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:

Эстроген для терапии приливов при менопаузе 17.10.2026

Менопауза сопровождается не только прекращением менструаций, но и целым рядом физиологических изменений, которые у некоторых женщин заметно влияют на самочувствие и качество жизни. Одними из наиболее распространенных проявлений становятся так называемые вазомоторные симптомы - прежде всего внезапные приливы жара и ночная потливость. Теперь специалисты Американской коллегии врачей предложили обновленный подход к их лечению, распределив доступные методы на три линии терапии в зависимости от эффективности, надежности доказательств и стоимости. Основное место в новых рекомендациях заняла гормональная терапия эстрогеном. После анализа данных 90 исследований эксперты определили ее как наиболее предпочтительный вариант для пациенток, которым такое лечение не противопоказано. Женщинам с сохраненной маткой рекомендуется сочетание эстрогена с прогестогеном, тогда как после удаления матки может применяться только эстроген. По оценке авторов рекомендаций, такая терапия лучше других рассмотренны ...>>

Печатный сенсорный интерфейс с распознаванием пользователей 17.10.2026

Сенсорные поверхности давно стали привычной частью электроники, однако большинство таких интерфейсов требует достаточно сложной конструкции с электродами, проводниками и специальными чувствительными слоями. Японские инженеры предложили значительно более простой подход: превратить обычный прозрачный лист ПВХ в сенсорную панель при помощи лазерного принтера. При этом нанесенный рисунок способен не только фиксировать движение пальца, но и помогать системе различать пользователей. Разработкой занималась команда Технологического института Сибаура. Создание интерфейса сводится к нанесению тонером специального узора непосредственно на пластиковый лист. В отличие от традиционных сенсорных панелей, внутри такой поверхности не требуется размещать электроды или прокладывать провода. Регистрация возникающих сигналов и их последующая интерпретация выполняются отдельной электронной системой. В основе технологии лежит трибоэлектрический эффект - возникновение электрического заряда при контакте ...>>

Глюкозамин и когнитивные нарушения 16.10.2026

С возрастом нарушения памяти и мышления становятся все более распространенной проблемой, однако причины того, почему у одних людей легкие когнитивные изменения остаются стабильными, а у других со временем перерастают в деменцию, до сих пор изучены не полностью. Новая работа исследователей Университета Флориды в США указывает на возможную связь одного из широко используемых пищевых добавок с таким переходом. Речь идет о глюкозамине, который обычно принимают для уменьшения дискомфорта в суставах и поддержания их здоровья. Специалисты проанализировали обезличенные медицинские записи UF Health, охватывающие период с 2012 по 2024 год. С помощью искусственного интеллекта они изучили информацию о пациентах с болезнью Альцгеймера и другими связанными с ней деменциями, а также о людях с легкими когнитивными нарушениями. Последние характеризуются заметными проблемами с памятью или мышлением, которые уже выходят за рамки обычных возрастных изменений, но при этом еще не обязательно существенно ...>>

Случайная новость из Архива Вкусовые пристрастия и эволюция человека 10.02.2015 Когда говорят об эволюции человека, то в первую очередь вспоминают мозг - действительно, он у нас значительно больше, чем у ближайших родственников-приматов. Однако для того, чтобы мозг увеличился, нужна дополнительная энергия. Считается, что далеко не последнюю роль в развитии нервной системы у человека сыграла перемена рациона: наши предки научились есть такую пищу, в которой было много питательных веществ и которая не требовала при том больших энергетических затрат на переваривание. Что же это могли быть за высокоэнергетические продукты? Например, богатые крахмалом корневища и клубни, родственники картофеля, батата и прочих овощей. Разумеется, отдельное спасибо надо сказать кулинарным навыкам древних полулюдей - как известно, термическая обработка улучшает усвояемость пищи, а значит, растущий мозг мог получить от вареных клубней еще больше энергии. Кроме того, пища, которую не нужно старательно рвать зубами и пережевывать, уменьшила нагрузку на челюсти, что, в свою очередь, позволило часть ресурсов, которые до сих пор шли на развитие челюстных костей, мышц и т. д., направить на нервную систему. Однако легко сказать, что наши предки взяли и перешли на питательные клубни. Для нынешних шимпанзе, например, многие питательные растения, вроде тыквы, картофеля, ямса, оказываются невкусными. Скорее всего, так же обстояли дела и у наших предков - они должны были как-то их распробовать. Джордж Перри (George Perry) из Университета штата Пенсильвания (США) вместе с коллегами сравнил геномы современного человека, неандертальца, денисовского человека и шимпанзе - и оказалось, что у всех трех разновидностей людей нет генов TAS2R62 и TAS2R64, кодирующих рецепторы горького вкуса. Очевидно, их потеря привела к тому, что чувствительность к горькому понизилась, и наши древние предки смогли без особого отвращения есть горьковатые плоды тыквенных, ямса и т. д. В статье, опубликованной в Journal of Human Evolution, авторы обсуждают еще одно отличие между человеком современного типа и доисторическими людьми. В нашем геноме содержится в среднем шесть копий гена амилазы слюнных желез (вообще же число копий гена амилазы может доходить до двадцати). А вот у шимпанзе, неандертальцев и денисовцев удалось найти всего по 1-2 копии. Этот фермент расщепляет крахмал, так что, возможно, приобретя генетический избыток амилазы, современный человек смог получать больше энергии из пресловутых крахмалистых клубней и тыквин. Правда, не все согласны с таким вариантом развития событий. Человек прямоходящий, или Homo erectus, которого считают непосредственным предшественником современных людей и общим предком неандертальцев, денисовцев и нас с вами, уже вполне мог заниматься приготовлением пищи, так что крахмал делался более доступным для переваривания благодаря кулинарным усилиям. То есть, как полагают Ричард Ренгэм (Richard Wrangham) и Рэйчел Кармоди (Rachel Carmody) из Гарварда (о которых мы совсем недавно вспоминали по поводу правильного подсчета калорий), избыток амилазы в слюне нужен был не столько для обработки крахмала, сколько для каких-то других целей. О том, что неандертальцы уступают современным людям по генам амилазы, уже было известно из предыдущих исследований. Долгое время полагали, что умножение генов фермента случилось тогда, когда человек одомашнил растения и занялся сельским хозяйством. Однако, как выяснили Джордж Перри и его коллеги, новые копии гена появились после того, как современный человек откололся от общего с неандертальцами предка (что произошло около 600 000 лет назад), и до того, как начал выращивать первые культурные растения (около 10 000 лет назад). То есть древнейшие охотники и собиратели уже имели при себе лишние амилазные гены, хотя сами еще ничего не выращивали. Впрочем, им ничто не мешало готовить найденные плоды. Горький вкус при термической обработке тоже ослабевает, но, вероятно, в данном случае, чтобы совсем привыкнуть к горьковатым клубням, требовалось еще и избавиться от некоторых "горьких" вкусовых рецепторов.

Другие интересные новости:

▪ Почтовый радиоящик

▪ Найден эффективный способ поднять настроение

▪ Высокоскоростной интерфейс с пропускной способностью 16 Гбит/с

▪ Преобразование света обычного лазера в квантовый свет

▪ Высокопроизводительные коммутаторы Allied Telesis x930

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Блоки питания. Подборка статей

▪ статья Анахарсис. Знаменитые афоризмы

▪ статья Как пещерные люди добывали огонь? Подробный ответ

▪ статья Тархун. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Два ламповых усилителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Недоступное лакомство. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026