ЦИФРОВОЙ МУЛЬТИМЕТР

July 18, 2014 by admin Комментировать »

И. ЗУСКА (ЧССР)

Первые цифровые вольтметры и другие цифровые измерительные приборы появились свыше тридцати лет тому назад. Это были тяжелые, громоздкие и, что наиболее существенно, весьма дорогие устройства, предназначенные исключительно для прецизионных лабораторных изменений. И только тогда, когда выпуск цифровых и аналоговых интегральных микросхем стал массовым, появилась возможность выпускать подобную аппаратуру для применения в повседневной практике.

Цифровая измерительная техника позволила не только упростить сам процесс измерений, существенно повысить быстродействие измерительной аппаратуры, но и заметно уменьшить погрешности измерений. Она позволила также реализовывать новые функции, которые были невозможны при использовании аналоговой техники. Вот для сравнения несколько основных характеристик цифровых и аналоговых измерительных приборов. Для стрелочных измерительных приборов погрешность измерений лежит обычно в пределах от ОД до 2%, причем значение 0,1% относится к дорогим и требующим особого обращения приборам (в частности, весьма чувствительным к сотрясениям). Для цифровых приборов 0,1% – это типичная погрешность измерения, а в приборах высокого класса она может составлять и 0,001%. У аналоговых приборов время измерения определяется временем успокоения стрелки, которое обычно лежит в пределах от долей секунды до нескольких секунд. В цифровых приборах это время зависит в первую очередь от времени преобразования аналоговой величины в цифровую, а в вольтметрах, использующих метод двойного интегрирования, лежит в пределах от 20 мс до десятых долей секунды.

Среди новых функциональных возможностей, которые позволяет реализовать цифровая аппаратура, следует отметить цифровую запись результатов измерений и передачу их на значительное расстояние.

Цифровой мультиметр, о котором рассказывается в этой статье, состоит из основного узла – однопредельного вольтметра – и различных дополнительных узлов, расширяющих его возможности не только в области измерения электрических величин, но и неэлектрических (например, температуры).

Вольтметр позволяет измерять постоянное напряжоше в пределах от 0 до 1,999 В с погрешностью ±0,1% (плюс — минус единица младшего разряда). Его входное сопротивление — не менее 100 МОм, подавление помехи с частотой 50 Гц —

Рис. 1

Рис. 2 не хуже 65 дБ. Для питания вольтметра необходим блок питания, обеспечивающий напряжения +15 В (ток 25 мА), – 15 В (ток 3 мА) и + 5 В (ток 500 мА).

В аналого-цифровом преобразователе вольтметра использован метод двойного интегрирования. Структурная схема прибора приведена на рис. 1, а форма сигнала в некоторых наиболее важных его точках – на рис. 2. Интегрирующий конденсатор С подключается и переключается переключателем S либо к источнику образцового тока 2, либо к преобразователю входное напряжение — ток 1. Состояние переключателя S определяется триггером 4. Когда на выходе триггера 4 устанавливается логический 0, то интегрирующий конденсатор С разряжается от напряжения начального уровня K0gp со скоростью, которая пропорциональна величине тока на выходе преобразователя 1 (т. е. значению входного напряжения Vx). Эта фаза работы прибора продолжается до тех пор, пока счетчик 6 не заполнится импульсами, поступающими с генератора 7. После заполнения счетчика – в момент перехода от состояния 1999 к состоянию 0000 — триггер 4 изменит свое состояние на противоположное и на его выходе появится логическая 1. При этом конденсатор С подключится к источнику образцового тока 2 и начнется зарядка конденсатора до уровня Кобр (направления образцового тока и тока, поступающего с преобразователя, взаимнопротивоположны). Как только процесс заряда конденсатора закончится, на выходе компаратора 3 появится короткий импульс управления, что приведет к переписи текущего состояния счетчика 6 в память 8 (напомним, что к началу этой фазы счетчик был в состоянии 0000). Затем следуют установка счетчика 6 снова в состояние 0000 и переключение триггера 4 в состояние, при котором на его выходе будет логический 0. На этом данный цикл измерения заканчивается и начинается следующий. Содержимое памяти дешифрируется дешифратором 9 и отображается на дисплее 10. Узел 5 обеспечивает гашение дисплея, если входное напряжение имеет отрицательную полярность. Если же входное напряжение положительно, но превышает 1,999 В, то экран дисплея будет мигать с периодом, равным периоду одного полного цикла измерения.

