Digitalvoltmeter mit automatischer Auswahl. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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In verschiedenen Geräten wurden spezielle LSIs verwendet, um die Funktion der Analog-Digital-Umwandlung (ADC) zu implementieren. Eine der bekannten Varianten eines Multimeters, das auf einem ähnlichen LSI montiert ist, ist KR572PV2 (K572PV2) [1]. Derzeit produziert die heimische Industrie einen weiteren LSI dieser Serie – KR572PV5. Es verfügt über Ausgänge für den Betrieb mit Flüssigkristallanzeigen (LCDs) und kann mit einer unipolaren 9-V-Stromversorgung betrieben werden, was den Einsatz in kleinen und kostengünstigen Messgeräten (Multimetern) ermöglicht. Der ADC KR572PV5 wandelt die Eingangsgleichspannung (Uin.max. = ±199,9 mV) in einen parallelen Sieben-Segment-Code um, der das 3,5-Bit-LCD direkt steuert.

Die unipolare Versorgungsspannung von 9 V wird intern in geregelte positive und ungeregelte negative Spannungen (2,8 und -6,2 V) relativ zu Pin 32 (analoger gemeinsamer Bus) umgewandelt. Diese Spannungen sind erforderlich, um den analogen Teil des KR572PV5 mit Strom zu versorgen. Der digitale Teil wird außerdem von einer internen stabilisierten 5-V-ADC-Quelle mit Pins 1 und 37 (digitaler gemeinsamer Bus) gespeist. An den Pin ist der LSI-Taktgenerator angeschlossen. 21 durch einen Teiler von 1:800 und bei einer Generatorfrequenz von 50 kHz pro Pin. 21 wurde ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 62,5 Hz empfangen, das für den Betrieb des LCD erforderlich ist.

Das Funktionsprinzip von KR572PV5 ähnelt dem in [1] für KR572PV2 beschriebenen und wird in diesem Artikel nicht behandelt.

Das den Lesern zur Kenntnis gebrachte Messgerät dient zur Messung von Gleichspannung und Widerstand.

Wichtigste technische Merkmale:

• Obere Messgrenzen, V, kOhm......2, 20, 200, 2000
• Auswahl der Messgrenze......automatisch
• Zeit zum Ermitteln der Messwerte, bei einer Taktfrequenz von 50 kHz, s, nicht mehr.......2,5
• Eingangsimpedanz, MOhm, nicht weniger.......9
• Stromverbrauch, mA, nicht mehr.......1

Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. dargestellt. 1. Es besteht aus einem Messmodusschalter SA1, Analogschaltern DD2-DD6 mit Referenzwiderständen R2-R5 und R7-R10, ADC DD1 mit einer Referenzspannungsquelle VT1, LCD HG1 und einem automatischen Messgrenzenauswahlgerät (AMLS) auf DD7 -DD11-Chips. Der Einfachheit halber zeigt das Diagramm nur die Verbindung derjenigen Indikatorsegmente, die die notwendigen Informationen für den Betrieb des UAVPI enthalten.

Abb.1 (zum Vergrößern anklicken)

Die vollständige Nummerierung der LCD-Pins ist in Abb. dargestellt. 2.

Ris.2

Das Funktionsprinzip des UAVPI basiert auf der Beurteilung des Zustands der Hunderter- und Tausenderbits des 3,5-Bit-Parallelausgabecodes KR572PV5 (Segmente a, b, g, f – Hunderter und b, c – Tausender). Wenn die Eingangsspannung UBX des ADC im Absolutwert größer als 199,9 mV ist, tritt ein Überlastmodus ein und die Anzeige zeigt 1 in der Tausenderstelle an, aber es gibt keine Anzeige in der Hunderterstelle (und anderen Stellen). Ein solches Signal am Ausgang des LSI führt dazu, dass das Messgerät auf den gröbsten Grenzwert umschaltet. Wenn andererseits |UBX| <20 mV, dann zeigt der Indikator an der Hunderterstelle 0 oder 1 an, während an der Tausenderstelle keine Anzeige erfolgt. Solche Ausgabecodekombinationen geben die Erlaubnis, zu einem empfindlicheren Grenzwert zu wechseln.

Das Über- und Unterlastsignal des ADC wird vom Decoder an den Elementen DD7, DD8, DD9.1 erzeugt. Signale vom Decoder steuern den Betrieb des Zählers DD10.1 und des Decoderzählers DD11. Die in Reihe geschalteten Zähler DD10.1 und DD10.2 (letzterer verwendet nur eine Ziffer) teilen die Frequenz von 62,5 Hz (Pin 21 von DD1) durch 32.

