Sinyal ölçümü için voltmetre devresi. Doğrusal ölçekli RF voltmetre Op amp üzerinde doğrusal ölçekli voltmetre

Oldukça az sayıda sürücü, akünün beklenmedik bir şekilde boşalması gibi bir sorunla karşı karşıya. Bunun evden uzakta bir yolculukta gerçekleşmesi özellikle sinir bozucudur. Sebeplerden biri otomatik jeneratörün arızası olabilir. Pilin tükenmesinin önlenmesine yardımcı olun araba voltmetre. Aşağıda böyle bir cihazın bazı basit şemaları verilmiştir.

LM3914 çipindeki otomotiv voltmetresi

Bu araba voltmetre devresi, aracın yerleşik ağının voltajını 10,5V ila 15V aralığında kontrol etmek için tasarlanmıştır. Gösterge olarak 10 adet LED kullanılmaktadır.

Devrenin temeli entegredir. Bu mikro devre, giriş voltajını değerlendirebilir ve sonucu nokta veya sütun modunda 10 LED'de görüntüleyebilir. LM3914 yongası geniş bir güç aralığında (3V ... 25V) çalışabilmektedir. LED'lerin parlaklığı harici bir değişken direnç kullanılarak ayarlanabilir. Mikro devrenin çıkışları TTL ve CMOS mantığıyla uyumludur.

On LED VD1-VD10, akü voltajının mevcut değerini veya aracın yerleşik ağının voltajını nokta modunda (pim 9 bağlı değil veya eksiye bağlı değil) veya sütunda (pim 9 artı güce bağlı) görüntüler.

6.7 pinleri ile eksi güç kaynağı arasına bağlanan direnç R4, LED'lerin parlaklığını ayarlar. Dirençler R2 ve değişken direnç R1 bir voltaj bölücü oluşturur. Değişken direnç R1 kullanılarak üst voltaj seviyesi ayarlanır ve R3 yardımıyla alt voltaj seviyesi ayarlanır.

Daha önce de belirtildiği gibi, bu otomotiv voltmetresi 10,5 ila 15 volt arasında bir gösterge sağlar. Devre kalibrasyonu aşağıdaki gibi yapılır. Güç kaynağından voltmetre devresinin girişine 15 volt voltaj uygulayın. Daha sonra, R1 direncinin direncini değiştirerek, VD10 LED'inin (nokta modunda) veya tüm VD ... VD10 LED'lerinin (sütun modunda) yanmasını sağlamak gerekir.

Daha sonra girişe 10,5 volt uygulayın ve yalnızca VD1 LED'inin yandığından emin olmak için değişken direnç R3'ü kullanın. Şimdi voltajı 0,5 voltluk artışlarla artırarak LED'ler birer birer yanacak ve 15 voltta tüm LED'ler yanacaktır. SA1 anahtarı, nokta/çubuk gösterge modları arasında geçiş yapmak için tasarlanmıştır. SA1 anahtarı kapalıyken sütun, açıkken nokta şeklindedir.

Transistörlerde otomobil voltmetresi

Aşağıdaki otomotiv voltmetre devresi iki üzerine inşa edilmiştir. Akü voltajı 11 volttan düşük olduğunda, VD1 ve VD2 zener diyotları akımı geçmez, bu nedenle yalnızca aracın yerleşik ağındaki voltajın düşük olduğunu gösteren kırmızı LED yanar.

Voltaj 12 ila 14 volt arasındaysa, VD1 zener diyotu transistör VT1'i açar. Yeşil LED normal voltajı gösterecek şekilde yanar. Akü voltajı 15 volt'u aşarsa, VD2 zener diyotu VT2 transistörünü açar, bunun sonucunda sarı LED yanarak araç ağındaki voltajın önemli ölçüde fazla olduğunu gösterir.

İşlemsel amplifikatör LM393'teki voltmetre

Bu basit otomotiv voltmetresi operasyonel amplifikatöre dayanmaktadır. Gösterge olarak önceki şemada olduğu gibi üç LED kullanılır.

Voltaj düşük olduğunda (11V'den az), kırmızı LED yanar. Voltaj normalse (12,4 ... 14V), yeşil ışık yanar. Gerilimin 14V'u aşması durumunda sarı LED yanar. Zener diyot VD1 bir referans voltajı üretir. Bu şema şemaya benzer.

K1003PP1 çipindeki otomotiv voltmetresi

Bir araba için bu voltmetre devresi K1003PP1 yongası üzerine inşa edilmiştir ve 3 LED'in yanmasıyla yerleşik ağın voltajını izlemenizi sağlar:

• 11 volttan düşük bir voltajda HL1 LED'i yanar.
• 11,1 ... 14,4 volt voltajda HL2 LED'i yanıyor
• 14,6 volttan yüksek bir voltajda HL3 LED'i yanar

Ayar. Girişe herhangi bir güç kaynağından (11,1 ... 14,4V) voltaj uygulandıktan sonra, değişken direnç R4, HL2 LED'inin yanmasını sağlamalıdır.