Принципиальная схема вольтметра приведена на рис. 3. Преобразователь напряжение – ток собран на операционном усилителе А1 и транзисторе VI. Диодный мост V6-V9 и транзистор V3 выполняют функции переключателя, а транзистор V2 и днод VI0 — источника образцового тока. Интегрирующий конденсатор – С1. Компаратор выполнен на операционном усилителе А2. Образцовое напряжение на него поступает со стабилитрона VI2.

Измеряемое напряжение подается на неинвертирующий вход операционного усилителя А1, что обеспечивает высокое входное сопротивление вольтметра. Однако при подключении к вольтметру различных цепей и узлов не следует забывать о конечном входном токе неинвертирующего входа операционного усилителя и (в некоторых случаях) о необходимости его компенсации. Ток эмиттера транзистора VI пропорционален входному напряжению, причем коэффициент пропорциональности задается резистором R1. Поскольку выходным для этого узла является ток коллектора транзистора VI, то важно, чтобы он имел высокий статический коэффициент передачи тока. В общем случае желательно также, чтобы этот коэффициент слабо зависел от тока коллектора во всем диапазоне рабочих токов. Идеальным было бы применить здесь полевой транзистор, однако практика показывает, что и для биполярного транзистора отклонения от линейного закона преобразования не превышают ±0,1%.

Переключающий диодный мост управляется транзистором V3. В первой фазе измерительного цикла транзистор V3 открыт и конденсатор С] разряжается через транзистор VI и резистор R1. Ток разряда, как уже отмечалось, пропорцио-

Рис. 3

нален входному напряжению. Диод V8 открыт током, поступающим от источника образцового тока на транзисторе V2, а диод V9 закрыт, поскольку в этой фазе измерений напряжение на его аноде будет + 0,7 В (падение напряжения на диоде V8), а напряжение на катоде определяется напряжением на интегрирующем конденсаторе С1. Последнее никогда не бывает меньше + 3 В. Диод V7 также закрыт.

Во второй фазе измерительного цикла транзистор V3 закрыт. Состояние диодов моста изменяется на противоположное (закрытые диоды открываются, открытые закрьшаются). Ток коллектора транзистора VI теперь проходит по цепи V7-R3. Напряжение на коллекторе этого транзистора будет +8 … 14 В (в зависимости от значения входного напряжения). Поскольку напряжение на конденсаторе С1 не бывает больше + 5 В, то диод V6 закрыт. Конденсатор С1 заряжается от источника образцового тока через диод V9. Поскольку напряжение на коллекторе V2 не превышает +5,7 В, то диод V8 в этой фазе измерительного цикла надежно закрыт. Таким образом диодный мост обеспечивает не только подключение интегрирующего конденсатора С1 либо к источнику образцового тока, либо к преобразователю входное напряжение – ток, но и необходимую да я этих узлов нагрузку, когда они отключаются от интегрирующего конденсатора. Это исключает переходные процессы в пределах измерительного цикла и повышает тем самым точность, надежность и скорость измерений.

Источник образцового тока на транзисторе V2 особенностей ие имеет. Для облегчения температурного режима (и повышения тем самым температурной стабильности прибора) ток через стабилитрон VI0 выбран небольшим — около 4 мА. Таким же выбран ток и через стабилитрон VI2, который является источником образцового напряжения для компаратора.

