Измеритель напряжения и тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Один из основных приборов в лаборатории радиолюбителя - регулируемый источник питания. Для повышения оперативности и удобства работы его полезно дополнить встроенным измерителем выходного напряжения и тока нагрузки. Описания таких измерителей довольно часто встречаются в Интернете и радиолюбительских журналах. Но бывает, что найденное описание не подходит для создания измерителя, подходящего для встраивания в конкретный источник питания. Ведь приходится учитывать много факторов, например, располагаемое место для его установки, наличие необходимых деталей. В предлагаемой статье представлен вариант измерителя, который может пригодиться и тем, кто разрабатывает лабораторный блок питания "с нуля", и тем, кто предполагает встроить его в уже готовый блок питания.

Прибор измеряет постоянное напряжение от 0 до 51,1 В с дискретностью 0,1 В и постоянный ток от 0 до 5,11 А с дискретностью 0,01 А. Его прототипом послужил измеритель, описанный в [1], довольно простой по схеме и имеющий неплохие параметры. Основная реализованная в нем идея использовать недорогой микроконтроллер заслуживает внимания. Однако необходимость использовать ОУ, способный работать при однополярном питании при близком к нулю выходном напряжении, а также наличие дополнительного источника питания накладывают некоторые ограничения на его применение. К тому же индикаторы на плате прототипа расположены неудобно, лучше установить их в ряд по горизонтали и сократить размеры передней панели измерителя, приблизив их к габаритам использованных индикаторов.

Принципиальная схема измерителя представлена на рис. 1. Поскольку найти примененные в [1] микросхемы 74HC595N (сдвиговые регистры с регистром хранения) не удалось, использованы микросхемы 74HC164N, в которых регистр хранения отсутствует. Также применены индикаторы, обладающие гораздо более высокой яркостью при малом токе, что позволило уменьшить потребляемый измерителем ток до 20 мА и отказаться от дополнительного стабилизатора напряжения +5 В.

Рис. 1. Принципиальная схема измерителя (нажмите для увеличения)

К сожалению, использование 74НС164N имеет недостаток - паразитное свечение элементов индикатора в моменты обновления их состояния. Но поскольку средняя яркость такого свечения незначительна и его дополнительно ослабляют светофильтры, которыми обычно закрывают индикаторы, это нельзя считать серьезным недостатком. К тому же освобождается один из выводов микроконтроллера, который можно использовать, например, для подключения датчика температуры. При этом, правда, придется внести изменения в программу микроконтроллера.

Измеряемое напряжение подают на вход GP0 микроконтроллера DD1 через делитель из резисторов R7 и R9. Конденсатор C6 улучшает стабильность показаний вольтметра [1]. Сигнал с датчика тока (резистора R1) поступает на вход GP1 микроконтроллера через инвертирующий усилитель на ОУ DA1. В отличие от [1], здесь используется двухполярное питание ОУ напряжением +/-8 В, поскольку далеко не все ОУ обладают свойством "rail to rail" и корректно работают при однополярном питании и почти нулевом напряжении на выходе. Двухполярное же питание позволяет легко решить эту проблему, допускает применение ОУ очень многих типов.

Поскольку напряжение на выходе ОУ может находиться в интервале от -8 до +8 В, для защиты входа микроконтроллера от перегрузки применена ограничительная цепь R10VD9. Подстроечным резистором R8 регулируют коэффициент усиления, а подстроечным резистором R11 устанавливают нулевое напряжение на выходе ОУ. Диоды VD1 и VD2 защищают вход ОУ от перегрузки в случае обрыва датчика тока.

Благодаря сравнительно малому сопротивлению датчика тока уход результата измерения напряжения при изменении тока нагрузки от нуля до максимального (5,11 А) не превышает 0,06 В. Если измеритель встраивают в источник напряжения отрицательной полярности, датчик тока можно включить перед выходным делителем напряжения его стабилизатора. При этом падение напряжения на датчике тока будет компенсировано цепью обратной связи стабилизатора. Поскольку ток делителя обычно невелик, на показания амперметра он влияния почти не окажет, к тому же это влияние можно скомпенсировать подстрочным резистором R11.