Bir radyo amatörünün uygulamasında, sinyalin sabit bileşenini ve değişkeni aynı anda ölçmenin gerekli olduğu zamanlar vardır. Genellikle bu durumda bir osiloskop kullanırlar, ancak ya osiloskop yoksa. AC bileşeninin dalga biçimini doğru bir şekilde belirlemeye gerek yoksa, biri DC voltajını ölçmek için, diğeri AC için olmak üzere iki voltmetreyi bir noktaya açarak kullanabilirsiniz.

Bu durumda, iki cihaz gereklidir, tek bir evrensel cihazın kullanılması uygun değildir (anahtarlı - "değişken-sabit"), kabile ve sabit bileşenleri aynı anda gözlemlemek imkansızdır, geçiş yapmak zaman alır ve bazı durumlarda her iki bileşende de bir değişiklik görülmesi arzu edilir.

Böyle bir durumda aşağıdaki araç yararlı olabilir. Tek bir muhafazada, bir ortak güç kaynağına ve bir ortak kabloya sahip iki elektronik voltmetre (AC ve DC) ve iki bağımsız ibreli gösterge ve giriş içerir.

Böyle bir voltmetrenin her iki girişi de bir noktaya bağlanabilir ve aynı anda sabit ve değişken bileşenlerdeki değişimi izleyebilir veya herhangi bir kontrol voltajını veya kademenin çalışma modunu (örneğin ön gerilim) ölçmek için bir DC voltmetre kullanabilir. ve aynı anda cihazın çıkışına bağlı bir AC voltmetre kullanarak çıkış alternatif sinyalinin seviyesini izleyin.

Cihaz aşağıdaki parametrelere sahiptir: DC voltaj ölçüm aralığı - 1 mV ila 1000V, AC voltaj ölçüm aralığı - 1 mV ila 100V, DC voltaj ölçüm giriş direnci - 10 MΩ, AC voltaj ölçüm giriş direnci - 1 MΩ, güç tüketimi ağ 1 W, ölçülen alternatif voltajın kesme frekansı,% 1'den fazla olmayan bir hatayla 100 kHz ve% 10'dan fazla olmayan bir hatayla 1 MHz'dir.

Devre şeması Şekil 1'de gösterilmektedir. İşlemsel yükselteç A1 üzerinde bir DC voltmetre yapılmıştır. Burada, ölçüm sınırlarını değiştirirken, aynı anda iki yöntem kullanılır; ilk olarak, giriş voltajı, R1 R2 dirençleri üzerindeki iki aşamalı bir bölücü kullanılarak bölünür ve ikinci olarak, işlemsel yükselticinin kendisinin kazancı, derinliği değiştirilerek değiştirilir. R7-R9 dirençlerini değiştirerek OOS.

1 V'den daha düşük bir voltajı ölçerken (0,01,0,1, 1 V dahilinde), giriş sinyali bölünmez ve 1V'den daha fazla voltajı ölçerken yalnızca op-amp A1'in kazancı değişir (10, 100, 1000V sınırları) , giriş sinyali 1000 direnç R1 R2'ye bölünür ve bu sınırların seçimi de op-amp'in kazancı değiştirilerek yapılır.

Direnç R3 ve çift yönlü zener diyot V1'den oluşan giriş devresi, işlemsel yükselticinin girişini, ölçüm limitinin hatalı şekilde yanlış eklenmesinden kaynaklanan aşırı yükten korumak için tasarlanmıştır. Direnç ve zener diyot, giriş voltajının 6,2 V'tan büyük olmasını engelleyen parametrik bir regülatördür.

Ölçeğinde sabit voltajın okunduğu mikroampermetre PV1, ters çevirme girişi ve çıkışı arasındaki OOS OU devresine dahil edilir, direnci, R7-R9 dirençlerinin direnciyle birlikte bir çıkış voltajı bölücü oluşturur ve buna göre değişir. bu bölücünün alt kolu (dirençleri değiştirirken) değişir ve FOS'un derinliği değişir, dolayısıyla kazanç da değişir. Ölçüm aralığı seçim şemasının böyle bir yapısı, yüksek dirençli dirençlerin sayısının en aza indirilmesini mümkün kıldı.

İşaretçi göstergesinin sıfır konumuna ön ayarı (ölçümün başlamasından önce), değişken bir direnç R5 kullanılarak işlemsel yükselticinin dengelenmesiyle gerçekleştirilir. Dirençler R4 ve R6 dengeleme sınırlarını sınırlar ve sıfır ayar doğruluğunu arttırır. Sıfır ayarlamak için, voltmetrenin giriş devresi kısa devre yaparken S1 limit anahtarı "0" konumuna ayarlanmalıdır.