Операционный усилитель А2 выполняет функции компаратора и не имеет внешней частотной коррекции. Это дает возможность получить максимальную (для данного операционного усилителя) скорость изменения напряжения на его выходе. Диод VII ускоряет выход устройства на рабочий режим при первоначальном его включении. Дело в том, что из-за переходных процессов при включении интегрирующий конденсатор может в принципе зарядиться до напряжения большего, чем образцовое. При этом компаратор перейдет в устойчивое состояние, исключающее подключение к этому конденсатору источника образцового тока, что является необходимым условием для работы аналоговой части вольтметра. Без диода VII процесс разряда конденсатора С1 в этом случае может быть слишком долгим.

Ограничитель на диодах VI3 и V14 формирует на выходе компаратора импульсы с уровнями, необходимыми для нормальной работы цифровой части прибора, которая выполнена на элементах ТТЛ. Эти импульсы поступают на элемент D13.4, через который осуществляется управление диодным мостом. Продифференцированные цепью C2R9 выходные импульсы через инверторы D12.4 и D12.5 (включены параллельно для обеспечения необходимой нагрузочной способности) управляют памятью – обеспечивают запись в нее текущего состояния счетчика. Установка счетчика в состояние 0000 обеспечивается в начале цикла измерений через дифференцирующую цепь C3R10 и элементы D12.6 и D12.3. Кроме того, из аналоговой части прибора в цифровую (с выхода операционного усилителя А1) через транзистор V4 и элемент D14.3 подается напряжение, обеспечивающее гашение дисплея, если на вход вольтметра будет подано отрицательное напряжение. Из цифровой части прибора в аналоговую поступают лишь импульсы, управляющие работой переключающего диодного моста (через элемент D13.4 и транзистор V3). Импульсы с выхода элемента D12.6 используются также для установки в исходное состояние триггеров D11.2 и D10.2.

Данная комбинация дифференцирующих цепей и элементов в сочетании с кон-

Рис. 5

денсатором С4 обеспечивает правильную последовательность работы всезлов прибора (т. е. еначала перепись информации из счетчика в память, а лишь затем его установка в нулевое состояние). Форма управляющих сигналов в различных точках вольтметра приведена на рис. 4. В момент, когда напряжение на интегрирующем конденсаторе достигнет величины К0др, напряжение на выходе компаратора начнет уменьшаться (со скоростью примерно 20 В/мкс) от напряжения насыщения ОУ + 13 В. Когда оно достигнет уровня + 5 В, будет сформирован фронт импульса, управляющего диодным мостом (точка 2) и короткий импульс управления памятью (точка 4). Из-за задержки сигнала между входом и выходом компаратора (около 1 мкс) напряжение на его выходе успевает уменьшиться примерно до — 10 В. Затем начинается рост этого напряжения до + 13 В и в этот момент формируется импульс установки счетчика в состояние 0000, который используется также и для установки в исходное состояние микросхем D11.2 и D10.2. Это в частности исключает (блокировкой элемента D13.4) переключение диодного моста, после того как напряжение на выходе компаратора вернется к значению + 13 В.

Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока не произойдет заполнение всех счетчиков (включая и триггер D10.2) импульсами, поступающими с тактового генератора. В момент перехода от состояния 1999 к состоянию 0000 на выходе D10.2 появиться логическая 1, что приведете конечном итоге к появлению на одном из входов элемента D13.4 логического 0 (на другом входе – логическая 1). При этом закроется транзистор V3, диодный мост изменит свое состояние и конденсатор С1 подключится к источнику образцового тока.

Если при налаживании вольтметра возникнут трудности с управляющими импульсами (нарушены временные соотношения или длительность этих импульсов недостаточна) , то следует проконтролировать их с помощью широкополосного осциллографа (желательно с линией задержки в канале вертикального отклонения). Запуск развертки осциллографа при этом осуществляют сигналом, который беру г непосредственно с выхода компаратора. Длительность импульсов устанавливают подбором конденсаторов С2 и СЗ. На задержку между спадом импульса, управляющего памятью, и фронтом импульса, устанавливающего счетчики в нулевое состояние, влияют конденсатор С4 и резистор R9. При этом следует иметь в виду, что эти элементы влияют и на длительности соответствующих импульсов.