Питают измеритель выходным напряжением выпрямителя блока питания через преобразователь на транзисторах VT1 и VT2. Это несколько сложнее, чем в [1], так как требует изготовления импульсного трансформатора, зато нет проблем с получением всех требуемых номиналов напряжения. Преобразователь напряжения представляет собой простейший двухтактный автогенератор, схема которого позаимствована из [2]. Частота преобразования - около 80 кГц.

Благодаря гальванической развязке между входом и выходом преобразователя измеритель можно встроить в стабилизатор напряжения любой полярности. С указанными на схеме транзисторами он работоспособен при входном напряжении от 30 до 44 В, при этом выходные напряжения изменяются приблизительно от 8 до 12 В. Благодаря тому что сопротивления резисторов R5 и R6 выбраны довольно большими, преобразователь не боится замыканий выходов. В таких случаях генерация просто срывается.

Напряжение 5 В для питания цифровой части измерителя получено с помощью интегрального стабилизатора DA2. Стабилизировать напряжения питания ОУ не требуется, поскольку сам он достаточно устойчив к его изменениям. Напряжение пульсаций с частотой преобразования подавляют RC-фильтры на входах микроконтроллера DD1. Если же слишком велики пульсации с частотой 100 Гц, рекомендуется воспользоваться способом их снижения, описанным в [3].

Здесь стоит сказать несколько слов о присущей всем цифровым измерителям нестабильности младшего разряда результата измерения. Он всегда хаотически изменяется на единицу вокруг истинного значения. Эти флюктуации не являются следствием неисправности прибора, но их нельзя устранить полностью, можно лишь уменьшить, усредняя результаты большого числа измерений.

Детали измерителя смонтированы на трех печатных платах из фольгированного с одной стороны изоляционного материала. Рассчитаны они на установку микросхем в корпусах DIP. На одной плате (рис. 2) смонтированы индикаторы, на второй (рис. 3) - цифровые микросхемы и микроконтроллер. Преобразователь, стабилизатор напряжения питания микроконтроллера и усилитель сигнала датчика тока установлены на третьей плате (рис. 4).

Рис. 2. Печатная плата, на которой смонтированы индикаторы

Рис. 3. Печатная плата, на которой смонтированы цифровые микросхемы и микроконтроллер

Рис. 4. Печатная плата, на которой смонтированы преобразователь, стабилизатор напряжения питания микроконтроллера и усилитель сигнала датчика тока

Размещение деталей на платах и межплатные соединения показаны на рис. 5. Красными цифрами на нем обозначены номера выводов импульсного трансформатора T1 у мест их подключения к плате. Сам трансформатор закреплен на ней хомутами из изолированного монтажного провода. Блокировочные конденсаторы C13 и C14 припаяны непосредственно к выводам питания микросхем DD2 и DD3. Как показала практика, измеритель нормально работает и без этих конденсаторов.

Рис. 5. Размещение деталей на платах и межплатные соединения (нажмите для увеличения)

Платы микроконтроллера и индикаторов соединены кронштейнами из оцинкованной стали толщиной 0,5 мм. Плата преобразователя и усилителя закреплена двумя винтами М2. Расстояние между платами - около 11 мм. Такой вариант конструкции прибора (рис. 6) занимает меньше места на лицевой панели блока питания, в которую этот прибор должен быть встроен.

Рис. 6. Монтаж прибора

Вместо ОУ КР140УД708 можно применить, например, КР140УД1408 и множество ОУ других типов.

Следует отметить, что они могут требовать иных цепей коррекции, чем КР140УД708.

Это следует учесть при проектировании печатной платы.

Вместо сдвиговых регистров 74НС164 можно использовать 74НС4015, но придется изменить топологию печатных проводников платы. Диоды КД522Б можно заменить на КД510А. Подстроечные резисторы R8 и R11 - СП3-19, R9 - импортный. Постоянные конденсаторы также импортные.