AC voltajı, işlemsel yükselteç A2 üzerindeki bir voltmetre ile ölçülür. Burada aynı devre, iki aşamalı bir giriş bölücü ve op-amp kazancındaki üç aşamalı bir değişiklikle kullanılır. Aradaki fark, giriş bölücünün C2 ve C3 kapasitörleri üzerinde bir frekans düzeltmesine sahip olmasıdır. Bu, geniş bir giriş frekansı aralığında ölçümlerin güvenilirliğini sağlamak için gereklidir.

Direnç R12 ve zener diyot V2, ölçüm limiti yanlış seçilirse girişi aşırı yükten korumaya yarar, DC voltmetreyle aynı şekilde çalışırlar.

PV2 göstergesi DC voltmetredekiyle aynıdır, ancak burada alternatif voltajı ölçmeye yarar ve V3-V6 diyotları üzerindeki bir köprü doğrultucu aracılığıyla açılır, direnç R16, mikroampermetrenin hassasiyetine ince ayar yapmaya yarar. Mevcut ölçek derecelendirmesini koruyun.

Op-amp kazancının değiştirilmesi, bir mikroampermetre ve ters giriş ile çıkış arasına bağlanan R17-R19 dirençlerinden birinden oluşan devrenin bölme faktörünü değiştirerek OOS'un derinliğini değiştirerek gerçekleştirilir. op-amp A2.

Ölçüm cihazının sıfır ayarı, değişken bir direnç R14 kullanılarak işlemsel yükselticinin dengelenmesiyle gerçekleştirilir, R13 ve R15 dirençleri dengeleme sınırlarını sınırlayarak daha doğru hale getirir.

Güç kaynağı, V7 ve V8 zener diyotları için bir köprü doğrultucu ve parametrik iki kutuplu dengeleyiciye sahip basit bir transformatör devresine göre yapılır (op amp'ler küçük bir akım tüketir ve büyük bir çıkış akımı sağlayan transistör regülatörlerinin kullanılması gerekli değildir) ).

Karşılaştırıcılar

Negatif geri besleme (NFB) olmayan bir işlemsel yükselteç kullanırsanız, ne olacağını kesinlikle söyleyebilirsiniz. Nasıl çalıştığını anlamak için birkaç basit ama görsel deney yapabilirsiniz. Bunu yapmak için biraz ihtiyacınız var: gerçek bir operasyonel amplifikatör, 9 ... 25V voltajlı bir güç kaynağı, birkaç direnç, bir çift LED ve bir voltmetre ().

En basit mantık probu, Şekil 1'de gösterildiği gibi LED'lerden ve dirençlerden birleştirilir.

Probun girişine pozitif voltaj uygulandığında (+ U bile uygulayabilirsiniz), kırmızı LED yanar ve giriş ortak bir kabloya bağlıysa yeşil LED yanar. Böyle bir probun yardımıyla test edilen op-amp'in çıkış durumu açık ve anlaşılır hale gelir.

Çok kaliteli ve pahalı olmayan herhangi biri deneysel bir "tavşan" olarak uygundur, örneğin plastik kasalarda KR140UD608 (708) veya yuvarlak metal kasalarda K140UD6 (7).

Şekil 1. Basit bir mantık sondasının diyagramı

Farklı durumlara rağmen, bu mikro devrelerin pin çıkışının aynı olduğu ve aşağıdaki diyagramlarda gösterilenlere karşılık geldiği unutulmamalıdır. Aslında bunlar aynı mikro devreler olmasına rağmen, çoğu zaman plastik ve metal kasaların pin düzeninin uyuşmadığı görülür. Artık işlemsel yükselteçlerin çoğu, özellikle ithal olanlar plastik kasalarda üretiliyor ve her şey iyi ve mükemmel çalışıyor ve pin çıkışlarında herhangi bir karışıklık yok. Ve daha önce, bu tür "plastik" mikro devreler, uzmanlar tarafından küçümseyici bir şekilde "Shirpotrebovsky" olarak adlandırılıyordu.

Şekil 2. İşlemsel yükselteç devresi

İlk deneyler için Şekil 2'de gösterilen devreyi kuracağız. Burada pek bir şey yapılmadı: Şekil 1'de gösterilen işlemsel yükseltecin kendisi ve mantık probu tek kutuplu bir güç kaynağına bağlı. Besleme voltajı + U tek kutuplu değer 9 ... 30V. Deneylerimizde voltajın büyüklüğünün özel bir önemi yoktur.