Счетчики, микросхемы памяти и дешифратора, а также дисплей показаны на рис. 3 условно. Полная схема первой декады (остальные ей аналогичны) приведена на рис. 5. В данном узле использованы стандартные схемы включения всех микросхем, и в комментариях они не нуждаются. Схема счетчика „второй тысячи” приведена на рис. 3. В него входят микросхемы D10.2 (собственно счетчик) и D10.1 (память). Включение единицы в самом.старшем разряде дисплея при напряжениях 1 В и более обеспечивает транзистор V5. Импульсы с микросхемы D3 счетчика подаются на триггер D10.2 через инвертер 012.3, так как микросхема МН7474 управляется фронтом соответствующего импульса.

Генератор тактовых (счетных) импульсов выполнен на элементах D14.2 и D13.1 (рис. 3). Для уменьшения влияния помех с частотой сети тактовую частоту обычно выбирают такой, чтобы продолжительность первой фазы измерительного цикла (когда интегрирующий конденсатор подключен к преобразователю входное напряжение – ток) была кратна периоду сетевого напряжения (20 мс). В данном приборе тактовая частота составляет 12,5 кГц, поэтому полное вромя измерительного цикла изменяется от 160 мс (входное напряжение равно нулю) до 320 мс (входное напряжение 2 В). Частота генерации определяется в первую очередь емкостью конденсатора С5 и (в меньшей степени) сопротивлением резисторов R13 – R15.

Как уже отмечалось, при подаче на вход вольтметра отрицательного напряжения дисплей гаснет. Это обеспечивает транзистор V4 и следующие за ним логические элементы – на выходе последнего нз них (D14.4) и соответственно на гасящем входе дешифратора (например, D7 на рис. 5) устанавливается напряжение низкого уровня, что и приводит к отключению дисплея. Как только отрицательное напряжение на входе вольтметра исчезнет, то транзистор V4 и все последующие элементы вернутся в исходное состояние.

Более сложные процессы происходят в цепях индикации, когда входное напряжение превысит значение + 2 В. Рассмотрим работу этой части прибора для входного напряжения, лежащего в интервале 0 . . 1,999 В. Форма сигналов в различных точках устройства в этом случае показана на рис. 6. Они соответствуют (по соотношению между f и ίο) подаче на вход вольтметра напряжения около + 1,5 В. С выходов микросхем Dll.2 и D10.2 импульсы поступают на элемент D13.2, а затем на элемент D12.1. С выхода этого элемента импульсы поступают на вход С триггера DILI. С небольшой задержкой (около 1,5 мкс) на вход R этого триггера поступают короткие импульсы, сформированные узлом на элементе D14.1. В результате формируется короткий гасящий импульс для дисплея, который наш глаз не в состоянии зарегистрировать. Заметим, что для нормального режима вольтметра выполняется соотношение

‘х >1Я·

Если входное напряжение + 2 В и более, то t будет уже меньше tR и форма сигналов в соответствующих точках будет иной (рис. 7.). Легко видеть, что в этом случае дисплей гаснет уже на довольно продолжительное время, которое соответствует времени (т. е. может достигать 160 мс). Такое мигание дисплея хорошо регистрируется глазом человека.

При перегрузке прибора по входу до некоторого значения (оно зависит от ряда ^факторов и обычно составляет 120% от верхнего предела измерений) прибор будет

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 8

давать правильные показания трех значащих цифр, т. е. показания 0,148 при мигающем дисплее будет соответствовать напряжению + 2,148 В. Однако пользоваться этими данными ие следует, так как нет гарантии, что преобразователь не вышел из линейного режима.

Из деталей вольтметра особое внимание следует обратить прежде всего на интегрирующий конденсатор С1 и частотозадающий конденсатор С5. Первый имеет большую емкость и поэтому приходится применять оксидный конденсатор. Он должен иметь минимальный ток утечки. Что касается С5, то для него важен малый температурный коэффициент емкости. На долгосрочную стабильность калибровки прибора влияет стабильность сопротивления резисторов R1 и R5. Однако этот параметр у распространенных металлопленочных резисторов достаточно хороший, и проблем здесь обычно не возникает. Целесообразно подобрать по минимальному изменению образцового тока е температурой пару транзистор V2 — диод VI0. Диод V12 следует взять с минимальным температурным коэффициентом напряжения стабилизации. К остальным деталям вольтметра особых требований не предъявляется.