Die resultierende Frequenz (ca. 2 Hz) wird dem Zähleingang DD11 zugeführt und ist die Taktfrequenz beim Umschalten der Messgrenzen. Bei Überlastung des ADC hat der DD8.4-Ausgang den Pegel 1, der den DD11-Zähler auf Null zurücksetzt, während der Pegel 1 am Ausgang der niedrigstwertigen Ziffer dieses Zählers der Einbeziehung der größten Messgrenze entspricht. Gleichzeitig verbietet der Pegel 0 am Ausgang DD8.3 das Zählen von DD10.1. Wenn der ADC „unterbelastet“ ist, ist der Eingang des CP DD10.1 1, was das Zählen ermöglicht, und der Zähler DD11 wird ebenfalls aktiviert. An seinem Ausgang hat bei jedem Zählzyklus die der Zyklusnummer entsprechende Ziffer einen hohen logischen Pegel.

Die Anzahl der verwendeten DD11-Bits entspricht der Anzahl der Messgrenzen. Ist die optimale Messgrenze erreicht, stoppt 0 am Ausgang DD8.3 den Zähler DD10.1 und damit auch DD10.2 und DD11. Bei Erreichen der Mindestgrenze wird DD10.1 über den R-Eingang deaktiviert, auch wenn sich der ADC noch im Zustand „Unterlast“ befindet. Die Umschaltung der Messgrenzen des Volt-Ohmmeters erfolgt über die Analogtasten DD2-DD5. Ihr Status wird durch den Ausgabecode DD11 bestimmt. Die Tasten haben im leitenden Zustand einen relativ hohen Widerstand (mehrere Hundert Ohm), sind aber so angeschlossen, dass sie praktisch an keiner Messgrenze Fehler verursachen.

Die gemessene Spannung wird dem Eingang DD1 über den Schalter SA1 (obere Position) und einen Teiler zugeführt, dessen oberer Arm der Widerstand R1 und dessen unterer Arm einer der Widerstände R2-R5 ist, abhängig vom Zustand der Tasten DD2. DD3. Die maximale Spannung des unteren Zweigs des Teilers wird durch die Dioden VD1-VD4 begrenzt. Die Referenzspannungsquelle erfolgt über den Transistor VT1, der an einem thermisch stabilen Punkt arbeitet. An den Pin wird eine Referenzspannung von 100 mV vom Widerstand R16 angelegt. 36 DD1 über eine der DD6-Tasten.

Das Volt-Ohmmeter verwendet eine unkonventionelle Methode zur Widerstandsmessung [2]. Dies wird durch das Diagramm in Abb. veranschaulicht. 3.

Ris.3

Durch den in Reihe geschalteten Referenzwiderstand R06P und den Messwiderstand Rx fließt unter dem Einfluss der Spannung U10 ein bestimmter Strom 0. Der Messwiderstand wird an den Eingang des ADC angeschlossen, und der Referenzwiderstand wird anstelle der Referenzspannungsquelle angeschlossen. Da durch die Widerstände R0gp und Rx der gleiche Strom fließt, ist das Verhältnis der Spannungsabfälle an ihnen gleich dem Verhältnis ihrer Widerstände. Auf diese Weise,

Aind \uXNUMXd Ux / Uobr \uXNUMXd IoRx / IoRobr \uXNUMXd Rx / Robr

wobei: Aind - Anzeigewerte.

Der Vorteil dieser Methode zur Widerstandsmessung liegt in der einfachen Durchführung und der Unabhängigkeit der Messgenauigkeit von der Spannungsinstabilität U0. Im Widerstandsmessmodus wird der Schalter SA1 in die untere Position gebracht. Die positive Spannung des Netzteils wird über VD7 und R6 den Schaltern DD4, DD5 zugeführt, die je nach Messgrenze des ausgewählten UAVPI das notwendige Schalten der Standardwiderstände R7-R10 durchführen. Die Spannung an den Referenz- und Messwiderständen wird durch die Dioden VD5 und VD6 begrenzt, um den Überlastmodus des ADC-Integrators zu verhindern. Den gleichen Zweck erfüllt die untere (laut Abbildung) Taste DD6. Mit seiner Hilfe wird die Integratorzeitkonstante bei der Widerstandsmessung verdoppelt. Der Transistor VT2 dient als Signalinverter, der die DD6-Tasten steuert. Das Volt-Ohmmeter wird mit einer 9-V-Batterie („Krona VTs“, „Korund“) oder einer 7D-0,115-U 1.1-Batterie betrieben. Alle Mikroschaltungen außer DD6 werden vom internen Stabilisator DD1 gespeist, da der von ihnen verbrauchte Strom bei Betrieb mit niedrigen Schaltfrequenzen äußerst gering ist.

