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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 전압 및 전류 측정기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
아마추어 무선 실험실의 주요 장비 중 하나는 조정된 전원 공급 장치입니다. 작업의 효율성과 편의성을 높이려면 내장된 출력 전압 및 부하 전류 미터로 보완하는 것이 유용합니다. 이러한 미터에 대한 설명은 인터넷과 아마추어 라디오 잡지에서 매우 일반적입니다. 그러나 찾은 설명은 특정 전원에 내장하기에 적합한 미터를 만드는 데 적합하지 않습니다. 결국, 예를 들어 설치 가능한 장소, 필요한 부품의 가용성과 같은 많은 요소를 고려해야 합니다. 이 기사에서는 실험실 전원 공급 장치를 처음부터 개발하는 사람과 이를 이미 완성된 전원 공급 장치에 구축하려는 사람 모두에게 유용할 수 있는 미터의 변형을 제시합니다. 이 장치는 0V의 분해능으로 51,1~0,1V의 직류 전압을 측정하고 0A의 분해능으로 5,11~0,01A의 직류를 측정합니다. 프로토타입은 [1]에 설명된 미터로 설계가 매우 단순하고 좋은 매개변수. 저렴한 마이크로 컨트롤러를 사용하기 위해 구현된 주요 아이디어는 주목할 가치가 있습니다. 그러나 XNUMX에 가까운 출력 전압에서 단극 공급 장치로 작동할 수 있는 연산 증폭기를 사용해야 하고 추가 전원이 있어야 하므로 사용에 약간의 제한이 있습니다. 또한 프로토 타입 보드의 표시기는 불편하게 배치되어 가로로 일렬로 설치하고 미터 전면 패널의 크기를 줄여 사용되는 표시기의 크기에 더 가깝게 만드는 것이 좋습니다. 미터의 개략도는 Fig. 1. [1](저장 레지스터가 있는 시프트 레지스터)에서 사용된 74HC595N 마이크로 회로를 찾을 수 없었기 때문에 스토리지 레지스터가 없는 74HC164N 마이크로 회로가 사용되었습니다. 또한 낮은 전류에서 훨씬 더 높은 밝기를 갖는 표시기를 사용하여 미터에서 소비하는 전류를 20mA로 줄이고 추가 +5V 전압 조정기를 버릴 수 있습니다.
불행하게도 74HC164N의 사용에는 단점이 있습니다. 즉, 상태를 업데이트할 때 표시기 요소의 기생 발광입니다. 그러나 이러한 글로우의 평균 밝기는 미미하고 일반적으로 표시기를 덮는 광 필터에 의해 더욱 약해지기 때문에 이는 심각한 단점으로 간주될 수 없습니다. 또한 예를 들어 온도 센서를 연결하는 데 사용할 수 있는 마이크로 컨트롤러의 출력 중 하나가 해제됩니다. 그러나이 경우 마이크로 컨트롤러 프로그램을 변경해야 합니다. 측정된 전압은 저항 R0 및 R1의 분배기를 통해 마이크로 컨트롤러 DD7의 입력 GP9에 공급됩니다. 커패시터 C6은 전압계 판독값의 안정성을 향상시킵니다[1]. 전류 센서(저항 R1)의 신호는 연산 증폭기 DA1의 반전 증폭기를 통해 마이크로 컨트롤러의 입력 GP1에 공급됩니다. [1]과 달리 여기서는 +/-8 V의 바이폴라 공급이 사용됩니다. 모든 연산 증폭기가 "레일 투 레일" 특성을 갖고 있지 않고 단극 공급과 거의 XNUMX에 가까운 출력 전압으로 올바르게 작동하지 않기 때문입니다. 바이폴라 전원 공급 장치를 사용하면 이 문제를 쉽게 해결할 수 있으며 매우 다양한 유형의 연산 증폭기를 사용할 수 있습니다. 