За исключением дисплея все элементы вольтметра размещены на одной плате из двустороннего фольгированного материала. Разводка печатных проводников для обеих сторон платы и размещение деталей на ней показаны на рис. 8-10.

Рис. 10

При налаживании прибора сначала проверяют потребляемые от блока питания токи. Они не должны превышать значений, приведенных в начале статьи. Следует отметить, что потребление тока по цепи + 5 В зависит от того, какие цифры в данный момент отображает дисплей. Затем на вход прибора подают постоянное напряжение в пределах 0 . . .2 В (его контролируют по вспомогательному вольтметру) и убеждаются в том, что показания дисплея изменяются с изменением напряжения на входе. Если вольтметр сразу не заработал, то для его налаживания потребуется осциллограф. Им проверяют наличие тактовых импульсов на выходе генератора (их период должен быть около 80 мкс), форму напряжения на интегрирующем конденсаторе (оно должно быть треугольным). Следует проверить также и работу всех счетчиков. Если они исправны, то неполадку надо искать в цепях управления, используя для этого данные о форме сигнала в различных точках, которые приведены на рис. 2, 4, б и 7.

Для калибровки прибора необходим цифровой вольтметр, имеющий разрешающую способность такую же или (что лучше) на порядок выше, чем самодельная конструкция. Оба вольтметра подключают к регулирующему источнику питания (0 … 2 В). При входном напряжении 0 В на дисплее вольтметра должно быть отражено „000”. Эго означает, что напряжение смещения на входе операционного усилителя не превышает 1 мВ. Если это не так, то необходимо произвести его компенсацию. Для этого между выводами 1 и 4 операционного усилителя А1 подключают переменный резистор сопротивлением 47 кОм, вращая движок которого добиваются нулевых показаний на дисплее. После этого переменный резистор можно отпаять и, измерив сопротивление его введенной части, запаять постоянный резистор -с таким же сопротивлением на печатную плату, как резистор R24? На принципиальной схеме этот резистор, а также резистор R25 не показаны — их устанавливают на плате только при необходимости. Эти резисторы замигают стандартный элемент балансировки операционного усилителя – подстроечный резистор, который включают между выводами 1 и 5, а на его движок подают напряжение – 15 В.

Если дисплей не зажигается при нулевом напряжении на входе вольтметра, то переменный резистор следует включить между выводами 4 и 5 операционного усилителя А1. Найдя оптимальное сопротивление этого резистора, запаивают соответствующий постоянный резистор как R25. Эти процедуры необходимо производить через несколько минут после включения прибора, т. е. когда установится его тепловой режим.

Теперь можно приступать к калибровке прибора. По контрольному вольтметру устанавливают напряжение чуть меньше 2 В, и подбором резистора R5 добиваются совпадения показаний обоих приборов. После этого проверяют линейность преобразования во всем диапазоне рабочих напряжений (например, в точках, кратных 100 мВ). У исправного прибора отклонение показаний от действительной величины измеряемого напряжения не должно превышать ± 1 младшего разряда.

Для минимизации помех с частотой сети рабочую частоту генератора следует установить в пределах 0 . . . -1% от значения 12,5 кГц. После этого проверяют индикацию перегрузки и наличия на входе вольтметра отрицательного напряжения.

К источнику питания +15 В предъявляются повышенные требования – ведь от него запитываются и источник образцового напряжения и источник образцового тока. Для того чтобы он не влиял на точность измерений, колебания выходного напряжения (учитывая и амплитуду пульсаций на выходе) не должны превышать ±3 мВ. К источнику питания – 15 В жестких требований не предъявляется. Здесь можно использовать простейший параметрический стабилизатор. Источник + 5 В также

влияет на точность измерений, однако это влияние выражено достаточно слабо и изменения его напряжения в пределах ±0,1 В можно считать вполне приемлемыми.