Burada tamamen meşru bir soru ortaya çıkabilir: "İşlemsel yükselteç analog bir eleman olduğundan prob neden mantıklıdır?". Evet, ancak bu durumda işlemsel yükselteç kazanç modunda değil, karşılaştırıcı modunda çalışır ve çıkışta yalnızca iki seviyeye sahiptir. 0V'a yakın bir voltaja mantıksal sıfır, +U'ya yakın bir voltaja ise mantıksal sıfır adı verilir. İki kutuplu bir güç kaynağı durumunda mantıksal sıfır, -U'ya yakın bir voltaja karşılık gelir.

Besleme voltajı uygulandığında LED'lerden birinin mutlaka yanması gerekir. Her şey belirli bir işlemsel yükselticinin parametrelerine ve örneğin ağ müdahalesi gibi dış koşullara bağlı olduğundan, hangisinin kırmızı veya yeşil olduğu sorusuna cevap vermek imkansızdır. Aynı tipte birden fazla op amp alırsanız, sonuçlar çok farklı olacaktır.

İşlemsel yükseltecin çıkışındaki voltaj bir voltmetre ile kontrol edilir: Kırmızı LED yanıyorsa voltmetre + U'ya yakın bir voltaj gösterecektir ve yeşil LED yanıyorsa voltaj neredeyse sıfır olacaktır.

Artık girişlere bir miktar voltaj uygulamayı deneyebilir ve göstergelere ve voltmetreye işlemsel yükselticinin nasıl davranacağına bakabilirsiniz. Gerilim uygulamanın en kolay yolu, işlemsel yükseltecin her girişine sırasıyla bir parmağınızla ve diğer güç kablolarından biriyle dokunmaktır. Bu durumda probun parlaklığı ve voltmetrenin okumaları değişmelidir. Ancak bu değişiklikler gerçekleşmeyebilir.

Sorun şu ki, bazı op amplifikatörler belirli sınırlar dahilinde giriş voltajlarına sahip olacak şekilde tasarlanmıştır: pin 4'teki voltajdan biraz daha yüksek ve pin 7'deki besleme voltajından biraz daha düşük. Bu "biraz daha düşük, daha yüksek" 1 …2V'dir. Belirtilen koşulu yerine getirerek deneylere devam etmek için, Şekil 3'te gösterilen biraz daha karmaşık bir devre kurmanız gerekecektir.

Figür 3

Şimdi voltaj, ölçümlere başlamadan önce kaydırıcıları orta konuma yakın bir yere ayarlanması gereken değişken dirençler R1, R2 kullanılarak girişlere uygulanır. Voltmetre artık farklı bir yere taşınmıştır: doğrudan ve ters girişler arasındaki voltaj farkını gösterecektir.

Bu voltmetrenin dijital olması daha iyidir: voltajın polaritesi değişebilir, dijital cihazın göstergesinde bir eksi işareti görünecektir ve işaretçi cihaz basitçe ters yönde ölçeğin dışına çıkacaktır. (Orta ölçekli noktalı bir ibreli voltmetre kullanabilirsiniz.) Ayrıca dijital voltmetrenin giriş empedansı ibreli metreninkinden çok daha yüksektir, dolayısıyla ölçüm sonuçları daha doğru olacaktır. Çıkış durumu LED göstergesi tarafından belirlenecektir.

Burada böyle bir tavsiye vermek yerinde olacaktır: Bu basit deneyleri kendi ellerinizle yapmak daha iyidir, sadece okuyup her şeyin basit ve net olduğuna karar vermek değil. Bu, gitarı bir kez bile elime almadan gitar dersi okumaya benziyor. Öyleyse başlayalım.

Yapılacak ilk şey, değişken direnç kaydırıcılarını yaklaşık orta konuma ayarlamaktır; işlemsel yükselticinin girişlerindeki voltaj ise besleme voltajının yarısına yakındır. Cihazı yakmamak için voltmetrenin hassasiyeti maksimuma çıkarılmalıdır, ancak belki hemen değil, yavaş yavaş yapılmalıdır.

Op-amp çıkışının düşük olduğunu ve yeşil LED'in yandığını varsayalım. Durum böyle değilse, bu durum, değişken direnç R1'in motor devrede aşağı doğru - neredeyse 0V'a kadar hareket edecek şekilde döndürülmesiyle elde edilebilir.

Şimdi, değişken direnç R1'i kullanarak, voltmetrenin okumalarını gözlemleyerek işlemsel yükselticinin (pim 3) doğrudan girişine voltaj eklemeye başlayacağız. Voltmetre pozitif bir voltaj gösterdiğinde (doğrudan girişteki (pim 3) voltaj ters girişteki (pim 2) voltajdan daha yüksektir)) kırmızı LED yanacaktır. Bu nedenle, işlemsel yükselticinin çıkışındaki voltaj yüksektir veya daha önce kararlaştırıldığı gibi mantıksal bir birimdir.

