 Достоинства цифровых приборов перед стрелочными объяснять не нужно, и все-же на столе радиолюбителя редко можно увидеть цифровой вольтметр. Почему-то в радиолюбительской литературе в основном описываются самые разнообразные частотомеры, и приставки к ним для измерения других физических величин. При этом видно все разнообразие схемных решений и элементной базы. В тоже время при описании самодельных цифровых вольтметров или мультиметров авторы далеко не уходят от микросхем К572ПВ, которые в сущности уже являются законченными вольтметрами, требуется только выполнить входные цепи и подключить светодиодный или жидкокристаллический индикатор.
Ни кто не может спорить о совершенности такого схемного решения, но что делать тем, кто не может достать эти микросхемы, чьи цифровые запасы содержат только часовую серию К176. И к тому-же будет интересно раскрыть эту тему.
В основе схемы этого цифрового вольтметра лежит принцип последовательного приближения образцового напряжения к току, которое поступает на его измерительный вход.
Вольтметр может измерять постоянные напряжения в двух поддиапазонах 0-51,2В и 0-512В. Входное сопротивление на первом поддиапазоне составляет 500 ком, на втором 5000 ком. Результат измерения отображается на цифровом индикаторе с тремя разрядами, максимальное значение, отображаемое индикатором "512''.
При правильном подборе весовых резисторов погрешность измерения не более 1%. Для питания вольтметра используется сеть 220В, но возможно использовать батарейное питание, собрав генератор переменного напряжения для питания нитей накала люминесцентных индикаторов, или использовать светодиодные индикаторы.
При разработке вольтметра основное внимание уделялось измерительном части, поэтому, входные цепи не развиты, они представляют простые делители. При желании вольтметр нетрудно превратить в мультиметр, дополнив его балансным усилителем и другими входными цепями.
Принципиальная схема измерительного узла прибора показана на рисунке 1. Измеряемое напряжение поступает через входной делитель на резисторах R8, R7, R5 на инверсный вход операционного усилителя А1. На неинверсный вход этого-же операционного усилителя поступает ступенчато-нарастающее образцовое напряжение.
Операционный усилитель включен без обратной связи, поэтому он работает в компараторном режиме. До тех пор пока на его инверсном входе напряжение превосходит опорное напряжение поступающее на его прямой вход, на его выходе держится отрицательное напряжение, которое при помощи цепи из диода VD1 и резистора R6 отождествляется с логическим нулем.
Как только ступенчато-нарастающее напряжение на его прямом входе превысит то которое поступает на инверсный вход, состояние на его выходе измениться на противоположное - установится положительное напряжение, которое воспринимается как логическая единица.
Ступенчато-нарастающее напряжение формируется при помощи счетчиков D2 и D3 к выходам которых подключена матрица из девяти резисторов R9 - R17. Счетчики включены последовательно и вместе они представляют собой один девятиразрядный двоичный счетчик. К выходам счетчиков подключены резисторы, вторые выводы которых соединены вместе.
Сопротивление резисторов подобраны таким образом, чтобы они относились как относятся разряды счетчика друг к другу, а именно: 1:2:4:8:16:32:64:128:256. В результате при счете счетчика начиная с нуля (код 000000000) до максимального значения (111111111) напряжение в точке соединения резисторов изменяется от нуля до напряжения логической единицы, при этом получается 511 ступенек равной величины.
Безусловно, на точность формирования оказывает влияние тот факт, что у отдельных экземпляров микросхем К176 напряжения логического нуля и единицы несколько отличаются. Поэтому, если требуется точность с погрешностью не более 0,5-1% эти номиналы нужно подбирать (подстраивать) до получения равных ступенек. Если-же точность с погрешностью около 4% достаточна, можно установить резисторы с сопротивлением, указанным на схеме. В любом случае точность измерения зависит от этих резисторов.
Для работы счетчика используются прямоугольные импульсы, которые вырабатывает генератор на элементах D1.1 и D1.2. Импульсы частотой 6,25 кгц поступают на вывод 2 микросхемы D2. Счетчик считает до тех пор пока работает генератор, значит ступенчато-нарастающее напряжение изменяется от нуля до максимума и снова от нуля до максимума все время пока работает этот генератор.
Для того, чтобы остановить изменение ступенчато-нарастающего напряжения на каком-то определенном уровне нужно в тот момент, когда на точке соединения резисторов R9-R17 установится это значение, сорвать генерацию генератора, это делается подачей логической единицы на вывод 2 D1.1. В этот момент схема замирает в установившемся положении и находится в таком положении до тех пор пока на этот вывод поступает единица.
Время, в течении которого схема находится в остановленном положении определяет период выходного импульса одновибратора на элементах D1.3 и D1.4. Это время в течении которого на индикаторе высвечивается результат предыдущего измерения, и его можно устанавливать изменяя сопротивление R3, которое стоит в цепи зарядки конденсатора С2.
В результате схема работает таким образом. Предположим, что счетчики D2 и D3 находятся в нулевой состоянии и на вход прибора от измеряемого источника поступает напряжение 6,4В. Это напряжение уменьшается входным делителем R7 R5 до нужного значения и поступает на инверсный вход компаратора на операционном усилителе А1.
В то-же время счетчик на D2 и D3 считает от нуля и напряжение на пряном входе А1 постепенно ступенями увеличивается, пока не достигнет величины входного, того, которое поступает на инверсный вход. Как только устанавливается единица на 13-м выводе микросхемы D3 это напряжение достигает и немного превышает входное измеряемое. В результате на выходе А1 появляется логическая единица, которая поступает на вход одновибратора на элементах D1.3 и D1.4.
Одновибратор запускается, и независимо от того подключены щупы вольтметра к измеряемому источнику или нет, схема замирает на время, установленное резистором R3. При этом на выходах счетчиков устанавливается значение "64". После истечения этого времени счетчики продолжают считать дальше, и дойдя до максимального значения снова переходят в нулевое состояние, и начинается следующий цикл измерения. Таким образом скорость работы прибора зависит от положения движка резистора R3.
Практически на выходах счетчиков устанавливается код числа, равного (численно) измеренному напряжению. Для того, чтобы отобразить эту информацию на цифровом индикаторе нужно использовать специальный дешифратор, выполнив его на десятичных дешифраторах и микросхемах или на ПЗУ. В первом случае получается сложная схема с достаточно большим разнообразием микросхем, во втором требуется миrросхема ПЗУ и программатор для её предварительного программирования. Поэтому было решено использовать третий метод косвенного отображения информации. |
ГЛАВНАЯ 
Авто
ДРУГИЕ ПОХОЖИЕ СХЕМЫ НА САЙТЕ:
