Цифровой мини-вольтметр с ЖКИ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Автор этой статьи исследовал работоспособность ряда микросхем АЦП семейства ICL71x6 (в том числе и КР572ПВ5) и ее аналогов при пониженном напряжении питания. Используя результаты этих исследований, он разработал оригинальную конструкцию миниатюрного цифрового вольтметра.

На основе микросхемы АЦП МАХ130, относящейся к семейству микросхем IСL71х6, разработана конструкция миниатюрного вольтметра с четырьмя пределами измерения: 200 мВ, 2, 20 и 200 В. Основная схема прибора приведена на рис. 1.

(нажмите для увеличения)

Внешний вид вольтметра показан на рис. 2.

Выбор данной серии микросхем объясняется тем, что ее предел работоспособности при пониженном напряжении питания приблизительно совпадает с пороговым напряжением дешевого и доступного детектора понижения питания - микросхемы КР1171СП42. Применение этого детектора позволяет избежать ошибочных измерений при уменьшении напряжения питания ниже определенного уровня. Существенно меньший в сравнении с ICL7106 (КР572ПВ5) ток потребления позволил увеличить продолжительность работы вольтметра даже при использовании малогабаритной батареи питания.

При частоте кварца 32,768 кГц вольтметр дает около 2 (32768/16000) показаний в секунду. Частота сигнала ВР - приблизительно 40 Гц (32768/800).

Для использованного в мини-вольтметре экземпляра микросхемы MAX130CPL минимальное рабочее напряжение, при котором еще сохраняется точность измерения, оказалось равным 4,27 В. Поэтому из десяти имевшихся экземпляров детекторов 1171СП42 (а они имеют существенный разброс в напряжении срабатывания) был выбран экземпляр с напряжением срабатывания Us = 4,3 В и гистерезисом 60 мВ (напряжение выключения - около 4,36 В).

Точность работы АЦП в значительной степени связана с качеством конденсаторов, используемых в АЦП. В фирменной документации и статьях, посвященных применению АЦП ICL71xx, рекомендуется применять конденсаторы с низким значением коэффициента абсорбции в диэлектрике. Если в качестве С6 (емкость интегрирующей цепи) использовать керамический конденсатор, погрешность линейности преобразования будет иметь порядок 0,1 %, а с полистирольным и полипропиленовым диэлектриком - соответственно 0,01 % и 0,001 %. Из отечественных конденсаторов можно рекомендовать К71-4, К71-5, К72П-6, К72-9, К73П-7, К73-16, К73-17. Конденсаторы С4 в узле коррекции нуля и С2 с образцовым напряжением можно использовать с диэлектриком из полиэтилентерефталата. Для справки: конденсаторы групп К70-хх и К71-хх - с диэлектриком из полистирола, групп К72-хх - фторопластовые, К73-хх - полиэтилентерефталатные, К78-хх- полипропиленовые.

Вольтметр собран на макетной печатной плате, размеры которой совпадают с размерами индикатора. Микросхема АЦП расположена под индикатором, а с обратной стороны макетной платы размещены остальные элементы. Все резисторы, кроме входного делителя, - чип-резисторы типоразмера 0805. Монтаж выполнен тонким проводом.

Плата вольтметра установлена в корпус из жести габаритами 80x35x15 мм. Напротив индикатора в корпусе прорезано окно, в которое вклеена пластина из прозрачного пластика (от крышки коробки для компакт-диска). Размеры батарейного отсека - 35x15x15 мм.

Для получения образцового напряжения 100 мВ используются элементы R1, VD1, R3, R5, R6. Характеристики интегрального стабилитрона AD1580ART (Iст min = 50 мкА!) немного лучше, чем у RER1004 (LM385), и он выпускается в миниатюрном корпусе SOT-23. Образцовое напряжение 100 мВ устанавливают на резисторе R5 регулировкой подстроечного резистора R6.

Вольтметр на четыре предела измерения напряжения удалось сделать без специального переключателя: к разъему ХР1 подключают внешний делитель напряжения, встроенный в разъем измерительного щупа. Схема входного делителя приведена на рис. 3, а на рис. 4 показана его конструкция. Переход к другому пределу измерения можно осуществить, если отсоединить щуп с делителем от разъема ХР1 вольтметра, повернуть щуп на 90 град, и опять соединить оба узла.

Входное сопротивление вольтметра с подключенным делителем напряжения - 11,1 МОм (без делителя - порядка 100 МОм). Лучше всего во входном делителе напряжения использовать резисторы С2-29В 0,062 или 0,125 Вт с допуском 0,1 %. Сопротивления резисторов делителя выбраны кратными 10, что облегчает их подбор. Сопротивление нижнего плеча делителя в этом случае должно быть 11,11 кОм; такой номинал существует у резисторов С2-29В (ряд Е192). Можно воспользоваться советом из [1] и соединить параллельно два резистора с номиналами из ряда Е24 12 кОм и 150 кОм (важно подобрать значение 11,11 кОм). При установке в делитель резисторов с допуском 0,1% никакого дополнительного подбора их не потребуется. К сожалению, найти точный резистор малого размера с номиналом 10 МОм невозможно. Поэтому пришлось сделать самодельный резистор из чип-резисторов 0805. Схема и конструкция такого резистора показаны на рис. 5,а и рис. 5,б.

Резисторы R1'= 8,2 МОм и R1"= 1,8 МОм следует подобрать с минусовым допуском. Если отклонение будет иметь величину около 0,1% (это вполне возможное значение для чип-резисторов с допуском 1%), то два других резистора должны иметь номиналы, которые указаны на рис. 5,а. Резистор R1* припаивается сверху на резистор R1"'. Размер конструкции приблизительно соответствует резисторам С2-23 0,125 или 0,25 Вт. Максимальное допустимое напряжение на входе делителя определяется максимально допустимым напряжением чип-резистора 0805 R1' и по паспортным данным равно 300 В. Рабочее напряжение чип-резисторов не должно превышать 150 В. Если учесть, что сопротивление резистора R1' - это 8,2 МОм/11,1 МОм = 73,8% от полного сопротивления делителя, то рабочее напряжение делителя равно 150 В / 0,73 = 203 В, что соответствует максимальному пределу измерения мини-вольтметра. Подстроить резистор 10 МОм можно либо по показаниям точного омметра, либо измеряя калиброванное напряжение 1,999 В точным вольтметром на собранном делителе. Естественно, что сам мини-вольтметр при этом должен быть настроен на предел 200 мВ. В принципе, первый вариант настройки по показаниям омметра не может дать хорошего результата, поскольку всегда существует входной ток, который создают ощутимое падение напряжения на резисторе 10 МОм. Но входные токи семейства микросхем ICL71xx настолько малы, что результаты для индикации на 31/2 разряда получаются вполне удовлетворительные.

Не рекомендуется настраивать делитель, подключая к его ступеням мультиметр, пусть даже на порядок более точный, поскольку может возникать некоторая погрешность из-за внутреннего делителя напряжения, не отключаемого даже на нижнем пределе.

Прежде чем залить конструкцию щупа эпоксидной смолой, рекомендуется тщательно промыть резистор 10 МОм и весь делитель спиртобензиновой смесью, водой с шампунем и тщательно высушить. Для этой цели удобно использовать фен для волос при температуре воздуха на его выходе в интервале 70...90 °С. Нужно очень внимательно следить за тем, чтобы эпоксидная смола не затекла в корпус штыревых соединителей PBD-8.

Второй входной щуп вольтметра с зажимом "крокодил" на конце подключают к разъему ХРЗ. Поскольку на этот же разъем выведен и вход 200 мВ, его можно использовать для соединения вольтметра с различными внешними приставками или просто как индикатор с большим входным сопротивлением и шкалой 200 мВ. Делитель напряжения отключают от разъема ХР1, поэтому положение десятичной точки может быть выставлено на разъеме ХР1 обычным джемпером.

