자동 선택 기능이 있는 디지털 전압계. 계획, 설명

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다양한 장치에서 ADC(analog-to-digital conversion) 기능을 구현하기 위해 특수 LSI가 사용되기 시작했습니다. 유사한 LSI에 조립된 멀티미터의 변형 중 하나인 KR572PV2, (K572PV2) [1]가 알려져 있습니다. 현재 국내 업계는 이 시리즈의 또 다른 LSI인 KR572PV5를 생산하고 있습니다. LCD(액정 표시기) 작업을 위한 출력이 있으며 9V 단일 종단 전원 공급 장치에서 작동할 수 있어 작고 경제적인 측정 기기(멀티미터)에서 사용할 수 있습니다. ADC KR572PV5는 입력 DC 전압(Uin.max. = ±199,9mV)을 3,5자리 LCD를 직접 제어하는 병렬 XNUMX세그먼트 코드로 변환합니다.

단극 9V 공급 전압은 내부적으로 핀 2,8(아날로그 공통 버스)에 대해 안정화된 양의 전압 및 조정되지 않은 음의 전압(6,2 및 -32V)으로 변환됩니다. 이 전압은 KR572PV5의 아날로그 부분에 전원을 공급하는 데 필요합니다. 디지털 부분은 또한 핀 5과 1(디지털 공통 버스)이 있는 내부 안정화 37V ADC 소스에 의해 전원이 공급됩니다. LSI 클록 생성기는 핀에 연결됩니다. 21은 1:800의 분배기를 통해 그리고 핀에서 50kHz의 생성기 주파수에서 발생합니다. 21은 LCD 작동에 필요한 62,5Hz 주파수의 직사각형 신호를 수신했습니다.

KR572PV5의 작동 원리는 KR1PV572의 [2]에서 설명한 것과 유사하므로 이 문서에서는 고려하지 않습니다.

독자의 관심을 끌기 위해 제공되는 측정 장치는 DC 전압 및 저항을 측정하도록 설계되었습니다.

주요 기술 특성 :

측정 상한, V, kOhm....... 2, 20, 200, 2000
측정 한계 선택.......자동
50kHz의 클록 주파수에서 판독값의 정착 시간, s, 이하 ....... 2,5
입력 저항, MOhm 이상 ....... 9
소비 전류, mA, 더 이상.......1

장치의 개략도는 Fig. 1. 측정 모드 스위치 SA1, 예시적인 저항 R2-R6 및 R2-R5이 있는 아날로그 스위치 DD7-DD10, 예시적인 전압 VT1 소스가 있는 ADC DD1, LCD HG1 및 자동 측정 제한 선택 장치(UAVPI)로 구성됩니다. 미세 회로 DD7-DD11 . 단순화를 위해 다이어그램은 UAVPI 작동에 필요한 정보를 포함하는 표시기 세그먼트의 연결만 보여줍니다.

그림 1(확대하려면 클릭)

LCD 핀의 전체 번호는 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.

자동 선택 기능이 있는 디지털 전압계
Pic.2

UAVPI의 작동 원리는 3,5비트 출력 병렬 코드 KR572PV5(세그먼트 a, b, g, f-백 및 b, c-수천)의 수백 및 수천 자릿수의 상태 평가를 기반으로 합니다. ADC의 입력 전압 UBX가 절대값으로 199,9mV보다 크면 과부하 모드가 시작되고 표시기는 천 자리에 1을 표시하고 백 자리(및 다른 자리)에는 표시가 없습니다. LSI 출력의 이러한 신호로 인해 미터가 가장 거친 한계로 전환됩니다. 반면 |UBX| 20mV 미만인 경우 디스플레이에 백 자리의 0 또는 1이 표시되고 천 자리의 표시는 없습니다. 이러한 출력 코드 조합은 보다 민감한 한계로 이동할 수 있는 권한을 부여합니다.

신호 과부하 및 "저부하" ADC는 요소 DD7, DD8, DD9.1에서 디코더를 생성합니다. 디코더의 신호는 카운터 DD10.1과 카운터 디코더 DD11의 작동을 제어합니다. 직렬로 연결된 카운터 DD10.1 및 DD10.2(후자는 62,5비트만 사용)는 21Hz(핀 1 DD32)의 주파수를 XNUMX로 나눕니다.

수신된 주파수(약 2Hz)는 카운팅 입력 DD11에 공급되고 측정 한계를 전환할 때 클럭됩니다. ADC가 과부하되면 출력 DD8.4의 레벨이 1이 되어 카운터 DD11을 1으로 재설정하는 반면 이 카운터의 최하위 비트 출력의 레벨 0은 가장 큰 측정 한계를 포함하는 것에 해당합니다. 동시에 DD8.3 출력의 레벨 10.1은 계정 DD10.1을 비활성화합니다. ADC가 "언더로드"되면 SR DD1의 입력은 11이 되어 계정을 허용하고 카운터 DDXNUMX도 작업에 포함됩니다. 출력에서 사이클 번호에 해당하는 비트의 각 카운팅 사이클과 함께 하이 로직 레벨이 발생합니다.

DD11에서 사용되는 비트 수는 측정 한계 수와 같습니다. 최적의 측정 한계에 도달하면 DD0의 출력에서 8.3이 카운터 DD10.1을 중지하고 DD10.2 및 DD11을 중지합니다. 최소 제한에 도달하면 ADC가 여전히 "저부하" 상태에 있더라도 R 입력을 통해 DD10.1이 차단됩니다. 전압 저항계의 측정 한계 전환은 아날로그 키 DD2-DD5로 수행됩니다. 상태에 따라 출력 코드 DD11이 결정됩니다. 키는 전도성 상태에서 충분히 높은 저항(수백 옴)을 갖지만 실제로 측정 한계에 오류가 발생하지 않는 방식으로 연결됩니다.

측정 된 전압은 SA1 유형의 작동 스위치 (상단 위치)와 분할기를 통해 DD1 입력에 공급되며, 상단 암은 저항 R1이고 하단은 상태에 따라 저항 R2-R5 중 하나입니다. 키 DD2, DD3 중. 분배기 하단 암의 최대 전압은 다이오드 VD1-VD4에 의해 제한됩니다. 예시적인 전압 소스는 내열성 지점에서 작동하는 트랜지스터 VT1에서 만들어집니다. 저항 R100에서 16mV의 예시적인 전압이 핀에 인가됩니다. 36 DD1 키 DD6 중 하나를 통해.

볼트/저항계는 저항을 측정하기 위해 색다른 방법을 사용합니다[2]. 그림의 다이어그램으로 설명됩니다. 삼.

자동 선택 기능이 있는 디지털 전압계
Pic.3

전압 U06의 작용 하에서 특정 전류 10이 직렬 연결된 예시적인 저항기 R0P 및 측정된 저항기 Rx를 통해 흐른다. 동일한 전류가 저항 R0gp 및 Rx를 통해 흐르기 때문에 전압 강하 비율은 저항 비율과 같습니다. 따라서,

Aind \uXNUMXd Ux / Uobr \uXNUMXd IoRx / IoRobr \uXNUMXd Rx / Robr

여기서: Aind - 표시기 판독값.

이 저항 측정 방법의 장점은 구현이 단순하고 전압 U0의 불안정성과 측정 정확도가 독립되어 있다는 것입니다. 저항 측정 모드에서 스위치 SA1은 아래쪽 위치로 이동합니다. 전원 공급 장치의 양의 전압은 선택한 UAVPI의 측정 한계에 따라 예시적인 저항 R7-R6의 필요한 스위칭을 수행하는 키 DD4, DD5에 VD7 및 R10을 통해 적용됩니다. 기준 및 측정 저항의 전압은 ADC 적분기의 과부하 모드를 제외하기 위해 다이오드 VD5 및 VD6에 의해 제한됩니다. 동일한 목적을 위해 (체계에 따라) 하위 키 DD6이 사용됩니다. 그것의 도움으로 저항을 측정할 때 적분기의 시간 상수가 두 배가 됩니다. 트랜지스터 VT2는 DD6 키를 제어하는 인버터 신호 역할을 합니다. 전압/저항계는 9V 배터리("Krona VTs", "Korund") 또는 7D-0,115-U 1.1 배터리에서 전원을 공급받습니다. DD6을 제외한 모든 미세 회로는 낮은 스위칭 주파수에서 작동할 때 소비하는 전류가 극히 적기 때문에 내부 조정기 DD1에 의해 전원이 공급됩니다.

이 디자인은 훈련된 무선 아마추어를 위해 설계되었으므로 회로 기판 및 장치 설계에 대한 설명은 제공되지 않습니다. SA1 스위치가 최대 측정 전압을 위해 설계된 접점 그룹 간에 안정적인 절연을 가지고 있다는 점만 주의하면 됩니다. 대부분의 측정된 전압 강하가 있는 저항 R1도 동일한 전압에 대해 설계되어야 합니다. 적절한 정격의 여러 저전압 저항기로 구성할 수 있습니다. 장치의 정확도는 실제로 기준 전압원과 저항 R2-R5, R7-R10의 정확도와 안정성에 의해서만 제한된다는 점에 유의해야 합니다. 이는 정확해야 합니다. 극단적인 경우 허용 오차가 5% 이상인 일반 저항에서 선택할 수 있지만 이러한 저항의 온도 및 시간 안정성은 낮습니다. 저항 R16으로 비 와이어 다중 회전 저항 SDR-37을 사용할 수 있습니다.

SP5-2 유형의 와이어 저항기를 사용하는 경우 그 값을 100 ... 150 옴으로 줄이고 300 ... 360 옴의 일정한 저항을 직렬로 연결해야 합니다. 조정 시 저항 변화의 큰 불연속성으로 인해 기준 전압을 정확하게 설정하기 어렵습니다. 커패시터 C4, C5는 유전 흡수 계수가 낮아야 합니다(K71-5, K72-9, K73-16 등). 장치 회로에 트랜지스터 VT1을 설치하기 전에 내열성 작동 지점을 찾아야 합니다. 이렇게하려면 기준 전압 소스 (VT1, R13, R16)를 수집하고 최대 전류가 16mA 인 밀리 암미터를 저항 R1과 직렬로 연결하고 VT1 게이트에 +2,8V의 전압을 VT16 게이트에 적용해야합니다. 안정화 된 소스 전압에서 저항 R1의 출력을 낮추십시오 (회로에 따라). 또한 트랜지스터 VT0의 온도를 변경하여(예를 들어 먼저 본체를 뜨거운 물체로 만진 다음 차가운 금속 물체로 만짐) 작동 온도 범위(40 ... 13 ° C) 저항 RXNUMX을 선택하여. 이 저항의 값은 다이어그램에 표시된 값과 크게 다를 수 있습니다.

적절하게 조립된 전압/저항계는 즉시 작동하기 시작하며 저항 R19를 KR572PV5 클록 생성기의 주파수 50kHz로 설정하고 저항 R16을 기준 전압 100mV(전압 측정 모드에서)로 설정하기만 하면 됩니다.

전압 저항계는 또한 교류 전압을 측정할 수 있습니다. 이를 위해서는 SA1에서 저항 R14로 가는 전선의 파손에 평균 정류 값의 검출기를 포함해야 합니다. 검출기가 필터와 함께 측정 한계를 자동으로 선택하기 위해 시스템 회로에 추가 시간 상수(관성)를 도입한다는 사실 때문에 이 회로에서 진동이 발생할 수 있으며 그 결과 전압계가 "오버슈트"할 수 있습니다. 원하는 측정 한계. 이 단점을 없애기 위해서는 필터 커패시턴스를 낮추기만 하면 되는데, 이는 특정 한계까지만 가능하며, 측정 한계를 전환하기 위한 클록 주파수를 낮추는 것도 가능합니다. 마지막 방법은 구현하기가 매우 쉽습니다. AC 전압 측정으로 전환할 때 입력 CN DD11을 다음 미사용 비트 DD10.2(핀 12)의 출력으로 전환하는 것으로 충분합니다. 결과적으로 리미트 전환이 두 배 느려집니다. 이렇게 하면 정착 시간이 5초로 늘어나고 UAVPI의 안정적인 작동이 보장됩니다.

문학 :

1. VIS의 Anufriev L. Multimeter - Radio, 1906, No. 4, p. 34-39.

2. Oswald G. Widestand-Messung mit DVM.-Funkschau, 1981, No. 8, S. 98.

3. Raatsch P. Bereichsautomatik fur C7136D.- Radio fernsehen elektronik, 1986, No. 10, S. 636-638.

저자: V.Tsibin

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