Резистор R1 (датчик тока) можно изготовить из нихромового провода или применить готовый, как это сделано в [1]. Я сделал его из отрезка нихромовой ленты сечением 2,5х0,8 мм и длиной (с учетом залуженных концов) около 25 мм, извлеченной из теплового реле ТРН. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце типоразмера 10х6х3мм, извлеченном из неисправной КЛЛ. Все обмотки намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0,18 мм. Обмотка 2-3 содержит 83 витка, обмотки 1 -2 и 4-5 - по 13 витков, а обмотка 6-7-8 -

80 витков с отводом от середины. Если выходное напряжение выпрямителя меньше 30 В, число витков обмотки 2-3 придется уменьшить из расчета приблизительно 4 витка на вольт.

Между собой обмотки 1 -2-3 и 4-5 изолированы одним слоем конденсаторной бумаги толщиной 0,1 мм, а от обмотки 6-7-8 - двумя слоями такой бумаги. После проверки работоспособности трансформатор пропитан лаком ХВ-784.

Программа микроконтроллера написана в среде MPLAB IDE v8.92 на языке ассемблера MPASM. Предлагаются два ее варианта. Файлы первого варианта находятся в папке "Общ. катод" и предназначены для прибора со светодиодными индикаторами с общими катодами разрядов, в том числе теми, что указаны на схеме рис. 1. Файлы второго варианта из папки "Общ. анод" следует использовать при установке в прибор светодиодных индикаторов с общими анодами разрядов. Однако на практике этот вариант программы не испытан. Программирование микроконтроллера было выполнено с помощью программы IC-prog и простого устройства, описанного в [4].

Налаживание измерителя заключается в установке подстроечным резистором R11 нуля на выходе ОУ DA1 при отсутствии тока в измеряемой цепи. Затем в эту цепь подают ток, близкий к пределу измерения, но меньше его.

Контролируя ток образцовым амперметром, подстроечным резистором R8 добиваются равенства показаний образцового и налаживаемого приборов.

Подав и контролируя образцовым вольтметром измеряемое напряжение, устанавливают соответствующие показания на индикаторе прибора подстроечным резистором R9. Подробнее о налаживании написано в [1].

Оба варианта программы микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/av-meter.zip.

Литература

1. Балаев Б. Встраиваемый измеритель тока и напряжения на PIC12F675. - Радио, 2014, № 12, с. 18-20.
2. Янгалиев Н. Блок питания на основе преобразователя напряжения для питания галогенных ламп. - Радио, 2005, № 5, с. 36, 37.
3. Лоскутов И. Как уменьшить пульсации блока питания. - Радио, 1996, № 4, с. 54.
4. Сизов А. Программирование современных PIC16, PIC12 на PonyProg. - Радио, 2004, № 2, с. 31, 32.

Автор: Е. Герасимов

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива В Android Market уже 38 тыс. приложений 23.05.2010 Google обнародовала финансовые показатели за последний квартал. За это время компания заработала $5,06 млрд, что на 19% больше, чем за аналогичный период прошлого года. Чистый доход за 3 месяца тоже увеличился и составил $1,96 млрд. В 2009-м он равнялся $1,4 млрд. Часть полученной прибыли является заслугой недавно запущенного магазина приложений Google для мобильных устройств. В Android Market на данный момент насчитывается около 38 тыс. программ, причем 8 тыс. из них поступили в течение последнего месяца. Отметим, что 10-тысячный барьер был преодолен в сентябре прошлого года, а 16-тысячной отметки ассортимент достиг уже в декабре.

Другие интересные новости:

▪ Робот-пылесос Samsung POWERbot VR7000

▪ Миниатюрный радиомодуль 868МГц со встроенной антенной

▪ Солнечная буря угрожает Олимпиаде 2012

▪ LG закрывает завод по производству плазменных панелей

▪ Робот-краб

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Применение микросхем. Подборка статей

▪ статья Джордж Сантаяна. Знаменитые афоризмы

▪ статья У какого народа запрещены браки между носителями одного языка? Подробный ответ

▪ статья Заместитель начальника отдела внешнеэкономической деятельности. Должностная инструкция

▪ статья Смешанное подключение акустики к усилителю с двумя мостовыми выходами каналов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Двухполярный стабилизатор напряжения с водяным охлаждением, 220/±41 вольт 4 ампера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026