Металлический корпус вольтметра не имеет соединений с электрической частью прибора, но на разъеме ХРЗ контакт "корпус" присутствует. Использовать его можно в зависимости от ситуации (например, при большом уровне наводок). Схема и конструкция минусового щупа показаны на рис. 6.

В вольтметре применен ЖК индикатор ITS-0803 фирмы INTECH [2]. Его размеры - 51x30,5 мм. Изображение появляется уже при напряжении 2...2,1 В, а максимального контраста знака по отношению к фону (у ИЖЦ5-4/8 контрастность хуже) индикатор достигает при напряжении питания 3...3.3 В. Этот тип индикатора можно назвать стандартным, поскольку его полные аналоги выпускаются целым рядом фирм (Standish, Epson). Назначение и расположение выводов и сегментов показаны на рис. 7.

Наиболее распространенный индикатор ИЖЦ5-4/8 использовать можно, но нежелательно. Изображение сегментов появляется, начиная с напряжения на нем 2,5...2,7 В, но максимальный контраст достигается только при величине напряжения 4,3....4,8 В. Кроме того, у этого индикатора отсутствует сегмент "Low Battery". Существует аналог данного ЖКИ с названием "Соболь", характеристики которого лучше, а цена выше.

Хороший индикатор - ИЖЦ14-4/7 завода "Рефлектор". Он нормально работает при напряжении питания 3 В, но имеет 50 выводов, много лишних сегментов, и, соответственно, большие размеры, чем ITS-0803. Есть символ-сегмент "LB". Сведения об этих компонентах также можно узнать на сайте [2].

Если на ЖКИ отсутствует сегмент "LOW BATTERY", в узле индикации разряда батареи можно использовать све-тодиод; схема контроля напряжения для этого случая показана на рис. 8. Светодиод желательно выбрать с минимальным рабочим током. Показанный на схеме светодиод L-934SRC - красный, очень яркий (фирма King Bright). Он нормально работает при прямом токе 200...300 мкА!

Транзистор VT2 инвертирует сигнал ВР и используется для включения десятичных точек на индикаторе. Нужная на действующем пределе точка включается перемычкой на разъеме XS2 внешнего делителя напряжения. Этот же инвертированный сигнал ВР (на схеме обозначен как DP0) через ключ на транзисторе VT1 может быть подан на сегмент ЖКИ "Low Battery". Состоянием ключа (вкл./выкл.) управляет детектор понижения напряжения DA1. Резисторы R4, R7, R10, R11 (сопротивлением 5...10 МОм) установлены для исключения "подсветки" неиспользуемых сегментов. В большинстве случаев индикатор хорошо работает и без этих резисторов.

Размеры отсека питания, увязанные с шириной примененного индикатора, позволяют устанавливать в прибор батареи 4LR44, А544, V34PX, РХ28А, 4SR44 с напряжением 6 В. Возможно использование и нескольких отдельных дисковых щелочных или серебряноцинковых гальванических элементов AG13, 376А, LR44, SR44 с номинальным напряжением 1,55 В. Они достаточно распространены и используются в лазерных указках и детской игрушке "Томагочи".

В отсеке установлена достаточно длинная пружина, которая позволяет использовать три или четыре дисковых элемента. При четырех элементах конечное напряжение разряда - 4,3 В / 4 = 1,07 В. При включении лишь трех элементов получается неполное использование их емкости (минимально допустимое напряжение - около 1,43 В). Малый ток потребления (особенно для МАХ131) позволяет устанавливать набор из "свежих" и частично разряженных элементов для более полного использования их емкости. С некоторым усилием в отсек можно уложить даже 5 штук полностью разряженных элементов (0,9 В х 5 = 4,5 В), и вольтметр будет нормально работать.

Емкость щелочных гальванических элементов и батарей указанных типов приблизительно равна 100 мАч, а серебряно-цинковых - 160 мАч. Это означает, что расчетное время работы вольтметра от одной батареи при среднем потребляемом токе около 220 мкА (МАХ130) составит около 500 для щелочных и 800 часов для серебряно-цинковых батарей. Для других типов микросхем данного семейства АЦП можно оценить время работы, исходя из их тока потребления.