Biraz yardım

Daha doğrusu, mantıksal bir birim bile değil, yüksek bir seviye: mantıksal birim, olayın gerçekleştiğini söylüyorlar, sinyalin doğruluğunu gösterir. Ancak bu gerçek, bu mantıksal birim düşük düzeyde de ifade edilebilir. Örnek olarak, mantıksal sıfırın pozitif voltaja karşılık geldiği, mantıksal sıfırın ise negatif voltaja karşılık geldiği RS-232 arayüzünü hatırlayabiliriz. Diğer şemalarda mantıksal birim çoğunlukla yüksek düzeyde ifade edilmesine rağmen.

Bilimsel deneye devam edelim. Voltmetrenin okumalarını takip ederek dikkatlice ve yavaşça R1 direncini ters yönde döndürelim. Belirli bir noktada sıfırı gösterecek ancak kırmızı LED hala yanıyor. Her iki LED'in de söndüğü konumu yakalamak pek mümkün olmayacaktır.

Direncin daha fazla dönmesiyle voltmetre okumalarının polaritesi de negatife dönüşecektir. Bu, ters girişteki (2) voltajın mutlak değer olarak doğrudan girişteki (3) voltajdan daha yüksek olduğunu gösterir. İşlemsel yükselticinin çıkışında düşük seviyeyi gösteren yeşil LED yanacaktır. Bundan sonra R1 direncini aynı yönde döndürmeye devam edebilirsiniz, ancak hiçbir değişiklik olmayacak: yeşil LED sönmeyecek ve parlaklığı hiç değiştirmeyecektir.

Bu olay, işlemsel yükselteç karşılaştırıcı modunda çalıştığında meydana gelir; olumsuz geri bildirim olmadan (bazen PIC ile bile). Op-amp, negatif geri besleme (NFB) kapsamındaki doğrusal bir modda çalışıyorsa, o zaman R1 direncinin motoru döndüğünde, çıkış voltajı dönme açısıyla orantılı olarak değişir, girişlerdeki voltaj farkını okuyun ve bir adım bile değil. Bu durumda LED'in parlaklığı sorunsuz bir şekilde değiştirilebilir.

Yukarıdakilerin hepsinden işlemsel yükselticinin çıkışındaki voltajın girişlerdeki voltaj farkına bağlı olduğu sonucuna varabiliriz. Doğrudan girişteki voltajın ters girişten daha yüksek olması durumunda çıkış voltajı yüksektir. Aksi takdirde (ters taraftaki voltaj doğrudan olandan daha yüksektir), çıkış mantıksal sıfır seviyesidir.

Bu deneyin en başında, R1, R2 dirençlerinin kaydırıcılarının yaklaşık olarak orta konuma ayarlanması önerildi. Peki başlangıçta bunları cironun üçte birine veya üçte ikisine ayarlarsanız ne olacak? Evet aslında hiçbir şey değişmeyecek, her şey yukarıda anlatıldığı gibi işleyecek. Bundan, işlemsel yükselticinin çıkışındaki sinyalin, doğrudan ve ters girişlerdeki gerilimlerin mutlak değerine bağlı olmadığı sonucuna varabiliriz. Bu sadece voltaj farkına bağlıdır.

Yukarıdakilerin hepsinden bir önemli sonuç daha çıkarılabilir: geri bildirimi olmayan bir işlemsel yükselteç bir karşılaştırıcıdır - bir karşılaştırma cihazıdır. Bu durumda bir girişe referans veya örnek voltaj uygulanır, diğerine ise değeri kontrol edilmesi gereken bir voltaj verilir. Referans geriliminin hangi girişe uygulanacağına devre tasarımı sırasında karar verilir.

Örnek olarak, Şekil 4, girişinde aynı anda 2 dahili karşılaştırıcı DA1 ve DA2 bulunan bir devreyi göstermektedir.

Şekil 4 NE555 entegre zamanlayıcı devresi

Amaçları iç yönetimi yönetmektir. Kontrol mantığı oldukça basittir: DA2 karşılaştırıcısının çıkışından gelen mantıksal birim, tetiği bire ayarlar ve DA1 karşılaştırıcısının çıkışından gelen mantıksal birim, tetiği sıfırlar.

Karşılaştırıcıların girişlerine referans voltajları sağlayan R1 ... R3 dirençleri üzerine bir bölücü monte edilmiştir. Her üç direnç de aynı dirence (5Kom) sahiptir ve sırasıyla evirici giriş DA1'e ve evirici olmayan giriş DA2'ye uygulanan besleme voltajının 2/3'ü ve 1/3'ü kadar voltajlar oluşturur.