Как уже отмечалось, несложные приставки позволяют превратить вольтметр постоянного тока в многофункциональный прибор — мультиметр. Принципиальная схема приставки, для измерения постоянных напряжений любой полярности (без переключения входных щупов), а также переменных напряжений частотой до 10 кГц (при погрешности не более 1%) и до 20 кГц (при погрешности не более 5%) приведена на рис. 11. Прн измерении переменных напряжений частотная погрешность иосит систематический характер – показания прибора меньше действительных значений переменного напряжения на его входе. Это позволяет расширить частотные пределы измерения до 100 кГц, но показания прибора придется корректировать по предварительно снятой амплитудно-частотной характеристике. Данная приставка представляет собой, по существу, устройство для выделения абсолютной величины сигнала (строго говоря — половины абсолютной величины). Оно состоит из однополупериодного выпрямителя на операционном усилителе А1 и диодах V1-V4, а также сумматора на резисторах R3 н R4.

Если на вход поступает положительное напряжение (для определенности, скажем, + 1 В), то диод VI будет закрыт, а петля обратной связи будет замкнута через диоды V2-V4. Эквивалентная схема устройства для этого случая приведена нарнс. 12. Нижний по схеме вывод резистора R2 здесь соединен с общим проводом, поскольку вход усилителя имеет нулевой потенциал (так называемая „виртуальная земля”). Напряжение на выходе будет + 0,5 В.

Если на вход поступает напряжение – 1 В, то диод VI будет открыт, а на его катоде напряжение +1 В, так как операционный усилитель здесь работает как инвертор. Эквивалентная схема устройства для этого случая приведена на рис. 13. И снова напряжение на выходе будет + 0,5 В.

Условием нормальной работы приставки в целом является точная балансировка операционного усилителя по постоянному току, которую осуществляют подстроечным резистором R 9.

Узел на транзисторе V6 и светодиоде V5 сигнализирует о полярности входного напряжения. Светодиод будет светиться уже при малых положительных напряжениях на входе приставки. Если желательно индицировать наличие отрицательного напряжения на ее входе, то следует установить транзистор структуры п-р-п, полярность подключения срето диода изменить на противоположную, а резистор R8 подключить к источнику + 15 В.

Поскольку коэффициент передачи этой приставки 0,5, то в схему вольтметра постоянного тока следует внести изменение – установить резистор RI с сопротивлением ровно в два раза меньшим первоначального значения. При измерении переменных напряжений этот резистор также должен иметь меньшее сопротивление (примерно на 10%). Точное его значение необходимо подобрать при калибровке прибора. Естественно, что для мультиметра в вольтметр постоянного тока необходимо ввести переключатель, который изменял бы резисторы в преобразователе входное напряжение — ток вольтметра.

Для измерения сопротивлений цифровой вольтметр необходимо дополнить источником тока. Вполне приемлемую погрешность измерений (не хуже 0,5%) может обеспечить сравнительно простой стабилизатор тока с биполярным транзистором. Принципиальная схема приставки для измерения сопротивлений с верхними пределами от 200 Ом до 2 МОм приведена на рис. 14. Собственно стабилизатор тока выполнен на транзисторе VI и диоде V2 и аналогичен источнику образцового тока в о льетра. Требуемое значение тока (от 1 мкА до 10 мА) и, следовательно, пределы измерения сопротивлений выбирают переключателем S1. Установку точного значения тока на каждом поддиапазоне производят соответствующим подстроечным резистором (R7-R11).

Если есть необходимость измерять ток, то на входе цифрового вольтметра можно ввести преобразователь ток – напряжение. Схема такого преобразователя показана на рис. 15. Он обеспечивает измерение одной полярности (положительной относительно общего провода) с пределами от 2 мкА до 200 мА. Выбор пределов измерения произ-

Рис. 15

Рис. 16 водят переключателем S1. Входной ток операционного усилителя компенсируют подстроечным резистором R3. Для этого переключатель S1 устанавливают в верхнее по схеме положение (измерение токов до 2 мкА) и добиваются регулировкой резистора R3 нулевого напряжения на выходе приставки. При проведении этой операции вход приставки должен быть разомкнут. Если в этой приставке применить операционный усилитель с полевыми транзисторами на входе, то необходимость в цепях компенсации входного тока отпадет.