Das Design ist für ausgebildete Funkamateure konzipiert, daher wird auf eine Beschreibung der Platine und des Designs des Gerätes verzichtet. Sie müssen lediglich darauf achten, dass der Schalter SA1 über eine zuverlässige Isolierung zwischen den Kontaktgruppen verfügt, die für die maximal gemessene Spannung ausgelegt ist. Auch der Widerstand R1, an dem der größte Teil der gemessenen Spannung abfällt, muss für die gleiche Spannung ausgelegt sein. Es kann aus mehreren Niederspannungswiderständen geeigneter Größe bestehen. Es ist zu beachten, dass die Genauigkeit des Geräts fast nur durch die Genauigkeit und Stabilität der Referenzspannungsquelle und der Widerstände R2-R5, R7-R10 begrenzt wird, die präzise sein müssen. Als letzten Ausweg können sie aus herkömmlichen Widerständen mit einer Toleranz von mindestens 5 % ausgewählt werden, allerdings ist die Temperatur- und Zeitstabilität dieser Widerstände gering. Als Widerstand R16 können Sie einen drahtlosen Mehrgangwiderstand SPZ-37 verwenden.

Bei Verwendung eines Drahtwiderstands vom Typ SP5-2 muss dessen Wert auf 100...150 Ohm reduziert und ein Konstantwiderstand von 300...360 Ohm in Reihe geschaltet werden, sonst wird es schwierig Stellen Sie die Referenzspannung aufgrund der großen Diskretion der Widerstandsänderungen beim Einstellen genau ein. Die Kondensatoren C4, C5 müssen einen niedrigen dielektrischen Absorptionskoeffizienten haben – K71-5, K72-9, K73-16 usw. Bevor Sie den Transistor VT1 in den Gerätekreis einbauen, müssen Sie seinen thermisch stabilen Arbeitspunkt ermitteln. Dazu müssen Sie eine Referenzspannungsquelle (VT1, R13, R16) zusammenbauen, ein Milliamperemeter mit einem maximalen Strom von 16 mA in Reihe mit dem Widerstand R1 schalten und eine Spannung von +1 V an das VT2,8-Gate relativ dazu anlegen den unteren (je nach Schaltung) Anschluss des Widerstands R16 von einer stabilisierten Quellenspannung trennen. Als nächstes wird durch Ändern der Temperatur des Transistors VT1 (z. B. durch Berühren seines Körpers zuerst mit einem heißen, dann mit einem kalten Metallgegenstand) die kleinste Änderung des Drainstroms im Betriebstemperaturbereich (0...40 °) erreicht C) durch Auswahl des Widerstands R13. Der Wert dieses Widerstands kann erheblich von dem im Diagramm angegebenen Wert abweichen.

Ein korrekt zusammengebautes Volt-Ohmmeter beginnt sofort zu arbeiten und muss lediglich die Frequenz des Taktgenerators KR19PV572 mit Widerstand R5 auf 50 kHz und mit Widerstand R16 (im Spannungsmessmodus) auf die Referenzspannung von 100 mV einstellen.

Das Volt-Ohmmeter kann auch Wechselspannungen messen; dazu muss im Bruch des Drahtes von SA1 zum Widerstand R14 ein Detektor für gleichgerichtete Mittelwerte eingebaut werden. Dadurch, dass der Detektor mit seinem Filter eine zusätzliche Zeitkonstante (Trägheit) in den Schaltkreis des Systems zur automatischen Auswahl der Messgrenze einbringt, kann es in diesem Schaltkreis zu Schwingungen kommen, wodurch das Voltmeter „überschwingen“ kann ” die gewünschte Messgrenze. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es lediglich erforderlich, die Filterkapazität zu verringern, was nur bis zu einer bestimmten Grenze möglich ist, oder die Taktfrequenz der Umschaltung der Messgrenzen zu verringern. Die letzte Methode ist sehr einfach zu implementieren. Bei der Umstellung auf Wechselspannungsmessung genügt es, den Eingang CN DD11 auf den Ausgang des nächsten nicht genutzten Bits DD10.2 (Pin 12) umzuschalten. Dadurch erfolgt die Grenzumschaltung doppelt so langsam. Dadurch wird die Zeit zum Ermitteln der Messwerte auf 5 s erhöht und ein zuverlässiger Betrieb des UAVPI gewährleistet.

Литература:

1. Anufriev L. Multimeter auf VIS.-Radio, 1906, Nr. 4, p. 34-39.

2. Oswald G. Widerstand-Messung mit DVM.- Funkschau, 1981, Nr. 8, S. 98.

3. Raatsch P. Bereichsautomatik für C7136D.- Radio fernsehen elektronik, 1986, Nr. 10, S. 636-638.

Autor: V. Tsibin

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