연산 증폭기 출력의 전압은 -8 ~ +8V 범위에 있을 수 있으므로 마이크로 컨트롤러의 입력을 과부하로부터 보호하기 위해 R10VD9 제한 회로가 사용됩니다. 트리머 저항 R8은 이득을 조정하고 트리머 저항 R11은 연산 증폭기 출력에서 제로 전압을 설정합니다. 다이오드 VD1 및 VD2는 전류 센서가 파손된 경우 연산 증폭기의 입력을 과부하로부터 보호합니다. 전류 센서의 상대적으로 낮은 저항으로 인해 부하 전류가 5,11에서 최대(0,06A)로 변경될 때 전압 측정 결과의 편차는 11V를 초과하지 않습니다. 전류 센서는 안정기의 출력 전압 분배기 앞에 연결할 수 있습니다. 이 경우 전류 센서 양단의 전압 강하는 스태빌라이저 피드백 회로에 의해 보상됩니다. 분배기 전류는 일반적으로 작기 때문에 전류계 판독 값에 거의 영향을 미치지 않으며 트리머 저항 RXNUMX로이 효과를 보상 할 수 있습니다. 미터에는 트랜지스터 VT1 및 VT2의 변환기를 통해 전원 정류기의 출력 전압이 공급됩니다. 이는 [1]보다 다소 복잡합니다. 펄스 변압기의 제조가 필요하기 때문입니다. 그러나 필요한 모든 정격 전압을 얻는 데 문제가 없습니다. 전압 변환기는 [2]에서 차용한 회로인 가장 단순한 푸시-풀 발진기입니다. 변환 주파수는 약 80kHz입니다. 변환기의 입력과 출력 사이의 갈바닉 절연으로 인해 미터는 모든 극성의 전압 안정기에 내장될 수 있습니다. 다이어그램에 표시된 트랜지스터를 사용하면 30~44V의 입력 전압에서 작동할 수 있으며 출력 전압은 약 8~12V로 다양합니다. 저항 R5 및 R6의 저항이 상당히 크게 선택되기 때문에 , 변환기는 출력 단락을 두려워하지 않습니다. 그러한 경우 세대는 단순히 무너집니다. 통합 스태빌라이저 DA5를 사용하여 미터의 디지털 부분에 전원을 공급하기 위한 2V의 전압을 얻었습니다. 연산 증폭기 자체가 변화에 충분히 저항하기 때문에 연산 증폭기의 공급 전압을 안정화할 필요가 없습니다. 변환 주파수가 있는 리플 전압은 마이크로컨트롤러 DD1의 입력에서 RC 필터에 의해 억제됩니다. 주파수가 100Hz인 리플이 너무 높으면 [3]에 설명된 리플 감소 방법을 사용하는 것이 좋습니다. 여기에서 모든 디지털 미터에 내재된 측정 결과의 최하위 자릿수의 불안정성에 대해 몇 마디 말할 가치가 있습니다. 항상 참값을 중심으로 무작위로 XNUMX씩 변경됩니다. 이러한 변동은 기기의 오작동으로 인한 것이 아니지만 완전히 제거할 수는 없으며 많은 수의 측정 결과를 평균화해야만 줄일 수 있습니다. 미터 부품은 한쪽이 포일로 감겨진 절연 재료로 만들어진 2개의 인쇄 회로 기판에 장착됩니다. DIP 패키지에 미세 회로를 설치하도록 설계되었습니다. 표시기는 하나의 보드에 장착되고 (그림 3) 디지털 마이크로 회로와 마이크로 컨트롤러는 두 번째 보드에 장착됩니다 (그림 4). 컨버터, 마이크로 컨트롤러 공급 전압 안정기 및 전류 센서 신호 증폭기는 세 번째 보드에 설치됩니다(그림 XNUMX).
보드의 부품 배치 및 보드 간 연결은 그림에 나와 있습니다. 5. 빨간색 숫자는 보드에 연결된 위치에서 펄스 변압기 T1의 출력 번호를 나타냅니다. 변압기 자체는 절연 장착 와이어의 클램프로 고정됩니다. 차단 커패시터 C13 및 C14는 DD2 및 DD3 마이크로 회로의 전원 핀에 직접 납땜됩니다. 실습에서 알 수 있듯이 미터는 이러한 커패시터 없이도 정상적으로 작동합니다.
마이크로 컨트롤러의 보드와 표시기는 0,5mm 두께의 아연 도금 강철 브래킷으로 연결됩니다. 컨버터와 증폭기 보드는 두 개의 M2 나사로 고정됩니다. 보드 사이의 거리는 약 11mm입니다. 이 버전의 장치 설계(그림 6)는 이 장치를 구축해야 하는 전원 공급 장치의 전면 패널에서 더 적은 공간을 차지합니다.
예를 들어 OU KR140UD708 대신 KR140UD1408 및 기타 여러 유형의 연산 증폭기를 사용할 수 있습니다. KR140UD708 이외의 다른 보정 회로가 필요할 수 있습니다. 이것은 인쇄 회로 기판을 설계할 때 고려되어야 합니다. 시프트 레지스터 74HC164 대신 74HC4015를 사용할 수 있지만 보드의 인쇄 회로 컨덕터의 토폴로지를 변경해야 합니다. 다이오드 KD522B는 KD510A로 교체할 수 있습니다. 트리머 저항 R8 및 R11 - SP3-19, R9 - 가져옴. 영구 커패시터도 수입됩니다. 저항 R1(전류 센서)은 [1]에서와 같이 니크롬 와이어 또는 기성품으로 만들 수 있습니다. 나는 TRN의 열 계전기에서 제거한 단면적이 2,5x0,8mm이고 길이 (주석 도금 끝 포함)가 약 25mm 인 니크롬 테이프 조각으로 만들었습니다. 변압기 T1은 결함이 있는 CFL에서 제거된 10x6x3mm 크기의 페라이트 링에 감겨 있습니다. 모든 권선은 직경 2mm의 PEV-0,18 와이어로 감겨 있습니다. 권선 2-3은 83회, 권선 1-2 및 4-5 - 각각 13회, 권선 6-7-8 - 중간에서 탭으로 80턴. 정류기의 출력 전압이 30V 미만이면 권선 2-3의 권수를 볼트당 약 4권으로 줄여야 합니다. 권선 1-2-3 및 4-5는 0,1mm 두께의 커패시터 용지 한 겹으로 서로 절연되고 권선 6-7-8은 이러한 용지 두 겹으로 절연됩니다. 성능을 확인한 후 변압기에 XB-784 바니시를 함침시킵니다. 마이크로컨트롤러 프로그램은 MPASM 어셈블리 언어로 MPLAB IDE v8.92 환경에서 작성되었습니다. 두 가지 옵션이 제공됩니다. 첫 번째 옵션의 파일은 "공통 음극" 폴더에 있으며 그림의 다이어그램에 표시된 것을 포함하여 공통 방전 음극이 있는 LED 표시기가 있는 장치용입니다. 1. 공통 방전 양극이 있는 LED 표시기를 장치에 설치할 때 "Common anode" 폴더의 두 번째 옵션 파일을 사용해야 합니다. 그러나 이 버전의 프로그램은 실제로 테스트되지 않았습니다. 마이크로 컨트롤러의 프로그래밍은 IC-prog 프로그램과 [4]에 설명된 간단한 장치를 사용하여 수행되었습니다. 미터 설정은 측정 회로에 전류가 없을 때 연산 증폭기 DA11의 출력에서 트리머 저항 R1을 XNUMX으로 설정하는 것으로 구성됩니다. 그런 다음 측정 한계에 가깝지만 그보다 작은 전류가 이 회로에 공급됩니다. 예시적인 전류계로 전류를 제어함으로써, 트리밍 저항기(R8)는 예시적인 장치와 조정된 장치의 판독값에서 동등성을 달성합니다. 예시적인 전압계로 측정된 전압을 적용하고 제어한 후 튜닝 저항 R9를 사용하여 장치 표시기에 해당 판독값을 설정합니다. 조정에 대한 자세한 내용은 [1]에 기록되어 있습니다. 마이크로 컨트롤러 프로그램의 두 버전 모두 ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/av-meter.zip에서 다운로드할 수 있습니다. 문학
저자: E. Gerasimov
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