Yukarıda yazılanlara göre, DA1 karşılaştırıcısının çıkışındaki mantıksal ünitenin, doğrudan girişteki giriş voltajının ters referansı (2 / 3Upit.) aşması durumunda ortaya çıkacağı, tetikleyicinin sıfırlanacağı ortaya çıktı. sıfıra.

Tetiği 1'e ayarlamak için dahili karşılaştırıcı DA2'nin çıkışında yüksek bir seviye elde etmeniz gerekir. Bu duruma, DA2 ters girişindeki gerilim seviyesi 1/3Upit'ten az olduğunda ulaşılır. Karşılaştırıcı DA2'nin doğrudan girişine uygulanan bu referans voltajıdır.

NE555 entegre zamanlayıcıyı açıklamanın amacı burada belirlenmemiştir, sadece op-amp kullanımına bir örnek olarak, giriş karşılaştırıcıları mikro devrenin içine gizlenmiş olarak gösterilmiştir. 555 zamanlayıcıyı kullanmak isteyenler için yazımızı okumanızı tavsiye edebiliriz.

Doğrusal ölçekli RF voltmetre
Robert AKOPOV (UN7RX), Zhezkazgan, Karaganda bölgesi, Kazakistan

Kısa dalga radyo amatörünün cephaneliğindeki gerekli cihazlardan biri elbette yüksek frekanslı bir voltmetredir. Düşük frekanslı bir multimetrenin veya örneğin kompakt bir LCD osiloskopun aksine, böyle bir cihaz nadiren satışta bulunur ve yeni bir markalı cihazın maliyeti oldukça yüksektir. Bu nedenle, böyle bir cihaza ihtiyaç duyulduğunda, ayrıca, dijital olanın aksine, okumalardaki değişiklikleri niceliksel olarak kolayca ve görsel olarak değerlendirmenize olanak tanıyan, gösterge olarak kadranlı bir miliampermetre ile inşa edildi. sonuçlar. Bu, özellikle ölçülen sinyalin genliğinin sürekli değiştiği cihazların kurulumunda önemlidir. Aynı zamanda, belirli bir devre kullanıldığında cihazın ölçüm doğruluğu oldukça kabul edilebilir.

Dergideki diyagramda bir yazım hatası var: R9'un direnci 4,7 MΩ olmalıdır

RF voltmetreler üç gruba ayrılabilir. Birincisi, negatif geri besleme devresine bir diyot doğrultucunun dahil edildiği geniş bantlı bir amplifikatör temelinde inşa edilmiştir. Yükselteç, doğrultucu elemanın akım-gerilim karakteristiğinin doğrusal bölümünde çalışmasını sağlar. İkinci grubun cihazlarında yüksek dirençli DC amplifikatöre (HPA) sahip basit bir dedektör kullanılır. Böyle bir RF voltmetrenin alt ölçüm sınırlarındaki ölçeği doğrusal değildir; bu, özel kalibrasyon tablolarının kullanılmasını veya cihazın bireysel kalibrasyonunu gerektirir. Diyottan küçük bir akım geçirerek ölçeği bir şekilde doğrusallaştırma ve hassasiyet eşiğini aşağı kaydırma girişimi sorunu çözmez. I-V karakteristiğinin doğrusal bölümünün başlangıcından önce bu voltmetreler aslında göstergelerdir. Bununla birlikte, hem bitmiş tasarımlar hem de dijital multimetrelere eklentiler biçimindeki bu tür cihazlar, dergilerde ve internette çok sayıda yayının kanıtladığı gibi oldukça popülerdir.
Üçüncü cihaz grubu, giriş sinyali genliğine bağlı olarak gerekli kazanç değişimini sağlamak için doğrusallaştırma elemanı DCF devresine dahil edildiğinde ölçek doğrusallaştırmayı kullanır. Bu tür çözümler genellikle profesyonel ekipman birimlerinde, örneğin AGC'li geniş bantlı yüksek doğrusal enstrümantasyon amplifikatörlerinde veya geniş bant RF jeneratörlerinin AGC birimlerinde kullanılır. Devresi küçük değişikliklerle ödünç alınan, açıklanan cihazın inşa edilmesi bu prensip üzerinedir.
Tüm bariz sadeliğine rağmen, RF voltmetresi çok iyi parametrelere ve elbette kalibrasyon sorunlarını ortadan kaldıran doğrusal bir ölçeğe sahiptir.
Ölçülen voltaj aralığı 10 mV ila 20 V arasındadır. Çalışma frekans bandı 100 Hz…75 MHz'dir. Giriş direnci en az 1 MΩ olup giriş kapasitansı birkaç pikofaraddan fazla değildir ve bu, dedektör kafasının tasarımıyla belirlenir. Ölçüm hatası %5'ten daha kötü değildir.
Doğrusallaştırma ünitesi DA1 çipinde yapılır. Negatif geri besleme devresindeki VD2 diyotu, düşük giriş voltajlarında UPT'nin bu aşamasının kazancını artırmaya yardımcı olur. Dedektörün çıkış voltajındaki azalma telafi edilir, bunun sonucunda cihazın okumaları doğrusal bir bağımlılık kazanır. C4, C5 kapasitörleri UPT'nin kendiliğinden uyarılmasını önler ve olası başlatmaları azaltır. Değişken direnç R10, ölçüm yapmadan önce PA1 ölçüm cihazının işaretçisini ölçeğin sıfır işaretine ayarlamaya yarar. Bu durumda dedektör kafasının girişinin kapatılması gerekmektedir. Cihazın güç kaynağının özel bir özelliği yoktur. İki dengeleyici üzerinde yapılır ve işlemsel yükselteçlere güç sağlamak için 2 × 12 V'luk iki kutuplu bir voltaj sağlar (ağ transformatörü geleneksel olarak şemada gösterilmemiştir, ancak montaj kitine dahil edilmiştir).