Погрешность вольтметра на пределе 200 мВ соответствует разрядности ЖК индикатора, т. е. все цифры на индикаторе точные (проверено по 41/2разрядному вольтметру DT930F+, класс точности 0,05), что, разумеется, не заслуга автора, а высокое качество изготовления АЦП MAXIM и источника образцового напряжения Analog Devices. Поскольку измеренное в настроенном вольтметре напряжение ИОН имело величину чуть ниже расчетного значения (около 99,98 мВ), неизбежно возникающая при таком способе коррекции абсорбции в конденсаторе нелинейность прибора находится за пределами 3 1/2 разрядов индикатора. Отсутствие заметной разницы показаний в конечных точках шкалы (меньше 1/2 единицы младшего разряда индикатора) в данном случае - просто приятная случайность. На остальных (трех) пределах погрешность будет определяться качеством изготовления делителя напряжения.

Автор сознает некоторую двусмысленность материала, изложенного в этой статье. С одной стороны, рассматривается применение микросхемы АЦП в конструкции прибора, который нельзя рассматривать иначе как радиолюбительский, поскольку режим питания микросхемы не соответствует рекомендации фирмы-изготовителя. С другой стороны, автор располагает результатами достаточно глубокого не вошедшего в эту статью исследования источников погрешности. При этом автор утверждает, что два десятка экземпляров микросхем разных типов из семейства IСL71х6 нормально работают в предложенной схеме включения. Однако никаких обобщающих выводов по поводу работоспособности всех экземпляров микросхем из этой группы АЦП в данной статье автор дать не может.

Для себя автор все же сделал определенный вывод. Если в любительской или промышленной конструкции понадобится подключить микросхему семейства ICL71x6 в устройство с напряжением питания 5...6 В, можно, учитывая запас по напряжению питания, использовать АЦП без преобразователей полярности.

Литература

1. Бирюков С. Портативный цифровой мультиметр: Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 100, с. 70-90. - М.: ДОСААФ. 1998.
2. chipindustry.ru/shop/

Автор: О.Федоров, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Компьютер читает мысли 22.07.2008 Компьютерная программа, разработанная американскими учеными, способна по результатам сканирования мозга определить, о каком слове человек думает. Исследователи из Университета Карнеги-Меллон под руководством Тома Митчелла предположили, что способ обработки мозгом существительных зависит от того, как те связаны с глаголами. "Молоток", например, активизирует области мозга, связанные с движением, "замок" - с пространственной информацией. Используя эти предположения, Митчелл и его коллеги создали программу, в которой попытались учесть семантические связи. Работу программы проверили на девяти добровольцах, мозг которых сканировали, когда те смотрели на карточки с написанными на них существительными. Всего этих слов было 60, причем 58 из них вводили в компьютер вместе с соответствующими картами активности мозга. Потом программа проанализировала текст, объемом в 10 млрд. знаков, и установила связи экспериментальных слов с ранее введенными 25 глаголами. Затем последовал этап тестирования: перед программой поставили задачу предсказать области мозга, "ответственные" за два пропущенных при вводе слова. Три четверти ответов оказались верными. Сама идея не нова: существует модель, угадывающая, какое из 100 изображений видит человек. "Наша модель предполагает анализ не только визуальных сигналов, но и смысла слов, - говорит Том Митчелл. - Недалеко и до расшифровки целых предложений, что, в свою очередь, позволит проникнуть в химию мозга".

Другие интересные новости:

▪ Полицейская робомашина от Ford

▪ Водопроводный кран с глушителем

▪ Перемещение объектов звуком

▪ Гибкая электроника с переменной эластичностью

▪ Телевизоры LG LA9700 формата Ultra HD

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Студенту на заметку. Подборка статей

▪ статья Верхние десять тысяч. Крылатое выражение

▪ статья Как охотятся совы? Подробный ответ

▪ статья Нож. Советы туристу

▪ статья Антенные усилители. Справочник

▪ статья Система защиты УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026