiliza două voltmetre, unul pentru măsurarea tensiunii continue, celălalt pentru tensiunea alternativă, conectându-le la un punct.

În acest caz, sunt necesare două dispozitive, utilizarea unuia universal (cu un comutator „variabil-constant”) nu este convenabilă, este imposibil să observați simultan componentele tribale și constante, este nevoie de timp pentru a comuta și, în unele cazuri, este este de dorit să vedem schimbarea ambelor componente.

Într-o astfel de situație, dispozitivul descris mai jos poate fi util. Conține într-un caz două voltmetre electronice, curent alternativ și continuu, având o sursă de alimentare comună și un fir comun și două comparatoare și intrări independente.

Ambele intrări ale unui astfel de voltmetru pot fi conectate la un punct și pot observa simultan modificarea componentelor directe și alternative sau pot utiliza un voltmetru de curent continuu pentru a măsura orice tensiune de control sau mod de funcționare a cascadei (de exemplu, tensiunea de polarizare), și observați simultan nivelul semnalului alternativ de ieșire la utilizarea unui voltmetru AC conectat la ieșirea dispozitivului.

Dispozitivul are următorii parametri: intervalul tensiunilor DC măsurate - de la 1 mV la 1000V, intervalul tensiunilor AC măsurate - de la 1 mV la 100V, rezistența de intrare a tensiunii DC de intrare - 10 MΩ, rezistența de intrare a măsurării tensiunii AC intrare - 1 MΩ, consumul de energie din rețea este de 1 W, frecvența limită a tensiunii alternative măsurate este de 100 kHz cu o eroare de cel mult 1% și 1 MHz cu o eroare de cel mult 10%.

Schema circuitului este prezentată în Figura 1. Voltmetrul DC este realizat folosind amplificatorul operațional A1. Aici, la comutarea limitelor de măsurare, sunt utilizate simultan două metode: în primul rând, tensiunea de intrare este împărțită folosind un divizor în două trepte pe rezistențele R1 R2 și, în al doilea rând, câștigul amplificatorului operațional în sine este modificat prin schimbarea adâncimii OOS prin comutare. rezistențe R7-R9.

Când se măsoară o tensiune mai mică de 1 V (în limitele de 0,01, 0,1, 1 V), semnalul de intrare nu este împărțit și se modifică doar câștigul amplificatorului operațional A1; când se măsoară o tensiune mai mare de 1 V ( limite de 10, 100, 1000 V), semnalul de intrare este împărțit în 1000 de rezistențele R1 R2, iar selectarea acestor limite se face și prin modificarea câștigului amplificatorului operațional.

Circuitul de intrare, format din rezistența R3 și dioda zener bidirecțională V1, este proiectat pentru a proteja intrarea amplificatorului operațional de suprasarcină cauzată de pornirea greșită incorectă a limitei de măsurare. Rezistorul și dioda zener sunt un stabilizator parametric care previne ca tensiunea de intrare să fie mai mare de 6,2 V.

Microampermetrul PV1, pe scara căreia se măsoară tensiunea DC, este inclus în circuitul OOS al amplificatorului operațional între intrarea și ieșirea inversoare, rezistența sa, împreună cu rezistența rezistențelor R7-R9, creează un divizor de tensiune de ieșire. , și, în consecință, schimbarea brațului inferior al acestui divizor (la comutarea rezistențelor) se modifică și adâncimea feedback-ului, prin urmare, se modifică și câștigul. Acest design al circuitului pentru selectarea limitelor de măsurare a făcut posibilă reducerea la minimum a numărului de rezistențe de înaltă rezistență.

Setarea preliminară a indicatorului cu cadran în poziția zero (înainte de începerea măsurării) se realizează prin echilibrarea amplificatorului operațional cu ajutorul unui rezistor variabil R5. Rezistoarele R4 și R6 limitează limitele de echilibrare și măresc precizia setarii la zero. Pentru a seta zero, comutatorul de limită S1 trebuie să fie setat în poziția „0”, iar circuitul de intrare al voltmetrului este scurtcircuitat.

Tensiunea alternativă este măsurată cu un voltmetru pe amplificatorul operațional A2. Același circuit este folosit aici cu un divizor de intrare în două trepte și o schimbare în trei etape a câștigului amplificatorului operațional. Diferența este că divizorul de intrare are corecție de frecvență pe condensatoarele C2 și C3. Acest lucru este necesar pentru a asigura măsurători fiabile pe o gamă largă de frecvențe de intrare.

Rezistorul R12 și dioda Zener V2 servesc pentru a proteja intrarea de suprasarcină dacă limita de măsurare este selectată incorect; ele funcționează exact în același mod ca într-un voltmetru DC.

Indicatorul PV2 este același ca într-un voltmetru DC, dar aici servește la măsurarea tensiunii alternative și este conectat printr-un redresor în punte pe diodele V3-V6, rezistența R16 este folosită pentru a seta cu precizie sensibilitatea microampermetrului, pentru a păstra cea existentă. calibrarea scalei.

Factorii de amplificare a amplificatorului operațional sunt de asemenea comutați prin modificarea adâncimii buclei de feedback prin modificarea coeficientului de divizare al circuitului format dintr-un microampermetru și unul dintre rezistențele R17-R19 conectate între intrarea inversă și ieșirea amplificatorului operațional A2.

Setarea zeroului dispozitivului de măsurare se face prin echilibrarea amplificatorului operațional cu ajutorul unui rezistor variabil R14; rezistențele R13 și R15 limitează limitele de echilibrare, făcându-l mai precis.

Alimentarea este realizată folosind un circuit transformator simplu cu un redresor în punte și un stabilizator bipolar parametric folosind diode zener V7 și V8 (amplificatorii operaționali consumă un curent mic și nu este necesară utilizarea stabilizatorilor de tranzistori care asigură un curent de ieșire mare) .

Comparatoare

Dacă utilizați un amplificator operațional fără feedback negativ (NFB), atunci puteți spune cu siguranță ce se va întâmpla. Pentru a înțelege cum funcționează, puteți face câteva experimente simple, dar clare. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de puțin: amplificatorul operațional propriu-zis, o sursă de alimentare cu o tensiune de 9...25V, mai multe rezistențe, o pereche de LED-uri și un voltmetru ().

O sondă logică simplă este asamblată din LED-uri și rezistențe, așa cum se arată în Figura 1.

Când se aplică o tensiune pozitivă la intrarea sondei (puteți chiar aplica +U), LED-ul roșu se aprinde, iar dacă intrarea este conectată la firul comun, LED-ul verde se aprinde. Cu ajutorul unei astfel de sonde, starea de ieșire a amplificatorului operațional testat devine clară și de înțeles.

Oricare nu este de o calitate deosebit de înaltă și scumpă va fi potrivită ca „iepure” experimental, de exemplu KR140UD608(708) în carcase de plastic sau K140UD6(7) în carcase metalice rotunde.

Figura 1. Circuitul unei sonde logice simple

Trebuie remarcat faptul că, în ciuda carcaselor diferite, pinout-ul acestor microcircuite este același și corespunde cu cel prezentat în diagramele de mai jos. Se întâmplă adesea ca pinout-urile carcaselor din plastic și metal să nu se potrivească, deși, de fapt, acestea sunt aceleași microcircuite. În zilele noastre, majoritatea amplificatoarelor operaționale, în special cele de import, sunt produse în carcase de plastic, iar totul funcționează bine și perfect, și nu există nicio confuzie cu pinout-urile. Anterior, astfel de microcircuite „de plastic” erau numite cu dispreț „bunuri de larg consum” de către experți.

Figura 2. Circuitul op-amp

Pentru primele experimente, vom asambla circuitul prezentat în Figura 2. Nu s-a făcut mare lucru aici: amplificatorul operațional în sine și sonda logică prezentată în Figura 1 sunt conectate la o sursă de alimentare unipolară. Tensiunea de alimentare +U este unipolară, 9…30V. Mărimea tensiunii nu este deosebit de importantă în experimentele noastre.

Aici poate apărea o întrebare complet legitimă: „De ce este sonda logică, deoarece amplificatorul operațional este un element analogic?” Da, dar în acest caz amplificatorul operațional nu funcționează în modul de amplificare, ci în modul comparator și are doar două niveluri la ieșire. O tensiune apropiată de 0V se numește zero logic, iar o tensiune apropiată de +U se numește una logică. În cazul sursei de alimentare bipolare, zeroul logic corespunde unei tensiuni apropiate de -U.

Când se aplică tensiunea de alimentare, unul dintre LED-uri trebuie să se aprindă. La care întrebare, roșu sau verde, nu se poate răspunde, deoarece totul depinde de parametrii unui anumit amplificator operațional și de condițiile externe, de exemplu, interferența rețelei. Dacă luați mai multe amplificatoare operaționale de același tip, rezultatele vor fi foarte diferite.

Tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional este controlată de un voltmetru: dacă LED-ul roșu este aprins, voltmetrul va afișa o tensiune apropiată de +U, iar dacă LED-ul verde este aprins, tensiunea va fi aproape zero.

Acum puteți încerca să aplicați o tensiune intrărilor și să vedeți cum se va comporta amplificatorul operațional folosind indicatorii și voltmetrul. Cel mai simplu mod de a aplica tensiune este să atingeți fiecare intrare a amplificatorului operațional cu un deget pe rând și unul dintre pinii de alimentare cu celălalt. În acest caz, strălucirea sondei și citirile voltmetrului ar trebui să se schimbe. Dar aceste schimbări s-ar putea să nu se întâmple.

Chestia este că unele amplificatoare operaționale sunt proiectate astfel încât tensiunea la intrări să fie în anumite limite: puțin mai mare decât tensiunea de la pinul 4 și puțin mai mică decât tensiunea de alimentare la pinul 7. Acest „puțin mai mic, mai mare” este 1. …2V. Pentru a continua experimentele, după ce ați îndeplinit condiția specificată, va trebui să asamblați un circuit puțin mai complex, prezentat în Figura 3.

Figura 3.

Acum, tensiunea este furnizată intrărilor folosind rezistențe variabile R1, R2, ale căror glisoare ar trebui să fie setate aproape de poziția de mijloc înainte de a începe măsurătorile. Voltmetrul s-a mutat acum într-o locație diferită: va afișa diferența de tensiune dintre intrările directe și inverse.

Este mai bine dacă acest voltmetru este digital: polaritatea tensiunii se poate schimba, pe indicatorul dispozitivului digital va apărea un semn minus, iar dispozitivul indicator va depăși scara în direcția opusă. (Puteți folosi un voltmetru cu cadran cu punctul de mijloc al scalei.) În plus, impedanța de intrare a unui voltmetru digital este mult mai mare decât cea a unui voltmetru cu cadran, prin urmare rezultatele măsurătorii vor fi mai precise. Starea ieșirii va fi determinată de indicatorul LED.

Aici este potrivit să oferiți următorul sfat: este mai bine să faceți aceste experimente simple cu propriile mâini și nu doar să citiți și să decideți că totul este simplu și de înțeles. Este ca și cum ai citi un tutorial de chitară fără să iei vreodată o chitară. Deci, să începem.

Primul lucru de făcut este să setați glisoarele de rezistență variabilă la aproximativ poziția de mijloc, cu tensiunea la intrările amplificatorului operațional aproape de jumătate din tensiunea de alimentare. Sensibilitatea voltmetrului ar trebui să fie maximă, dar poate nu imediat, ci treptat, pentru a nu arde dispozitivul.

Presupunând că ieșirea amplificatorului operațional este scăzută, LED-ul verde este aprins. Dacă nu este cazul, atunci această stare poate fi atinsă prin rotirea rezistenței variabile R1, astfel încât glisorul să se miște în jos pe circuit - aproape la 0V.

Acum, folosind rezistența variabilă R1, vom începe să adăugăm tensiune la intrarea directă a amplificatorului operațional (pin 3), observând citirile voltmetrului. De îndată ce voltmetrul arată o tensiune pozitivă (tensiunea la intrarea directă (pin 3) este mai mare decât la intrarea inversă (pin 2)), LED-ul roșu se va aprinde. Prin urmare, tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional este mare sau, după cum sa convenit mai devreme, o unitate logică.

Puțină informație

Mai exact, nici măcar o unitate logică, ci un nivel înalt: o unitate logică indică adevărul semnalului, spun ei, un eveniment a avut loc. Dar acest adevăr, această unitate logică poate fi exprimată și la un nivel scăzut. Ca exemplu, putem aminti interfața RS-232, în care una logică corespunde unei tensiuni negative, în timp ce un zero logic are o tensiune pozitivă. Deși în alte circuite o unitate logică este cel mai adesea exprimată ca un nivel înalt.

Să continuăm experimentul științific. Să începem să rotim cu grijă și încet rezistorul R1 în direcția opusă, monitorizând citirile voltmetrului. La un moment dat va afișa zero, dar LED-ul roșu va aprinde în continuare. Este puțin probabil să reușiți să prindeți o poziție în care ambele LED-uri sunt stinse.

Odată cu rotirea ulterioară a rezistenței, polaritatea citirilor voltmetrului se va schimba, de asemenea, în negativ. Aceasta indică faptul că tensiunea la intrarea inversă (2) este mai mare în valoare absolută decât la intrarea directă (3). LED-ul verde se va aprinde, indicând că ieșirea amplificatorului operațional este scăzută. După aceasta, puteți continua să rotiți rezistorul R1 în aceeași direcție, dar nu vor apărea modificări: LED-ul verde nu se va stinge și nici măcar nu va schimba deloc luminozitatea.

Acest fenomen apare atunci când amplificatorul operațional funcționează în modul comparator, adică. fără feedback negativ (uneori chiar și cu PIC). Dacă amplificatorul operațional funcționează în modul liniar, acoperit de feedback negativ (NFB), atunci când motorul rezistorului R1 se rotește, tensiunea de ieșire se schimbă proporțional cu unghiul de rotație, citiți diferența de tensiune la intrări și deloc într-un pas. În acest caz, luminozitatea LED-ului poate fi schimbată fără probleme.

Din tot ce s-a spus, putem concluziona: tensiunea la ieșirea amplificatorului operațional depinde de diferența de tensiuni la intrări. În cazul în care tensiunea la intrarea directă este mai mare decât la intrarea inversă, tensiunea de ieșire este la un nivel ridicat. În caz contrar (tensiunea pe invers este mai mare decât pe direct), ieșirea este la un nivel logic de zero.

La începutul acestui experiment, a fost recomandat să setați glisoarele de rezistență R1, R2 la aproximativ poziția de mijloc. Ce se va întâmpla dacă le setați inițial la o treime dintr-o tură sau la două treimi? Da, nimic nu se va schimba de fapt, totul va funcționa la fel cum este descris mai sus. Din aceasta putem concluziona că semnalul la ieșirea amplificatorului operațional nu depinde de valoarea absolută a tensiunilor la intrările direct și invers. Și depinde doar de diferența de tensiune.

Din tot ce s-a spus, se poate trage încă o concluzie importantă: un amplificator operațional fără feedback este un comparator - un dispozitiv de comparare. În acest caz, o tensiune de referință sau de referință este furnizată la o intrare și o tensiune, a cărei valoare trebuie controlată, este furnizată celeilalte. La ce intrare să se aplice tensiunea de referință este decisă în timpul procesului de proiectare a circuitului.

Ca exemplu, Figura 4 prezintă un circuit a cărui intrare are două comparatoare interne DA1 și DA2.

Figura 4. Circuit de temporizator integrat NE555

Scopul lor este de a gestiona interiorul. Logica de control este destul de simplă: una logică de la ieșirea comparatorului DA2 setează declanșatorul la unul, iar una logică de la ieșirea comparatorului DA1 resetează declanșatorul.

Un divizor este asamblat pe rezistențele R1...R3, furnizând tensiuni de referință la intrările comparatoarelor. Toate cele trei rezistențe au aceeași rezistență (5Kohm), formând tensiuni de 2/3 și 1/3 din tensiunea de alimentare, care sunt alimentate, respectiv, la intrarea inversoare DA1 și la intrarea neinversătoare DA2.

În ceea ce privește cele scrise mai sus, rezultă că se va obține una logică la ieșirea comparatorului DA1 dacă tensiunea de intrare la intrarea directă depășește tensiunea de referință la invers (2/3Usupply), declanșatorul va fi resetat. la zero.

Pentru a seta declanșatorul la 1, trebuie să obțineți un nivel ridicat la ieșirea comparatorului intern DA2. Această stare va fi atinsă atunci când nivelul de tensiune la intrarea inversă a DA2 este mai mic de 1/3Ualimentare. Această tensiune de referință este furnizată la intrarea directă a comparatorului DA2.

Acesta nu este scopul descrierii temporizatorului integrat NE555, ci pur și simplu arată comparatoarele de intrare ascunse în interiorul cipului ca exemplu de utilizare a unui amplificator operațional. Pentru cei care sunt interesați să folosească cronometrul 555, vă recomandăm să citiți articolul.

Voltmetru HF cu scară liniară
Robert AKOPOV (UN7RX), Zhezkazgan, regiunea Karaganda, Kazahstan

Unul dintre dispozitivele necesare din arsenalul unui radioamator cu unde scurte este, desigur, un voltmetru de înaltă frecvență. Spre deosebire de un multimetru de joasă frecvență sau, de exemplu, de un osciloscop LCD compact, un astfel de dispozitiv se găsește rar la vânzare, iar costul unuia nou de marcă este destul de mare. Prin urmare, atunci când a fost nevoie de un astfel de dispozitiv, acesta a fost construit cu un miliampermetru cu cadran ca indicator, care, spre deosebire de unul digital, vă permite să evaluați ușor și clar modificările citirilor cantitativ, și nu prin compararea rezultatelor. Acest lucru este deosebit de important atunci când se instalează dispozitive în care amplitudinea semnalului măsurat se schimbă constant. În același timp, precizia de măsurare a dispozitivului atunci când se utilizează un anumit circuit este destul de acceptabilă.

Există o greșeală de tipar în diagrama din revistă: R9 ar trebui să aibă o rezistență de 4,7 MOhm

Voltmetrele RF pot fi împărțite în trei grupuri. Primele sunt construite pe baza unui amplificator de bandă largă cu includerea unui redresor cu diodă în circuitul de feedback negativ. Amplificatorul asigură funcționarea elementului redresor în secțiunea liniară a caracteristicii curent-tensiune. Dispozitivele din al doilea grup folosesc un detector simplu cu un amplificator de curent continuu (DCA) de înaltă rezistență. Scara unui astfel de voltmetru HF este neliniară la limitele inferioare de măsurare, ceea ce necesită utilizarea unor tabele speciale de calibrare sau calibrarea individuală a dispozitivului. O încercare de a linializa scara într-o oarecare măsură și de a schimba pragul de sensibilitate în jos prin trecerea unui curent mic prin diodă nu rezolvă problema. Înainte de a începe secțiunea liniară a caracteristicii curent-tensiune, aceste voltmetre sunt, de fapt, indicatori. Cu toate acestea, astfel de dispozitive, atât sub formă de structuri complete, cât și de atașamente la multimetre digitale, sunt foarte populare, așa cum demonstrează numeroasele publicații în reviste și pe internet.
Al treilea grup de dispozitive folosește liniarizarea la scară atunci când un element de liniarizare este inclus în circuitul OS al UPT-ului pentru a oferi modificarea necesară a câștigului în funcție de amplitudinea semnalului de intrare. Astfel de soluții sunt adesea folosite în componentele echipamentelor profesionale, de exemplu, în amplificatoarele de instrumente liniare înaltă cu bandă largă cu AGC sau componente AGC ale generatoarelor RF de bandă largă. Pe acest principiu este construit dispozitivul descris, al cărui circuit, cu modificări minore, este împrumutat.
În ciuda aparentei sale simplități, voltmetrul HF are parametri foarte buni și, firește, o scară liniară, ceea ce elimină problemele de calibrare.
Gama de tensiune măsurată este de la 10 mV la 20 V. Banda de frecvență de funcționare este de 100 Hz...75 MHz. Rezistența de intrare este de cel puțin 1 MOhm cu o capacitate de intrare de nu mai mult de câțiva picofaradi, care este determinată de designul capului detectorului. Eroarea de măsurare nu este mai mică de 5%.
Unitatea de liniarizare este realizată pe cipul DA1. Dioda VD2 din circuitul de feedback negativ ajută la creșterea câștigului acestei etape a amplificatorului la tensiuni de intrare scăzute. Scăderea tensiunii de ieșire a detectorului este compensată; ca urmare, citirile dispozitivului capătă o dependență liniară. Condensatorii C4, C5 previn autoexcitarea UPT-ului și reduc posibilele interferențe. Rezistorul variabil R10 este utilizat pentru a seta acul dispozitivului de măsurare PA1 la marcajul zero al scalei înainte de a efectua măsurători. În acest caz, intrarea capului detectorului trebuie să fie închisă. Sursa de alimentare a dispozitivului nu are caracteristici speciale. Este realizat pe doi stabilizatori și asigură o tensiune bipolară de 2x12 V pentru alimentarea amplificatoarelor operaționale (transformatorul de rețea nu este prezentat în diagramă, dar este inclus în trusa de asamblare).

Toate părțile dispozitivului, cu excepția părților sondei de măsurare, sunt montate pe două plăci de circuite imprimate din fibră de sticlă folie unilaterală. Mai jos este o fotografie a plăcii UPT, a plăcii de alimentare și a sondei de testare.

Miliampermetru RA1 - M42100, cu un curent de deviere complet al acului de 1 mA. Comutator SA1 - PGZ-8PZN. Rezistorul variabil R10 este SP2-2, toate rezistențele de tăiere sunt importate multi-turn, de exemplu 3296W. Rezistoarele de valori non-standard R2, R5 și R11 pot fi formate din două conectate în serie. Amplificatoarele operaționale pot fi înlocuite cu altele, cu impedanță de intrare mare și de preferință cu corecție internă (pentru a nu complica circuitul). Toți condensatorii permanenți sunt ceramici. Condensatorul SZ este montat direct pe conectorul de intrare XW1.
Dioda D311A din redresorul RF a fost selectată pe baza optimității tensiunii RF maxime admise și a eficienței de redresare la limita superioară a frecvenței măsurate.
Câteva cuvinte despre designul sondei de măsurare a dispozitivului. Corpul sondei este realizat din fibră de sticlă sub formă de tub, deasupra căruia este plasat un ecran de folie de cupru.

In interiorul carcasei se afla o placa din folie de fibra de sticla pe care sunt montate piesele sondei. Un inel format dintr-o bandă de folie cositorită aproximativ în mijlocul carcasei este destinat să asigure contactul cu firul comun al unui separator detașabil, care poate fi înșurubat în locul vârfului sondei.
Configurarea dispozitivului începe cu echilibrarea amplificatorului operațional DA2. Pentru a face acest lucru, comutatorul SA1 este setat în poziția „5 V”, intrarea sondei de măsurare este închisă și săgeata dispozitivului PA1 este setată la marcajul de scară zero folosind rezistența de tăiere R13. Apoi dispozitivul este comutat în poziția „10 mV”, aceeași tensiune este aplicată la intrarea sa și rezistorul R16 este utilizat pentru a seta săgeata dispozitivului PA1 la ultima diviziune a scalei. Apoi, la intrarea voltmetrului se aplică o tensiune de 5 mV; săgeata dispozitivului ar trebui să fie aproximativ la mijlocul scalei. Liniaritatea citirilor este realizată prin selectarea rezistenței R3. O liniaritate și mai bună poate fi obținută prin selectarea rezistenței R12, dar rețineți că acest lucru va afecta câștigul UPT. Apoi, dispozitivul este calibrat pe toate subdomeniile folosind rezistențele de reglare adecvate. Ca tensiune de referință la calibrarea voltmetrului, autorul a folosit un generator Agilent 8648A (cu o sarcină echivalentă de 50 Ohmi conectat la ieșirea sa), care are un contor de nivel al semnalului de ieșire digital.
Întregul articol din revista Radio Nr.2, 2011 poate fi descărcat de aici
LITERATURĂ:
1. Prokofiev I., Milivoltmetru-Q-metru. - Radio, 1982, nr. 7, p. 31.
2. Stepanov B., cap HF pentru un multimetru digital. - Radio, 2006, Nr. 8, p. 58, 59.
3. Stepanov B., voltmetru RF pe o diodă Schottky. - Radio, 2008, Nr. 1, p. 61, 62.
4. Pugach A., milivoltmetru de înaltă frecvență cu scară liniară. - Radio, 1992, nr. 7, p. 39.

Costul plăcilor cu circuite imprimate (sondă, placă principală și placă de alimentare) cu mască și marcaje: 80 UAH

Acest articol este dedicat celor două voltmetre implementate pe microcontrolerul PIC16F676. Un voltmetru are un interval de tensiune de la 0,001 la 1,023 volți, celălalt, cu un divizor rezistiv corespunzător 1:10, poate măsura tensiuni de la 0,01 la 10,02 volți. Consumul de curent al întregului dispozitiv la tensiunea de ieșire a stabilizatorului de +5 volți este de aproximativ 13,7 mA. Circuitul voltmetrului este prezentat în figura 1.

Circuit cu două voltmetre

Voltmetru digital, funcționare în circuit

Pentru implementarea a două voltmetre, sunt utilizați doi pini de microcontroler, configurați ca intrare pentru modulul de conversie digitală. Intrarea RA2 este utilizată pentru măsurarea tensiunilor mici, în regiunea unui volt, iar la intrarea RA0 este conectat un divizor de tensiune 1:10, format din rezistențele R1 și R2, permițând măsurători de tensiune de până la 10 volți. Acest microcontroler folosește modul ADC pe zece biți iar pentru a realiza măsurarea tensiunii cu o precizie de 0,001 volți pentru domeniul de 1 V, a fost necesar să se utilizeze o tensiune de referință externă de la cipul ION DA1 K157HP2. De la putere SI EL Microcircuitul este foarte mic, iar pentru a exclude influența circuitelor externe asupra acestui ION, este introdus în circuit un amplificator operațional tampon pe microcircuitul DA2.1. LM358N. Acesta este un adept de tensiune care nu se inversează cu feedback negativ 100% - OOS. Ieșirea acestui amplificator operațional este încărcată cu o sarcină constând din rezistențele R4 și R5. De la rezistența de reglare R4, o tensiune de referință de 1,024 V este furnizată pinului 12 al microcontrolerului DD1, configurat ca intrare de tensiune de referință pentru funcționare Modul ADC. La această tensiune, fiecare cifră a semnalului digitalizat va fi egală cu 0,001 V. Pentru a reduce influența zgomotului, la măsurarea unor valori mici de tensiune, se folosește un alt adept de tensiune, implementat pe al doilea op-amp al chipului DA2. OOS al acestui amplificator reduce brusc componenta de zgomot a valorii tensiunii măsurate. Tensiunea zgomotului de impuls a tensiunii măsurate este de asemenea redusă.

Pentru a afișa informații despre valorile măsurate, se folosește un LCD cu două linii, deși pentru acest design ar fi suficientă o linie. Dar a avea capacitatea de a afișa orice altă informație în stoc nu este, de asemenea, rău. Luminozitatea luminii de fundal a indicatorului este controlată de rezistența R6, contrastul caracterelor afișate depinde de valoarea rezistențelor divizorului de tensiune R7 și R8. Dispozitivul este alimentat de un stabilizator de tensiune asamblat pe cipul DA1. Tensiunea de ieșire de +5 V este setată de rezistența R3. Pentru a reduce consumul total de curent, tensiunea de alimentare a controlerului în sine poate fi redusă la o valoare la care să fie menținută funcționalitatea controlerului indicator. La testarea acestui circuit, indicatorul a funcționat stabil la o tensiune de alimentare a microcontrolerului de 3,3 volți.

Instalarea unui voltmetru

Pentru a configura acest voltmetru, aveți nevoie de cel puțin un multimetru digital capabil să măsoare 1,023 volți pentru a seta tensiunea de referință ION. Și așa, folosind un voltmetru de testare, setăm o tensiune de 1,024 volți la pinul 12 al microcircuitului DD1. Apoi aplicăm o tensiune de o valoare cunoscută la intrarea amplificatorului operațional DA2.2, pinul 5, de exemplu 1.000 de volți. Dacă citirile voltmetrelor de control și reglabile nu coincid, atunci folosind rezistorul de reglare R4, schimbând valoarea tensiunii de referință, obțineți citiri echivalente. Apoi, la intrarea U2 se aplică o tensiune de control de o valoare cunoscută, de exemplu 10,00 volți, și prin selectarea valorii rezistenței rezistorului R1, sau R2, sau ambelor, se realizează citiri echivalente ale ambelor voltmetre. Aceasta completează ajustarea.