Ölçüm probunun parçaları hariç cihazın tüm parçaları, tek taraflı folyo fiberglastan yapılmış iki baskılı devre kartı üzerine monte edilmiştir. Aşağıda UPT panosunun, güç panosunun ve ölçüm probunun bir fotoğrafı bulunmaktadır.

Milliammeter RA1 - M42100, iğnenin tam sapması akımı 1 mA ile. SA1 - PGZ-8PZN'yi değiştirin. Değişken direnç R10 - SP2-2, tüm ayar dirençleri - ithal edilmiş çok turlu, örneğin 3296W. Standart olmayan R2, R5 ve R11 değerlerine sahip dirençler seri bağlı iki dirençten oluşabilir. İşlemsel yükselteçler, yüksek giriş empedanslı ve tercihen dahili düzeltmeli (devreyi karmaşıklaştırmamak için) başkalarıyla değiştirilebilir. Tüm sabit kapasitörler seramiktir. Kondansatör C3 doğrudan XW1 giriş konektörüne monte edilir.
RF doğrultucudaki D311A diyotu, izin verilen optimum maksimum RF voltajı ve ölçülen üst frekans sınırındaki düzeltme verimliliği açısından seçildi.
Cihazın ölçüm probunun tasarımı hakkında birkaç söz. Probun gövdesi, üzerine bir bakır folyo ekranın yerleştirildiği bir tüp şeklinde fiberglastan yapılmıştır.

Kasanın içinde, üzerine prob parçalarının monte edildiği folyo cam elyafından yapılmış bir tahta bulunmaktadır. Prob ucunun yerine vidalanabilen, çıkarılabilir bir bölücünün ortak teliyle temas kurmak için gövdenin yaklaşık olarak ortasında bir kalaylı folyo şerit halkası sağlanmıştır.
Cihazın ayarlanması op-amp DA2'nin dengelenmesiyle başlar. Bunu yapmak için, SA1 anahtarı "5 V" konumuna ayarlanır, ölçüm probunun girişi kapatılır ve PA1 cihazının işaretçisi, R13 kesme direnci ile ölçeğin sıfır işaretine ayarlanır. Daha sonra cihaz “10 mV” konumuna getirilir, girişine aynı voltaj uygulanır ve RA1 cihazının oku, R16 direnci ile ölçeğin son bölümüne ayarlanır. Daha sonra voltmetrenin girişine 5 mV'luk bir voltaj uygulanır, cihazın oku yaklaşık olarak ölçeğin ortasında olmalıdır. Okumaların doğrusallığı R3 direnci seçilerek elde edilir. R12 direnci seçilerek daha iyi doğrusallık elde edilebilir, ancak bunun UPT kazancını etkileyeceği akılda tutulmalıdır. Daha sonra cihaz, ilgili ayar dirençleriyle tüm alt aralıklarda kalibre edilir. Voltmetreyi kalibre ederken referans voltajı olarak yazar, dijital çıkış sinyali seviye ölçere sahip bir Agilent 8648A jeneratörü (çıkışına 50 Ohm yük eşdeğeri bağlı) kullandı.
Radyo No. 2, 2011 dergisindeki makalenin tamamını buradan indirebilirsiniz.
EDEBİYAT:
1. Prokofiev I., Milivoltmetre-Q-metre. - Radyo, 1982, Sayı 7, s. 31.
2. Stepanov B., dijital multimetre için RF kafası. - Radyo, 2006, Sayı 8, s. 58, 59.
3. Stepanov B., Schottky diyot RF voltmetresi. - Radyo, 2008, Sayı 1, s. 61, 62.
4. Pugach A., Doğrusal ölçeğe sahip yüksek frekanslı milivoltmetre. - Radyo, 1992, Sayı 7, s. 39.

Maskeli ve işaretli baskılı devre kartlarının (prob, ana kart ve güç kaynağı kartı) maliyeti: 80 UAH

Bu makale PIC16F676 mikro denetleyicisine uygulanan iki voltmetreye odaklanmaktadır. Bir voltmetrenin voltaj aralığı 0,001 ila 1,023 volt arasındadır, diğeri ise uygun 1:10 dirençli bölücüyle 0,01 ila 10,02 volt arasındaki voltajları ölçebilir. +5 volt stabilizatör çıkış voltajına sahip tüm cihazın akım tüketimi yaklaşık 13,7 mA'dır. Voltmetre devresi Şekil 1'de gösterilmektedir.

İki voltmetre devresi

Dijital voltmetre, devre çalışması

İki voltmetreyi uygulamak için, dijital dönüşüm modülünün girişi olarak yapılandırılmış mikro denetleyicinin iki çıkışı kullanılır. RA2 girişi, volt bölgesindeki düşük voltajları ölçmek için kullanılır ve RA0 girişine, 10 volta kadar voltajları ölçmenizi sağlayan R1 ve R2 dirençlerinden oluşan 1:10 voltaj bölücü bağlanır. Bu mikrodenetleyicinin kullandığı on bitlik ADC modülü ve 1 V aralığı için 0,001 volt doğrulukla voltaj ölçümünü gerçekleştirmek için, DA1 K157XP2 mikro devresinin ION'undan harici bir referans voltajının uygulanması gerekliydi. Güçten beri VE O mikro devre çok küçüktür ve harici devrelerin bu ION üzerindeki etkisini dışlamak için devreye DA2.1 mikro devresinde bir tampon op-amp yerleştirilmiştir. LM358N. Bu, %100 negatif geri beslemeli (OOS) ters çevirmeyen bir voltaj takipçisidir. Bu op-amp'in çıkışı, R4 ve R5 dirençlerinden oluşan bir yük ile yüklenir. Düzeltme direnci R4'ten, çalışma için referans voltaj girişi olarak yapılandırılmış mikro denetleyici DD1'in pin 12'sine 1,024 V'lik bir referans voltajı uygulanır. ADC modülü. Bu voltajda, sayısallaştırılmış sinyalin her bir biti 0,001 V'a eşit olacaktır. Gürültünün etkisini azaltmak için, küçük voltaj değerlerini ölçerken DA2 yongasının ikinci op amp'ine uygulanan başka bir voltaj takipçisi kullanıldı. Bu amplifikatörün OOS'si, ölçülen voltaj değerinin gürültü bileşenini keskin bir şekilde azaltır. Ölçülen voltajın darbe gürültüsünün voltajı da azalır.

Bu tasarım için tek satır yeterli olsa da, ölçülen değerlerle ilgili bilgileri görüntülemek için iki satırlı bir LCD kullanıldı. Ancak yedekte biraz daha fazla bilgi görüntüleme yeteneğine sahip olmak da fena değil. Gösterge arka ışığının parlaklığı R6 direnci tarafından düzenlenir, görüntülenen karakterlerin kontrastı R7 ve R8 voltaj bölücünün dirençlerinin değerine bağlıdır. Cihaz, DA1 çipine monte edilmiş bir voltaj regülatörü tarafından çalıştırılır. +5 V çıkış voltajı R3 direnci tarafından ayarlanır. Toplam akım tüketimini azaltmak için kontrolörün besleme gerilimi, gösterge kontrolörün çalışır durumda kalacağı bir değere düşürülebilir. Bu devreyi kontrol ederken gösterge, 3,3 voltluk mikrodenetleyici besleme voltajında ​​\u200b\u200bsabit bir şekilde çalıştı.

Voltmetre ayarı

Bu voltmetrenin ayarlanması, referansın referans voltajını ayarlamak için en az 1,023 volt ölçebilen bir dijital multimetre gerektirir. Ve böylece, bir kontrol voltmetresi kullanarak, DD1 mikro devresinin 12 numaralı pimine 1,024 voltluk bir voltaj ayarladık. Daha sonra, op-amp DA2.2'nin pin 5 girişine, örneğin 1.000 volt gibi bilinen bir değerde bir voltaj uyguluyoruz. Kontrol ve ayarlanabilir voltmetrelerin okumaları eşleşmiyorsa, referans voltajın değerini değiştirerek kesme direnci R4 eşdeğer okumalara ulaşır. Daha sonra, U2 girişine, örneğin 10,00 volt gibi bilinen bir değere sahip bir kontrol voltajı uygulanır ve R1 direncinin direnç değeri seçilerek, bu mümkündür ve R2 veya her ikisi de her iki voltmetrenin eşdeğer okumalarını elde edebilir. Bu, ayarlamayı tamamlar.