Принципиальная схема приставки для измерения температуры в пределах от О . . . +200° С приведена на рис. 16. Датчиком температуры является платиновый резистор R24 сопротивлением 100 Ом. Изменение сопротивления этого резистора с температурой относительно невелико — примерно на порядок меньше, чем у терморезисторов, и, в общем случае, для его регистрации лучше всего подходят мостовые схемы. При использовании цифрового вольтметра можно непосредственно регистрировать изменение сопротивления датчика. В этом случае для отсчета температуры придется воспользоваться переводной таблицей, поскольку зависимость сопротивление — температура у платинового датчика нелинейна. Она описывается следующей формулой:

где Rj, — сопротивление датчика при температуресопротивление датчика при температуре 0° С.

Для упрощения процесса измерений температуры в этой приставке введена линеаризация характеристики температура — напряжение, и отсчет температуры объекта возможен непосредственно по шкале цифрового вольтметра.

На операционных усилителях А1 и А2 выполнен источник тока (его нагрузка — датчик температуры R24). Применение более сложного (чем в предыдущих приставках) источника тока обусловлено повышенными к нему требованиями. Ток через датчик выбран относительно небольшим (100 мкА), что уменьшает разогрев датчика этим током и соответственно снижает погрешность измерений при низких температурах.

Напряжение, поступающее с датчика, усиливается операционным усилителем А 4. Его коэффициент усиления должен быть 519,5 (исходя из значения коэффициента ‘при штейном члене в приведенной выше формуле). В этом случае изменение температуры от 0 до 200° С приведет к изменению напряжения на выходе приставки от 0 до 2 В. Поскольку один из выводов датчика соединен с общим проводом, то при температуре 0°С на выходе операционного усилителя А4 будет постоянное напряжение 4-5,195 В. Необходимый сдвиг уровня выходного напряжения приставки (до значения 0 В) осуществляют каскады на операционных усилителях АЗ и А5. Кроме того, с выхода операционного усилителя А5 в источник тока заведена обратная связь, улучшающая линейность преобразования температура — напряжение.

В интервале температур от 0 до 200° С отклонение от линейности не превышает 0,1%. При налаживании подстроечными резисторами R19 и R11 можно получить указанную точность измерений и в более широком интервале температур (резистор R13 влияет только на установку на выходе преобразователя напряжения 0 В при температуре датчика 0° С).

Датчик наматывают платиновым проводом диаметром 0,035 мм на керамическом каркасе диаметром 4…5 мм. Каркас должен иметь канавки для укладки провода, чтобы исключить межвитковые замыкания. Выводы изготавливают из платиновой или платиново-иридиевой проводки диаметром 0,3 … 0,4 мм.

Микросхемы МН7490 заменяются на К155ИЕ2, МН7475 – на К155ТМ2, МН7474 – на К155ТМ7, МН7404 – на Ю55ЛН1, МН7400 – на К155ЛАЗ. Функциональный аналог микросхемы D147C – К155ПП5. Аналог операционного усилителя МАА741 – К140УД7, МА725 — К153УД5. Вместо МАА748 можно использовать любые быстродействующие операционные усилители, например К153УД2 или, что лучше, специализированные операционные усилители — компараторы 521САЗ. Транзисторы КС509 и КС508 заменяются на КТ3102Е (Г), ВС179 — на КТ3107К (Л), KF517 – на КТ3107, KF507 – на КТ3102. ДиодыКА206и КА261 – кремниевые ВЧ (КД503, КД522 и им аналогичные), LQ110 — АЛ307А (Б — Г), LQ410 – АЛ305А (Б – Е) ,KZ140 HKZ141 – КС148А.

Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей. – Кн. 3. – М.: Радио и связь, 1987. — 144 с.: ил. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1113)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты